套袋对红地球葡萄果实发育过程中糖代谢及转化酶活性的影响.pdf

果树学报2 0 0 5， 2 2( 3) ： 2 0 7 - 21 0 J o u r n a l o f F r u i t S c i e n c e 套袋对红地球葡萄果实发育过程中 糖代谢及转化酶活性的影响 周 兴本 ， 郭修 武 术 ( 沈阳农业大学园艺学院 ， 辽宁沈 阳 l 1 0 1 6 1 ) 摘要 ： 以红地球葡萄为试材 ， 研究套袋对葡萄果实中糖代谢及转化酶活性的影响。 结果表明： 套袋果实在发育过程 中蔗糖 、 葡萄 糖 、 果 糖含 量 和转化 酶 活性 变化 趋势 与对照 基 本一 致 。 果实 成熟 后 套袋 果 的可 溶性 总 糖 含量 明 显高 于 对照。在果实发育前期 ， 套袋明显提高了果实中蔗糖的相对含量及酸性转化酶活性。套袋可能主要是通过影响果实 发 育早 期转 化 酶活 性来 影 响果 实糖 分积 累 。 关 键词 ：红地球 葡 萄 ；果实套 袋 ； 糖含 量 ；转化 酶 活性 中图分类号： $ 6 6 3 1 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 9 9 9 8 0 ( 2 0 0 5 ) 0 3 2 0 7 0 4 Effe c t s o f b a g g i n g o n t he f r u i t s ug a r me t a b o l i s m a n d i n v e r tas e a c t i v i t i e s i n Re d Gl o be g r a p e d ur i ng f r ui t d e v e l o p m e n t Z HOU Xi n g b e n GU0 Xi u w u ( D e p a r t m e n t o f H o r t i c u l t u r e ， S h e n y a n g A g r i c u l t u r d U n i v e r s i t y ， S hen y a n g ， L i a o n i n g 1 1 0 1 6 1 C h i n a ) Ab s t r a c t ：Re d Gl o b e g r a p e wa s u s e d t o s t u d y t h e e ffe c t o f b a g g i n g o n s u g a r me t a b o l i s m a n d i n v e r t ase a c t i v i t i e s T h e r e s u l t s s h o we d t ha t the s u g a r c o n t e n t s a n d i n v e r t ase a c t i v i t i e s u n d e r b a g g e d c o n d i t i o n s h a d a l mo s t t h e s a me c h a n g e s a s t h o s e o f c o n t r o l d u r i n g f r u i t d e v e l o p me n t Co mp are d wi t h t h e c o n t r o l ，t h e t o t a l s u g ar c o n t e n t i n b a g g e d b e r r i e s w a s s i g n i fic a n t l y h i g h e r a t th e l a t e s t a g e o f f r u i t d e v e l o p me n t F ru i t b a g g i n g gr e a t l y i n c r e a s e d t h e r e l a t i v e s u c r o s e c o n t e n t a n d a c i d i n v e r