早熟灵武长枣果实糖代谢酶与早熟的相关性

李百云， 李 慧

(宁夏农林科学院园艺研究所，宁夏银川 750002)

灵武长枣是宁夏地区3个主栽红枣品种之一[1]，是中国国家地理标志产品。2003年以来，灵武长枣的相关研究主要包括树形、水肥管理[2-6]、选育技术与种质资源引进[7]、果实采后保鲜[8-11]和果实中糖的转化运转[12-13]等方面。灵武长枣的群体资源(普通型、大果型、针刺退化型、早熟型)丰富，为了从中找到特早熟型优系，笔者所在团队曾在灵武长枣成熟期前2周进行跟踪调查，发现了提前 15～20 d成熟的灵武长枣单株。随后利用嫁接技术，在不同地方嫁接早熟灵武长枣枝条，通过多年和多代观察比较发现，灵武长枣果实均表现出早熟特性。本研究利用枣树物候期的观测资料[14]，跟踪果实着色[15]、果实不同发育时期糖酸含量及相关酶活性[16-17]，试图阐明灵武长枣的早熟优系形成机制，并促进灵武长枣的新品种审定工作，对宁夏回族自治区农业产业结构调整和产品提升、农村增效和农户增收、低碳绿色高质量生产都具有十分重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为灵武长枣(CK)、早熟灵武长枣(TZ)。试验地位于灵武园艺场，于2007年定植灵武长枣自根苗，株行距2 m×4 m，株干高180～200 cm，树形采用自由纺锤形。早熟灵武长枣2018年嫁接于灵武长枣，每株树设6个主枝条进行高接，管理水平与生产园一致。试验于2021年5月3日开始观察物候期，每隔5～7 d调查1次，直至枣树落叶；8月6日开始采集枣果实，间隔7 d采集1次直至枣果全红。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 灵武长枣和早熟果实的发育进程 从2021年7月12日开始，各选用5株长势一致的灵武长枣、早熟型优系，并用2龄以上的枣股枣吊中部果实进行标记，在枣树上每隔7 d用游标卡尺测定1次枣果纵横径。

1.2.2 灵武长枣和早熟果实品质相关指标的测定 从2021年8月6日开始，每隔7 d进行枣果采样。在东、南、西、北方位采集2龄以上枣股枣吊的正常果实，将枣果装入采样箱中，带回实验室待测。测定果实中维生素C、可溶性糖(TSS)、可滴定酸(TA)含量[18-19]。

1.2.2.1 果实横纵径、果形指数和果实着色情况的测定。取30个果粒，用数显游标卡尺测定果粒横纵径，计算果形指数：果形指数=果粒纵径/横径；果实着色情况采用CR-10色度计测定。

1.2.2.2 TSS、TA和可溶性糖含量分别用手持糖量计、蒽酮法和酸碱滴定法测定。

1.2.2.3 果糖、葡萄糖和蔗糖含量参照关军锋的方法[20]测定。

1.2.2.4 用紫外分光光度法测定总酚含量[21]，原花青素[22]、总类黄酮含量采用Peinado等的方法[23]测定。

1.2.3 枣果蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、酸性转化酶(AI)和中性转化酶(NI)活性的测定 SS、SPS、AI、NI活性采用北京盒子生工科技有限公司的活性检测试剂盒测定。合成酶(SS、SPS)活性单位(U/g)定义：1 g组织1 min内催化产生1 μg蔗糖定义为1个酶活性单位。转化酶(AI、NI)活性单位(U/g)定义：37 ℃条件下，1 g组织在 1 min 内催化产生1 μg还原糖定义为1个酶活力单位。

2 结果与分析

2.1 灵武长枣和早熟优系的生物学特性

由表1可以看出，早熟灵武长枣和灵武长枣的萌芽期、展叶期分别在5月3日、5月12日，没有差异，但是早熟灵武长枣的现蕾期、盛花期比灵武长枣提早1～2 d；早熟灵武长枣和灵武长枣的物候期逐渐拉开差距是从坐果期开始的，前者的坐果期提早了7 d左右，着色期提早了15 d左右，二者的半红期、全红期相差20 d左右，并且差距延续到落叶期。早熟灵武长枣在8月底至9月上旬完成果实着色发育，而灵武长枣在9月中旬至10月上旬完成果实着色发育，时间推后且跨度较长，可能是早熟灵武长枣提早成熟的原因之一。

