高文瑞，孫艷軍，韓 冰，費 聰，王顯生，徐 剛

（1江蘇省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所/江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室，南京 210014；2江蘇省農(nóng)業(yè)科學院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物新品種測試（南京）分中心，南京 210014）

0 引言

西瓜屬于萌蘆科西瓜屬植物，在國內(nèi)種植歷史悠久，從南到北均有種植。其果汁味甜，有消暑的作用，是人們在夏季最為喜愛的果品之一[1]。中國西瓜的生產(chǎn)和消費水平均位居世界首位，2020年中國西瓜種植面積為140.59萬hm2，占世界總面積的46.04%[2]。栽培西瓜的果肉中富含糖、番茄紅素、氨基酸等豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，其中果實中糖的種類、含量、比例以及糖酸比等決定了西瓜果實品質(zhì)和商品價值。

果實中碳水化合物的代謝及其動態(tài)變化尤其與果實的品質(zhì)形成關(guān)系密切。糖是果實品質(zhì)成分和風味物質(zhì)等合成的基礎(chǔ)原料，同時還作為信號分子，與激素、氮等信號形成復雜的信號轉(zhuǎn)導機制，調(diào)控植物的生長發(fā)育及基因表達[3]。西瓜果實中的糖含量由果肉韌皮部卸載和代謝共同決定，蔗糖是最終進入西瓜果實的糖分，蔗糖在果實中的代謝決定了果實糖分的積累量和品質(zhì)。轉(zhuǎn)化酶、蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)是蔗糖代謝途徑中的關(guān)鍵酶[4]。在高等植物中，轉(zhuǎn)化酶催化蔗糖分解為單糖，SS既能催化蔗糖合成又能催化蔗糖分解，SPS被認為是催化蔗糖合成的主要酶[5]。關(guān)于糖積累與蔗糖代謝相關(guān)酶的關(guān)系在多種蔬菜及水果中均有報道[6-8]。研究表明弱光使得植株生長受到阻礙，延遲了開花坐果時間，降低了果實產(chǎn)量和品質(zhì)[9]。西瓜是喜光植物，果實中的糖分積累、糖含量及糖酸比等是衡量西瓜品質(zhì)的主要指標，弱光影響糖分的積累和西瓜果實品質(zhì)，但針對西瓜弱光下果實品質(zhì)及蔗糖代謝相關(guān)酶的動態(tài)變化研究鮮有報道。基于此，筆者以小型西瓜為研究對象，利用50%遮陽網(wǎng)模擬自然弱光條件，對西瓜果實品質(zhì)及果實蔗糖代謝相關(guān)酶進行研究，以期闡明弱光對西瓜果實品質(zhì)及蔗糖代謝的影響，為早春和秋季西瓜設施高品質(zhì)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

試驗于2019年春季在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院六合基地8 m寬鋼架塑料大棚內(nèi)進行。

1.2 試驗材料

選用江蘇省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所選育的中小型西瓜品種‘蘇蜜8號’為試驗材料，經(jīng)55℃溫湯浸種后置于催芽箱中催芽，待西瓜種子發(fā)芽時播于育苗基質(zhì)中。育苗25天左右后將幼苗定植于栽培桶內(nèi)進行有機基質(zhì)無土栽培。栽培桶的規(guī)格為31.0 cm（外徑）×26.5 cm（高），栽培基質(zhì)為木薯渣:泥炭:蛭石=2:1:1（體積比）。

1.3 試驗方法

以正常光照為對照(CK)，以正常光照的50%為遮陰處理（前期預試驗證明遮光率50%不但有足夠高的座果率，而且對果實大小發(fā)育影響也很大），于開花前1周進行遮陰處理，每處理設3次重復。人工授粉、肥水管理、植株的整枝方式等均按正常生產(chǎn)管理進行。植株開花當天，選取節(jié)位相近、生長一致、子房發(fā)育正常的雌花進行掛牌，每株留果1個。于授粉后9、12、15、18、21、24、27、30天進行果實可溶性固形物含量測定，于授粉后0、3、6、9、12、15、18、21、24、27、30天進行果實其他品質(zhì)指標及酶活性動態(tài)發(fā)育的測定。