t a s e a c t i v i t i e s Th e a c t i v i t i e s o f i n v e r t a s e a t t h e e a r l y s t a g e i n flu e n c e d b y b a g g i n g ma y b e r e s p o n s i b l e f o r t h e a c c u mu l a t i o n o f s u g ar i n t h e b a g g e df r u i t Ke y W o r d s ：Re d Gl o b e gra p e；F rui t b a g g i n g ；S u g a r c o n t e n t ；I n v e r t a s e a c t i v i t i e s 葡 萄套 袋是 目前生 产优 质无 公 害葡 萄 ， 提 高葡 萄商品价值 的一 种重要 栽培措施 。果实生 长期 内套 袋改 变 了果 实周 围 的微 域环 境 ， 从 而 对果 实 的生长 发育及 品质的形成产 生特定影 响 】 - 1 。 目前 对葡萄套 袋 的一 些研 究表 明 ， 套袋 不仅 可 以显 著提 高果 实 的 外观 品质 ， 而且 可 以不 同程度 地影 响 果实 的可 溶性 固形物 、 有机酸 、 含糖 量等 内在 品质【 。但对 于套袋 影响 葡萄果 实 中具 体糖 分 构成 的研 究却 少 见报道 。 蔗糖是 葡 萄韧皮部 糖分 运输 的主要形 式 ， 它在 进入 果实 后 被 迅速 代 谢 ， 在 幼果 期 转化 为 糖 、 有 机 酸及 结 构物 质等 。成熟 期则 主要 分解 为 葡萄 糖 和果糖 ， 积累在细胞 内6 t 7 1 。所 以蔗糖 的代 谢转化对 葡萄 品质 形 成有 十分 重要 的作用 ， 而套 袋则 可 能通 过改 变果 实 ( 穗 ) 的微域 环 境 对 体 内碳 水 化 合物 的运输 及转 化 产 生某 些 影 响 ，进 而 表 现 为各 种 具 体糖 分 的变 化 。因此有必要 对套袋后 葡萄果 实不 同糖 分的动态 收稿 13期 ： 2 0 0 4 0 9 2 7接受 日期 ： 2 0 0 5 0l 一 1 8 作 者简 介 ：周兴 本 ， 男 ， 在 读硕 士生 。 通讯 作 者 。Au t h o r f o r c o r r e s p o n d e n c e 变化进 行深入研究 。 本文 以红地球葡 萄为试材 ， 研究 套 袋对葡 萄糖分组成 及转化酶 活性 的影响 ，以期为 葡萄优 质栽培提供理论 依据 。 1 材料 和方法 1 1 试材 和取样 选用 沈 阳农业 大学葡萄 园生长一致 的 3年生红 地球 葡 萄 作试 材 ， 株 行距 为 0 5 mX 5 H i， 单 蔓 整枝 ， 小棚 架栽 培 ， 试验 于 2 0 0 3年 6 1 0月进行 。纸 袋 为 国家农 产 品保鲜 中心生产 的红地球葡 萄专 用袋( 透 光率 4 O ) ， 于盛花后 2 0 d即 7月 1日套袋 。采用 5 株为 1小区 ， 随机 区组设计 ， 重 复 3次 。 在树 体健壮 、 负载 量基本一 致 的树 上选 1穗做套 袋处 理 ，另选 1 穗大小一致的不套袋果( 挂牌标记 ) 作为对照。套袋 前人工 疏花疏果 ，控 制合理 负载量 ，每株 留果 5 - 6 穗 ，其他管理为常规管理。套袋后每隔 1 0 d取样 1 维普资讯 2 0 8 果 树 学 报 2 2卷 次 。采样时分 别从套袋 和对 照 2果 穗上 随机选取 大 小一致 果粒 l 5粒 ， 用冰 壶迅速 带 回实 验室 ， 液氮 处 理 ， 一 8 0 超低 温 冰箱保 存备用 。 1 2 葡萄 糖、 果 糖、 蔗糖 测定 参 照张友杰【 1 方法取 样重 复 3次 ， 每个样 品测 2 次取均值 。 1 3 转化酶 活性测定 1 3 1 酶 的提取参 照 N i e l s e n等 9 1 ， 王 惠聪 等【 。 O l 的 方法 稍做 改进 。