不同砧木对无核葡萄果实糖分积累的影响

钟海霞，张付春，周晓明，潘明启，张 雯，谢 辉，韩守安，艾尔买克·才卡斯木，伍新宇

(新疆农业科学院园艺作物研究所/农业部新疆地区果树科学观测试验站，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】葡萄浆果中糖分既决定着果实的甜度和风味，也广泛影响果实的风味物质、呈色物质、特殊芳香物质的形成[1]。葡萄果实的成熟过程伴随着大量可溶性糖的积累。蔗糖代谢是果实中糖积累和转化的重要环节，研究蔗糖代谢相关酶则是探究果实糖分积累与代谢的重要内容[2]。随着葡萄种植面积和产量的迅速增加，对生产、管理、栽培技术提出了更高的要求，因此，提高葡萄果实糖含量成为了葡萄生产和研究的重点。砧木不但能提高接穗抗性，对调节其生长发育、产量和品质等均有一定影响[3-4]。应用砧木嫁接栽培前景广阔，对新疆葡萄产业发展具有重要作用。【前人研究进展】刘翔宇等[5]研究发现不同砧木对砂糖橘果实糖积累产生显著的影响，果实成熟期枳壳砧的果皮和果肉可溶性总糖及蔗糖含量均显著高于红黎檬砧果实。柑橘砧木主要通过影响砂糖橘果实蔗糖代谢酶的活性，调节糖的代谢来调控果实糖的积累；孟文慧等[6]研究认为砧木不同，西瓜果实的糖分积累量也不同，其中野生西瓜2号对早佳西瓜品质影响最小。刘慧英等[7]研究了砧木对小型早熟西瓜果实糖代谢及相关酶活性的影响，得出超丰F1、杭州长瓠砧木嫁接的小兰西瓜糖含量明显高于黑籽南瓜和勇士砧木，嫁接西瓜及自根苗果实糖分积累的差异是Inv、SPS、SS几种酶共同作用的结果；刘朋[8]研究了南瓜砧木对嫁接西瓜果实糖分积累的调控作用分析，得出L29 作为砧木的嫁接西瓜果实中葡萄糖和果糖含量显著升高，蔗糖显著降低，总糖显著升高。【本研究切入点】新疆传统葡萄繁殖都是采用扦插育苗，利用砧木进行嫁接繁殖是今后的发展方向，目前有关砧木对接穗果实糖积累的影响在葡萄上尚未见报道。试验通过比较7种砧木嫁接的克瑞森无核葡萄及其自根苗果实内可溶性糖分含量和蔗糖代谢相关酶活性的动态变化规律，分析糖积累与酶活性相关性。【拟解决的关键问题】研究砧木嫁接对果实品质的影响，筛选适宜克瑞森无核葡萄的优良砧木，为新疆葡萄产业发展奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

以新疆农科院安宁渠试验场园艺所葡萄基地的7个砧木(5BB、5C、110R、101-14MG、SO4、188-08、贝达)嫁接的4a生克瑞森无核葡萄和自根苗为试材。株行距为1×3.5 m，顺沟倾斜龙干树形，正常土肥水管理。

1.2 方 法

试验于2017年8月1日～12月10日进行，从8月1日(花后45 d)开始采样，每隔10 d采样1次，至采收期10月10日(花后115 d)结束，共采样8次。各选择树势均一、无病虫害的15株，5株为1小区，重复3次。花期挂牌标注生长势相同的花穗。每次取样时，选择上、中、下结果部位随机采集60粒果实，取果肉部分，液氮速冻，-80℃低温冰箱保存待测。

糖组分和含量测定利用FL2200Ⅱ型高效液相色谱仪，自带紫外检测器。SK7200H 型超声波清洗器。高效液相色谱检测。糖测定条件：色谱柱为Inertsil NH2柱(4.6 mm × 250 mm，3 μm)，流动相为乙睛∶水=75%∶25%，流速0.8 mL/min，柱温40℃，进样量10 μL。

