杂交榛果实发育过程中糖类与脂肪酸相关性研究

冯亚莉

(太原市森林资源监测中心，山西 太原 030012)

榛子是世界上四大油料树种之一。榛子油含有90%以上的不饱和脂肪酸，被称为心脏健康食品。榛子果实优质程度主要取决于成熟坚果果实中不饱和脂肪酸的积累，目前国内关于榛子果实发育过程中营养变化的研究较少。脂肪酸合成是以乙酰辅酶A作为前体的。一个途径是糖类分解之后，通过糖酵解过程形成丙酮酸，在有氧条件下线粒体转化成乙酰辅酶A，葡萄糖→丙酮酸→乙酰辅酶A→CO2+H2O；另一个途径是糖转化为脂肪，葡萄糖→乙酰辅酶A→脂肪酸→脂肪。通过这2个途径，可发现糖类与脂肪酸的合成有密切关系。笔者通过对作用于该过程的乙酰辅酶A羧化酶进行定性定量测定，研究糖类与脂肪酸之间的关系，可用于提高坚果的含油量。

1 材料及方法

1.1 材料

试材为栽植于北京鹫峰林场实验基地的杂交榛84-545和杂交榛81-19 2个品系，均为6年生，盛果初期植株。

1.2 方法

1.2.1 物候期观测

参照郭永强对欧榛物候期的观测方法并加以修改。从5月16日开始到8月下旬果实成熟，每隔15 d对试材的果实进行1次观测并记录，了解其发育过程。

1.2.2 乙酰辅酶A羧化酶活性测定

参照熊静对乙酰辅酶A羧化酶活性的测定方法并加以修改。对榛子不同时期果实中乙酰辅酶A羧化酶的蛋白含量及活性进行测定。乙酰辅酶A羧化酶的粗提取条件是用溶解度为30%～50%的(NH4)2SO4盐析，在蛋白纯化系统中利用MonoQ阴离子交换器进行洗脱。

2 结果与分析

2.1 杂交榛果实发育过程

通过对林场杂交榛果实生长发育过程的观测，可将试材果实发育过程分为4个时期。

1) 果实膨大期。子房明显增大，从 3月23日开花到5月23日(花后60 d)。

2) 果实迅速增长期。幼果体积迅速增大至坚果硬化，5月23日(花后60 d)至7月13日(花后110 d)。

3) 种仁充实期。果仁内含物开始充实，积累干物质，直至成熟，7月13日(花后110 d)至7月22日(花后120 d)。

4) 果实成熟期。坚果由白色变为红褐色，7月22日(花后120 d)到8月13日(花后140 d)。

2.2 杂交榛果实中糖类和脂肪酸的相关性

同一品系杂交榛果实中糖类和脂肪酸的相关性分析见表1.

表1 同一品系杂交榛果实中糖类与脂肪酸的相关性分析

由表1可以看出，杂交榛84-545果仁中，葡萄糖和亚油酸、硬脂酸呈显著负相关，相关系数分别为-0.72，-0.70；蔗糖与各种脂肪酸均呈显著正相关，相关系数均大于0.75.杂交榛81-19果仁中，葡萄糖和亚油酸、硬脂酸也呈显著负相关，相关系数分别为-0.78，-0.78；蔗糖仅与油酸、亚油酸、棕榈酸呈显著正相关，相关系数大于0.75.

2.3 杂交榛果实中乙酰辅酶A羧化酶的测定

不同时期不同品种榛果中乙酰辅酶A羧化酶含量(ACCase)如图1所示。

图1 不同品系榛果中乙酰辅酶A羧化酶含量

图1中数据表明，乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)的含量有一定的变化规律。在榛子果实膨大期含量较低且增长量较小。果实迅速增长期乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)含量呈先上升后降低的趋势，杂交榛84-545中ACCase的浓度此阶段达到最高值，约为初始浓度的13倍，之后又有所降低。种仁充实期乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)含量再次升高，杂交榛81-19中ACCase的浓度此阶段达到最高值。果实成熟期2个品系的乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)的含量又有所降低。

从6月26日开始，2个品系之间的变化发生差别。杂交榛84-545果仁中ACCase开始增长，到7月21日达到另一个峰值，是初始浓度的4.5倍。而杂交榛81-19果仁中ACCase浓度开始大幅下降，7月2日降至初始值的0.67倍，之后再次大幅增长，达到最大峰值，是初始浓度的10倍。