取样 重复 3次 ， 每样测 定 2次 取均 值 。每个样本 取 l g果 肉 ， 加入 5 mL预冷 的提 取缓 冲液 0 1 mo l L磷 酸 缓 冲 液( p H7 5 ) ， 5 mmo l L Mg C 1 2 ， l mm o l L E D T A， 0 1 巯 基 乙醇 ， 0 1 T r i t o n 一 1 0 0， 2 P VP P 1冰浴 下匀 浆后 ， 1 0 0 0 0 r mi n离心 l 5 mi n ， 上 清 液倒 入 1 0 mL刻 度试 管 ， 沉 淀 用 4 mL的 提 取液再 提取 1次 ， 合并 上 清液 定容 至 1 0 mL作 为 酶提取 液 。 1 3 2 中性转 化酶取 0 2 mL酶提取 液加入 到 0 8 mL的 反 应 液 0 1 mo l L磷 酸 缓 冲 液 ( p H 7 5 ) ， 0 1 mo l L蔗 糖】 中 ， 在 3 7 培养 箱 孵 育 l h后 沸水 浴 5 mi n终止反应 。用 3 ， 5 一 二硝基水 杨酸法测定 还原糖 含量 ；另取 0 2 mL酶提取 液沸 水浴 1 5 mi n作 为对 照 。用 两者的差值来计算 还原糖 产生速率 。表 示转 化酶 的活性 ， 单 位为 mg g F W h 。 唧量 旨 匕 1 3 3 酸性 转化酶取 0 2 mL酶提取液 加入到 0 8 mL反应 液 中 ( 0 1 mo L L蔗糖 ， 0 1 mo l L Na 2 HP O 4 一 柠檬 酸 的缓 冲液 p H 4 8 ) ， 其余 操作 同上 。 2 结果与分析 2 1 套袋对果 实糖含量变化 的影响 对 不 同发 育 时 期 的果 实 糖 含 量 测定 结 果 表 明 ( 图 1 ) ： 套袋 和对照 葡萄果 肉组织 中 ， 糖含量 及构 成 随果实 的发育 而变化 。 在果 实的整个发 育期间 ， 果实 套 袋 处 理与 对 照相 比可 溶性 总 糖 含 量 变化 趋 势 相 似 ， 即在 8月 l 1日之前缓慢 上升 ， 进入着 色期之后 ， 糖 含量迅速积 累 ，且对照 果实积 累速 率快于套 袋果 实 。9月 l 1日之后对照果 实可溶性总 糖含量 的积累 速 率减慢 ， 缓慢上 升 ， 直 至采收 。而套袋果实 糖含量 积累继续上 升 ， 至采 收时 ， 可溶性 总糖含量显 著高于 对 照 。 从糖 的类 型来看 ， 随果实 的发 育 ， 蔗糖 、 葡萄糖 、 果 糖 3种糖含量 基本上均呈 上升趋势 。 对 果糖而言 ， 套袋 与对照 果糖含 量 的变化 趋势 基本 完全 一致 ， 虽 然在 9月 l 1日时套袋果 的糖含 量 比对 照稍低 ， 但 在 采收 时 ( 9月 2 8日) 套 袋处 理 的果 糖 含量 显 著高 于 对 照 。 而对葡萄糖 、 蔗糖 而言套袋处理 则 明显改 变 了 2者的变化趋势。 在 8月 2 1日前对照和处理的葡萄 +套 袋 B a g g i n g 对照 C o n t r o l 7 1 0 7 3 1 8 21 9 1 1 9 2 8 7 21 8 1 1 8 31 9 1 8 寸 兽 氅 橱 龌8 0 8 2 O 尝 1 5 扣8 蠢 。 o 2 5 7 1 0 7 3 1 8 21 9 1 1 9 2 8 7 21 8 1 1 8 3 1 9 1 8 O 8 6 4 2 O 1 O O O O O 一 ) 1 l u 0 I】 2I】 j 咖 姐蜒 聪 O 8 6 4 2 0 维普资讯 3期 周兴本等： 套袋对红地球葡萄果实发育过程中糖代谢及转化酶活性的影响 2 0 9 糖含量 均较低 ，但对 照却极 显著的 高于套袋 。从 8 月 2 1 E t 起 对照果 实葡萄糖 含量迅 速升高 ， 由 1 0 3 上 升至 5 1 4 ， 极 显著 高 于套 袋果 实 ， 之后 减缓 ， 维 持 在较 高水平 ，虽 在 9月 1 8日有 明显下 降但 在采 收又达到 了原来 的较高水平 。