酶液制备:参照卢彩玉等[9]的方法加以改进；称取1.0 g果肉于冰浴的研钵中，分3次共加5 mL提取液将样品研磨成匀浆。提取液成分：50 mmol/L HEPES-NaOH(pH 7.5)，10 mmol/L MgCl2，1.0 mmol/L EDTA，2.5 mmol/L DTT，0.05%(体积比V/V)TritonX-100和0.1%(质量体积比W/V)BSA，0.1% β-巯基乙醇，2% PVP。匀浆后用低温高速离心机于2℃条件下13 000 r/min离心15 min。取上清液在2℃条件(将透析物及磁力搅拌器置于冰箱中进行)下用稀释10倍的提取缓冲液(去除 TritonX-100)透析 20 h，中间换透析液1次。透析后的酶提取液于-80℃保存用于酶活性分析。

酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)的分解方向活性的测定参照闫梅玲等[10]的方法，蔗糖合成酶(SS)的合成方向活性与蔗糖磷酸酶(SPS)活性的测定参照宋瑾[11]的方法略有改动，3次重复，在0～4℃条件下测定。

1.3 数据处理

数据分析用Excel 2012和SPSS 17.0软件。

2 结果与分析

2.1 不同砧木对果实可溶性糖含量的影响

研究表明，克瑞森无核葡萄不同砧木嫁接苗及其自根苗果实中蔗糖、葡萄糖、果糖和总糖含量均随着果实的发育进程而呈逐渐上升的趋势变化。但不同砧木对果实蔗糖含量的影响有所不同。在果实发育早期(花后45～55 d)，砧木嫁接苗和自根苗果实中蔗糖含量增加幅度较小；在果实发育中后期(花后55～115 d)其增加速度较快，其中砧木5C和101-14MG嫁接苗蔗糖含量积累速度显著高于自根苗，砧木贝达和188-08嫁接苗在果实发育后期(花后85～115 d)蔗糖含量均较低，略低于自根苗，在果实成熟后(花后115 d)5C嫁接苗蔗糖含量比自根苗高了12.75%；贝达嫁接苗蔗糖含量比自根苗低了18.99%。

葡萄糖和果糖含量在整个果实发育过程中变化趋势相类似。其中不同砧木的嫁接苗果实发育前期(45～65 d)，其葡萄糖和果糖含量积累速率较慢，中期(花后75～85 d)时其变化幅度增大，呈急剧升高趋势。果实成熟时(花后105 d)，7个砧木中101-14MG嫁接的果糖含量最高，达108.86 mg/g，比自根苗高了25.82%；5BB嫁接的果实葡萄糖含量最高，达99.56 mg/g，比自根苗高了13.55%。果实完成熟时(花后115 d)，砧木101-14MG和5BB嫁接的果实果糖和葡萄糖含量均显著大于自根苗。但贝达和188-08嫁接的果实葡萄糖和果糖含量呈下降的趋势，其葡萄糖含量分别比自根苗低2%和5.6%，果糖含量均比自根苗低了4%。

可溶性总糖含量也随果实的发育逐渐增大，在花后65 d增幅最大。砧木5BB和101-14MG在整个果实发育期间总糖含量均高于其余几个砧木品种及自根苗，在花后115 d时达最大，分别为215.47和228.70 mg/g，与自根苗比提高了8.04%和14.67%，这表明砧木101-14MG对果实可溶性总糖积累的促进作用更优于5BB。110R嫁接苗在果实发育45～95 d时，果实内总糖含量高于自根苗，到果实成熟时总糖含量低于自根苗。SO4嫁接苗除对花后85 d果实内总糖含量影响较低外，其它时期均促进果实内总糖含量积累。与自根苗相比，砧木贝达、5C和188-08嫁接苗在果实整个发育期间对总糖含量影响不大。

在果实整个发育过程中以葡萄糖和果糖积累为主，蔗糖为辅。可溶性糖含量因砧木种类的不同而有所不同，其中砧木5BB和101-14MG可明显提高果实内可溶性糖分的积累，101-14MG作用优于5BB，其可溶性总糖比自根苗最大提高了14.67%。图1

图1 不同砧木嫁接下克瑞森无核葡萄果实发育中糖分积累变化

Fig.1 Effect of different rootstocks on the sugar accumulation of Crimson seedless grape

2.2 不同砧木对果实糖代谢相关酶活性的影响

2.2.1 不同砧木对果实蔗糖转化酶活性的影响

研究表明，嫁接苗和自根苗果实在发育过程中，酸性转化酶(AI活性)整体呈现先升后降的趋势，在花后75 d时达到峰值，此时5C和101-14MG的AI活性相对较高，分别达84.2和83.53 mg/(g·h)，比自根苗提高了30%以上。188-08嫁接苗果实整个发育中AI活性一直处于较低水平，略低于自根苗，贝达、5C、101-14MG、5B和110R在花后65～105 d期间AI活性均高于自根苗。

