王 君，李 磊，謝 冰，左 琦，呂雅楠，寇曉虹*

(天津大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院，天津 300072)

采后黃冠梨果實(shí)糖代謝及相關(guān)酶活性變化規(guī)律

王 君，李 磊，謝 冰，左 琦，呂雅楠，寇曉虹*

(天津大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院，天津 300072)

以黃冠梨為試材，研究采后梨果實(shí)糖代謝及相關(guān)酶活性的變化規(guī)律。果實(shí)采后即貯于溫度0℃、相對(duì)濕度85%～95%的冷庫中，分別測定貯藏過程(0～240d)中果實(shí)中葡萄糖、蔗糖、總可溶性固形物(TSS)和可滴定酸(TA)的含量以及酸性轉(zhuǎn)化酶(AI)、中性轉(zhuǎn)化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的活性。結(jié)果表明：在采后貯藏期間，黃冠梨果實(shí)中葡萄糖含量與AI、NI活性均呈先升后降的趨勢，且AI活性出現(xiàn)明顯高峰，而蔗糖含量與SS、SPS活性均逐漸降低。TA和TSS含量是果實(shí)風(fēng)味的重要指標(biāo)，隨著貯藏期的延長，TA含量逐漸下降，而TSS含量呈升-降-升的趨勢。果實(shí)中蔗糖代謝參與酶的凈合成活性與果實(shí)中蔗糖的積累密切相關(guān)，在采后貯藏期間其活性逐漸降低。

黃冠梨；糖代謝；轉(zhuǎn)化酶；蔗糖合成酶；蔗糖磷酸合成酶

梨是世界五大水果之一，也是我國傳統(tǒng)的優(yōu)勢樹種。目前，我國是世界上梨樹種植面積最大、產(chǎn)量最高的國家，且梨品種資源十分豐富。近幾年，關(guān)于梨果實(shí)采后的報(bào)道主要集中在采后生理及貯藏方面，包括呼吸強(qiáng)度與乙烯產(chǎn)量的關(guān)系以及過氧化物酶(PPO)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)等與果實(shí)成熟、軟化相關(guān)酶的研究[1]，而針對(duì)采后糖代謝及相關(guān)酶變化規(guī)律方面的研究較少，使得梨果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)劣變和調(diào)控機(jī)理尚不明確。

甜味是果實(shí)品質(zhì)的主要指標(biāo)之一，果實(shí)的甜味主要取決于果實(shí)內(nèi)糖的種類和含量變化[2]，而果實(shí)內(nèi)糖代謝又受蔗糖代謝相關(guān)酶活性的調(diào)控。因此，研究梨果實(shí)采后糖代謝及相關(guān)酶變化規(guī)律對(duì)于提高梨果實(shí)品質(zhì)及商品價(jià)值具有十分重要的意義。

目前關(guān)于果實(shí)糖代謝及相關(guān)酶的研究主要集中在果實(shí)發(fā)育過程中，針對(duì)果實(shí)采后糖代謝的系統(tǒng)研究還未見詳細(xì)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以黃冠梨(Pyrus spp.)果實(shí)為試材，研究采后梨果實(shí)糖代謝及相關(guān)酶活性變化規(guī)律的影響，為闡明梨果實(shí)糖代謝機(jī)理，進(jìn)一步改善梨果實(shí)品質(zhì)提供一定科學(xué)依據(jù)和理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

供試黃冠梨果實(shí)采自河北省藁城市果園，供試植株種植條件良好，管理水平較好。果實(shí)采收當(dāng)天即運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室。選取具有本品種特性、果形端正、無機(jī)械損傷、無病蟲害、大小均一的果實(shí)，采用保鮮紙+網(wǎng)套PVC納米打孔袋+硬殼紙箱包裝。置于0℃、相對(duì)濕度為85%～95%的冷庫中進(jìn)行長期貯藏。分批取樣進(jìn)行指標(biāo)測試。

尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)、6-磷酸-果糖(6-P-F)等生化試劑 美國Sigma公司。

