不同类型黑莓品种的生理生化特性分析与评价

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（1.南京林业大学 a.南方现代林业协同创新中心；b.林学院，江苏 南京 210037；2.江苏省中国科学院植物研究所，江苏 南京 210014）

黑莓Rubusspp.原产北美洲，为蔷薇科悬钩子属灌木状栽培果树[1]，根据植株的生长性状可分为直立、半直立和蔓生3 种栽培类型，其果实因具丰富的营养以及独特的风味，广受消费者喜爱，是近年风靡全球的第3 代水果的代表种类。黑莓果实为聚合浆果，色泽艳丽，富含花色苷、黄酮醇、鞣花酸等酚类物质，具有较强的抗氧化作用[2]，被联合国粮农组织认定为新型健康食品。

1986年黑莓由江苏省中国科学院植物研究所引入我国[3]，目前在全国各地均有栽培。随着经济的发展和人们生活水平的提高，黑莓市场前景广阔，因此筛选一些优良品种进行种植推广，对黑莓的大规模生产具有积极的作用。本研究以南京地区栽培的不同类型黑莓品种为试验材料，进行了生理生化特性的观察测定和评价，以期为黑莓的栽培管理以及品种选用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究材料

研究材料为不同类型的9 个黑莓品种，即直立类型栽培品种‘纳瓦荷’（‘Navaho’）、‘乔克多’（‘Choctaw’）、‘萨尼’（‘Shawnee’），半直立类型栽培品种‘赫尔’（‘Hull’）、‘三冠王’（‘Triple Crown’）、‘卡伊娃’（‘Kiowa’）、‘宁植4号’（‘Ningzhi 4’），以及蔓生类型栽培品种‘黑布特’（‘Black Butte’）、‘宝森’（‘Boysen’）。各品种均种植于南京市溧水区白马科技园区江苏省中国科学院植物研究所试验基地内。黑莓种植园为丘陵坡地，土壤粘重，pH7.25。种植行株距为2.5 m×1.5 m，日常精细化管理，肥水充足。采用篱壁式支架，冬季适量修剪。2019年5月，分别选择每个品种发育良好的3 株健康植株，随机采集植株1年生营养生长枝中部的成熟叶片和当季完全成熟、外观形态一致、无机械损伤的果实，存放于-80 ℃冰箱中保存待测。

1.2 生理生化指标测定

1.2.1 叶片叶绿素含量的测定

叶绿素含量的测定，采用丙酮浸提法[4]。

1.2.2 果实主要糖含量相关指标的测定

蔗糖、果糖和蔗糖磷酸合成酶活力的测定，采用南京建成生物公司试剂盒。蔗糖磷酸合成酶活力，以每克组织酶每分钟催化产生1 mg 蔗糖定义为1 个酶活性单位，测定3 次重复。葡萄糖含量的测定，采用上海荣盛生物药业有限公司试剂盒。总糖含量为蔗糖含量、果糖含量、葡萄糖含量之和。

1.2.3 果实主要品质指标的测定

固形物含量的测定，采用WYT-A 型手持糖度计。可滴定酸含量的测定，参照GB/T12456—2008《食品中总酸的测定》中的方法，以柠檬酸计测定。总酚含量的测定，采用Folin-Ciocalteu法[5]。总花色苷含量的测定，采用pH 示差法[6]，利用花色苷及黄酮的结构特性，当pH=1.0 时，510 nm 处二者均有最大吸收峰，而当pH=4.5 时，花色苷转变为无色查尔酮形式，在510 nm 处无吸收，用示差法计算溶液中总花色苷含量。

1.2.4 果实抗氧化系统相关指标的测定

1.3 统计分析

所有试验数据为 3 次重复的平均值±标准差，采用Excel 2016 软件进行数据处理，用DPS 7.05软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同类型黑莓品种叶片的叶绿素含量