在果实发育过程中NI活性在花后75 d时出现峰值，且101-14MG高于其它砧木嫁接苗和自根苗。在果实成熟后期(花后105～115 d)，砧木果实中NI活性均高于自根苗，且此时自根苗NI活性呈下降趋势。图2

图2 不同砧木嫁接下克瑞森无核葡萄果实发育中蔗糖转化酶活性变化

Fig.2 Effect of different rootstocks on the sucrase activity of Crimson seedless grape

2.2.2 不同砧木对果实发育中蔗糖合成酶酶活性的影响

研究表明，从整个果实发育过程来看，花后45～95 d时SS-c活性呈稳步增加的趋势，在果实发育95～115 d时SS-c活性急剧增加。与自根苗相比，砧木嫁接苗在果实发育前期(花后45～65 d) SS-c活性较高，在果实发育中后期(花后75～95 d) SS-c活性不同程度的降低，在果实成熟期(花后105～115 d) SS-c活性不同程度的升高。其中101-14MG和SO4在果实成熟后(花后115 d) SS-c活性与自根苗比提高了21%和26%。

与自根苗相比，嫁接苗果实内SS-s活性在果实整个发育期间内呈先降低后升高的趋势。其中110R和SO4在花后75 d至果实完全成熟，果实内的SS-s活性均高于自根苗。101-14MG从花后95 d到果实完全成熟，果实内SS-s活性达到最大值，分别为6.52、6.9、7.9 mg/(g·h)。砧木188-08对果实内SS-s活性除在果实完全成熟时(花后115 d) SS-s活性略高，其它时期均低于自根苗果实内的SS-s活性。

嫁接苗和自根苗果实内SPS活性在果实发育期间呈两个峰值，分别在花后75 d和花后115 d。花后115 d各砧木嫁接苗和自根苗果实SPS活性均达到最大，其中SO4和5C嫁接苗SPS活性分别为12.04和11.25 mg/(g·h)，均比其余几个砧木嫁接苗和自根苗要高。砧木101-14MG嫁接苗果实内SPS活性在整个果实发育期间均高于自根苗；而砧木188-08除在花后65 d外SPS活性较低，其它时期表现的较高；砧木5C在果实发育前期(45～65 d)SPS活性较低，在花后75～115 d内SPS活性高于自根苗。图3

图3 不同砧木嫁接下克瑞森无核葡萄果实发育中蔗糖合成酶活性变化

Fig.3 Effect of different rootstocks on the sucrose synthase activity of Crimson seedless grape

2.3 果实中糖代谢相关酶活性与糖含量组分相关性

研究表明，在果实发育过程中不同砧木和自根苗果实中葡萄糖与酸性转化酶(AI)、蔗糖合成酶(SS-s)活性呈显著正相关关系，其中砧木110R和188-08果实中葡萄糖的积累与AI相关性达到极显著水平，相关系数分别达0.868和0.925；砧木5BB、贝达、101-14MG、110R、SO4、自根苗果实中葡萄糖的积累与SS-s也呈极显著正相关；砧木贝达、5C、110R、188-08中葡萄糖的积累与蔗糖合成酶(SS-c)活性呈显著相关，自根苗果实中葡萄糖积累与SS-c相关性达到极显著水平。不同砧木和自根苗果实中葡萄糖积累与中性转化酶(NI)活性无显著相关性。可见，在果实发育过程中AI和SS-s活性对果实内葡萄糖的合成起主要的作用。

相关性分析可知，砧木188-08和自根苗果实发育过程中果糖的积累与SS-s活性呈显著正相关，其余砧木果实中果糖合成与SS-s活性相关性达极显著水平；除110R嫁接苗果实中果糖积累与AI活性无显著相关性外，其余砧木嫁接苗和自根苗果实中果糖积累均与AI活性呈显著相关性。砧木嫁接苗和自根苗果实中NI活性与果糖的含量均无显著相关性。可见，SS-s是果实内果糖积累的主要合成酶。