可溶性固形物含量使用數(shù)字折射儀(Atago PAL-1，Atago Company Ltd.，Japan)進行測定。采用液相色譜法測定葡萄糖、果糖和蔗糖含量[10]，可滴定酸含量采用酸堿滴定法測定[11]。蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶、中性轉(zhuǎn)化酶、可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶的提取及活性測定參照張莉等[12]的方法。

1.4 統(tǒng)計分析

利用Excel軟件進行分析和作圖，利用DPS 7.05軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析，用Duncan’s法進行差異顯著性分析(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮陰處理對西瓜果實品質(zhì)的影響

由圖1可以看出，隨著果實發(fā)育天數(shù)的增加，遮陰處理組和對照組的西瓜果肉可溶性固形物含量均呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，除授粉后27天外，遮陰處理組西瓜的可溶性固形物含量均顯著低于同期對照組。從授粉當天到授粉9天內(nèi)，可滴定酸含量呈現(xiàn)急劇下降的趨勢，之后變化不明顯。授粉當天遮陰處理的可滴定酸含量顯著低于對照，而授粉后3～6天與之相反，授粉9天以后遮陰處理組的可滴定酸含量與同期對照組差異不顯著。

圖1 遮陰處理對西瓜可溶性固形物含量和可滴定酸含量的影響

2.2 遮陰處理對西瓜果實糖分組成的影響

西瓜果肉中可溶性糖主要由葡萄糖、蔗糖和果糖組成，對這3種糖分在弱光下動態(tài)變化進行研究可以看出，果實發(fā)育早中期（即授粉12天之內(nèi)），西瓜果實的蔗糖含量呈急劇下降的趨勢，且遮陰處理組的蔗糖含量顯著高于對照組；果實發(fā)育中期（即授粉后15～18天），蔗糖含量變化很小，且遮陰處理組和對照組差異不顯著；而果實發(fā)育后期（即授粉后21～30天），蔗糖含量呈迅速增加趨勢，且遮陰處理組顯著低于對照，授粉30天時遮陰處理西瓜果實蔗糖含量與對照相比差值達到最大，僅為后者的33.78%（圖2）。

圖2 遮陰處理對西瓜果實蔗糖含量的影響

由圖3可以看出，對照組果實的果糖含量呈現(xiàn)不斷增加的趨勢；而遮陰處理組呈拋物線的趨勢，在果實發(fā)育24天達到峰值，之后有所下降。授粉當天，對照組和遮陰處理的果糖含量差異不顯著；授粉后3～18天內(nèi)及27～30天內(nèi)，遮陰處理組西瓜果實的果糖含量顯著低于對照組；但授粉后21～24天內(nèi)，遮陰處理組的果糖含量顯著高于對照組；授粉30天時，遮陰處理西瓜的果糖含量與對照相比降低了2.71%。

圖3 遮陰處理對西瓜果實果糖含量的影響

由圖4可以看出，果實的葡萄糖含量呈先略降后驟升的趨勢，即授粉后15天內(nèi)，遮陰處理組和對照組的葡萄糖含量均緩慢降低，授粉后18～30天則急劇升高。授粉當天，遮陰處理果實的葡萄糖含量顯著低于對照；授粉后3～9天內(nèi)，遮陰處理葡萄糖含量顯著高于對照；而授粉后12～15天內(nèi)，遮陰處理葡萄糖含量顯著低于對照，之后遮陰處理組的葡萄糖含量均顯著低于對照組；授粉后30天遮陰處理的果實葡萄糖含量比對照降低了43.87%。

圖4 遮陰處理對西瓜果實葡萄糖含量的影響

2.3 遮陰處理對西瓜果實蔗糖代謝關(guān)鍵酶活性的影響

糖代謝中的關(guān)鍵酶活性高低決定了糖含量的動態(tài)變化。圖5結(jié)果表明，授粉后24天內(nèi)，遮陰處理組和對照組的蔗糖磷酸合成酶活性波動劇烈，只是時期有所不同。如遮陰處理組的蔗糖磷酸合成酶活性在授粉后0～3天急速增加，幾乎翻了3倍，但在之后的3天卻驟然降低至授粉當天的一半左右。在授粉后18～24天也可以看到，對照組蔗糖磷酸合成酶含量也有類似的劇烈波動。進入授粉后24～30天，遮陰處理組和對照組的蔗糖磷酸合成酶活性變化趨勢基本同步，都呈現(xiàn)上升趨勢，最終遮陰處理組顯著高于對照組。

