枣果中主要糖组分和环磷酸腺苷积累特征分析

陈霜江,袁 野,潘富旭,赵智慧,2,刘孟军,2,王丽丽,2

(1 河北农业大学园艺学院,河北保定,071000;2 中国枣研究中心,河北保定,071000)

糖是大多数果品最主要的营养成分和感官风味的重要因子之一[1],鲜枣含糖量高达30%左右[2],约为普通水果的2倍。根据果实成熟时糖组分含量的不同,可分为蔗糖积累型、还原糖积累型和中间积累型。果实糖分的积累、运输和代谢受遗传因子与自然环境因子、栽培措施等相互作用影响[3]。糖在植物的生长发育和胁迫反应过程中可作为控制植物基因表达与生长发育的信号分子、能量来源和结构物质。研究表明,植物体内可能存在复杂的信号网络将糖与植物激素ABA、乙烯、IAA、CTK、氮信号、光信号等其他激素信号传导途径相互连接[4-10]。

环磷酸腺苷(cAMP)是枣果极具优势的特色功能成分,在已测植物材料中成熟枣果的cAMP含量最高,为其他果品的数百倍[11]。在人体内cAMP含量的变化可诱发心肌梗死、心率不齐、动脉硬化等一系列疾病[12]。已有研究发现,cAMP是多种激素作用的第二信使。当激素活化腺苷酸环化酶使cAMP含量增加后,激活蛋白激酶,增加肌细胞中的葡萄糖含量,从而有效调节糖代谢[13]。在植物中,cAMP与烟草细胞的细胞周期调控[14]及拟南芥中苯基丙酸类的合成路径[15]和应激反应等[16]密切相关。

枣树ZiziphusjujubaMill.是原产于我国的鼠李科枣属乔木植物[17]。有关枣果糖组分的研究多为糖分组成或少数品种间成熟枣果中糖含量比较[2]。枣果发育期cAMP含量变化也有过报道[11],但缺乏枣果中糖和cAMP含量的相关性研究。本试验以8个主栽品种为试验材料,采用HPLC法对枣不同发育时期各主要糖分(葡萄糖、果糖、蔗糖)和cAMP含量进行了同步测定和比较分析,以揭示枣果中糖的积累特点及其与cAMP的关系,为枣营养品质育种及枣果中优势成分糖和cAMP的科学开发利用提供指导。

1 材料与方法

1.1 样品采集和制备

从山西省农业科学院果树研究所国家枣资源圃采集冬枣、圆铃枣、长红枣、婆枣、赞皇大枣、骏枣、灰枣和金丝小枣8个主栽品种盛花期的花序及幼果期、白熟前期、白熟期、半红期和全红期生长状况较一致、无病虫害的鲜枣,采集后用泡沫箱加冰块带回实验室。

称取鲜花或去核后的鲜果1.00 g,充分研磨后加入10 mL蒸馏水,70 ℃水浴提取3 h,过0.22 μm滤膜备用。

1.2 样品测定

1.2.1 糖分含量测定 苯酚硫酸法测定枣果总糖。使用不同浓度的葡萄糖标准液和6%苯酚、98%浓硫酸通过490 nm测定吸光值并制备标准曲线[18]。将已过滤准备好的枣汁稀释至适当浓度,重复上述操作步骤,然后通过标准曲线及稀释倍数计算得到总糖含量(试验均设3个平行样品,并计算标准偏差)。

高效液相色谱法测定枣果的糖含量[19]。制备不同浓度的葡萄糖、果糖、蔗糖和阿洛酮糖的标准品,用以制备标准曲线。检测条件:Sugar-Pak(6.5 mm×300 mm;Waters);流动相为水;流速0.4 mL/min;进样体积20 μL,柱温80 ℃,检测器为蒸发光检测器。标准品和样品用前均经0.22 μm滤膜过滤。

