邊彩燕 姜寒玉 朱永永 陳超 熊春蓉 趙貴賓

摘要：以采自甘肅紫軒葡萄酒業(yè)葡萄園的釀酒葡萄赤霞珠為試驗材料，對果實中葡萄糖、果糖、蔗糖含量及糖代謝相關酶活性進行測定。結果表明，隨著赤霞珠葡萄果實的生長，蔗糖、葡萄糖、果糖含量顯著上升。不同生長發(fā)育階段，赤霞珠果實中酸性轉化酶、中性轉化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活力不同。相關性分析表明，整個發(fā)育期的葡萄糖、果糖、蔗糖與酸性轉化酶活性存在顯著正相關，R值分別為0.789、0.726、0.719;葡萄糖、果糖、蔗糖與中性轉化酶活性、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶活性均表現為極顯著正相關。

關鍵詞：赤霞珠;糖代謝;轉化酶;合成酶

中圖分類號：S663.1? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1001-1463（2021）06-0042-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.06.011

Changes in Sugar Metabolism and Related Enzyme Activities of Cabernet sauvignon Grape Fruits during Development in Hexi Region

BIAN Caiyan 1， JIANG Hanyu 2， ZHU Yongyong 1， CHEN Chao 1， XIONG Chunrong 1， ZHAO Guibin 1

（1. Gansu Agricultural Technology Extension Station， Lanzhou Gansu 730000， China; 2. College of Physical Science and Technology， Nanjing Normal University， Nanjing Jiangsu 210046， China）

Abstract：Cabernet sauvignon was selected from the vineyard of Gansu Zixuan Wine Industry as the experimental material， the contents of glucose， fructose， sucrose and the activities of enzymes related to sugar metabolism in fruits were determined. The results showed that the content of sucrose， glucose and fructose increased significantly with the growth of Cabernet sauvignon grapes. The activities of acid invertase， neutral invertase， sucrose synthase and sucrose phosphate synthase were different in Cabernet sauvignon fruits at different growth and development stages. Correlation analysis showed that glucose， fructose， sucrose and activity of acidic invertase activity in the whole development period were significantly positively correlated， R values of 0.789， 0.726 and 0.719， respectively. The activities of neutral invertase， sucrose phosphate synthase and sucrose synthase were significantly positively correlated with glucose， fructose and sucrose.

Key words：Cabernet sauvignon;Sugar metabolism;Invertase;Synthetase

葡萄在我國屬于六大水果之一， 在果樹種植中有著舉足輕重的作用[1 - 2 ]。甘肅省河西走廊是我國重要的葡萄種植基地，歷史悠久，已形成了獨具特色的葡萄酒文化，基本形成了武威、張掖、嘉峪關、酒泉四大產區(qū)。該區(qū)域內的釀酒葡萄，具有粒大、色澤好、氣味濃郁等特點。葡萄漿果中包含多種糖類，如葡萄糖、果糖及蔗糖，含量一般為15%～25%。糖不單單是口感的代名詞，也決定著漿果維生素、芳香物質的含量，所以，含糖量是評價果實品質的重要指標之一。目前已經發(fā)現，植物體內糖代謝直接影響著植物的生長發(fā)育，以強化植物生育及品質為根本目的，圍繞糖代謝過程進行探析，具有一定的現實意義[3 ]。葡萄果實品質的高低往往對應著糖種類的多少及含量的大小，可以說，糖分的種類、含量決定著果實本身的營養(yǎng)價值、風味口感等各類品質[4 - 6 ]。在葡萄上開展糖代謝相關的研究，深入了解其全生育期內糖代謝的轉運規(guī)律，對認識葡萄果實糖的來源、代謝相關酶的分布情況、果實生長階段糖含量、相關酶活性的變化特征具有積極作用，且能夠為調控果實糖代謝及其相關研究帶來真實性的數據支持。有關糖代謝及相關酶的轉運規(guī)律在香蕉[7 ]、荔枝[8 ]、獼猴桃[9 ]、紐荷爾臍橙[10 ]、蘋? 果[11 ]、枸杞[12 ]等一些樹種中已有報道。我們基于赤霞珠葡萄果實生長期，糖含量及蔗糖代謝相關酶活性變化進行研究，旨在探索赤霞珠果實生長過程中糖代謝的轉運規(guī)律和調控機制，進而為果實品質的改良提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗區(qū)概況

選取甘肅紫軒葡萄酒業(yè)釀酒葡萄種植園為試驗區(qū)。試驗區(qū)位于祁連山北麓，北緯39° 6′，大陸性荒漠氣候。年平均氣溫為8.0 ℃，其中最高、最低氣溫分別為38.6、-31.7 ℃。年平均降水量為73.3 mm;太陽總輻射約等于560.12～576.84 kJ/cm2。土壤pH 7.5～8.8[13 ]。

