赤霞珠葡萄果实糖积累与糖代谢相关酶的关系

赤霞珠葡萄果实糖积累与糖代谢相关酶的关系 赤霞珠葡萄果实糖积累与糖代谢相关酶的 关系 赤霞珠葡萄果实糖积累与糖代谢 相关酶的关系 李利梅,王秀芹,杨培培,黄卫东,战吉成 (中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京100083) 摘要:以赤霞珠葡萄果实为试材,在花后20,110d(每隔10d取样一次),测定和 果实生长发 育过程中糖分(葡萄糖,果糖,蔗糖)积累的动态变化,以及不同时期果实己糖激酶 (HXK),细胞壁酸 性转化酶(CWINV)和蔗糖合酶(SuSy)活性变化趋势.结果明,赤霞珠葡萄果实整 个发育过程中主 要以积累葡萄糖和果糖为主,蔗糖含量极微;HXK活性与葡萄糖,果糖呈相反的变 化趋势;葡萄糖和果糖 含量低时,CWINV和SuSy的活性开始上升;反之,CWINV和SuSy的活性降低.相 关性分析表明,蔗糖含 量与葡萄糖,果糖含量显着相关,葡萄糖和果糖含量与CWINV和SuSy活性负相 关. 关键词:赤霞珠葡萄果实;糖积累;己糖激酶;蔗糖合酶;细胞壁酸性转化酶 中图分类号:Q53,Q55文献标识码:A\ Relationshipbetweensugaraccumulationandsugarmetabolismrelated enzymesduringCabernetSauvignonberriesdevelopment LiLimei,WangXiuqin,YangPeipei,HuangWeidong,ZhanJicheng (CollegeofFoodScience&NutritionalEngineering,ChinaAgricultureUniversity,Bei jing100083) Abstract:BerrysamplesofCabernetSauvignongrapevineswerecollectedbetween20to110 daysafterfullblossom(once every10days).Dynamicchangesofsugar(glucose,fructoseandsucrose)accumulationandtheactivityofhexokinase(HXK),cellwall invertase(CWlNV)andsucrosesynthaseenzymes(SuSy)duringthedifferentstagesofberriesweredetermined.Theresultsshowed thatduringthedevelopmentofgrapeberry,glucoseandfructoseaccumulationishighwhilesucroseisminima1.TheactivityofHXK showedaninverserelationshipwiththeaccumulationofglucoseandfructose;CWINVandSuSyactivityincreasedwhenglucose andfructosecontentswerelow,otherwise,CWINVandSuSyactivitydecreased.Correlationanalysisshowedthatsucrosecontent wassignificantlyrelatedtoglucoseandfructosecontent,glucoseandfructosecontentwasnegativelycorrelatedtoCWINVandSuSy activity. Keywords:CabernetSauvignonberries;sugaraccumulation;hexokinase;sucrosesynthase;cellwallinvertase 葡萄果实主要积累葡萄糖, 果糖和蔗糖,糖含量对果实品质 起着重要作用川.果实糖积累的 过程受诸多因子的调节,如光合 产物的生产,运输,分配以及它 在果实中的代谢.