1.2.2 cAMP含量测定 使用高效液相色谱法检测枣果的cAMP含量[20]。检测条件:Agilent Eclipse XDB-C18(4.6 mm×250 mm,5 μm);流动相为:甲醇∶20 mmol KH2PO4(V∶V)=20∶80;流速0.8 mL/min;检测波长254 nm;进样体积20 μL,柱温30 ℃。

1.3 数据处理方法

采用SPSS 19.0 对数据进行分析,测试结果由平均值±标准偏差表示。 灰枣与赞皇大枣的含糖量两两比较(花与花,果与果)采用方差分析中的比较均值中的独立样本T检验进行。不同品种不同时期含糖量变化的多组数据比较采用SPSS 比较均值中的单因素方差ANOVA分析。

2 结果与分析

2.1 枣花和果实的糖分组成比较

以灰枣和赞皇大枣的成熟果实和枣花为试材检测各主要糖分的含量,结果见图1。供试品种成熟果实中可溶性总糖含量是花的7倍以上。枣花和果实中的糖分组成既有相似之处也有不同。枣花和成熟枣果中的还原性糖(葡萄糖和果糖)均约占总糖的40%,其中葡萄糖和果糖的含量近似。灰枣和赞皇大枣的花中均未检测到蔗糖,各种糖分含量随果实发育差异逐渐增大。灰枣成熟枣果中蔗糖比例低于葡萄糖和果糖,而赞皇大枣中蔗糖比例则高于葡萄糖和果糖。

注:小写字母不同表示差异显著(p<0.05)。

2.2 枣果实不同发育阶段糖分组成的变化

由表1得出,枣果实发育成熟过程中大量积累糖分,在半红期或全红期含量达到最高。在枣果发育前期,糖分积累主要以葡萄糖和果糖为主,在幼果期果糖含量高于葡萄糖1倍左右;随着果实发育,葡萄糖积累快于果糖,至白熟期之后同一品种的葡萄糖和果糖含量十分相近。蔗糖在果实进入白熟期才开始迅速积累,在果实发育后期,糖分积累以葡萄糖、果糖和蔗糖为主。

表1 各枣品种不同时期的果糖、葡萄糖和蔗糖含量 g·(100 g)-1

表2 婆枣不同发育阶段果肉中各糖组分含量与cAMP之间的相关性分析

不同品种成熟果实中的糖组成特点不同。灰枣在白熟期开始至半红期迅速积累蔗糖后逐渐下降,同时葡萄糖和果糖开始大量积累,在全红期蔗糖和还原糖比值为2∶11,说明灰枣是己糖积累型。同样为己糖积累型的还有金丝小枣和骏枣。赞皇大枣在半红期蔗糖含量最高,在全红期葡萄糖、果糖和蔗糖比约为2∶2∶3,为蔗糖积累型。长红枣、冬枣和圆铃枣糖积累变化较相近,在全红期迅速积累葡萄糖和果糖,葡萄糖、果糖和蔗糖比约为1∶1∶1,为蔗糖和己糖共同积累型[21,23]。

8个品种枣果全红期总糖的含量除冬枣外均在40%以上。长红枣总糖含量最高,冬枣总糖含量最低,长红枣总糖比冬枣多了22.34%。说明不同品种间成熟果实的各糖分含量存在明显差异。在金丝小枣、冬枣、灰枣和骏枣4个主栽品种成熟果实的糖分组成中,蔗糖比例低,果糖和葡萄糖含量略高于蔗糖;而在赞皇大枣、婆枣和圆铃枣的成熟果实中蔗糖含量均高于果糖和葡萄糖。说明在枣果的生长发育过程中糖分积累有所不同。

2.3 不同品种枣与婆枣不同发育阶段果实中的cAMP含量分析

研究表明,不同品种枣果的cAMP含量存在显著差异[24]。结果显示,8个主栽品种全红期果实cAMP含量存在显著差异,其中婆枣的cAMP含量最高,为192.52 μg/g;圆铃枣最低,为110.64 μg/g。

