光质对火龙果糖分积累及其代谢酶活性的影响

2019-08-14陈心源殷益明朱利鑫陶宁颖贾惠娟

浙江农业学报 2019年7期

陈心源，殷益明，朱利鑫，陶宁颖，满坤，贾惠娟，*

(1.浙江大学园艺系，浙江杭州 310000； 2.湖州市经济作物技术推广站，浙江湖州 313000； 3.长兴县安信家庭农场，浙江湖州 313100)

可溶性糖含量是决定果实品质的重要因素之一，在很大程度上，火龙果果实品质取决于所含糖的种类和数量[1-2]。因此，提高果实的含糖量对改善火龙果果实的品质具有重要的意义。许多研究表明，果实中糖分的积累与相关酶活性有密切的关系，且糖分的积累机制与关键酶的调控作用因植物的种类有所不同。国内外相关研究主要集中在橙、梨、草莓、桃等果实上，如Song等[3]研究认为，蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase，SPS)是夏橙果实蔗糖积累的关键酶；王惠聪等[4]认为，蔗糖合成酶(sucrose synthase，SS)是梨果实中蔗糖积累的关键酶；王德孚等[5]的研究也得到一致结果；Hubbard等[6]认为，在草莓果实中转化酶是蔗糖积累的关键酶；吴国良等[7]研究表明，桃中的SS和SPS对糖的积累起关键性作用。与以上果树种类相比，有关火龙果果实可溶性糖对品质影响的研究相对滞后，主要集中在不同品种可溶性糖组分及含量差异上的测定。火龙果中可溶性糖的主要成分为葡萄糖和果糖，以及少量的蔗糖[1，8-9]。Esquivel等[10]比较了5个品种火龙果品质性状差异，发现Nacional中可溶性糖含量最高。沈林章等[11]研究发现，白肉火龙果中果糖和葡萄糖含量低于红肉火龙果。

火龙果(Hylocereuspolyrhizus)作为热带水果，在浙江省多为大棚种植，且浙江春季气候多变，多阴雨天气，光照不足导致春季首批火龙果产量很低，但生产上提高产量会导致果实品质下降。伍涛等[12]在梨上研究发现，重度疏果和中度疏果比不疏果的可溶性总糖分别提高了31.8%和20.7%。温室补光是实现植物优质高产的重要途径，在花卉、蔬菜上多有应用[13-15]，但在果树上才刚起步，国内补光研究的目的一般是实现提前采收、提高果实品质和产量，以解决生产上面临的一些问题。在葡萄上的研究主要有通过不同光质补光提高促早栽培葡萄[16]、延迟栽培葡萄[17]、设施栽培葡萄的品质[18]等等。在杏上的研究也是以提高日光温室栽培杏果实品质为目的对其补光[19]。刘帅等[15]用选择性光技术处理阳光玫瑰葡萄，即增强红色波段光，果实品质较对照有明显提高。

因此，我们以红肉火龙果为试材，采用不同红蓝光比例的光质进行树体补光处理，对果实发育不同阶段的糖积累和蔗糖代谢相关酶进行系统研究，探究不同光质条件下，果实发育过程中糖含量、蔗糖代谢相关酶活性的变化及其相互关系，以期更好地理解火龙果果实糖分积累的内在生理机制，为设施条件下生产优质稳产火龙果技术的制定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2018年在湖州市长兴县一火龙果种植基地进行，联栋塑料大棚栽培。试材为台湾引进红肉种自花授粉火龙果紫蜜龙，选取生长良好，长势基本一致的火龙果植株75株，分成3个组，单株重复。补光采用两种光质LED灯管(蓝光∶红光分别为1∶4和1∶2)，功率18 W，灯体圆柱形，尺寸26 mm×1 198 mm。红光波长660 nm，蓝光波长420 nm。灯管以条状分布在植株正上方。光源位于火龙果植株冠层正上方50 cm处。同时设置不补光对照(CK)。从3月22日开始，每天17:30—20:00补光2.5 h。

1.2 方法

本实验室研究结果显示，火龙果果实生长发育过程中有两个快速生长期，分别在花后2～4周和花后第6周[20]，因此，本试验分别在火龙果盛花后10 d(6月11日，幼果期)、盛花后31 d(7月2日，转色期)、盛花后41 d(7月12日，成熟期)，每个处理随机取6个果实，放入冰盒带回实验室，测定鲜样单果质量、果实纵横径、可溶性固形物(total soluble solid，TSS)、可滴定酸(titratable acid，TA)、果实糖酸含量和酸性转化酶(acid invertase，AI)、中性转化酶(neutral invertase，NI)、蔗糖合成酶(sucrose synthase，SS)和蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase，SPS)活性。

