閆冬梅,儀慧蘭

(山西大學 生命科學學院,山西 太原 030006)

0 引言

葡萄(Vitisvinifera)果實可鮮食,因汁多味美而廣受消費者喜愛,具有極高的經濟價值和營養(yǎng)價值。但葡萄成熟多集中在7-9月份,限制了果實的銷售,因此采后保鮮對鮮食葡萄產業(yè)非常重要。目前,商業(yè)上應用最廣泛且最有效的葡萄保鮮劑是SO2類保鮮劑,SO2能夠抑制葡萄致病菌的生長,有效提高果實的抗病防御能力,延緩果實衰老[1-3]。

葡萄果實糖含量較高,一般15%～25%。糖類物質的組成和含量是決定果實品質的重要因素,與總糖、總酸、總酚、維生素C、單寧以及呼吸速率等評價果實品質的指標密切相關[4-6]。而果實糖含量的變化受蔗糖代謝相關酶的調控,包括轉化酶(invertase,Ivr)、蔗糖合成酶(sucrose synthase,SS)和蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase,SPS)。Ivr因pH的不同又分為酸性轉化酶(acid invertase,AI)和中性轉化酶(neutral invertase,NI),能夠不可逆地將蔗糖分解為葡萄糖和果糖。SS既能催化葡萄糖和果糖合成蔗糖,也能使反應反向進行,根據催化方向的不同可分為蔗糖合成酶分解方向(SSⅠ)和蔗糖合成酶合成方向(SSⅡ),在果實采后SS主要用于分解蔗糖[7]。SPS主要是催化葡萄糖和果糖合成蔗糖。葡萄果實中糖分的積累主要發(fā)生在轉色期[8],先在葉片中合成有機物,再以蔗糖的形式運輸到果實中,隨后在分解類酶的作用下蔗糖分解成葡萄糖和果糖，并在果實中大量積累。果實采后無法通過光合作用繼續(xù)合成蔗糖,但仍會進行一系列的生命活動消耗糖類物質,導致貯藏期間果實中的糖組分和含量變化。因此在采后維持果實中糖組成和含量的穩(wěn)態(tài),可能與維持果實品質有一定的關系。

關于葡萄果實糖代謝及相關酶的研究多集中在果實生長發(fā)育期間[8-10],葡萄采后糖代謝的研究鮮有報道[11]，而葡萄采后糖穩(wěn)態(tài)關系到果實品質和商品價值。因此,本研究以玫瑰香葡萄果實為材料,分析了SO2保鮮期間果實主要糖分含量及代謝調控作用,探討SO2對葡萄果實的保鮮機制,以期為葡萄的采后保鮮提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料分組與處理

選本地產玫瑰香葡萄(Muscat Hamburg),從葡萄園采摘商業(yè)成熟且色度一致的葡萄果穗,立即運至實驗室,剔除損傷果粒,按5 kg一箱分裝。預冷24 h后,SO2處理組每箱放入1/4張速釋保鮮紙(含Na2S2O5約1.2 g)+6包控釋保鮮片(含Na2S2O5約5.1 g),扎緊塑料袋口,置于0±1℃冰箱貯藏;對照組不加SO2制劑,其他條件相同。每隔20 d檢測果實品質,并選對照組和SO2組完好果粒各10粒,取果肉測定相關參數,每個處理至少設3個重復,測定周期為60 d。

1.2 好果率的統計

采用稱重法測定葡萄果實的好果率:

(1)

1.3 果肉自溶評價

參照趙云峰等[12]的方法,將果實自溶程度分為5個等級。

果實自溶指數=Σ(果實自溶級數×該級果數)/總果數。

(2)

1.4 果實硬度測定

用質構儀測定葡萄果實硬度。選用P/2型(φ=2 mm)不銹鋼探頭,測定速度為3.0 mm/s,穿刺距離為4 mm,第一個峰高即為最大力,用以表示硬度值。各組每次至少測定15粒果實,每顆果實測量3個不同部位,取平均值。

1.5 糖含量測定

蔗糖、果糖和葡萄糖含量測定參照張友杰[13]的方法,稍做改進;可溶性糖含量的測定參照《植物生理學實驗指導》[14]。

1.6 蔗糖代謝酶活性測定

酶液制備及AI、NI和SSⅠ活性測定參照Nielsen等[15]的方法,以葡萄糖的生成量表示酶活性,單位為μmol·h-1·g-1FW。

1.7 RNA提取及高通量測序

取貯藏60 d的對照組和SO2組葡萄果皮,采用改良CTAB法提取總RNA。送至華大基因完成文庫制備并測序。測序結果與葡萄參考基因組(https:∥www. ncbi. nlm. nih. Gov/genome/? term=Vitis+vinifera)比對,對基因功能進行注釋,并以“l(fā)og2(兩樣品中基因表達量的比值)”表示該基因在SO2處理組中的變化。

1.8 數據分析

采用SPSS 17.0進行數據處理分析,用鄧肯氏多重比較方法進行不同處理組之間的差異顯著性檢驗。圖中用不同字母(a、b、c)代表差異顯著(P<0.05),相同字母表示差異不顯著。

2 結果與分析

2.1 SO2對葡萄果實品質的影響

貯藏20 d內果實品質較好,對照組和SO2組好果率均在95%以上,果實硬度均大于3 N。隨著貯藏時間的延長,對照組好果率急劇下降,果實發(fā)生自溶軟化,硬度降低;SO2組的好果率維持在較高水平,果實自溶指數顯著低于同期對照組,硬度也顯著大于同期對照組(圖1)。結果表明,SO2處理可以有效降低果實脫粒和腐爛的發(fā)生,緩解果實自溶現象,維持果實硬度,從而延長果實保質期。