不同类型黑莓品种叶片的叶绿素含量的测定结果见表1。由表1可知，直立类型黑莓品种植株叶片中叶绿素a、叶绿素b 及总叶绿素含量均高于半直立和蔓生类型；3 个品种中，‘萨尼’叶绿素含量最高，其次为‘纳瓦荷’‘乔克多’。半直立类型中，‘卡伊娃’的总叶绿素含量显著较低，其他3 个品种均值在1.75 mg/g 左右。蔓生类型的2 个品种间有显著差异，‘黑布特’总叶绿素含量显著较高，仅次于直立类型的3 个品种。除个别品种外，叶绿素a 在各类型的品种之间的差异不显著，叶绿素b 的含量差异显著，即叶绿素总量的差异主要体现在叶绿素b 含量的差异上。

2.2 不同类型黑莓品种果实的糖含量

不同类型黑莓品种果实中各种糖分含量的测定结果见表2。由表2可知，各类型品种之间，果实中总糖含量差异显著。其中，‘乔克多’和‘宁植4号’的含量最高，口感较佳；其次是‘纳瓦荷’‘三冠王’‘萨尼’和‘黑布特’。各品种间蔗糖、葡萄糖和果糖含量亦呈现显著差异。在9 个品种中，‘纳瓦荷’和‘三冠王’蔗糖含量均较高；‘宁植4号’‘乔克多’和‘纳瓦荷’的葡萄糖含量均较高；‘乔克多’的果糖含量显著高于其它品种，为116.75 mg/g；‘宁植4号’的果糖含量在半直立类型中较高。可以看到，总糖含量的差异主要体现在果糖含量上。

2.3 不同类型黑莓品种果实的蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性

不同类型黑莓品种果实中的蔗糖磷酸合成酶活性如图1所示。从图1中可以看到，各类型内品种间蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性差异显著，从类型间总体来看，直立类型的SPS 活性相对较低。在所有品种中，半直立类型的‘三冠王’和蔓生类型的‘宝森’的SPS 活力与其它品种相比差异显著，处在较高的水平，分别为756.63 和731.79 µg/(min·g)。‘宁植4号’和‘乔克多’的SPS 活性最低，它们的糖含量较高，二者之间是否存在关联，值得探讨。

表1 不同类型黑莓品种叶片的叶绿素含量Table1 Chlorophyll content in leaves of different cultivars of blackberry

表2 不同类型黑莓品种果实的糖含量Table2 Sugar content in fruits of different cultivars of blackberry

2.4 不同类型黑莓品种果实的可溶性固形物与总酸含量

可溶性糖为水果中可溶性固形物的主要成分，因此常用可溶性固形物近似地表述为可溶性糖含量。不同类型黑莓品种果实中可溶性固形物与总酸含量的测定结果见表3。从表3中可以看出，除直立栽培类型中的‘纳瓦荷’和‘乔克多’的可溶性固形物含量显著较高外，其他7 个品种大致相当，其中‘宝森’可溶性固形物最低仅为10.27%。总酸含量表现为直立类型品种普遍大于半直立类型品种，蔓生类型‘黑布特’及‘宝森’最高，平均达到半直立类型的2 倍左右，高于直立栽培类型的2.6 倍左右。固酸比是反映果实甜度的一个重要指标，数值越大表示果实口感越甜。由表3可知，直立栽培类型固酸比显著高于其他两种栽培类型，其中‘乔克多’与‘纳瓦荷’固酸比最高，口感最甜；半直立栽培类型的四个品种的固酸比较高，均大于10，口感较好；蔓生栽培类型中2 个品种，固酸比较低，口感偏酸。

图1 不同类型黑莓品种果实的蔗糖磷酸合成酶活性Fig.1 Activity of sucrose phosphate synthase in fruits of different blackberry cultivars

表3 不同类型黑莓品种果实的可溶性固形物与总酸含量Table3 Soluble solids and total acid contents in fruits of different blackberry cultivars

2.5 不同类型黑莓品种果实的多酚与花色苷含量

不同类型黑莓品种果实中多酚与花色苷含量的测定结果见表4。从表4中可以看出，‘宁植4号’及‘宝森’的果实多酚含量显著低于其他品种，其余品种无显著差异。花色苷含量差异显著，‘纳瓦荷’含量高于其余品种，为12.91 mg/kg，直立类型的3 个品种均高于半直立类型，蔓生类型的2 个品种的花色苷含量均显著低于其他7 个品种，与多酚含量变化相一致。综合来看，直立类型品种果实中花色苷含量较高，蔓生类型品种果实中的多酚和花色苷含量均较低。