选择含量最高的婆枣测定其不同发育时期的cAMP含量变化,结果如图3所示。婆枣的cAMP含量在幼果期最低,幼果中cAMP含量为26.62 μg/g,成熟果实的cAMP含量可达幼果的7倍之多。婆枣cAMP含量随着果实的发育逐渐积累,在半红期之前增长缓慢,半红期到全红期快速增长。说明婆枣的cAMP含量主要在半红期到全红期之间积累。

图3 婆枣不同发育时期cAMP含量分析

2.4 枣果各糖分含量与cAMP含量的相关性

在枣果发育期间,枣果中的cAMP及各糖分随着果实发育而逐渐累积增加。采用皮尔逊相关系数分析了8个品种枣果中各糖组分含量与cAMP含量的关系,其中cAMP含量与葡萄糖、果糖含量呈负相关,与总糖、蔗糖含量呈正相关,但均未达到显著水平。以婆枣为试材,分析了婆枣果实不同发育阶段果肉中各糖组分含量与cAMP含量的关系,cAMP含量与总糖、葡萄糖、果糖和蔗糖的含量均呈正相关,且均达到显著水平,其中蔗糖含量与cAMP含量相关系数最高,为0.91。推测枣中的cAMP与糖分在代谢过程中相互影响,但其影响机制有待进一步研究。

3 讨论

本研究揭示了枣不同品种、不同发育期、不同器官中糖分构成及cAMP的时空分布变化规律。在枣花阶段几乎没有蔗糖,总糖含量远远低于成熟果实。枣不同发育阶段果实糖分组成差异明显,幼果中主要是葡萄糖和果糖,随果实发育含量逐渐升高,蔗糖从白熟前期开始逐渐积累,成熟后成为主要的糖积累形态。在其他果品中,苹果[25]、梨[26]的可溶性糖以果糖含量最高,杏[27]、桃[28]中以蔗糖含量最高,但其含量均未超过枣果中的果糖和蔗糖含量,且这些果品中的葡萄糖含量占比均较低,而成熟枣果中的果糖、葡萄糖和蔗糖含量均很高,这可能正是枣果富含糖分(鲜枣含糖量是一般水果的2倍左右)的原因,也是枣果中糖的组成特点。

本研究表明,枣不同品种具有不同的糖积累型,其中赞皇大枣和婆枣2个品种的成熟果实中蔗糖含量大于果糖和葡萄糖含量,为蔗糖积累型;冬枣、长红枣和圆铃枣在全红期葡萄糖、果糖和蔗糖的含量相近,为蔗糖和己糖共同积累型;而灰枣、金丝小枣和骏枣在全红期葡萄糖和果糖含量远高于蔗糖,为己糖积累型。而冬枣与骏枣的糖分组成在果实发育阶段的积累情况与林思思的研究结果(在发育早期以葡萄糖和果糖为主,后期以蔗糖为主)不一致,说明不同的生长环境会对糖分的积累产生影响[29]。不同的积累类型决定了不同品种枣果的糖分组成比例和风味,也为不同方向的枣糖开发提供了品种选择。

人们至少已从50种以上的高等植物中检测到cAMP,其中以枣果中的cAMP含量最高[11]。研究者认为,cAMP和cGMP是植物生长发育、光合作用以及生物和非生物胁迫中的重要信使[30]。植物激素ABA、IAA和GA能诱导体内cGMP含量升高,说明植物激素和cAMP之间存在着共同调节的作用[31],而cAMP与激素之间的作用尚未有报道。已有研究表明,糖在植物体内可作为信号分子与其他信号传导途径相互连接。但枣果中糖含量和cAMP含量的相关性还缺乏研究。本文分析了8个枣主栽品种成熟果实果肉cAMP含量与糖含量的关系,发现婆枣为本研究所划分的蔗糖积累型品种,其果实各发育阶段cAMP含量与蔗糖含量的相关系数最高,达到0.91。由此推测,枣果中富含糖可能与其cAMP含量高有关,换言之,枣果实发育过程中cAMP含量的持续升高可能与其糖(特别是蔗糖)的大量积累有关。该研究结果为今后枣果中糖和cAMP资源的发掘利用提供了理论依据。