果实作为一 个强大的代谢库,在成熟过程中 从源组织获得大量的同化物,果 实获得同化物的能力在很大程度 上决定于其库强,而库强大小是 由果实中蔗糖的浓度决定的. 但是,最终运入果实中的同化产物 是由它在果实中的代谢决定的, 因而,在了解糖的生产,运输及 分配之后,掌握糖在果实中的积 基金项目:国家自然科学基金(30871698,31071764) 作者简介:李利梅(1987.),女,在读研究生.研究方向:葡萄果实发育生理.E— mail:11m198710@163.corn 通讯作者:王秀芹(1966.),女,副教授,博士.研究方向:酿酒葡萄果实发育生 理.E-mail:wxq1966@sohu.corn 242011.07 累代谢规律及其调控机制将更有 助于实现对果实糖含量及组成的 科学调控. 蔗糖是葡萄果实中糖卸载的 一 种重要形式,并在品质形成中 起着重要作用,因此与蔗糖代谢 相关酶的活性就成为决定库强大 小的关键因子,进而影响果实的 糖积累".由前人研究可知,与 蔗糖代谢相关的酶主要有细胞壁 酸性转化酶(cellwallinvertase, CWINV)和蔗糖合酶(sucrose synthases,SuSy),与己糖代 谢相关的酶主要是己糖激酶 (hexokinase,HXK).因此, 我们以赤霞珠葡萄为试材,对果 实发育过程中,糖含量和糖代谢 相关酶活性变化进行了系统的研 究,旨在探索糖积累与糖代谢相 关酶活性间的关系. 1与方法 1.1试验材料 试材取自于河北省张家口市 怀来县酿酒葡萄种植园,品种为 赤霞珠.花期为2008年6月1日, 自花后20d开始采样,间隔10d, 取至花后110d,共10次.取生长 一 致的5,10株作为一个区组,共 设3个区组,从每一区组中选取结 果枝生长健壮,果穗大小一致, 着生方向相近的10,20穗果,回 实验室后去除1/3尖果穗,选取大 小基本一致,外周无明显伤害, 病虫害的果实液氮速冻,-80? 保存备用. 1-2试验方法 1.2.1取1O穗果中部大小颜色相 同,共1o0粒果实进行质量和体积 测定,计算单果粒的平均质量和 体积. 1_2.2糖含量的测定 取2g果实,在液氮保护下 迅速研磨成粉状,从中准确称取 1g转入10mL离心管;加入2mL 流动相,ulJO.005mM的H2SO4溶 液,涡旋振荡混匀,超声破碎5 min,每个3s一个间隔,室温提 取2h;4oC,12000r/min离心 10min,取上清液;上清过0.22 L滤膜,上样.液相条件如 下:柱子:Bio.RadAminexHPX 87H氢柱,填料为阳离子交换树 脂(300mm×7.8mmi.d.),柱 温25?,流动相为0.005mM的 H2SO4溶液,流速为0.4mL/min. Waters2414示差检测器检测,温 度4O?.色谱型号:Waters2695 SeparationsModule.蔗糖,果 糖和葡萄糖根据其保留时间来定 性,通过峰面积定量. 1.2.3己糖激酶及蔗糖代谢酶活 力测定 取1g液氮研磨后的赤霞珠 浆果粉进行酶活性测定.细胞壁 酸性转化酶参照王永章等的方 法;蔗糖合酶参照赵智中等?的 方法;己糖激酶参照秦巧平等】 的方法并加以改进.以上操作均 在4?条件下进行,所有测定均 重复3次. 1.2.4统计分析 试验数据用Excel和SPSS16.0 进行分析. 2结果与分析 2.1葡萄果实不同发育时期生长 曲线 由图1可以看出,葡萄果实 发育呈典型的双"S"型,根据 果实鲜重和外观色泽变化将果实 发育大体划分为:幼果期,膨大 期,转色期和成熟期】.根据葡萄 果实的生长曲线可以看出:花后 20,30d为果实的幼果期;花后 40d,60d为浆果的膨大期,这个 时期浆果仍然很硬,糖分还没有 积累,但体积已经有了明显的增 大;花后70d浆果大小几乎和成 熟时期的浆果一样.花后70d是转 色关键时期,颜色转变几乎在ld 之内发生,预示着果实成熟的开 始;花后80,100d为成熟期,颜 色加深,浆果变软.花后110d为 花后天数/d I:第一快速生长期;II:缓慢生长期;III:第二快速生长期或成熟期 图l葡萄果实发育过程中单果质量和单果体积的变化 2011.0725 后熟期,浆果已经发育成熟. 