陳霜江,袁 野,潘富旭,趙智慧,2,劉孟軍,2,王麗麗,2

(1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,河北保定,071000;2 中國(guó)棗研究中心,河北保定,071000)

糖是大多數(shù)果品最主要的營(yíng)養(yǎng)成分和感官風(fēng)味的重要因子之一[1],鮮棗含糖量高達(dá)30%左右[2],約為普通水果的2倍。根據(jù)果實(shí)成熟時(shí)糖組分含量的不同,可分為蔗糖積累型、還原糖積累型和中間積累型。果實(shí)糖分的積累、運(yùn)輸和代謝受遺傳因子與自然環(huán)境因子、栽培措施等相互作用影響[3]。糖在植物的生長(zhǎng)發(fā)育和脅迫反應(yīng)過(guò)程中可作為控制植物基因表達(dá)與生長(zhǎng)發(fā)育的信號(hào)分子、能量來(lái)源和結(jié)構(gòu)物質(zhì)。研究表明,植物體內(nèi)可能存在復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)將糖與植物激素ABA、乙烯、IAA、CTK、氮信號(hào)、光信號(hào)等其他激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑相互連接[4-10]。

環(huán)磷酸腺苷(cAMP)是棗果極具優(yōu)勢(shì)的特色功能成分,在已測(cè)植物材料中成熟棗果的cAMP含量最高,為其他果品的數(shù)百倍[11]。在人體內(nèi)cAMP含量的變化可誘發(fā)心肌梗死、心率不齊、動(dòng)脈硬化等一系列疾病[12]。已有研究發(fā)現(xiàn),cAMP是多種激素作用的第二信使。當(dāng)激素活化腺苷酸環(huán)化酶使cAMP含量增加后,激活蛋白激酶,增加肌細(xì)胞中的葡萄糖含量,從而有效調(diào)節(jié)糖代謝[13]。在植物中,cAMP與煙草細(xì)胞的細(xì)胞周期調(diào)控[14]及擬南芥中苯基丙酸類的合成路徑[15]和應(yīng)激反應(yīng)等[16]密切相關(guān)。

棗樹ZiziphusjujubaMill.是原產(chǎn)于我國(guó)的鼠李科棗屬喬木植物[17]。有關(guān)棗果糖組分的研究多為糖分組成或少數(shù)品種間成熟棗果中糖含量比較[2]。棗果發(fā)育期cAMP含量變化也有過(guò)報(bào)道[11],但缺乏棗果中糖和cAMP含量的相關(guān)性研究。本試驗(yàn)以8個(gè)主栽品種為試驗(yàn)材料,采用HPLC法對(duì)棗不同發(fā)育時(shí)期各主要糖分(葡萄糖、果糖、蔗糖)和cAMP含量進(jìn)行了同步測(cè)定和比較分析,以揭示棗果中糖的積累特點(diǎn)及其與cAMP的關(guān)系,為棗營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)育種及棗果中優(yōu)勢(shì)成分糖和cAMP的科學(xué)開發(fā)利用提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集和制備

從山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所國(guó)家棗資源圃采集冬棗、圓鈴棗、長(zhǎng)紅棗、婆棗、贊皇大棗、駿棗、灰棗和金絲小棗8個(gè)主栽品種盛花期的花序及幼果期、白熟前期、白熟期、半紅期和全紅期生長(zhǎng)狀況較一致、無(wú)病蟲害的鮮棗,采集后用泡沫箱加冰塊帶回實(shí)驗(yàn)室。

稱取鮮花或去核后的鮮果1.00 g,充分研磨后加入10 mL蒸餾水,70 ℃水浴提取3 h,過(guò)0.22 μm濾膜備用。

1.2 樣品測(cè)定

1.2.1 糖分含量測(cè)定 苯酚硫酸法測(cè)定棗果總糖。使用不同濃度的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液和6%苯酚、98%濃硫酸通過(guò)490 nm測(cè)定吸光值并制備標(biāo)準(zhǔn)曲線[18]。將已過(guò)濾準(zhǔn)備好的棗汁稀釋至適當(dāng)濃度,重復(fù)上述操作步驟,然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線及稀釋倍數(shù)計(jì)算得到總糖含量(試驗(yàn)均設(shè)3個(gè)平行樣品,并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差)。

高效液相色譜法測(cè)定棗果的糖含量[19]。制備不同濃度的葡萄糖、果糖、蔗糖和阿洛酮糖的標(biāo)準(zhǔn)品,用以制備標(biāo)準(zhǔn)曲線。檢測(cè)條件:Sugar-Pak(6.5 mm×300 mm;Waters);流動(dòng)相為水;流速0.4 mL/min;進(jìn)樣體積20 μL,柱溫80 ℃,檢測(cè)器為蒸發(fā)光檢測(cè)器。標(biāo)準(zhǔn)品和樣品用前均經(jīng)0.22 μm濾膜過(guò)濾。

