王萌 ，南立軍，郁松林

（1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832000；2.楚雄師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，云南楚雄 675000）

蕓苔素內(nèi)酯對“紫香”無核葡萄糖代謝及相關(guān)酶活性的影響

王萌1，南立軍2*，郁松林1

（1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832000；2.楚雄師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，云南楚雄 675000）

本文以“紫香”無核葡萄為試材，探討外援激素對葡萄果實糖代謝及其相關(guān)酶活性的影響，采用不同濃度（CK、T1、T2、T3）的蕓苔素內(nèi)酯花后三次處理葡萄果穗后，測定果實發(fā)育過程中的葡萄糖、果糖、蔗糖、總糖和糖代謝相關(guān)酶活性等指標(biāo)。結(jié)果表明：蕓苔素內(nèi)酯在果實轉(zhuǎn)色期能夠明顯增加糖的積累速率，T2處理對各類糖的影響最明顯；但采收期，蕓苔素內(nèi)酯對糖的積累產(chǎn)生的影響不明顯。整個試驗期間，所有樣品的酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）和中性轉(zhuǎn)化酶（NI）活性呈現(xiàn)下降趨勢，T2處理的變化較大，但是到成熟期三種處理的轉(zhuǎn)化酶活性基本降到一致。整個試驗期間，蔗糖合成酶（SS）活性呈現(xiàn)上升趨勢，T2處理的SS活性上升最快。而T2處理的蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性在果實轉(zhuǎn)色期最強，但是在成熟期，T1處理的SPS活性變?yōu)樽顝??？傮w上，蕓苔素內(nèi)酯能夠改變果實相關(guān)酶活性，調(diào)控葡萄糖的積累及代謝，其中T2蕓苔素內(nèi)酯處理的效果最好。

蕓苔素內(nèi)酯；紫香無核；果實發(fā)育；糖代謝；酶活性

葡萄（Vitis viniferaL.）屬于葡萄科葡萄屬，為落葉藤本植物，栽培歷史悠久，是世界最古老的植物之一，廣泛分布于熱帶、亞熱帶、溫帶，經(jīng)濟價值高。新疆地域遼闊，晝夜溫差大，日照資源豐富，是最佳的葡萄種植區(qū)之一。新疆葡萄種植面積居全國之首，隨著葡萄種植面積的迅速增加，對生產(chǎn)、管理技術(shù)提出了更高要求，所以葡萄品質(zhì)的提高成為葡萄生產(chǎn)和科學(xué)研究的重點。有學(xué)者提出，果實品質(zhì)很大程度上取決于果實體內(nèi)積累糖的種類及含量。果糖、葡萄糖和蔗糖是葡萄中主要的糖類，影響葡萄的成熟。因而，果糖、葡萄糖和蔗糖積累是葡萄果實內(nèi)在品質(zhì)形成的關(guān)鍵；蔗糖代謝是糖積累的重要環(huán)節(jié)[1]。蔗糖代謝酶（酸性轉(zhuǎn)化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶）是調(diào)節(jié)蔗糖轉(zhuǎn)化、合成的關(guān)鍵酶[2]。

蕓苔素內(nèi)酯是具有植物生長調(diào)節(jié)作用的甾醇類化合物，化學(xué)結(jié)構(gòu)與動物雄性激素、副腎皮質(zhì)激素、雌性激素、昆蟲蛻皮激素等同源，被認(rèn)為是一種不同于其他生長調(diào)節(jié)劑的新型植物生長調(diào)節(jié)劑。梁芳芝等[3]報道蕓苔素內(nèi)酯能提高大豆的產(chǎn)量，斯尚松等[4]研究表明，蕓苔素對花生葉面噴施可提高植株活力，大幅提高產(chǎn)量。白克智[5]研究發(fā)現(xiàn)，作為一種新型甾體植物激素，蕓苔素內(nèi)酯具有促進作物生長、增加作物產(chǎn)量、提高作物的耐寒性和耐鹽能力的作用，可以提高葡萄、西瓜等的產(chǎn)量；劉偉等[6]實驗也表明，適宜濃度的蕓苔素內(nèi)酯浸種或莖葉噴施對花生幼苗的萌發(fā)和生長具有促進作用。