UV1102紫外分光光度計(jì) 上海天美公司；CR21G高速冷凍離心機(jī) 日本日立公司；DH-101-2電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)公司；PHS-3B微機(jī)型精密pH計(jì) 上海雷磁公司；BS-124S電子天平、BS-124S分析天平 北京賽多利斯公司；BCD-256KF冰箱、BD-198E低溫臥式冷柜 海爾公司；HH數(shù)顯恒溫水浴箱 江蘇金城國際公司；SD-20A制冰機(jī) 廣州唯利安公司。

1.2 方法

1.2.1 葡萄糖和蔗糖的提取及含量測定

提取參照李合生[3]方法，略加改動(dòng)。取1g烘干樣品，加入5mL 80%乙醇溶液研磨至勻漿，80℃水浴30min，冷卻至室溫后80000r/min離心30min，取上清液，殘?jiān)儆?0% 乙醇溶液復(fù)提，合并上清液用于葡萄糖和蔗糖含量的測定。

葡萄糖和蔗糖含量測定分別采用DNS比色法和蒽酮比色法[4]。

1.2.2 制備粗酶提取液

參照Nielsen等[5]的方法，并加以改進(jìn)。取1g梨果肉樣品，加入5mL預(yù)冷提取緩沖液冰浴研磨至勻漿，12000r/min冷凍離心20min，上清液即為粗酶提取液。提取緩沖液的終濃度組成為：HEPES-NaOH(pH7.5)50mmol/L，MgCl210mmol/L，EDTA 1mmol/L，BSA 1g/L， PVPP 5g/L，DTT 2.5mmol/L，VC 10mmol/L。

1.2.3 酸性轉(zhuǎn)化酶(acid invertase，AI)、中性轉(zhuǎn)化酶(neutral invertase，NI)活性的測定

參照Nielsen等[5]的方法，略加改進(jìn)。在510nm波長處測定吸光度，轉(zhuǎn)化酶活性單位為μmol葡萄糖/ (h·g mf)。

1.2.4 蔗糖合成酶(sucrose synthase，SS)、蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase，SPS)活性的測定

參照Nielsen等[5]的方法，并加以改進(jìn)。在630nm波長處測定吸光度，酶活性單位為μmol蔗糖/(h·g mf)。

1.2.5 總可溶性固形物(TSS)和可滴定酸(TA)含量的測定

采用手持式折光儀測定梨果實(shí)樣品中總可溶性固形物含量，分別在果實(shí)4個(gè)不同剖面取樣，測定果實(shí)重復(fù)為6個(gè)。

參照韓雅珊等[6]方法，研磨果肉至勻漿，采用滴定法測定可滴定酸含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 貯藏期間果實(shí)中葡萄糖和蔗糖含量的變化規(guī)律

圖1 貯藏期梨果實(shí)糖含量的變化Fig.1 Change in the content of sugar in pears during storage

如圖1所示，在采后貯藏期間(0～240d)，黃冠梨果實(shí)中葡萄糖含量呈先升后降的趨勢。在貯藏前、中期，果實(shí)中葡萄糖含量逐漸增加，至貯藏期120d時(shí)達(dá)到最大值(44mg/g)。隨著果實(shí)進(jìn)入貯藏后期，果實(shí)中葡萄糖含量逐漸降低，并在貯藏期240d時(shí)降至最小值(32mg/g)。

在采后貯藏期間，黃冠梨果實(shí)中蔗糖含量呈逐漸下降趨勢，且低于葡萄糖含量，在貯藏期180d時(shí)兩者的差異達(dá)極顯著水平(P＜0.01)。

2.2 蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的變化

圖2 貯藏期梨果實(shí)蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的變化Fig.2 Change in the activity of sucrose invertase in pears during storage

圖2 表明，在采后貯藏期間，黃冠梨果實(shí)中AI 和NI活性均呈先升后降的趨勢，但NI活性總體變化不明顯，且明顯低于AI。剛采收時(shí)，果實(shí)中AI和NI活性較低，隨著貯藏期的延長，兩者活性逐漸升高。在貯