1.2? ?供試材料

供試釀酒葡萄赤霞珠由甘肅紫軒葡萄酒業(yè)提供。

1.3? ?試驗方法

選擇長勢良好、均勻的5株赤霞珠為試驗樹，于7、8、9月的15日左右分別取樣。分別從每株試驗樹的同一部位選取大小相當的果實樣品，混勻后置于超低溫保存箱備用。

1.4? ?測定的項目及方法

1.4.1? ?糖的提取與測定? ?先將果實從超低溫保存箱中取出，對其進行粗加工。取0.5 g經粗加工的樣品置于試管中，添加5 mL蒸餾水，并攪拌均勻，置于沸水浴中，40 min后6 000 r/min離心10 min，取上清液。糖的測定均參照蔡武城[14 ]的方法。用蒽酮比色法測定可溶性糖含量，用分光光度法測定葡萄糖含量，用鉬酸銨比色法測定果糖含量，用Roe比色法測定蔗糖含量。

1.4.2? ?酶的提取與測定? ?取樣品0.5 g置于試管之中，添加 Hepes-NaOH（200 mmol/L，pH 7.5）緩沖液共計5 mL，將試管置于冰浴一段時間并研磨均勻，10 000 r/min冷凍離心10 min后取其上清液。酶的測定：酸性轉化酶、中性轉化酶按Nielsen的方法[15 ];蔗糖合成酶按Douglas和Tsai等的方法[16 - 17 ];蔗糖磷酸合成酶按Wardlaw的方法[18 ]。

1.5? ?數據處理與分析

應用Excel 2003、SPSS 17.0對數據進行處理，在此基礎上繪制相應圖表。

2? ?結果與分析

2.1? ?果實發(fā)育過程中糖含量的變化

2.1.1? ?蔗糖? ?從圖1可以看出，隨著果實的生長，蔗糖含量顯著上升。8、9月份蔗糖含量分別為6.12、11.09 mg/g，比7月份（2.26 mg/g）分別顯著提高了172%、392%，而9月份比8月份顯著提高了81%。

2.1.2? ?葡萄糖? ?從圖2可以看出，隨著果實的生長，葡萄糖含量顯著上升。8、9月份的葡萄糖含量分別為27.32、51.03 mg/g，比7月份分別顯著提高了946%、1855%，而9月份比8月份顯著提高了87%。

2.1.3? ?果糖? ?從圖3可以看出，隨著果實的生長，果糖含量顯著上升。8、9月份的葡萄糖含量分別為57.56、103.35 mg/g，比7月份分別顯著提高了1 654%、3 051%，而9月份比8月份顯著提高了80%。

綜上所述，隨著果實的生長，葡萄糖、果糖及蔗糖都呈顯著的增長態(tài)勢。蔗糖、葡萄糖、果糖含量在果實處于發(fā)育初期階段的7月份，含量較低，8月份蔗糖顯著積累，9月份成熟后達到高峰。葡萄糖，果糖的含量在果實生長前期無較大差異，轉熟時前者稍低后者，成熟期后者則顯著高出前者。3種糖對應的凈增長量占據了成熟期糖總量的1/2?？紤]其中的各個組分，果實生長的全過程以葡萄糖和果糖含量最高，約等于蔗糖、果糖及葡萄糖三者總量的90%及以上。

2.2? ?果實發(fā)育過程中轉化酶活性的變化

轉化酶主要包括酸性轉化酶（AI）和中性轉化酶（NI）兩類。從圖4可以看出，不同生長發(fā)育階段，果實中酸性轉化酶活性不同。9月份的酸性轉化酶活性為11.67 μmol/（h·g），比7月份和8月份顯著提高，而8月份與7月份無顯著差異。

從圖5可以看出，不同生長發(fā)育階段，果實中中性轉化酶活性不同。9月份的中性轉化酶活性為7.27 μmol/（h·g），比7月份和8月份分別顯著提高了491%和277%，而8月份與7月份無顯著差異。

可見，隨著果實的生長，AI和NI均表現為上升趨勢，且AI活性高于同期NI的活性。8月份的轉化酶活性較高，但果糖和葡萄糖積累量卻不是很高，說明該階段因轉化酶催化而生成的己糖多被代謝所消耗。9月份葡萄糖、果糖積累量達最大值，此時己糖主要用于積累。從整個發(fā)育期來看，AI活性明顯高出NI。

2.3? ?果實發(fā)育過程中蔗糖合成酶活性的變化

蔗糖合成酶（SS）的特點在于可溶解性，常見于細胞質之中，在蔗糖代謝活動中起著關鍵性作用。從圖6可以看出，不同生長發(fā)育階段，果實中蔗糖合成酶活性不同。8月份和9月份的蔗糖合成酶分別為12.76、13.36 μmol/（h·g），比7月份分別顯著提高了158%、170%，而9月份與8月份無顯著差異。8月份為葡萄果實膨大期，該階段蔗糖的合成多依靠SS，合成的大量蔗糖并沒有被積累下來，而是在轉化酶的作用下迅速分解形成己糖（葡萄糖和果糖），成熟期時己糖含量達最大值。