表1 灵武长枣和早熟优系的物候期

2.2 灵武长枣及早熟优系果实的着色进程

由图1-a可以看出，灵武长枣、早熟灵武长枣的L值(亮度)在8月26日前均有小幅上升，分别比8月9日的L值提高了12.5%、6.8%；之后，灵武长枣的L值一直维持小幅上升趋势，9月12日的L值比开始测定时提高了16.2%，表明灵武长枣的亮度略有增加。

由图1-b可以看出，灵武长枣、早熟灵武长枣的b值(蓝变黄)在8月21日前小幅上升，之后灵武长枣的b值出现波动式小范围上升，至9月12日到达39.5，早熟灵武长枣成熟时呈红色，成熟过程中有由黄变蓝过程。

由图1-c可以看出，灵武长枣与早熟灵武长枣在全部采样期的a值(由绿变红)均不断提高，灵武长枣的a值在整个调查期(8月9日至9月12日)小幅上升，由-8.63升高至0.01，果实处于绿果期；早熟灵武长枣的a值在8月21日增速加快，在8月26日果实开始出现红色，在9月12日变成全红。

2.3 灵武长枣及早熟优系果实的形态发育

由图2可以看出，灵武长枣和早熟优系的果实纵径在7月23日前增长得较快，之后略缓慢增长，但总体变化趋势一致；灵武长枣和早熟优系横径的总体变化趋势一致，但增速不同。6月29日测得的灵武长枣、早熟优系的横径一致，但是随着时间的推移，早熟灵武长枣横径的增速明显加快，特别是在7月底到8月底的1个月间拉开的差距最大，果实发育进程明显快于普通灵武长枣。灵武长枣、早熟优系果型指数的变化趋势一致，初期(6月29日到7月4日)增加，随后至8月26日迅速下降，后期趋于平缓。但在整个果实指数变化过程中，早熟灵武长枣始终低于灵武长枣，二者的果实纵径一致，早熟灵武长枣的横径整体上大于灵武长枣。

2.4 果实糖、酸含量的动态变化

由图3-a可以看出，灵武长枣、早熟灵武长枣果实的蔗糖含量在白熟期之前相近。白熟期之后，早熟芽变果实的蔗糖含量会呈直线型增长，而灵武长枣的果实蔗糖含量先出现缓慢增长，随后经历短暂快速增长，在9月12日后进入一段平稳期，到全熟前会再次增长。

由图3-b可以看出，灵武长枣的葡萄糖含量在整个时期呈多变趋势，在整个8月呈较平稳的增长趋势，9月初期暴增，9月中旬含量降低，成熟前会继续增长，而早熟灵武长枣果实的葡萄糖含量在各个时期均呈增长趋势，且含量均高于常规灵武长枣。

由图3-c可以看出，灵武长枣、早熟灵武长枣果实的果糖含量也会进入增长期，但早熟灵武长枣果实的果糖含量呈持续增长趋势，而灵武长枣的果糖积累量多变，在白熟期先增后平稳，直到全熟前呈激增的趋势。

由图3-d可以看出，从白熟期至全熟期，早熟灵武长枣果实的总糖含量均高于灵武长枣。

由图4-a可以看出，灵武长枣、早熟灵武长枣果实的TSS含量随果实的成熟呈上升趋势，其中灵武长枣的TSS含量全程均在上升，但在10月1日后变化平缓，早熟灵武长枣果实的TSS含量在8月21日趋于平缓，从8月下旬直到成熟均表现为较快的上升趋势。综合比较可知，早熟灵武长枣果实的可溶性固形物含量高于灵武长枣，果实甜度更高，口感更优越。