圖5 遮陰處理對西瓜果實蔗糖磷酸合成酶活性的影響

由圖6可以看出，蔗糖合成酶活性呈先降低后增加再降低的趨勢。授粉后0～3天，遮陰處理組果實的蔗糖合成酶活性顯著高于對照組；授粉后6～15天，遮陰處理組顯著低于對照組；但在果實發(fā)育中后期，即授粉18天以后，遮陰處理組呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，而對照組變化不明顯，且遮陰處理組果實的蔗糖合成酶活性均顯著高于對照組。整個果實發(fā)育階段，遮陰處理組蔗糖合成酶活性最高峰出現(xiàn)在授粉后18天，而對照組則是授粉當天活性最高。遮陰延緩了蔗糖合成酶高峰出現(xiàn)的時間。

圖6 遮陰處理對西瓜果實蔗糖合成酶活性的影響

由圖7可以看出，果實發(fā)育早期（即授粉后0～9天）及果實發(fā)育后期（即授粉后24～27天）遮陰處理組果實中的中性轉(zhuǎn)化酶活性基本上顯著低于對照組；而授粉后12、21、30天，遮陰處理組果實中的中性轉(zhuǎn)化酶活性顯著高于對照組。

圖7 遮陰處理對西瓜果實中性轉(zhuǎn)化酶活性的影響

由圖8可以看出，對照組的可溶性酸性轉(zhuǎn)移酶總體呈波動變化的趨勢，而遮陰處理組呈先降低后升高再降低的趨勢。授粉后6、12、18、21天，遮陰處理組果實的可溶性酸性轉(zhuǎn)移酶活性顯著低于對照組；而其他果實發(fā)育階段，遮陰處理組果實的可溶性酸性轉(zhuǎn)移酶活性均顯著高于對照組。

圖8 遮陰處理對西瓜果實可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶活性的影響

3 結(jié)論

遮陰使西瓜可溶性固形物含量顯著低于同期對照組；授粉當天遮陰處理組可滴定酸含量低于對照，授粉后3～6天與之相反，授粉9天后遮陰處理組與對照組同期的可滴定酸含量差異不顯著；西瓜果實發(fā)育早中期，遮陰處理組蔗糖含量顯著高于同期對照組，但果實發(fā)育后期，遮陰處理組蔗糖含量顯著低于同期對照組；收獲時遮陰處理組西瓜果糖和葡萄糖含量顯著低于對照組；蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶、中性轉(zhuǎn)化酶和可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶活性均呈現(xiàn)波動變化的趨勢，其中蔗糖磷酸合成酶在整個果實發(fā)育階段基本上都受弱光抑制，弱光對中性轉(zhuǎn)化酶和可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶影響較復雜。弱光脅迫通過影響蔗糖代謝酶活性最終對可溶性糖含量及組分產(chǎn)生影響。

4 討論

許多研究表明，弱光能影響蔬菜作物果實品質(zhì)及產(chǎn)量等[13-14]，但針對弱光下果實不同發(fā)育時期的品質(zhì)研究較少，研究弱光對果實發(fā)育不同時期品質(zhì)的影響能更精準地指導弱光下抗逆栽培生產(chǎn)。本研究表明，遮陰對西瓜果實不同發(fā)育階段品質(zhì)的影響不同，遮陰降低了西瓜果實的品質(zhì)。遮陰下西瓜果實的可溶性固形物基本上均低于同期對照組，這與黃瓜[13]、甜瓜[15]上的研究結(jié)果相似。而王宇楠等[16]的研究表明，在西瓜幼果期、果實生長盛期和變?nèi)科诜謩e對西瓜進行40%遮光處理，對西瓜果實可溶性固形物含量影響不大。這可能是遮陰時期、遮光程度及供試西瓜品種等不同導致的。筆者研究表明，授粉當天對照組的可滴定酸含量顯著高于遮陰處理組，而授粉后6天遮陰處理組的可滴定酸含量顯著高于對照組，但果實發(fā)育其他時期遮陰與對照差異不顯著。這與桃[17]、櫻桃番茄[18]、葡萄[19]、棗子[20]在弱光下可滴定酸含量會提高的結(jié)果不同，可能與物種差異等有關(guān)。