1.2.2 cAMP含量測(cè)定 使用高效液相色譜法檢測(cè)棗果的cAMP含量[20]。檢測(cè)條件:Agilent Eclipse XDB-C18(4.6 mm×250 mm,5 μm);流動(dòng)相為:甲醇∶20 mmol KH2PO4(V∶V)=20∶80;流速0.8 mL/min;檢測(cè)波長(zhǎng)254 nm;進(jìn)樣體積20 μL,柱溫30 ℃。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

采用SPSS 19.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,測(cè)試結(jié)果由平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。 灰棗與贊皇大棗的含糖量?jī)蓛杀容^(花與花,果與果)采用方差分析中的比較均值中的獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)進(jìn)行。不同品種不同時(shí)期含糖量變化的多組數(shù)據(jù)比較采用SPSS 比較均值中的單因素方差A(yù)NOVA分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗花和果實(shí)的糖分組成比較

以灰棗和贊皇大棗的成熟果實(shí)和棗花為試材檢測(cè)各主要糖分的含量,結(jié)果見圖1。供試品種成熟果實(shí)中可溶性總糖含量是花的7倍以上。棗花和果實(shí)中的糖分組成既有相似之處也有不同。棗花和成熟棗果中的還原性糖(葡萄糖和果糖)均約占總糖的40%,其中葡萄糖和果糖的含量近似。灰棗和贊皇大棗的花中均未檢測(cè)到蔗糖,各種糖分含量隨果實(shí)發(fā)育差異逐漸增大。灰棗成熟棗果中蔗糖比例低于葡萄糖和果糖,而贊皇大棗中蔗糖比例則高于葡萄糖和果糖。

注:小寫字母不同表示差異顯著(p<0.05)。

2.2 棗果實(shí)不同發(fā)育階段糖分組成的變化

由表1得出,棗果實(shí)發(fā)育成熟過(guò)程中大量積累糖分,在半紅期或全紅期含量達(dá)到最高。在棗果發(fā)育前期,糖分積累主要以葡萄糖和果糖為主,在幼果期果糖含量高于葡萄糖1倍左右;隨著果實(shí)發(fā)育,葡萄糖積累快于果糖,至白熟期之后同一品種的葡萄糖和果糖含量十分相近。蔗糖在果實(shí)進(jìn)入白熟期才開始迅速積累,在果實(shí)發(fā)育后期,糖分積累以葡萄糖、果糖和蔗糖為主。

表1 各棗品種不同時(shí)期的果糖、葡萄糖和蔗糖含量 g·(100 g)-1

表2 婆棗不同發(fā)育階段果肉中各糖組分含量與cAMP之間的相關(guān)性分析

不同品種成熟果實(shí)中的糖組成特點(diǎn)不同?；覘椩诎资炱陂_始至半紅期迅速積累蔗糖后逐漸下降,同時(shí)葡萄糖和果糖開始大量積累,在全紅期蔗糖和還原糖比值為2∶11,說(shuō)明灰棗是己糖積累型。同樣為己糖積累型的還有金絲小棗和駿棗。贊皇大棗在半紅期蔗糖含量最高,在全紅期葡萄糖、果糖和蔗糖比約為2∶2∶3,為蔗糖積累型。長(zhǎng)紅棗、冬棗和圓鈴棗糖積累變化較相近,在全紅期迅速積累葡萄糖和果糖,葡萄糖、果糖和蔗糖比約為1∶1∶1,為蔗糖和己糖共同積累型[21,23]。

8個(gè)品種棗果全紅期總糖的含量除冬棗外均在40%以上。長(zhǎng)紅棗總糖含量最高,冬棗總糖含量最低,長(zhǎng)紅棗總糖比冬棗多了22.34%。說(shuō)明不同品種間成熟果實(shí)的各糖分含量存在明顯差異。在金絲小棗、冬棗、灰棗和駿棗4個(gè)主栽品種成熟果實(shí)的糖分組成中,蔗糖比例低,果糖和葡萄糖含量略高于蔗糖;而在贊皇大棗、婆棗和圓鈴棗的成熟果實(shí)中蔗糖含量均高于果糖和葡萄糖。說(shuō)明在棗果的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中糖分積累有所不同。

2.3 不同品種棗與婆棗不同發(fā)育階段果實(shí)中的cAMP含量分析

研究表明,不同品種棗果的cAMP含量存在顯著差異[24]。結(jié)果顯示,8個(gè)主栽品種全紅期果實(shí)cAMP含量存在顯著差異,其中婆棗的cAMP含量最高,為192.52 μg/g;圓鈴棗最低,為110.64 μg/g。