2.2果实糖含量的动态变化 在葡萄果实生长发育过程 中,葡萄糖,果糖和蔗糖含量均 呈现增长的趋势(图2). 在花后2O,50d,果实中蔗 糖含量比较低,己糖(葡萄糖+果 糖)含量也比较低,从花后60d 开始己糖迅速积累,成熟时达到 高峰. 葡萄糖和果糖的积累模式类 似,在花后持续积累,花后90d 到成熟末期又开始上升,该阶段 葡萄的次生代谢明显增加,成熟 期果糖和葡萄糖含量相当,浆果 的次生代谢物质不断积累,甜度 大大提高.而在整个果实发育期 间,蔗糖含量一直维持在较低水 平,到果实成熟时其含量也很少. 糖在葡萄韧皮部的运输形式为蔗 糖,蔗糖经筛管从质外体卸载后就 7O 60 50 \ 誉40 30 枣2o 10 O 快速被分解为葡萄糖和果糖",葡 萄果实糖积累主要发生在转色期, 采收时果糖略高于葡萄糖. 2.3HXK,CWINV以及SuSy酶活 力的测定 由图3可知,赤霞珠葡萄果实 不同时期HXK活性呈先降低再升 高趋势,花后20d时HXK活性最 高,随着果实发育HXK活性继续 下降,在花后60d活性最低.转 色期开始HXK活性上升,并且随 着果实成熟活性呈增强趋势,但 花后70,80d和90,l00d之间有 短暂的降低过程,随后其活性又 上升. 在葡萄果实发育早期,果实 的SuSy活性最高,CWINV活性 次之.随着果实的发育,CWINV ,60d达到 ~SuSy活性在花后50 最大值.转色期过后,CWINV~I] SuSy活性开始回落,并在花后80d 左右达到较低值. 2.4果实糖积累与糖代谢相关酶 活性的相关性分析 表1表明,在果实整个发育期 中,三种糖的含量均与SuSy活性 呈显着相关,而与其他代谢相关 酶(CWINV~IHXK)均不存在 相关性,所以蔗糖的积累主要与 SuSy有关. 3讨论 蔗糖是光合作用的主要产物, 是葡萄果实有机碳运输的主要形式 也是库代谢的主要基质?.糖卸 载到果实中在很大程度上取决于 果实的库强,而库强大小的一个 重要生理标志就是蔗糖代谢相关 酶的活性.吕英民等[2认为,转 化酶是衡量果实库强的一个重要 标志.本研究显示,在葡萄果实 发育过程中,不同发育阶段各种 糖代谢关键酶对葡萄果实糖积累 2O3040506O708O90l.0l10 花后天数/d 图2葡萄果实不同发育时期糖含量变化规律图3葡萄果实不同发育时期三种酶活 力变化规律 表1赤霞珠葡萄果实糖积累和糖代谢关键酶的相关性 注:在0.05水平上显着相关(2-tailed),"在O.O1水平上显着相关(2-tailed) 262011.07 珊啪舳0n/燃 的影响是不同的.在葡萄果实发 育初期,蔗糖浓度很低,而此时 有较高的CWINV活性,这是因为 CWINV催化蔗糖分解为细胞分裂 以及果实生长的能源_1,同时验 证了结论:幼嫩的果实中酸性转 化酶活性的增强可以为组织的快 速生长提供己糖,果肉组织中含 有大量的葡萄糖和果糖】.随着 果实发育,蔗糖浓度有所提高, CWINV活性降低,而此时果糖 和葡萄糖的变化较小,说明这一 时期果实内的物质代谢水平低, 果实进入硬果期.由实验结果可 知,SuSy与蔗糖含量呈显着地负 相关,这说明SuSy活性与糖的代 谢关系密切.果实发育成熟时, 己糖积累较多,这与已经报道的 桃子发育后期己糖积累与CWINV 活性上升类似[1引.上述结果表 明,CWINV和SuSy的综合作用是 影响葡萄果实糖积累的重要因子 之一,它们使得库细胞和韧皮部 保持一定的浓度梯度,促进了糖 分由"源"向"库"不断转移. 赤霞珠发育过程中,HXK活 性表现出与葡萄糖,果糖含量相 反的变化.幼果期CWINV~MSuSy 活性较高,果糖和葡萄糖含量虽 然缓慢的上升但含量并不高,可 能是在此阶段HXK活性较高,果 糖和葡萄糖被大量磷酸化;相关 性分析中HXK与葡萄糖和果糖负 相关.因此在葡萄果实中,葡萄 糖和果糖的积累受HXK的调控. 参考文献 [1]陈俊伟,张上隆,张良诚,等.温州 蜜柑果实发育进程中光合产物运输 分配及糖积累特性[J].植物生理学 报,2001,27(2):186—192. 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