由图4-b可以看出，灵武长枣、早熟灵武长枣果实的TA含量随着果实的生长同样呈上升的趋势。其中灵武长枣果实的TA含量在8月初至9月上旬缓慢上升，后期上升较快，成熟期达到0.32%；早熟灵武长枣果实的TA含量在果实发育时期的8月初至成熟的9月中旬缓慢上升，由0.185%上升至0.219%。早熟灵武长枣全熟后果实中的TA含量比灵武长枣果实低，但糖酸比更高。

2.5 果实中维生素C和酚类物质含量的动态变化

由图5-a可以看出，灵武长枣、早熟灵武长枣果实的维生素C含量均呈下降趋势，其中灵武长枣的维生素C含量在8月6日到8月13日无明显变化，之后至9月2日持续降低，在9月2日至9月6日略有增加后缓慢下降，至全熟时维生素C含量最低。早熟灵武长枣果实发育时期缩短，在相同采样时间内均低于灵武长枣，但在完熟期，早熟灵武长枣果实的维生素C含量却高于灵武长枣。

由图5-b、图5-c、图5-d可以看出，灵武长枣和早熟灵武长枣果实的总酚、类黄酮、原花青素含量均呈下降趋势，且变化趋势总体一致。灵武长枣果实类黄酮在8月6日到8月13日下降较快，之后至9月2日呈缓慢下降趋势，9月2日至9月6日略有增加后快速下降至成熟期最低，原花青素含量在8月6日至8月21日呈缓慢下降趋势，之后至9月12日变化较平稳，9月12日后出现快速下降。早熟灵武长枣果实的类黄酮、原花青素含量在8月初至8月中旬缓慢下降，至成熟期(9月中旬)下降得较快，成熟期早熟灵武长枣果实中总酚、类黄酮、原花青素含量略高于灵武长枣。

2.6 果实中糖代谢酶活性的动态变化

由图6-a可以看出，灵武长枣的SS活性有2个峰值，表现为经过2个高峰后呈下降趋势，第1峰值出现在8月21日，达55.7 U/g，第2个峰值出现在9月6日，达110.0 U/g；早熟灵武长枣的SS活性变化与灵武长枣一致，均出现2次峰值，分别在8月13日、8月26日，分别达89.8、127.3 U/g，早熟灵武长枣SS的活性峰值较灵武长枣提早8～10 d，且第1、第2峰值对应的SS活性分别比灵武长枣高61.2%、15.7%。

由图6-b可以看出，灵武长枣、早熟灵武长枣果实蔗糖磷酸合成酶活性先升高到达1个峰值，然后下降。灵武长枣果实生长至8月26日时的SPS活性最高，为129.0 U/g；早熟灵武长枣在8月13日的SPS活性达到峰值，为192.1 U/g，到达峰值所需时间早于灵武长枣13 d，且SPS活性比灵武长枣高48.9%。由此可以看出，早熟灵武长枣提早成熟，与SS、SPS活性的提前有密切关系。

由图6-c、图6-d可以看出，灵武长枣、早熟灵武长枣果实的酸性转化酶、中性转化酶活性从8月初至果实成熟时均呈现缓慢下降的趋势，并且变化趋势基本一致。

2.7 果实中糖含量与代谢酶活性的相关性分析

由表2可以看出，在整个发育时期，早熟灵武长枣幼果期果实中的果糖含量SS、SPS活性呈极显著正相关(相关系数分别为0.946、0.955)，与AI活性呈显著负相关(-0.863)；在果实白熟期，蔗糖、葡萄糖和总糖含量与SS、SPS活性呈极显著正相关，与NI活性呈极显著或显著正相关；在转色期，果实总糖含量与SS、SPS活性呈极显著正相关(相关系数分别为0.978、0.997)，与AI活性呈极显著负相关(-0.993)；在全红期，果实葡萄糖含量与SS、SPS活性呈极显著正相关(相关系数分别为0.993、0.978)，与AI活性呈极显著负相关(-0.991)。