而套袋果 实葡萄糖 含 量 则于 8月 2 1日起开 始迅 速上 升 ，期 间虽显 著低 于对 照 ， 但 于 9月 1 8日达 到对 照水 平 ， 至 采 收时 ， 则 显著 高于 对照 。蔗糖 含量 的变 化在 8月 3 1日之 前 只 有 7月 3 1日套 袋 果 实 蔗糖 含 量 显 著 高 于 对 照 ， 其余时间套袋果与对照基本没有差异 。8月 3 1 日之 后 ， 蔗 糖 含量 迅 速 升高 ， 套 袋果 实 蔗糖 含 量 显 著或极显 著高于对 照 ， 直 到采 收 。幼果 中以蔗糖 、 葡 萄糖 和果糖 为主要 的可 溶性糖 成 分 ， 幼果 时 套袋 果 实蔗 糖约 占总糖 的 2 2 3 4 一 4 8 8 2 ， 比对 照 高 6 一 1 6 。 而 到果 实成熟后 ， 蔗糖 占总糖降至 3 一 4 ， 且 套 袋与对 照差异 不大 ， 可 见套 袋处 理 对葡萄 果 实生 长 前 期蔗 糖 占总糖 的 比例 影 响较 大 。 在葡 萄 成 熟 后 ， 还 原糖 ( 葡 萄 糖 和果 糖 ) 为 主要 的 可 溶 性 糖 成 +套袋 B a g g i n g 60 篓 量 4 。 耋 导 芎 2 0 Z 0 分 ， 而蔗糖 含量 极少 ， 仅 占总糖 的 4 以下 。总体 来 看 ， 葡萄套袋后 果实糖分积 累明显高 于对照 ， 且 套袋 对葡萄果实的糖组分构成也产生不同影响。 2 2 套袋 对葡萄果 实转 化酶活性 的影响 为探讨 套袋处理 对果实糖代 谢的影响 ，我们测 定 了套袋后 不 同时期 果 肉中转 化酶 活性 的变 化 ， 转 化酶 包括 酸性转 化 酶 ( AI ) 和 中性转 化 酶 ( NI ) 两类 ， 其活性 随果 实的发 育而发生变化 。 图 2表明 ， 在果实 整个 发育过程 中 ，套袋和对 照果 均显示 出很 高的A I 活性 ， 在 果实发 育前期 ， 2者 AI 活性均 逐渐增 加 ， 一 直到 8月 l 1日， 套袋和对照 同时达到峰值且 差异 不 明显 ， 而在此 之前套袋果 AI 活性 显著高于对 照 。此 时果 实 中蔗糖 占总糖的 比例 已经显著降低并 于 8月 2 1日降至最低点。 8 月 l 1日之后 ， 2者 A I 活性均逐 渐 降低 ，但仍维持 在较高水平 ，从总体上看 套袋果 AI 活性 要高于对 照果 。在此 期间蔗糖 占总糖的 比例 一 直维持 在 3 一 4 的较低水 平且 变化不 大 ( 图 2 一 A) 。 对 照 Co n t r o l 7 1 0 7 31 8 2 1 9 1 1 9 2 8 7 1 0 7 31 8 2 1 9 1 1 9 2 8 7 21 8 1 1 8 3 1 9 1 8 7 21 8 1 1 8 3 1 9 1 8 日期 ( 月日) D a t e ( M D) 图 2 果实套袋对红地球葡萄果实中转化酶活性变化的影响 Fi g 2 Effe c t so f f r u i t b a g g i n gO ni nv e r t a s ea c t i v i t yi nde v e l o p i n gRe dGl o b eg r a p e 在果 实整个 发 育过 程 中套袋 和对 照果 的 N I 活 性变化趋势基本一致 。随果实发育 N I 活性缓慢上 升 ， 对照 和套袋 分别 于 8月 l 1日和 8月 2 1日达 到 一 次小高 峰 ， 随即 回落 ， 之后 又趋上 升 ， 至采 收 ( 9月 2 8日) 时达 到最 高点 ， 此 时 ， 对照 果 NI 活性 显 著 高 于套袋果 ( 图 2 一 B) 。 3 小结与讨论 糖 的积累是 果实 品质 形成 的关 键 ， 而 蔗糖 代谢 又是 糖积累 的重要 环节 。糖卸 载到果实 中在很大程 度上 取决 于果实 的库 强 ， 库 强大小 的一个重 要 的生 化标志就是与糖代谢有关的关键酶活性1 1 ,6 ,1 z j。吕英 民等【B l认为转化酶是衡量果实库强的一个重要生化 标志。 