目前，激素對葡萄果實糖代謝的影響已有初步研究，但是蕓苔素內(nèi)酯對葡萄果實糖含量及蔗糖代謝酶活性影響方面的研究迄今未見系統(tǒng)報道。本試驗以紫香無核為試材，用不同濃度的蕓苔素在不同時期處理葡萄果實，分析葡萄漿果發(fā)育過程中可溶性糖含量及相關(guān)酶活性的變化特點，明確蕓苔素內(nèi)酯參與葡萄果實糖積累的酶學(xué)機理，通過測試果實發(fā)育過程中的理化指標(biāo)，探討其對葡萄果實生長發(fā)育、糖含量及蔗糖代謝相關(guān)酶活性的影響，為蕓苔素內(nèi)酯對糖類物質(zhì)的輸入、積累、代謝及其調(diào)控研究提供一定的理論基礎(chǔ)，提高其品質(zhì)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年5月10日～9月10日在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗站標(biāo)準(zhǔn)葡萄示范園進行。試材為3年生“紫香”無核白，株行距為1m×3m。植株生長健壯，正常管理。

1.2 實驗處理

實驗共設(shè)3個梯度濃度處理，分別為T10.5mg/L、T21.0mg/L、T31.5mg/L蕓苔素內(nèi)酯，以噴施清水為空白對照（CK）。紫香無核葡萄始花期為5月26日，盛花期為6月1日，落花期為6月5日?；ê竺?d噴施一次，共噴施3次。具體噴施時間依次為6月12日、6月19日和6月26日上午10點之前，避開高溫、大風(fēng)及雨天天氣。

1.3 測定指標(biāo)

取果時間以花后40d開始，共計取果6次，具體時間依次為7月15日、7月25日、8月5日、8月15日、8月25日和9月5日。

1.3.1 葡萄糖、果糖、蔗糖、總糖的測定

參照參考文獻7的方法，用0.1mg/mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品制備標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別取 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液于干凈的試管中，用蒸餾水補至1.0mL，然后加由81%濃硫酸配制的0.05%蒽酮溶液5mL，搖勻，沸水浴15min，放置20min后用1cm吸收皿于最大吸收波長下測吸光值，同時做空白實驗。蔗糖測定采用分光光度法[8]，向20mL的容量瓶中分別加入一定量的蔗糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，15mL新配置的18%的鹽酸，加入蒸餾水定容至20mL，震蕩5s，沸水浴8min，冷卻至室溫，以蒸餾水作為參比，用1cm吸收皿在285nm處測定吸光值。每個樣品設(shè)3次取樣重復(fù)[7]。

1.3.2 蔗糖代謝酶活性的測定

參照楊轉(zhuǎn)英等[9]和Gordon[10]的方法，略加改進。試驗均在0～4℃條件下進行測定，3次重復(fù)，酶活性單位為mg/(g·h·FW)。

中性轉(zhuǎn)化酶和酸性轉(zhuǎn)化酶活性的測定：用3,5-二硝基水楊酸法。反應(yīng)產(chǎn)生的還原糖含量以0.2mL酶液沸水浴10min作為對照。用二者的差值計算還原糖產(chǎn)生速率，表示轉(zhuǎn)化酶的活性。

蔗糖磷酸合成酶活性測定：取100μL酶液加入100μL的反應(yīng)液，反應(yīng)液的組成為0.1mmol/LHepes緩沖液（pH 8.0）、10mmol/L UDP-葡萄糖、5mmol/L果糖-6-磷酸、15mmol/L 葡萄糖-6-磷酸、15mmol/L MgCl2、1mmol/L EDTA，34℃反應(yīng)1h，加入0.2mL的30%KOH，轉(zhuǎn)入沸水浴10min終止反應(yīng)，冷卻至室溫。采用恩酮法測定反應(yīng)產(chǎn)生的蔗糖，以沸水浴殺酶100μL酶液為對照。用二者的差值來計算蔗糖的合成量，表示蔗糖磷酸合成酶活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)取平均值，采用Microsoft Excel和SPPS17.0進行數(shù)據(jù)處理、制圖和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蕓苔素內(nèi)酯對葡萄果實發(fā)育過程中糖的影響