2个品系的榛子果仁中ACCase浓度从7月21日起再次开始下降，最后均比初始值高，杂交榛84-545，杂交榛81-19分别约为初始值得1.66倍和2.75倍。不同品系变化趋势大致相同，但也存在一定的差异，这与2个品系果仁中糖类的变化规律密不可分。笔者在杂交榛子果仁糖类变化规律的研究中发现，6月17日、7月21日分别为2个拐点，蔗糖含量增加则ACCase酶也随之增加，蔗糖的分解，为饱和脂肪酸的合成提供了原材料。同样，这一变化的关键时期也符合脂肪酸的变化规律。饱和脂肪酸从6月17日开始增加，总饱和脂肪酸含量保持相对稳定，并在7月21日之后减少。不饱和脂肪酸从6月26日开始迅速增加，7月21日之后略有减少，7月31日又开始增加。饱和脂肪酸的合成与酶和原材料的供给有着密切的关系，而不饱和脂肪酸的含量受饱和脂肪酸形成的影响。由此也可证明，乙酰辅酶A羧化酶是脂肪酸代谢过程的关键酶和限速酶。另可表明，乙酰辅酶A羧化酶主要作用在果实迅速增长期，使得糖类大量转化为饱和脂肪酸，以满足不饱和脂肪酸合成的需要，而不饱和脂肪酸含量在果实成熟期仍在积累。

3 结论与讨论

3.1 榛子果实中糖类和脂肪酸转化特点

所有生物脂肪酸合成的生化反应途径基本相同，但动物和酵母脂肪酸合成是在细胞质中进行的，而植物脂肪酸合成主要在体内进行。乙酰辅酶A是在质体中合成脂肪酸的前体，参与脂肪酸合成的酶主要是乙酰辅酶A羧化酶和脂肪酸合成酶，具体转化过程研究已比较清楚，大豆中脂肪酸的合成方法与细菌类似。乙酰辅酶A的碳代谢物主要来源于细胞质中，其中，碳代谢物包括6-磷酸葡萄糖、磷酸丙糖、苹果酸盐、丙酮酸盐、磷酸烯丙酮酸盐等。因此，糖类成为脂肪酸合成的原料。本研究的2个杂交榛品系中糖类、脂肪酸含量的变化相辅相成，且葡萄糖和亚油酸、硬脂酸呈显著负相关，相关系数分别为-0.72和-0.70；蔗糖与各种脂肪酸均呈显著正相关，相关系数均大于0.75.当单糖的含量减少时，脂肪酸含量增加，与脂肪酸合成的模式相符。通过进一步研究可以控制脂肪酸形成的种类及饱和与不饱和脂肪酸的比例。

3.2 榛子果实中乙酰辅酶A羧化酶变化规律

本研究测试的2个杂交榛品系中糖和脂肪酸含量的变化规律大致相同，糖中单糖先增加后减少，蔗糖含量持续增加。脂类中不饱和脂肪酸不断增加，饱和脂肪酸含量先增加后减少。作用于脂肪酸合成的关键酶(ACCase)含量，在代谢的2个关键时期(6月17日、26日)均上升，2个品系的变化大致相似，但含量和活性的变化率以及最大值不同，这与它们的基因型差异有关。Paul等(1998)的研究显示，油菜胚胎形成期间，乙酰辅酶A羧化酶、脂肪酸合成酶系以及硬酯酰-ACP去饱和酶3者表达量相当。Diepenbrock等人测得油菜种子中脂肪酸的去饱和过程主要是发生在油菜荚果伸长期，而脂肪酸延长则发生在种子发育和成熟期。张凤华等(2000)研究表明，油菜花后30 d内为油粒积累较快期，花后10 d～25 d为花后强烈形成期。L.A.Appelqvist总结油分积累的3个阶段为：籽粒含水率高，且大量积累碳水化合物，为脂肪形成和积累作准备；油分快速积累；油分只有少量增加，水分损失。根据本试验数据，杂交榛中的油脂含量形成模式符合此规律，油脂强烈形成期在花后85 d，在杂交榛快速生长期，作用于脂肪酸合成的关键酶(ACCase)也处于高度活跃的状态，含量也达到了一个高峰。