藏期120d時(shí)，AI和NI活性均達(dá)到最大值，AI活性有明顯高峰出現(xiàn)，且極顯著高于NI(P＜0.01)。進(jìn)入貯藏后期，果實(shí)中AI和NI活性均有所下降。

2.3 蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性的變化

圖3 貯藏期梨果實(shí)蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性的變化Fig.3 Change in the activities of sucrose synthase and sucrose phosphate synthase in pears during storage

如圖3所示，在采后貯藏期間，黃冠梨果實(shí)中SS和SPS活性均呈逐漸下降的趨勢，且SS活性低于SPS。不僅如此，兩種酶活性的下降與整個(gè)貯藏期間果實(shí)中蔗糖含量的逐漸下降密切相關(guān)。

2.4 蔗糖代謝參與酶凈合成活性的變化

圖4 貯藏期梨果實(shí)蔗糖代謝參與酶凈合成活性的變化Fig.4 Change in net activities of enzymes involved in carbohydrate metabolism in pears during storage

在梨果實(shí)中，參與合成蔗糖的酶包括SS和SPS，參與分解蔗糖的酶包括AI和NI。前者活性減去后者活性即為蔗糖代謝參與酶的凈合成活性，它與果實(shí)中蔗糖的積累呈正相關(guān)性。在采后貯藏期間，黃冠梨果實(shí)中蔗糖代謝參與酶的凈合成活性呈逐漸下降的趨勢。在貯藏期0～60d，果實(shí)中蔗糖代謝參與酶的凈合成活性為正值，表明在這個(gè)階段果實(shí)中積累了蔗糖。此后，隨著貯藏期的延長，果實(shí)中蔗糖代謝參與酶的凈合成活性為負(fù)值，表明在貯藏中、后期，果實(shí)中蔗糖不積累或僅有少量積累。由此可見，果實(shí)中蔗糖含量是多種蔗糖代謝相關(guān)酶協(xié)同的結(jié)果。

2.5 總可溶性固形物和有機(jī)酸含量的變化

圖5 貯藏期梨果實(shí)總可溶性固形物含量的變化Fig.5 Change in the content of total soluble solid in pears during storage

圖5 表明，黃冠梨果實(shí)中TSS含量在采后貯藏期間呈升-降-升的趨勢。在貯藏期60d時(shí)，果實(shí)中TSS含量達(dá)到最大值(9.30%)，此后，隨貯藏期的延長，果實(shí)中TSS含量逐漸降低，至貯藏期180d時(shí)，其含量降至最小值(6.60%)。而在貯藏末期果實(shí)中TSS含量又出現(xiàn)了小幅度的回升。

圖6 貯藏期梨果實(shí)可滴定酸含量的變化Fig.6 Change in the content of titratable acid in pears during storage

如圖6所示，在采后貯藏期間，黃冠梨果實(shí)中TA含量呈逐漸下降的趨勢。剛采收時(shí)，TA含量最高(0.28%)，隨貯藏期的延長，TA含量逐漸降低，至貯藏期240d時(shí)，其含量降至最小值(0.15%)。

3 討 論

糖在植物的代謝、生長、發(fā)育等方面具有十分重要的作用，它既是光合作用的產(chǎn)物，又是呼吸作用的底物，并且可以為植物的生長發(fā)育提供能量[7]。牛芳英等[8]的研究表明，馬鈴薯塊莖還原糖含量在收獲時(shí)最低，隨著貯藏時(shí)間的延長，不同品種馬鈴薯塊莖還原糖含量均呈增加趨勢，且在低溫貯藏期間，馬鈴薯塊莖蔗糖含量的降低與還原糖含量的增加之間也有明顯的相關(guān)性。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，在采后貯藏期間，黃冠梨果實(shí)中葡萄糖含量先升后降，而蔗糖含量呈逐漸下降的趨勢。這可能是因?yàn)樵谫A藏初期，果實(shí)中AI和NI活