2.1.1 對葡萄糖的影響

由圖1可知，在“紫香”無核白葡萄果實發(fā)育過程中，各處理明顯改變了葡萄果肉組織中葡萄糖積累的變化趨勢。從花后40d開始，葡萄糖積累速率減緩，T1出現(xiàn)W型的緩慢下降-上升趨勢。除此之外，T2的葡萄糖含量有所提高，增幅是對照的3.31%，T3的葡萄糖含量有所降低，降幅是對照的3.22%。而在果實轉(zhuǎn)色之后至果實成熟（花后 80～90d），T1、T2處理果實的葡萄糖積累速率高于對照，尤其T2處理最明顯，從3.2g/L上升到了4.34g/L。這表明，T2對葡萄果實葡萄糖含量的影響最明顯，并且三個處理對葡萄果實中葡萄糖含量的影響大小依次為T2、T1、T3（T3低于對照）。

圖1 蕓苔素內(nèi)酯對葡萄果實中葡萄糖含量的影響

2.1.2 對果糖的影響

通常情況下，在果實發(fā)育初期，果糖的變化較小，不存在顯著差異。圖2為“紫香”無核白果實中果糖含量的變化趨勢。在果實轉(zhuǎn)色過程中，各處理的果糖積累速率均比對照快，在轉(zhuǎn)色期（花后50d），T1處理果實的果糖含量比對照降低了3.9%，T2和T3處理果實的果糖含量分別比對照提高了4.23%和0.99%，各處理間差異顯著，而各處理與對照的差異達到極顯著水平。在轉(zhuǎn)色之后對照果實中果糖的積累速率相對較快，從2.05g/L上升到了9.34g/L，上升了7.29g/L，T1從4.55g/L上升到了9.24g/L，上升了4.69g/L，T2從5.02g/L上升到了9.56g/L，上升了4.54g/L，T3從 4.33g/L上升到了 8.9g/L，上升了 4.57g/L，表明，蕓苔素內(nèi)酯對果糖的積累速率效率主要在轉(zhuǎn)色前，應(yīng)該盡早噴施蕓苔素內(nèi)酯，同時，蕓苔素內(nèi)酯的最佳噴施濃度為T2，因為T2處理的每個時期的果糖含量均是最高的，但在果實成熟至采收（花后90d），對照和各處理果實中果糖積累速率均有所減緩，這表明，葡萄的成熟與外源蕓苔素內(nèi)酯沒有直接關(guān)系，只與葡萄品種有關(guān)。

圖2 蕓苔素內(nèi)酯對葡萄果實中果糖含量的影響

2.1.3 對蔗糖的影響

圖3顯示了在葡萄果實整個發(fā)育過程中，蔗糖含量基本呈現(xiàn)出較低水平的變化趨勢。

圖3 蕓苔素內(nèi)酯對葡萄果實中蔗糖含量的影響

由圖3可以看出，從果實進入第二次生長期開始（花后40d），葡萄果實中蔗糖的積累速率緩慢增加，葡萄果實經(jīng)蕓苔素內(nèi)酯處理后，明顯促進了蔗糖的積累速率。在花后第40d，經(jīng)三種蕓苔素內(nèi)酯處理的果實的蔗搪積累速率明顯高于對照，其含糖量由高到低分別為T2＞T1＞T3＞CK，分別比對照提高了 37.5%、17.5%和 10.0%，T2處理與T1和T3處理之間差異顯著，并且各處理與對照的差異極顯著（P＜0.01），在果實成熟過程中，T2處理對果實蔗糖的影響最明顯，其次是T1處理和T3處理。隨著果實的成熟，尤其是花后90d開始，經(jīng)三種處理的果實的蔗糖含量基本趨于一致，表明蔗糖的積累最終與品種有關(guān)，蕓苔素內(nèi)酯只是在前期影響葡萄果實中蔗糖的積累。