TSS、TA、可溶性糖含量测定参照余意[21]的方法。AI、NI、SS、SPS活性测定分别参照苏州科铭生物技术有限公司生产的试剂盒说明书进行，而后AI、NI活性使用SYHERGY H1酶标仪(美国伯腾仪器有限公司BioTek)在510 nm波长下测量吸光度(D值)，SS、SPS活性在480 nm波长下测量吸光度(D值)。

1.3 数据分析

试验数据使用Excel 2013和SPSS 16.0进行计算和分析，用Ducan新复极差法(P<0.05)进行差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 不同光质补光对火龙果不同发育阶段果实品质的影响

图1分别表示6月11日(A1)、7月2日(B1)和7月12日(C1)不同处理火龙果外观形态。三组果实发育进程基本一致，从B1中可看出，CK的果实大于1∶4和1∶2两个处理。图1-A2、B2、C2为果实切面图，6月11日时，果肉呈白色，且依稀可见乳白色的种子。7月2日时，果肉已经转色，呈紫红色，内镶嵌黑色种子，但果皮仍有部分绿色。7月12日，果肉呈深紫红色，果皮也完全转色，仅鳞片顶端有少量绿色。

图2显示了不同处理组火龙果果实在3个不同发育阶段单果质量、TSS、TA以及TSS/TA的变化规律基本一致，单果质量和TSS含量先快速上升后继续缓慢增加，TA含量先上升后下降。各处理间单果质量除了在幼果期外，CK均显著高于两组补光处理。比较TA含量，在转色期，1∶2处理高于其他组，而成熟期，低于其他组，均有显著差异(P<0.05)。1∶2处理中TSS含量在转色期与成熟期都显著高于1∶4处理。比较TSS/TA，果实成熟时，1∶2处理高于1∶4处理和CK，且有显著差异(P<0.05)。

2.2 不同光质补光火龙果果肉中的糖积累

补光对火龙果果实生长发育过程中糖积累的差异见表1。火龙果中糖成分主要是果糖、葡萄糖和少量的蔗糖，两组补光处理和CK果实糖分积累规律基本一致。幼果期表现为蔗糖的大量积累，果糖和葡萄糖含量较低；幼果期至转色期，葡萄糖和果糖大量积累；转色期至成熟期，葡萄糖和果糖持续积累，蔗糖少量积累，含量较低，葡萄糖在可溶性糖总量中的占比最高。比较不同处理间差异，CK在果实发育进程中，葡萄糖和果糖含量显著高于两组补光处理，蔗糖含量在转色期后基本保持不变。1∶4处理前期果实中可溶性糖积累较缓慢，转色期后，蔗糖含量逐渐下降，果糖和葡萄糖积累速率加快。1∶2处理前期葡萄糖和果糖积累速率仅次于CK，但转色期后积累速率下降，蔗糖逐渐积累。可见蔗糖含量的变化与果实还原糖积累有一定的相关性。此外，成熟果实中，1∶2处理蔗糖含量高于其他两组，但果糖和葡萄糖却相反，均有显著差异。由表1还可知，两组补光处理的平均单株产量显著高于对照组，分别增加了278%和213%。

CK，不补光；A1、A2，幼果期；B1、B2，转色期；C1、C2，成熟期。CK， No artificial light; A1， A2， Young fruit period; B1， B2， Color-changed period; C1， C2， Maturity.图1 不同蓝红光比补光条件下火龙果外观和切面比较Fig.1 Comparison on appearance and section of pitaya treated with light of different blue-red ratios

同一时期不同处理间没有相同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。The bars in the same period with different lowercase letters were significantly different at the 0.05 probability level. The same as below.图2 不同蓝红光比补光火龙果单果质量、TSS、TA、TSS/TA比较Fig.2 Effect of different blue-red light ratios on fruit weight， TSS， TA and TSS/TA of pitaya

表1 不同蓝红光比对火龙果果肉中果糖、葡萄糖和蔗糖积累及平均单株产量的影响

Table 1 Effect of different blue-red light ratios on sugar contents and average plant yield of pitaya during fruit maturation

时期Period处理Treatment葡萄糖Glucose/(mg·g-1)果糖Fructose/(mg·g-1)蔗糖Sucrose/(mg·g-1)平均单株产量Average plant yield/kg幼果期1∶41.74 a1.12 a7.40 aYoung fruit period1∶21.38 b0.47 b7.59 aCK1.70 a1.09 a8.12 a转色期1∶450.53 c25.17 c6.39 aColor-changed1∶260.77 b34.68 b5.47 aperiodCK64.48 a40.27 a6.31 a成熟期1∶4100.65 b48.23 b5.53 c1.74 aMaturity1∶295.36 c46.78 c9.11 a1.44 bCK102.69 a53.91 a6.70 b0.46 c

同一时期不同处理的同一指标数据后没有相同小写字母表示在P<0.05水平下的显著差异。

Values in the same period within a column followed by different lowercase letters were significantly different at the 0.05 probability level.