从蔗糖积累与糖代谢相关酶活性的相关性分析可知，除188-08嫁接苗和自根苗果实内蔗糖的积累与SS-s活性呈显著相关性外，其余砧木果实内蔗糖均与SS-s活性相关性达到极显著水平；除自根苗蔗糖的积累与蔗糖合成酶(SPS)无显著相关性外，砧木果实内蔗糖与SPS活性相关性均达到显著性水平。砧木和自根苗果实内蔗糖的合成与NI活性均无显著相关关系。可见，SS-s和SPS是果实内蔗糖积累的主要酶。

对果实内总糖与糖代谢相关酶进行相关性分析可知，砧木和自根苗果实内总糖的合成与SS-s和AI活性均有显著相关性，且SS-s对总糖的合成关系更显著。除砧木188-08和自根苗果实内总糖与SPS活性相关性不显著外，其余砧木果实内总糖和SPS均呈显著相关，而NI对砧木和自根苗果实内总糖的积累均无显著相关关系。以上研究表明，砧木嫁接苗和自根苗果实内可溶性总糖的积累是AI、SS-s、SS-c和SPS综合作用的结果，其中AI和SS-s是可溶性总糖合成的主要酶。表1

表1 不同砧木对克瑞森无核葡萄果实中蔗糖代谢相关酶活性与糖含量组分相关性

Table 1 Relationship between sucrose metabolism-related enzymes activity and sugar component content in the fruit of crimson seedless grape by rootstock grafting

关系Correlativity5BB贝达5C101-14MG110RS04188-08自根酸性转化酶-葡萄糖AI-glucose0.782∗0.763∗0.784∗0.780∗0.868∗∗0.783∗0.925∗∗0.792∗中性转化酶-葡萄糖NI- glucose0.6090.4840.1730.3760.6890.3210.3520.138蔗糖合成酶(分解方向)-葡萄糖SS(cleavage direction)- glucose0.5440.799∗0.758∗0.6180.742∗0.6560.798∗0.879∗∗蔗糖合成酶(合成方向)-葡萄糖SS(synthetic direction)- glucose0.946∗∗0.886∗∗0.830∗0.990∗∗0.937∗∗0.992∗∗0.764∗0.870∗∗蔗糖磷酸合成酶-葡萄糖SPS- glucose0.828∗0.726∗0.805∗0.831∗0.799∗0.770∗0.745∗0.677酸性转化酶-果糖AI- fructose0.791∗0.823∗0.738∗0.714∗0.7040.756∗0.865∗∗0.726∗中性转化酶—果糖NI- fructose0.5830.5040.1950.3520.4150.2920.2870.051蔗糖合成酶(分解方向)-果糖SS(cleavage direction)- fructose0.5070.779∗0.752∗0.5350.6680.6490.710∗0.887∗∗蔗糖合成酶(合成方向)-果糖SS(synthetic direction)- fructose0.957∗∗0.894∗∗0.854∗∗0.983∗∗0.882∗∗0.996∗∗0.708∗0.824∗蔗糖磷酸合成酶-果糖SPS- fructose0.808∗0.752∗0.776∗0.807∗0.5770.738∗0.6380.633酸性转化酶-蔗糖AI- Sucrose0.6490.753∗0.765∗0.6030.819∗0.6170.857∗∗0.713∗中性转化酶—蔗糖NI- Sucrose0.4350.4950.2170.2540.4970.1230.2590.010蔗糖合成酶(分解方向)-蔗糖SS(cleavage direction)- Sucrose0.6480.866∗∗0.765∗0.6150.786∗0.720∗0.793∗0.894∗∗蔗糖合成酶(合成方向)-蔗糖SS(synthetic direction)- Sucrose0.969∗∗0.971∗∗0.855∗∗0.981∗∗0.982∗∗0.983∗∗0.762∗0.794∗蔗糖磷酸合成酶-蔗糖SPS- Sucrose0.815∗0.887∗∗0.823∗0.768∗0.815∗0.753∗0.739∗0.637酸性转化酶-总糖AI- total sugar0.786∗0.796∗0.749∗0.709∗0.846∗∗0.766∗0.902∗∗0.761∗中性转化酶-总糖NI- total sugar0.5930.4980.1880.3670.5700.3020.3210.094蔗糖合成酶(分解方向)-总糖SS(cleavage direction)- total sugar0.5280.786∗0.760∗0.5790.735∗0.6580.765∗0.885∗∗蔗糖合成酶(合成方向)-总糖SS(synthetic direction)- total suga0.955∗∗0.897∗∗0.848∗∗0.991∗∗0.941∗∗0.998∗∗0.737∗0.852∗∗蔗糖磷酸合成酶-总糖SPS- Sucrose0.820∗0.748∗0.795∗0.822∗0.712∗0.758∗0.7040.656