表2 早熟灵武长枣果实不同发育时期糖含量与糖代谢酶活性的相关性分析

由表3可以看出，在整个发育时期，白熟期灵武长枣果实蔗糖、果糖和葡萄糖含量与SS、SPS活性呈极显著正相关，与NI活性呈极显著负相关；在转色期，灵武长枣果实果糖、葡萄糖和总糖含量与SS、SPS活性呈极显著正相关。

表3 灵武长枣果实不同发育时期糖含量与糖代谢酶活性的相关性分析

3 讨论

水果成熟是一个复杂且协调的不可逆过程，在这个过程中受到植物激素的调节，同时伴随着一系列生理生化的改变，涉及果实品质性状的改变，也包括果实颜色的转变、香气的释放、果实体积的明显增大等外观品质变化，也有果实内部物质的变化如果肉硬度、糖类物质、有机酸组分、酚类物质含量的变化等[24-25]。

果实的发育机制相当复杂，在果树生产过程中发现，果实成熟期的芽变材料是研究果实成熟机制的最佳材料。早熟灵武长枣是灵武长枣的早熟芽变，除成熟期外，其他特性与灵武长枣基本一致。早熟灵武长枣整个果实发育进程明显缩短，枣树果实的生长曲线属于双“S”形曲线，根据生长状态，可将其分为3个阶段(第I阶段为快速生长期，第Ⅱ阶段为缓慢生长期，第Ⅲ阶段为快速生长期)，生长呈快—慢—快的动态曲线[26]。灵武长枣及其早熟芽变果实的生长曲线属于这个变化规律，但早熟芽变横径的增长一直快于灵武长枣，灵武长枣早熟芽变果型指数明显低于灵武长枣。可溶性糖和有机酸是影响水果味道的重要组成部分，它们与香气一同对水果的整体感官品质有很大影响[27]。但是糖的种类和比例也是影响果实品质的重要因素，因此笔者所在课题组对早熟灵武长枣的果糖、葡萄糖和蔗糖含量持续进行监测，从白熟期至全熟期每个时期糖含量均高于常规灵武长枣的含量，表明在相同时期内早熟灵武长枣明显积累快于普通灵武长枣，但最终早熟灵武长和普通灵武长枣均达到全红时相差不大。早熟芽变果实的TA含量在全熟前均高于常规灵武长枣的含量，但全熟后早熟TA含量低于普通灵武长枣。在监测过程中，早熟灵武长枣的维生素C、类黄酮、原花青素、总酚含量整体低于普通灵武长枣，但果实成熟时的含量基本一致。

早熟灵武长枣、灵武长枣果实的蔗糖合成酶活性均显现双峰型变化规律，蔗糖磷酸合成酶活性呈现单峰变化规律，这与章英才等研究得出的灵武长枣果实糖积累规律相近[28]。但是，早熟灵武长枣果实蔗糖合成酶峰值提早了8～10 d，蔗糖磷酸合成酶峰值提早了13 d，且两者的高峰明显高于普通灵武长枣。崔纪芳研究西瓜果实发育期间糖分积累及糖代谢相关酶活性发现，中晚熟品种果糖、葡萄糖含量出现的高峰比早熟品种晚4～8 d，SS、SPS活性升高与果实成熟阶段蔗糖含量的增加一致[29]。许传强等研究发现，嫁接网纹甜瓜中果肉内蔗糖积累时间较自根提前了7 d左右，主要由于提高了蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶活性[30]。上述研究结果与本研究结果有类似之处。在早熟灵武长枣幼果期，其果实果糖含量与蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性呈现极显著正相关(相关系数分别为0.946、0.955)，与酸性转化酶活性呈显著负相关(-0.863)，而在灵武长枣白熟期，其果实果糖积累量与蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性呈现极显著正相关，相对早熟灵武长枣延后。

4 结论

果糖、蔗糖是灵武长枣所含主要糖类。在枣果实发育过程中，果实内蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶提早调控且活性显著提高，从而加速果实糖积累，促进早熟灵武长枣提早成熟。