2.1.4 對總糖的影響

“紫香”無核葡萄果實生長發(fā)育過程中，總糖的含量基本呈持續(xù)增長趨勢。由圖4可知，經(jīng)處理的葡萄果實總糖的變化趨勢與對照相似。在花后40d開始，可溶性總糖的積累速率由快變慢，在花后60d達到低谷，之后快速上升，在花后90d達到最高。而對照在整個時期呈現(xiàn)明顯的上升趨勢?；ê?5d，各處理（T1、T2和 T3）果實的可溶性總糖含量分別高于對照87.87%、106.38%和81.28%。而花后90d，T2處理高于對照0.64%，T1和T3處理分別下降了7.37%和7.51%。處理之間差異顯著（P＜0.05），而T2與對照之間差異極顯著 (P＜0.01)，直到果實成熟時（花后90d），可溶性總糖含量最終上升到最高，并且T2處理的葡萄果實中總糖含量與對照相似，而之后T1和T3處理的葡萄果實中總糖含量均低于對照，表明T2處理能夠更好的積累總糖。

圖4 蕓苔素內(nèi)酯對葡萄果實中總糖含量的影響

2.2 蕓苔素內(nèi)酯對葡萄果實發(fā)育過程中蔗糖代謝酶活性的影響

2.2.1 對酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）的影響

果實中的轉(zhuǎn)化酶包括酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）和中性轉(zhuǎn)化酶（NI）兩類。由表1可知，在果實發(fā)育前期，AI酶活性保持較高水平增加，在花后第50d達到最大值，即出現(xiàn)高峰，此后逐漸降低，使用蕓苔素內(nèi)酯處理顯著提高了果實生長過程中AI的活性。從花后40d到果實成熟，除了T2處理的葡萄果實中AI活性高于對照外，T1和T3處理的葡萄果實中AI活性有時低于對照，有時高于對照，但是總體上低于對照。在果實成熟后，除T2外，T1和T3分別比對照低5.26%和2.63%，且差異不顯著。因此，T2處理對葡萄果實中AI活性的影響最高，與對照差異達到極顯著水平（P＜0.01），這是T2處理葡萄果實中糖含量最高的原因。

表1 蕓苔素內(nèi)酯對酸性轉(zhuǎn)化酶活性的影響mg/（g·h·FW）

2.2.2 對中性轉(zhuǎn)化酶（NI）的影響

在果實發(fā)育的整個過程中，經(jīng)處理果實的NI和對照的變化趨勢基本一致（如表2）。在葡萄果實發(fā)育前期，各處理NI活性總體低于CK，分別比對照低了15.38%、10.25%和 23.08%，尤其是 T3最為明顯，且 T2＞T1＞T3。三種處理和對照都在花后50d達到了最大，然后呈現(xiàn)V型上升，再下降至一致。但隨著果實發(fā)育到后期，各處理與對照之間差異減小，并在果實成熟時，幾乎達到一致，表明和糖一樣，蕓苔素內(nèi)酯只是在生長期對中性轉(zhuǎn)化酶（NI）有顯著影響。

表2 蕓苔素內(nèi)酯對中性轉(zhuǎn)化酶活性的影響mg/（g·h·FW）

2.2.3 蔗糖合成酶（SS）

表3（見下頁）顯示葡萄果實中蔗糖合成酶（SS）酶隨著果實的生長發(fā)育呈波動性的變化。由表可知，在花后第40d蔗糖合成酶（SS）開始上升，此后快速上升，在第70～80d上升到最高，然后有一些明顯的下降。在葡萄果實發(fā)育前期，T1和T2處理蔗糖合成酶（SS）活性高于CK，分別比對照高了6.56%、22.95%，而T3處理的蔗糖合成酶（SS）活性低于CK，比對照低了31.14%，并且蕓苔素內(nèi)酯對蔗糖合成酶（SS）的影響由高到低依次為 T2、T1、T3。在花后第90d，果實開始成熟后SS活性又開始下降，使用蕓苔素內(nèi)酯后明顯提高了T2處理的葡萄果實中SS的活性，尤其在花后90d，T2處理的果實中SS活性比對照高5.61%。因此，T2處理有利于葡萄果實中SS的活性的提高。