2.4? ?赤霞珠果實發(fā)育過程中蔗糖磷酸合成酶活性的變化

蔗糖磷酸合成酶（SPS）作為可溶性酶，在糖的形成及積累期具有積極影響。從圖7可以看出，不同生長發(fā)育階段，赤霞珠果實中蔗糖磷酸合成酶活力不同。9月份的蔗糖磷酸合成酶活力為12.34 μmol/（h·g），比7月份和8月份分別顯著提高了168%、86%，而8月份與7月份無顯著差異。SPS的活力變化趨勢表現為上升，隨著果實的生長發(fā)育，在SPS的作用下果實積累了一定的蔗糖，但蔗糖積累量較低，此反應又是不可逆反應，因此可以推斷赤霞珠果實在生長發(fā)育積累蔗糖的過程中SPS對蔗糖的積累起關鍵作用，其催化作用機理還有待進一步研究。8月份SS活力遠遠大于SPS活力。

2.5? ?果實可溶性糖積累與蔗糖代謝相關酶活性的相關性分析

由表1可見，在果實發(fā)育過程中，葡萄糖的積累在發(fā)育前期和發(fā)育后期與糖代謝相關酶的相關性不顯著?？v觀整個發(fā)育階段，葡萄糖積累與AI活性存在顯著正相關，R=0.798;與NI、SPS、SS的活性表現出極顯著正相關，對應的R值分別為0.909、0.869、0.827。

果糖積累在發(fā)育前期和發(fā)育后期均與其代謝相關酶的相關性不顯著。從整個發(fā)育期來看，果糖積累與AI活性存在顯著正相關，R=0.726;與NI、SPS、SS的活性表現出極顯著正相關，對應的R值分別為0.910、0.830、0.866。

蔗糖積累在發(fā)育前期與糖代謝相關酶的相關性不顯著。發(fā)育后期與AI活性表現出顯著的負相關，R=-0.997?？v觀整個發(fā)育期，蔗糖積累與AI活性表現出顯著正相關，R=0.719;與NI、SPS、SS活性表現出極顯著正相關，R值分別為0.860、0.825、0.919。

3? ?結論與討論

研究結果表明，隨著赤霞珠葡萄果實的生長，蔗糖、葡萄糖、果糖含量顯著上升。不同生長發(fā)育階段赤霞珠果實中酸性轉化酶活性、中性轉化酶活性、蔗糖合成酶活性、蔗糖磷酸合成酶活性不同。相關性分析表明，整個發(fā)育期的葡萄糖、果糖、蔗糖與酸性轉化酶存在顯著正相關，相關系數分別為0.789、0.726、0.719;葡萄糖、果糖、蔗糖與中性轉化酶活性、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶活性均表現為極顯著正相關。由此可以認為葡萄糖及果糖二者的積累在一定程度上需要依賴轉化酶的調控作用。赤霞珠果實糖代謝與蔗糖積累存在較大關聯，蔗糖的積累與蔗糖合成酶活性存在明顯的正向關系，相關系數為0.919。果實生長后期蔗糖積累與酸性轉化酶活性之間表現為顯著的負相關，且這一階段蔗糖積累和轉化酶活性均呈上升趨勢，可認為蔗糖積累過程中受蔗糖合成酶影響較大。

轉化酶屬于一種因蔗糖生成的分解酶，葡萄漿果在其轉熟期，蔗糖主要源于葉片運輸，在紫外照射環(huán)境下受細胞壁酸性轉化酶的作用可被可溶性酸性轉化酶分解，即生成了果糖、葡萄糖[19 ]。在葡萄轉熟前的一段時期，液泡轉化酶生成的己糖多被用作代謝，待完成了轉熟后，便多被用作積累[20 ]。因此，在催化蔗糖分解成己糖的階段中前者的作用較大。在諸多蔗糖積累型果實中，包括溫州蜜柑與梨[21 - 22 ]，隨蔗糖積累量的不斷增多可溶性酸性轉化酶活性趨于零。蔗糖合成酶催化的化學公式為：蔗糖+ UDP？圮果糖+ UDPG，因蔗糖合成酶具備分解、合成蔗糖的雙重作用，將其用于蔗糖代謝的調控具有一定的意義。從整體上看，蔗糖合成酶的活性高于同期蔗糖磷酸合成酶活性。之所以會出現這一情況，一般是因蔗糖磷酸合成酶活性的生存環(huán)境所導致的，其多存在含葉綠素的組織之中，特別是在部分蔗糖組織中表現的更加活躍[23 ]。

果實中的糖分、有機酸，包括多酚、花青素等是衡量葡萄本質的基本指標，作為其中的基礎性因素，糖分在一定程度上決定著葡萄酒的酒度[24 ]。糖分積累本身就是果實品質形成的關鍵，蔗糖代謝是前者的重要內容。本文研究表明，在果實發(fā)育的各個階段，己糖占總蔗糖、果糖和葡萄糖的93%以上，即可認為葡萄糖、果糖為果實積累糖分的重要來源，但蔗糖含量仍然很低，成熟時僅占總糖含量的6.5%，說明大部分蔗糖轉化為己糖。

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（本文責編：楊? ?杰）