T a n g 等【l4 】研究表明转化酶基因被反义抑制后 ， 胡萝 卜直根 的该酶 水平 降低 了 9 0 ， 胡 萝 卜直根 不 能发育 ， 根 中可溶性 糖和淀粉 含量 下降 。 可见转 化酶 在决定 蔗糖分配 中起 至关重要 的作 用 。本研究 结果 表 明 ， 果 实套袋后 ， 果 肉中的可溶性 总糖含量 比对照 有了明显的提高( 图 1 ) 。 这与刘晓海r3 1 、 王少敏闭 等的 研究结果一致 。套袋对葡萄果实中具体糖分的影响 不尽相 同 ， 对蔗糖 和葡萄糖影 响较 大 ， 而对果糖 影响 较小 ，并且 显著影 响了果实生长 前期的蔗糖 占总糖 和蔗糖 占还原 糖的 比例 。在果实缓 慢生长期套 袋果 的 蔗 糖 占总 糖 和 蔗 糖 占还 原 糖 比例 分 别 为 2 2 一 4 8 和 2 8 - 6 5 ，而同时期 的对照分 别仅为 l 4 一 3 2 和 1 7 - - - 4 8 。到果实发育后 期则套袋 与对照差 异不大 ， 但在 9月 1 8日时对照果 的葡萄糖含量 有较 明显的下降 ， 这可能与树龄 、 取样等因素有关 ， 还需 0 0 0 O 0 0 0 2 0 8 6 4 2 一 暑 吕一 蛊l I u P 1 0 龌 毒 毒 、 甾 维普资讯 2 1 0 果 树 学 报 2 2卷 进一步研究 。糖分 比例 的变化与套 袋影 响 了果 实 中 转化 酶活性 可能 有一定 关 系。测 定结 果显 示 ， 果 实 套袋 处理 后 ， 在转熟 期之 前果 实 中转 化 酶活 性有 了 显 著提 高 ， 表 明在 缺 光逆 境 中 ， 果 实 通 过提 高 酶 活 力来 提 高库强度 ， 果实库 强度 增强 的 同时相 应 的叶 片中同化物分配 到果实的 比例 也增多 。葡 萄绿果期 的果实能进行光合作用， 其光合速率为叶片的 1 1 0 左 右【 悯。 幼果 套袋后使果 实的光合作用 减弱 ， 自身产 生 的光合 产物减 少 ， 从 而可能 需 提高转 化酶 及相 关 酶 活性 ， 分 解 更 多蔗 糖来 维 持较 高库 强 ， 提供 较 多 能 量物质来 完成结 构物质构 建 。这 与陈俊伟 等【 l 6 1 在 柑 橘上的研究结 果相似 。Y e n和 K o c h等【 7 1 在 葡萄柚 上 的研究 发现 ，绿 色的柑橘 果皮 也 具有 光合作 用 ， 且 其 同化 产物 主要 供 给 果 实 自身生 长发 育 之 需 。 Ko c h 嘲 研究报 告蔗糖 合成酶 ( s s ) 和转化 酶基 因的不 同成 员可在碳水化 合物供应不 同的环境下 表达 。因 此 ， 套袋后果实 自身光合作用减弱 ， 其碳水化合物 的供给 只能更 多地靠 叶 片供 应 ， 为此 果实 可能 通过 调节转 化酶等 蔗糖 代谢相关 酶 基 因的表 达 ， 提 高 自 身酶 活力 水 平 ， 增 强 库 强度 ， 以确保 碳 水 化合 物 的 供 应 。幼果期果 实 中有较高 的酶 活性而此 时果实 中 糖 含 量却 较低 可 能 是 因为 幼 果 中旺 盛 的新 陈代 谢 和细胞 分裂消耗 的物 质能量 较 多 ， 叶 片运来 的 蔗糖 被 较大 比例 的迅速 分解 ，用于 构建 各种 细胞 器 、 细 胞 壁 和细胞液 成分 ， 所 以各种 糖 分 的积 累很 少 。果 实进 入转 熟 期 以后 ， 果皮 逐 渐 着 色 ， 自身 光合 作 用 减 弱 乃 至丧 失 ， 酸性 转化 酶 活性 趋 向平缓 ， 但 仍 保 持很 高 的活力 ， 这 与 D a v i e s和 Ro b i s o n 研究 在葡 萄 果 实 发育 的全 过 程 中酸性转 化 酶 活 力 均维 持 在 较 高水 平的结果一致 。此后 ， 还原糖含量 迅速上升 ， 占 总 糖 的比例有 了 明显 的升 高达 9 5 左右 ， 以后 均维 持 在此水 平 ， 且套袋 与对 照差 异不 明显 。酸性转 化 酶 活性高 峰的 出现要早 于糖 的积 累 ， 所 以认 为此 酶 对糖 的积累是重要 的 ，但 并不是糖 开始积 累的启动 因子 ， 而可能是糖 的卸载启动 了糖的积累过程fl l】 。 