性較高，催化蔗糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖，導(dǎo)致葡萄糖含量增加，蔗糖含量降低，而后隨著果實(shí)自身呼吸作用的不斷消耗，以及蔗糖代謝相關(guān)酶活性的逐漸降低，果實(shí)中葡萄糖和蔗糖含量均下降。

糖卸載到果實(shí)中在很大程度上取決于果實(shí)的庫強(qiáng)，而庫強(qiáng)大小的一個(gè)重要生化標(biāo)志就是糖代謝相關(guān)酶的活性[9]。蔗糖轉(zhuǎn)化酶具有不可逆地催化蔗糖分解為果糖和葡萄糖的作用，可以在韌皮部卸載位點(diǎn)和庫組織細(xì)胞之間創(chuàng)造蔗糖梯度，促進(jìn)蔗糖的轉(zhuǎn)運(yùn)。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，隨著貯藏期的延長，黃冠梨果實(shí)中AI和NI活性均呈先升后降的趨勢，這與劉衛(wèi)曉等[10]的研究結(jié)果一致。貯藏前、中期較高的轉(zhuǎn)化酶活性有利于庫細(xì)胞與韌皮部保持一定的濃度梯度，促進(jìn)了糖分由“源”向“庫”的不斷轉(zhuǎn)移。

在植物蔗糖代謝過程中，SS可以通過催化蔗糖的分解與合成，保持蔗糖的濃度梯度，來影響果實(shí)中糖分的積累。而SPS活性的大小在一定程度上決定了果實(shí)中蔗糖的累積量。SPETH等[11]在對(duì)桃果實(shí)的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著果實(shí)進(jìn)入軟化后熟階段，淀粉迅速水解，SPS活性增加，蔗糖不斷積累，蔗糖的積累與SPS活性的提高呈高度正相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，在采后貯藏期間，黃冠梨果實(shí)中SS和SPS活性均呈逐漸下降的趨勢，這與Moriguchi[12]關(guān)于日本梨的研究結(jié)果一致。不僅如此，在整個(gè)貯藏期間，SS活性顯著低于SPS，表明SS并不是影響蔗糖積累的關(guān)鍵酶，這與Speth等[11]的研究結(jié)果相同。

此外，隨著貯藏期的延長，黃冠梨果實(shí)中TSS含量呈升-降-升的趨勢，而TA含量逐漸降低。產(chǎn)生上述結(jié)果的原因可能為：梨是典型的呼吸躍變型果實(shí)，在貯藏初期，由于淀粉等多糖的轉(zhuǎn)化，使果實(shí)中TSS含量有所增加。隨著呼吸高峰的到來，可溶性固形物作為呼吸基質(zhì)被消耗，含量下降。貯藏后期，果實(shí)呼吸作用減弱，TSS含量又有小幅回升。而在整個(gè)貯藏過程中，有機(jī)酸作為呼吸作用的基質(zhì)，隨著果實(shí)的成熟和衰老逐漸被消耗，其含量逐漸下降。

果實(shí)糖代謝是一個(gè)極為復(fù)雜的過程?，F(xiàn)有的研究表明，果實(shí)發(fā)育中糖積累并不是單一酶在起作用，而是受各種代謝相關(guān)酶活性的共同調(diào)控。趙智中等[13]提出在研究糖積累機(jī)理時(shí)應(yīng)考慮蔗糖代謝相關(guān)酶的綜合作用。本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果也表明，梨果實(shí)中蔗糖代謝參與酶的凈合成活性與果實(shí)中蔗糖的積累密切相關(guān)。

目前，對(duì)果實(shí)糖組分的來源、代謝相關(guān)酶在細(xì)胞內(nèi)的分布、果實(shí)發(fā)育過程中糖含量及相關(guān)酶活性的動(dòng)態(tài)變化等已有一定的認(rèn)識(shí)，但在分子水平上，對(duì)糖代謝及其相關(guān)酶的研究尚不清楚。今后，有關(guān)糖代謝關(guān)鍵酶基因的調(diào)控，生態(tài)因子和內(nèi)源激素對(duì)果實(shí)糖代謝的影響以及糖信號(hào)對(duì)果實(shí)糖代謝的調(diào)控機(jī)制等將成為研究熱點(diǎn)。

[1]李雯, 陳維信. 番荔枝果實(shí)采后生理與保鮮技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào), 2004, 12(3): 280-284.