2.3 不同光质补光火龙果果肉中蔗糖代谢相关酶的活性变化

图3显示，火龙果果实发育过程中转化酶活性有很大变化，AI活性呈先上升后下降趋势，NI逐渐减少直至消失。幼果期，果实中转化酶活性极低，此时蔗糖是果肉中可溶性糖的主要成分，葡萄糖和果糖含量极低，1∶2处理中，AI活性显著低于1∶4处理和CK，但NI活性高于其他处理，转化酶总活性最高。转色期，1∶4处理中AI活性显著高于1∶2处理，仅CK果实中测出少量NI，其他无显著差异。成熟期，CK中AI活性高于其他两组，处理间均有显著差异。1∶4处理中，SS先增加后减少，SPS则是一直缓慢增加，这与其他两个处理规律一致。幼果期，1∶4处理中SS活性显著高于CK，但与1∶2处理差异不明显；转色期三组处理中SS活性无显著差异；成熟期，1∶2处理果肉中SS活性和蔗糖含量显著高于1∶4和CK，果糖和葡萄糖含量低于1∶4和CK。果实发育三个阶段1∶2处理SPS活性均显著高于其他组。

图3 不同光质补光对火龙果果肉中蔗糖代谢相关酶活性的影响Fig.3 Effect of different blue-red light ratio on enzyme activities of sucrose metabolism during fruit maturation

3 讨论

3.1 糖组分和含量积累

葡萄[22]、甜樱桃[23]、桃[24]等不同果树果实中可溶性糖含量变化趋势大致为：发育初期，可溶性糖含量积累很少；进入果实膨大期，可溶性糖开始大量积累；成熟时，果实中的可溶性糖含量较高。本试验研究发现，随着果实的生长发育，果实中可溶性糖含量逐渐上升，与其他果实中可溶性糖含量的变化规律基本一致。

光质对果实品质的调控机制非常复杂，有研究认为，光质可能是通过调控蔗糖代谢相关酶来调控果实中糖的积累，从而影响果实品质[25]。本试验中，不同光质处理火龙果糖积累程度在各发育阶段表现不同。蓝红光比为1∶2的处理成熟果实中蔗糖含量显著高于其他处理，且TSS/TA也高于CK和1∶2处理；CK成熟果实中可溶性糖总量略高于两组补光处理。这可能与负载量低有关，1∶4和1∶2处理平均单株产量分别比CK高1.28和0.98 kg，碳水化合物集中运输到少量果实中，促进了可溶性糖积累。这与伍涛等[12]发现对梨疏果可促进可溶性糖总量提高结论一致。

3.2 各种糖分积累差异与蔗糖代谢相关酶活性的关系

本研究通过对糖分与酶活性的分析发现，SS和SPS活性与蔗糖含量变化趋势一致，AI活性与果糖和葡萄糖含量变化趋势一致，荔枝、苹果、桃、梨等果树的研究中均支持这一观点[4，6，26]。在果实发育不同时期，各种酶活性有较大变化。幼果期，SS和SPS活性较高明显高于两种转化酶，此时AI活性极低；转色期，SS和SPS活性逐渐上升，AI活性急剧上升，NI逐渐下降至消失；成熟期，1∶2处理的SS和SPS活性略有上升，AI活性明显下降，CK果实中SPS和SS活性明显下降，AI活性基本维持稳定，1∶4处理的SPS和SS变化与CK一致，AI变化与1∶2处理的一致。分析不同光质对酶活性与各糖含量变化相关性，1∶2处理促进了SPS和SS活性，促进了成熟果实中蔗糖积累；1∶4处理促进了果实幼果期至转色期AI活性，促进了果糖和葡萄糖积累。有研究表明，单红光抑制铁皮石斛原球茎SS合成方向活性，从而促进蔗糖分解成葡萄糖，单蓝光通过促进SPS活性，促进糖代谢途径以蔗糖合成方向为主，从而减少果糖和葡萄糖含量[27]。刘林等[28]发现，蓝膜覆盖葡萄可以显著增加果实中果糖、葡萄糖含量，同时AI活性也显著增加。以上研究结果与本试验一致。由此推断，SS、SPS和AI活性是火龙果糖含量差异的主要原因。