注：同一列中无*表示无显著差异，一个*表示差异显著(P<0.05)，**表示差异极显著(P<0.01)

Note： No*indicates to no significance in the same column, one*indicates to significance at 0.05 level separately,**indicates to significance at 0. 01 level separately

3 讨 论

糖是大多数果实成熟时的主要贮藏物，其含量是衡量果实品质的重要指标，果实中可溶性糖主要以果糖、葡萄糖和蔗糖为主[12-13]。试验结果表明，克瑞森无核葡萄砧木嫁接苗和自根苗果实内蔗糖、葡萄糖和果糖的含量均随着果实的发育进程而逐渐积累、增多，果实完全成熟时其含量积累达最大。这与章英才等[14]的研究结果相一致。与糖代谢相关的酶主要由转化酶(AI、NI)和合成酶(SS、SPS)组成。转化酶催化蔗糖分解为葡萄糖和果糖，合成酶可以催化蔗糖的合成和分解，通过保持蔗糖的浓度梯度来调控果实中糖分的积累[15]。试验结果显示，在葡萄成熟过程中AI、NI活性变化较大，总体呈先升后降的趋势，并在果实发育中期(花后75 d)酶活性出现转折点，与潘秋红等[16]研究相一致。

蔗糖合成酶(SS-s、SS-c、SPS)在果实成熟过程中变化幅度也较大，其中SS-s活性在砧木嫁接苗和自根苗果实发育过程中整体呈持续上升的趋势；SS-c和SPS活性在果实发育过程中呈先升后降再升的趋势，其中在花后95 d时，SS-c和SPS活性上升幅度较迅速。结果表明，在果实发育前期，高活性的AI、NI和SS-c分解酶促进了果实中葡萄糖和果糖含量的迅速增加，既增大了库强，同时为快速生长的组织提供己糖作为碳源，随着果实的成熟和蔗糖的积累，转化酶活性逐渐下降，降低了蔗糖的分解，这与陈建伟等[17]研究结果相一致。果实发育中、后期蔗糖的积累与SPS和SS合成活性的升高、SS的分解活性和转化酶活性降低有关，进而促进果实中可溶性总糖含量的升高。同时从相关性分析得知，SS-s活性对促进蔗糖的积累效果比SPS活性效果更显著，这与谢小波等[18]在杨梅上的研究结果相一致。

果实内的可溶性糖的积累与蔗糖、葡萄糖、果糖的合成与分解紧密联系，首先蔗糖经转化酶分解为葡萄糖和果糖，葡萄糖又在6-磷酸葡萄糖异构酶的作用下转化为果糖，葡萄糖和果糖在蔗糖磷酸合成酶催化下合成蔗糖[19]。试验通过对果实内糖组分含量与酶活性的相关性分析发现，部分砧木嫁接苗果实内蔗糖、葡萄糖、果糖和总糖的积累与AI、SPS活性呈显著相关性，与SS-s活性呈极显著正相关关系；与NI活性均无显著相关性。自根苗果实内糖组分的合成仅与SS-c活性相关性达到极显著水平。克瑞森无核砧木嫁接苗果实内糖分的合成是AI、SPS、SS-s活性综合作用的结果，其中SS-s活性是糖分合成最关键的酶。

4 结 论

克瑞森无核葡萄砧木嫁接苗和自根苗果实在果实整个发育过程中以己糖积累为主，蔗糖为辅。7种砧木嫁接的克瑞森无核葡萄中，砧木5BB和101-14MG能明显提高克瑞森无核葡萄果实内葡萄糖、果糖和可溶性总糖含量。其中101-14MG嫁接苗可溶性总糖比自根苗最大提高了14.67%，促进作用优于5BB。克瑞森无核砧木嫁接苗和自根苗果实内AI和NI活性呈先升后降的趋势，在果实发育中期(花后75 d)出现转折点；而SS-s和SS-c整体呈上升趋势，SPS呈先升高后降低再升高的趋势。相关性分析得出克瑞森无核嫁接苗果实内可溶性糖的积累是AI、SPS和SS-s活性共同调控的结果，其中SS-s是克瑞森无核葡萄果实糖积累中最重要的调控因子。