[2]羅霄, 鄭國琦, 王俊. 果實(shí)糖代謝及其影響因素的研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)科學(xué)研究, 2008, 29(2): 69-73.

[3]李合生. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

[4]郝再彬, 蒼晶, 徐仲. 植物生理實(shí)驗(yàn)[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2004.

[5]NIELSEN T H, SKIARBEKH C, KARLSEN P. Carbohydrate metabolism during fruit development in sweet pepper plants[J]. Physiol Plant, 1991, 82: 311-319.

[6]韓雅珊. 食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M]. 北京: 北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社, 1992.

[7]羅玉. 植物中的糖代謝及其相關(guān)酶[J]. 文山師范高等專科學(xué)校學(xué)報(bào), 2004, 17(2): 155-159.

[8]牛芳英, 王效瑜, 楊東宏. 馬鈴薯貯藏期間幾個(gè)主要加工品質(zhì)指標(biāo)變化的探討[J]. 陜西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008(2): 18-20.

[9]VIZZOLO Q, PINTON R, VARANMIN Z, et a1. Sucrose accumulation in developing peach fruit[J]. Physiol Plant, 2003, 96: 225-230.

[10]劉衛(wèi)曉, 茅林春. 甘蔗采后冷藏過程中品質(zhì)及生理變化[J]. 甘蔗, 2000, 7(3): 20-23.

[11]SPETH M, PAUL W Q, CHRISTIN A B. Carbohydrate metabolism during postharvest ripening in kiwifruit[J]. Planta, 1992, 188: 314-323.

[12]MORIGUCHI T. Polyuronides changes in Japanese and Chinese pear fruits during ripening on the tree[J]. Joumal of the Japanese Society of Horticultural Science, 1998, 67: 375-377.

[13]趙智中, 張上隆, 徐昌杰, 等. 蔗糖代謝相關(guān)酶在溫州蜜柑果實(shí)糖積累中的作用[J]. 園藝學(xué)報(bào), 2001, 28(2): 112-118.

Changes of Carbohydrate Metabolism and Related Enzyme Activities in Postharvest Huangguan Pears

WANG Jun，LI Lei，XIE Bing，ZUO Qi，LYa-nan，KOU Xiao-hong*
(College of Agriculture and Bioengineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

Huangguan pears were used as materials to investigate the changes of carbohydrate metabolism and related enzyme activities of postharvest fruits. Huangguan pears were stored at 0 ℃ and relative humidity of 85%－95%. The contents of glucose, sucrose, total soluble solid and titratable acid, and the activities of acidic invertase (AI), neutral invertase (NI), sucrose synthase (SS) and sucrose phosphate synthase (SPS) were measured. Results showed that the content of glucose and activities of AI and NI exhibited an initial increase and a following decrease. An obvious high peak of AI was observed. However, the content of sucrose and activities of SS and SPS exhibited a decrease during storage. As the important index of fruit flavor, the content of TA exhibited a decrease trend, while the content of TSS exhibited an up-down-up trend during storage. Net synthesis activities of enzymes involved in carbohydrate metabolism were closely related to the content of sucrose during storage.

Huangguan pear；carbohydrate metabolism；invertase；sucrose synthase；sucrose phosphate synthase

TS255.3

A

1002-6630(2010)18-0390-04

2009-11-16

“十一五”國家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2006BAD22B01)

王君(1987—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)楣卟珊笊飳W(xué)。E-mail：wangjuntianjin@126.com

*通信作者：寇曉虹(1970—)，女，副教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品貯藏加工。E-mail：kouxiaohong@126.com