2.6 不同类型黑莓品种果实的自由基与丙二醛（MDA）含量

不同类型黑莓品种果实中自由基与丙二醛含量的测定结果见表5。由表5可知，各品种间的果实自由基与MDA 含量差异显著，分析认为可能与各品种生长代谢水平的高低有关。直立类型中，‘乔克多’的产生速率、H2O2含量和MDA 含量显著高于其他2 个品种，在所有品种中也是处在较高的水平；半直立类型中‘卡伊娃’和‘宁植4号’的自由基水平较高；蔓生类型中‘黑布特’的产生速率、H2O2含量和MDA 含量在所有品种中最低，表现出较强的抗氧化能力。

2.7 不同类型黑莓品种果实的抗氧化酶活性和抗氧化物质含量

不同类型黑莓品种果实中抗氧化酶活性和抗氧化物质含量的测定结果见表6。由表6可知，各品种间果实中SOD 酶活性差异显著，其中最低的‘乔克多’仅为96.07 U/g，而‘宝森’最高，达到了177.22 U/g。CAT 活性除‘三冠王’‘黑布特’‘萨尼’差异显著外，其它品种间差异不显著，其中‘三冠王’CAT 活性仅为20.81 U/g，显著低于其他品种。各品种间的AsA 含量差异显著，与CAT 呈现相反情况，其中‘萨尼’的含量最高，其次是‘三冠王’‘纳瓦荷’。品种间的还原性谷胱甘肽（GSH）含量有显著差异，其中蔓生类型2 个品种的GSH 含量显著低于其他栽培类型的品种，‘萨尼’的GSH 含量最高，其余品种差异不显著。总体来看，蔓生类型中的‘黑布特’‘宝森’品种，各项指标均处在较低的水平，生长代谢水平较低。

表4 不同类型黑莓品种果实的多酚与花色苷含量Table4 Contents of polyphenols and anthocyanins in fruits of different blackberry cultivars

表5 不同类型黑莓品种果实的自由基与丙二醛（MDA）含量Table5 Contents of free radical and malondialdehyde in fruits of different blackberry cultivars

表6 不同类型黑莓品种果实的抗氧化酶活性和抗氧化物质含量Table6 Antioxidant enzyme activity and antioxidant content in fruits of different blackberry cultivar

2.8 不同类型黑莓品种果实的可溶性蛋白含量

不同类型黑莓品种果实中可溶性蛋白含量如图2所示。从图2中可以看出，直立栽培类型3 个品种中，‘纳瓦荷’的果实可溶性蛋白含量最高，为0.91 mg/g，其后依次为‘乔克多’‘萨尼’。半直立栽培类型4 个品种中，‘卡伊娃’的可溶性蛋白含量显著较低，其余3 个品种差异不显著，均值为0.73 mg/g。所有品种中，‘纳瓦荷’含量最高，除‘卡伊娃’‘黑布特’‘萨尼’蛋白含量均显著低于其他品种外，其它品种间的差异均不显著。

图2 不同类型黑莓品种果实的可溶性蛋白含量Fig.2 Soluble protein content in fruits of different blackberry cultivrs

3 讨论与结论

近年来，随着消费者保健意识的增强，黑莓越来越受到人们的欢迎。但不同品种黑莓果实品质差异较大，糖含量偏低，鲜食口感偏酸，这也是制约黑莓鲜食销售的一个重要因素。因此有必要开展黑莓果实的生理生化特性分析与评价，从而进一步指导生产实践。