综 上所 述 ，果实套 袋后 可影 响转 化酶 活性 ， 进 而影 响果 实 中糖 的积 累及糖组分 构成的变化 。但 蔗 糖代谢的关键酶还有蔗糖合成酶 ( s s ) 和蔗糖磷酸 合成 酶 ( S P S ) ， 因此 推 测套 袋也 可 能影 响 S S和 S P S 活性 变化 ，通过转 化酶 、 S S和 S P S共 同作用来 调控 糖 的代谢 积累 ， 这值得进 一步研究 。 参 考文献 ： 1 李 秀菊 ， 刘用生， 束怀瑞 红富士苹果套袋果实色泽与激素含量 的 变化阴 园艺 学报 ， 1 9 9 8 ， 2 5 ( 3) ： 2 0 9 2 1 3 2 万锁 ， 牛 自勉 ， 赵 红钰 套袋 处理 对 苹 果芳 香 物质 含 量 及 果实 品质 的影响 J 中国农业科学 ， 1 9 9 8 ， 3 l ( 6 ) ： 8 8 9 0 3 刘 晓海 ， 马 文 会 ， 刘 承晏 套袋 对 巨峰 葡 萄着 色 和含 糖 量 的影 响 J 河 北林 果研究 ， 1 9 9 8 ， 1 3( 1 ) ： 6 9 7 1 4 黄喜 明 ， 寇 书莲 葡萄 套袋 实用 技术 J 】 中 国果菜 ， 2 0 0 2， ( 5) ： 4 5 5 王少敏 ， 高 华君 坂 田 良智 葡萄 套袋效 果 初报 J 】 落叶 果树 ， 2 0 01 ， ( 1 ) ： 4l 4 2 6 D a v i e s C， R o b i n s o n S P S u g a r a c c u mu l a t i o n i n g r a p e b e r r i e s J P l a n t P hy s i o 1 1 9 9 61 l l ： 2 7 5 -2 8 3 7 Ha w k e r J S C h a n g e s i n t l l e a c t i v i t i e s o f e n z y me s c o n c e r n e d w i t h s u g ar me t a b o l o i s h d u r i n g t h e d e v e l o p me n t of gra p e b e r r i e s J 】 P h y t o ch e n i s t r y，1 9 6 9，8 ： 9-1 7 8 张友杰 以葸酮 分光 光度 法测 定 果蔬 中葡 萄糖 、 果糖 、 蔗糖 、 淀 粉 M 分析 化学 ， 1 9 9 4， 5 ( 3 ) ： 1 6 7 1 7 0 9 N i e l s e n ri m ，S k i arb e k HC，K arl s e n P C arb o h y d r a t e me t a b o l o i s h d u ri n g f r u i t d e v e l o p me n t i n s w e e t p e p p e r p l a n t s J P h y s i o l P l a n t ， 1 9 918 2： 3ll 一 3l 9 1 0 王惠 聪 ， 黄 辉 白 ， 黄 旭 明 荔枝 果 实的糖 积 累与相 关酶 活性 J 】 园 艺 学报 ， 2 0 o 3， 3 0 ( 1 ) ： 1 - 5 1 1 Vi z z o t o G，P i n t o n R，V ara n i n i Z， e t a1 S u c r o s e a c c u mu l a t i o n i n d e v e l o p i n g pea c h f r u i t J P h y s i o l P l a n t ，1 9 9 6 ， 9 6 ： 2 2 5 - 2 3 0 【 1 2 】 Mo r i g u c h i T，Y a ma k i S P u ri fi c a t i o n a n d c h a r a c t e riz a t i o n o f s u c r o s e s y n t h a s e f