圖1 貯藏期間葡萄果實品質的變化

2.2 SO2對葡萄果實蔗糖、果糖、葡萄糖和可溶性糖含量的影響

糖類物質是葡萄果實的主要成分,與果實品質直接相關。貯藏期間SO2組果實的糖含量整體高于對照組。在60 d貯藏期內,對照組葡萄果實的蔗糖、葡萄糖以及可溶性糖含量均呈下降趨勢,果糖含量無顯著變化(P>0.05)(圖2);SO2組蔗糖含量與對照組無顯著差異,但葡萄糖、果糖和可溶性糖含量在貯藏后期均顯著高于對照組(P<0.05)。以上結果表明,SO2可維持采后葡萄果實中蔗糖、果糖、葡萄糖、可溶性糖等主要糖分含量相對穩(wěn)定,從而使葡萄保持較好的口感。

2.3 SO2對葡萄果實蔗糖分解酶活性的影響

貯藏期間,對照組果實AI、NI和SSⅠ的活性均高于SO2組(圖3)。其中,AI活性隨著貯藏時間的延長而增強,但對照組與SO2組間無顯著差異(P>0.05);NI和SSⅠ的活性呈先降后升的趨勢,20 d時達到最低值,且SO2組NI和SSⅠ的活性在20 d和60 d時顯著低于對照組(P>0.05)。結果表明,SO2可以有效地抑制果實中蔗糖分解類酶的活性,從而抑制蔗糖的降解和糖類物質的代謝,對保持果實糖分穩(wěn)定起到積極作用。

2.4 SO2對葡萄果實蔗糖代謝相關基因轉錄的影響

貯藏60 d時，葡萄果皮中檢測到12個與蔗糖代謝相關的基因,其中有3個基因在SO2組上調表達,9個下調表達(表1)。注釋為轉化酶的基因3個上調,6個下調,且基因LOC104882598下調倍數最大;注釋為蔗糖合成酶的3個基因均下調表達。結果表明,SO2處理使葡萄果實中編碼轉化酶和蔗糖合成酶的基因大部分下調表達,能夠從轉錄水平調控葡萄果實的糖代謝。

圖2 貯藏期間葡萄果實糖含量的變化

圖3 貯藏期間葡萄果實蔗糖分解類酶活性的變化

表1 SO2對葡萄果皮中蔗糖代謝相關基因轉錄的影響

3 討論

葡萄果實中主要的糖類包括蔗糖、果糖和葡萄糖等,玫瑰香葡萄果實中蔗糖含量最低,果糖含量略高于葡萄糖[16],這些糖類物質的含量高低影響著果實采后品質。本實驗通過測定貯藏期間玫瑰香葡萄果實主要糖分含量及相關代謝酶活性,表明SO2處理可以有效保持貯藏期間葡萄果實糖分穩(wěn)定,發(fā)揮采后保鮮作用。

本研究發(fā)現,SO2能夠提高貯藏期間玫瑰香葡萄的好果率和硬度,降低果實自溶指數,延長貯藏期,貯藏期間SO2組果實的糖含量整體高于對照組。SO2處理組蔗糖分解類酶活性降低,使蔗糖含量略高于處理組。葡萄糖和果糖等單糖可作為細胞呼吸作用的底物,而SO2能夠有效降低葡萄果實的呼吸速率[17],減少對底物的消耗,從而導致果實的糖分含量高于對照組。同時,在貯藏后期(60 d),SO2處理組的葡萄糖、果糖和可溶性糖含量顯著高于對照組,這與貯藏期間果實的好果率相一致,說明上述糖類是能夠直接表征葡萄品質的指標,這為評價葡萄采后生理提供了新的思路。

AI、NI和SSⅠ都是蔗糖分解類酶,能夠將蔗糖分解成果糖和葡萄糖,在葡萄采后共同作用以維持糖代謝的平衡。0～60 d貯藏期間,對照組和SO2組葡萄果實的AI活性無顯著差異,而NI和SSⅠ活性出現顯著差異,其原因可能是SO2進入植物細胞后快速溶于細胞質水相中產生亞硫酸根和亞硫酸氫根離子,之后亞硫酸根可進入葉綠體參與硫同化,或氧化為硫酸根離子貯藏到液泡中[18],因NI和SSⅠ位于細胞質中可能受其中的亞硫酸根離子直接作用,AI位于液泡中受影響較小[19-21]。貯藏20 d時葡萄果實的NI和SSⅠ活性較低、AI活性較高,可能與不同酶對貯藏環(huán)境的敏感度不同有關,此時蔗糖分解可能主要依賴AI活性。貯藏40 d時，NI、SSⅠ、AI的活性較高,促使蔗糖分解加速、含量下降,而產生的葡萄糖和果糖會在同期消耗,最終在貯藏60 d時,蔗糖及葡萄糖的含量下降,果糖維持相對穩(wěn)定。與對照組相比,SO2組酶活性較低,導致糖含量相對較高。

葡萄果皮轉錄組測序的結果表明,SO2能夠從轉錄水平調控蔗糖代謝,使相關基因下調表達，這與我們檢測到的果皮組織中糖代謝酶活性變化(結果待發(fā))趨勢一致,也與葡萄果肉組織中糖代謝酶的活性變化相一致。而關于糖代謝基因的表達是否存在果肉和果皮間的差異,目前尚不清楚?？傊?SO2處理抑制了葡萄果實中糖分解相關酶的活性,可使玫瑰香葡萄果實中糖代謝變緩,從而維持一定程度的糖穩(wěn)態(tài)。