黑莓果实内在品质主要由可溶性固形物、有机酸、多酚和花色苷含量等要素构成[13]，同时糖等风味物质的变化也直接影响果实品质。本研究显示，直立栽培类型的总蛋白含量高于其他两个类型，直立栽培和半直立栽培类型黑莓果实中糖含量较高，对应的花色苷含量也较高，果实品质较好，颜色鲜艳，口感较甜。其中‘纳瓦荷’果实可溶性固形物含量最高，含酸量较低，果实甜，风味佳，且花色苷含量高。抗氧化性是黑莓果实重要的评价指标。GSH、AsA 等小分子物质是植物体内重要的抗氧化物质，是ROS 清除系统中的重要保护剂，它们与CAT、SOD 等协同作用使得果实一直处于活性氧产生和清除的平衡状态，从而保证了果实的正常发育直到完全成熟[14-15]。可以看到，‘萨尼’的ASA-GSH 总量为所有品种中最高，同时其SOD 活性及CAT 活性均处在较高的水平；此外，‘纳瓦荷’‘乔克多’‘宁植4号’以及‘三冠王’的AsA-GSH 总量在所有调查的9 个品种中处在较高的水平，但是‘乔克多’的SOD 活性仅为96.01 U/g，其MDA 含量在所有品种中最高，为3.37 ug/g，表明其氧化物质生产较多。综合来看，‘纳瓦荷’‘萨尼’‘宁植4号’以及‘三冠王’表现出较好的抗氧化性。MDA 是膜脂过氧化的主要产物之一，其在植物体内的含量与植物所受氧化压力成正相关，可以间接反应出细胞受损伤程度[16-17]。本研究显示，‘黑布特’的MDA 含量处在最低的水平，其氧化产物含量也最少，同时其叶绿素a 含量也最高，但是其糖含量却不高；这表明该品种光合同化产物可能参与合成酸的合成，增强了该品种抗逆性。除‘乔克多’外，其他不同类型品种间的变化并不明显，均处在较低的水平，这与果实中氧化物质的清除保持动态平衡是一致的。

糖的种类及其含量是水果中甜味最重要的组成部分，也是评价果实品质的重要指标，它们决定着果实的产量和质量[18]，是影响果实品质和商品价值的主要因素之一[19]。研究表明，蔗糖、果糖和葡萄糖是黑莓果实内主要积累的糖类物质[20]，其中，蔗糖是碳运输的主要形式，是高等植物光合作用的主要产物[21]。蔗糖是果实代谢的基础原料，处于果实次生代谢的上游，在植物的生长发育、风味化合物合成以及其他重要代谢过程中发挥着重要的作用[22]。本研究发现，‘纳瓦荷’的蔗糖含量最高，其次是‘三冠王’和‘宁植4号’，同时这三个品种的固形物含量也较高，作为光合作用的主要产物，可能是由于这三个品种具有较强的光合能力。研究发现，这3 个品种的叶绿素含量较高，特别是叶绿素b 的含量显著高于其他品种，其次是半直立类型中的‘宁植4号’‘三冠王’和蔓生类型品种中的‘黑布特’，这与可溶性固形物的变化基本一致，表明其蔗糖的合成和转化能力较强。此外，已有研究表明，SPS 是蔗糖合成路径中的关键限速酶，在蔗糖代谢过程中蔗糖磷酸合成酶与多种酶一起发挥了重要的作用[23]，对于调节“源”“库”关系具有重要意义。在甘蔗中，蔗糖含量与SPS 活力呈显著的正相关关系[24]。在小麦旗叶中SPS 活性高低代表了其光合产物转化为蔗糖的能力[25]，但也有相关研究显示，在番茄果实中蔗糖的积累主要受蔗糖转化酶（Ivr）及蔗糖合成酶（SS）调控，而SPS 似乎与蔗糖积累无明显关系[26]。在本研究中，我们发现黑莓果实中的SPS活力对蔗糖含量的影响不显著，推测可能是由于SPS 主要促进蔗糖在叶片中的合成，然后再运输到果实等“库”器官，因此蔗糖含量可能主要受叶片中SPS 活性的调控，而果实中SPS 可能在其他代谢过程中发挥作用。相关机制，如SPS 在黑莓蔗糖运输与代谢的基因表达中处于何种地位、调控蔗糖代谢的3 种酶之间存在何种互作关系等还需要进一步开展深入研究，比如相关基因表达分析等。

本文通过对3 种不同类型的9 个黑莓栽培品种的生理生化特性的调查分析表明：直立栽培类型和半直立栽培类型的品种在南京地区均表现生长优良，光合能力、抗氧化能力较强，糖含量较高，果实品质较好。从品种层面来看，每个品种都各有特点，直立类型的‘纳瓦荷’‘乔克多’和半直立类型的‘宁植4号’果实甜、风味佳，各项指标表现优异，适应性较强，适宜在南京地区推广种植。