糖是影響果實品質(zhì)和風味物質(zhì)的重要物質(zhì)，也是植物生命活動的基礎(chǔ)物質(zhì)，同時還能為果實的細胞膨大提供滲透推動力。大多數(shù)遮陰對果實糖含量及組分的研究選取的是成熟果實進行相關(guān)研究。本研究表明，在果實發(fā)育前期，遮陰促進了西瓜果實蔗糖含量的積累，但果實發(fā)育后期，遮陰嚴重抑制了西瓜果實蔗糖積累；果糖含量和葡萄糖含量在西瓜果實發(fā)育早中期表現(xiàn)為遮陰抑制了2種糖分的積累，在果實發(fā)育中后期遮陰促進了2種糖分的積累，但在果實發(fā)育后期遮陰又抑制了這2種糖分的積累。這可能是由于在果實發(fā)育前期，西瓜植株初受弱光的影響，促進了蔗糖向果實的轉(zhuǎn)運及合成；而在果實發(fā)育后期，弱光則促進了蔗糖的分解。同時由于遮陰嚴重影響了西瓜植株的光合作用，導致光合產(chǎn)物總量和其運輸均受到抑制，因此與對照相比，遮陰處理組的蔗糖、果糖和葡萄糖含量都顯著降低。這與前人的研究結(jié)果相似[9,14,21]。

對蔗糖代謝酶動態(tài)變化的結(jié)果分析表明，蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶、中性轉(zhuǎn)化酶和可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶活性均呈現(xiàn)波動變化的趨勢。其中蔗糖磷酸合成酶在整個果實發(fā)育階段基本上都受弱光抑制，這與前人研究結(jié)果相似[22]。而蔗糖合成酶在果實發(fā)育早中期表現(xiàn)為受到弱光的抑制，其他大部分果實發(fā)育階段均受到弱光的促進，這與前人的研究結(jié)果不同[9,21,23]?？赡芘c作物品種、器官及發(fā)育時期不同，導致弱光脅迫對蔗糖代謝酶活性的影響也存在差異有關(guān)[24]。本研究表明，中性轉(zhuǎn)化酶活性在果實發(fā)育9天內(nèi)及果實發(fā)育24～27天均受到弱光抑制；而可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶活性與之相反，僅在果實發(fā)育中期（即12～21天）受到弱光抑制，但授粉后12、18天抑制效果最明顯。說明弱光對轉(zhuǎn)化酶活性的影響是非常復雜的。弱光下西瓜果實轉(zhuǎn)化酶活性降低，果實中的蔗糖轉(zhuǎn)化能力則會降低，功能葉與果實中的蔗糖梯度減小，也抑制了蔗糖由葉向果實中的運輸[22]。蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶和轉(zhuǎn)化酶的活性水平是衡量植物庫強弱的重要生化指標。張明芳等[25]的研究表明，轉(zhuǎn)化酶活性的下降，蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶活性的增加是引起果實蔗糖積累的主要內(nèi)在因素。筆者研究表明，弱光下西瓜果實蔗糖含量的降低主要由蔗糖磷酸合成酶調(diào)控，同時轉(zhuǎn)化酶活性降低也降低了果實蔗糖含量。弱光脅迫通過對蔗糖代謝酶活性的影響最終對可溶性糖含量產(chǎn)生影響。

因此，遮陰影響了蔗糖代謝中關(guān)鍵酶活性，從而影響了最終果實的糖含量和糖分的組成，最終降低了果實的品質(zhì)。本研究只是初步證明了弱光對西瓜果實品質(zhì)及蔗糖代謝酶的影響，下一步擬針對不同耐弱光能力的西瓜品種開展相關(guān)的研究，以期篩選耐弱光高品質(zhì)的西瓜品種，并探明其機理。同時將對弱光下西瓜養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)運等進行詳細的研究，進一步闡明遮陰影響西瓜果實品質(zhì)的機理。