選擇含量最高的婆棗測(cè)定其不同發(fā)育時(shí)期的cAMP含量變化,結(jié)果如圖3所示。婆棗的cAMP含量在幼果期最低,幼果中cAMP含量為26.62 μg/g,成熟果實(shí)的cAMP含量可達(dá)幼果的7倍之多。婆棗cAMP含量隨著果實(shí)的發(fā)育逐漸積累,在半紅期之前增長(zhǎng)緩慢,半紅期到全紅期快速增長(zhǎng)。說(shuō)明婆棗的cAMP含量主要在半紅期到全紅期之間積累。

圖3 婆棗不同發(fā)育時(shí)期cAMP含量分析

2.4 棗果各糖分含量與cAMP含量的相關(guān)性

在棗果發(fā)育期間,棗果中的cAMP及各糖分隨著果實(shí)發(fā)育而逐漸累積增加。采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析了8個(gè)品種棗果中各糖組分含量與cAMP含量的關(guān)系,其中cAMP含量與葡萄糖、果糖含量呈負(fù)相關(guān),與總糖、蔗糖含量呈正相關(guān),但均未達(dá)到顯著水平。以婆棗為試材,分析了婆棗果實(shí)不同發(fā)育階段果肉中各糖組分含量與cAMP含量的關(guān)系,cAMP含量與總糖、葡萄糖、果糖和蔗糖的含量均呈正相關(guān),且均達(dá)到顯著水平,其中蔗糖含量與cAMP含量相關(guān)系數(shù)最高,為0.91。推測(cè)棗中的cAMP與糖分在代謝過(guò)程中相互影響,但其影響機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

3 討論

本研究揭示了棗不同品種、不同發(fā)育期、不同器官中糖分構(gòu)成及cAMP的時(shí)空分布變化規(guī)律。在棗花階段幾乎沒有蔗糖,總糖含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于成熟果實(shí)。棗不同發(fā)育階段果實(shí)糖分組成差異明顯,幼果中主要是葡萄糖和果糖,隨果實(shí)發(fā)育含量逐漸升高,蔗糖從白熟前期開始逐漸積累,成熟后成為主要的糖積累形態(tài)。在其他果品中,蘋果[25]、梨[26]的可溶性糖以果糖含量最高,杏[27]、桃[28]中以蔗糖含量最高,但其含量均未超過(guò)棗果中的果糖和蔗糖含量,且這些果品中的葡萄糖含量占比均較低,而成熟棗果中的果糖、葡萄糖和蔗糖含量均很高,這可能正是棗果富含糖分(鮮棗含糖量是一般水果的2倍左右)的原因,也是棗果中糖的組成特點(diǎn)。

本研究表明,棗不同品種具有不同的糖積累型,其中贊皇大棗和婆棗2個(gè)品種的成熟果實(shí)中蔗糖含量大于果糖和葡萄糖含量,為蔗糖積累型;冬棗、長(zhǎng)紅棗和圓鈴棗在全紅期葡萄糖、果糖和蔗糖的含量相近,為蔗糖和己糖共同積累型;而灰棗、金絲小棗和駿棗在全紅期葡萄糖和果糖含量遠(yuǎn)高于蔗糖,為己糖積累型。而冬棗與駿棗的糖分組成在果實(shí)發(fā)育階段的積累情況與林思思的研究結(jié)果(在發(fā)育早期以葡萄糖和果糖為主,后期以蔗糖為主)不一致,說(shuō)明不同的生長(zhǎng)環(huán)境會(huì)對(duì)糖分的積累產(chǎn)生影響[29]。不同的積累類型決定了不同品種棗果的糖分組成比例和風(fēng)味,也為不同方向的棗糖開發(fā)提供了品種選擇。

人們至少已從50種以上的高等植物中檢測(cè)到cAMP,其中以棗果中的cAMP含量最高[11]。研究者認(rèn)為,cAMP和cGMP是植物生長(zhǎng)發(fā)育、光合作用以及生物和非生物脅迫中的重要信使[30]。植物激素ABA、IAA和GA能誘導(dǎo)體內(nèi)cGMP含量升高,說(shuō)明植物激素和cAMP之間存在著共同調(diào)節(jié)的作用[31],而cAMP與激素之間的作用尚未有報(bào)道。已有研究表明,糖在植物體內(nèi)可作為信號(hào)分子與其他信號(hào)傳導(dǎo)途徑相互連接。但棗果中糖含量和cAMP含量的相關(guān)性還缺乏研究。本文分析了8個(gè)棗主栽品種成熟果實(shí)果肉cAMP含量與糖含量的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)婆棗為本研究所劃分的蔗糖積累型品種,其果實(shí)各發(fā)育階段cAMP含量與蔗糖含量的相關(guān)系數(shù)最高,達(dá)到0.91。由此推測(cè),棗果中富含糖可能與其cAMP含量高有關(guān),換言之,棗果實(shí)發(fā)育過(guò)程中cAMP含量的持續(xù)升高可能與其糖(特別是蔗糖)的大量積累有關(guān)。該研究結(jié)果為今后棗果中糖和cAMP資源的發(fā)掘利用提供了理論依據(jù)。