表3 蕓苔素內(nèi)酯對蔗糖合成酶的影響mg/（g·h·FW）

2.2.4 蔗糖磷酸合成酶（SPS）

果實中SPS活性呈先上升后下降的趨勢。T3處理的葡萄果實中SPS活性的變化趨勢不明顯，T2的變化趨勢最明顯，即T2＞T3＞T1（表4）。從表4可以看出，初期，蕓苔素內(nèi)酯對蔗糖磷酸合成酶（SPS）的影響依次 T2＞T3＞T1，成熟期，蕓苔素內(nèi)酯對蔗糖磷酸合成酶（SPS）的影響依次T1＞T2＞T3。無論是初期還是成熟期，三種處理的葡萄果實中的蔗糖磷酸合成酶（SPS）的活性都高于對照，表明蕓苔素內(nèi)酯對葡萄果實中蔗糖磷酸合成酶（SPS）的影響是非常明顯的，但是在成熟期不明顯了。在花后60～70d，外源植物激素對葡萄果實發(fā)育過程中糖代謝及相關(guān)酶活性的影響達到高峰，此后又開始波動性的變化，在花后90d降低到了低谷。同樣使用蕓苔素內(nèi)酯提高了SPS的活性，在葡萄漿果成熟期（花后第 90d），Tl、T2和 T3處理的SPS活性分別比對照高36.84%、10.53%和5.26%，處理之間差異表現(xiàn)極顯著（P＜0.01）。

表4 蕓苔素內(nèi)酯對蔗糖磷酸合成酶（SPS）的影響mg/（g·h·FW）

2.3 蕓苔素內(nèi)酯對葡萄糖果實淀粉積累及分解酶活性的影響

果實發(fā)育期間，SS既能促進果實中蔗糖的降解，又能促進果實中蔗糖的增加，是促進果實中蔗糖的降解還是增加，取決于SS酶降解方向的活力強還是合成方向酶的活力強。本實驗中，前期SS酶活性上升，但是蔗糖含量是下降的，表明SS酶降解方向的活力強。中期，蔗糖含量和SS酶活都上升，表明SS酶合成方向的活力強。后期，SS酶活性下降，蔗糖含量又開始上升，這除了與SS活性有關(guān)外，與SPS活性的上升也有關(guān)（表3和表4）。SPS活性的上升促進了蔗糖含量的提高。不同時期，SS的作用不一樣，有時候需要SPS和SS的協(xié)同作用完成糖的代謝。為了保持植物“庫一源”之間糖的濃度梯度，一方面，蔗糖進入果實后會盡快轉(zhuǎn)化為葡萄糖、果糖或淀粉，另一方面貯藏在細(xì)胞內(nèi)[11]。本試驗中蔗糖、果糖和葡萄糖含量都在增加，表明，在蔗糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖、果糖的同時，仍然有蔗糖的合成，這與SS和SPS活性的上升有關(guān)。一方面，SS促進了蔗糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖、果糖，另一方面，SPS促進了蔗糖的合成。

眾所周知，葡萄果實膨大后期，可溶性總糖含量的迅速提高是漿果總糖含量較高的一個重要原因。有研究表明，赤霉素（GA3）能誘導(dǎo)α-淀粉酶的生成，促進淀粉水解，增加糖濃度[12]，也可提高蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）的活性，這與本試驗中蕓苔素內(nèi)酯在采收前的作用相似；外源GA3能使植物體內(nèi)淀粉類物質(zhì)降解，為果實發(fā)育提供豐富的能量底物與碳糖，因此，蕓苔素內(nèi)酯也有相同的作用。而座果和幼果發(fā)育主要是依賴植株貯藏的營養(yǎng)物質(zhì)，外源激素加速了酶促反應(yīng)，從而促進坐果與果實發(fā)育[13]。本實驗前期的糖含量呈上升趨勢，進一步證實，蕓苔素內(nèi)酯與GA3有相同的作用。

蔗糖合成酶（SS）是第一個限速酶。在果實發(fā)育期間，蔗糖在SS催化下產(chǎn)生的磷酸葡萄糖進入造粉體，成為淀粉合成的主要底物[14]。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，果實發(fā)育前期，SS分解活性穩(wěn)步上升，蔗糖含量下降，葡萄糖和果糖含量上升，這表明從韌皮部轉(zhuǎn)運來的蔗糖被分解為果糖和葡萄糖。果糖在胞質(zhì)內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿峁腔虮岽?，用于果實呼吸與體內(nèi)物質(zhì)合成，促進果實膨大。因此，葡萄果實中糖分的積累與蔗糖合成酶密切相關(guān)。

3 小結(jié)

本試驗通過分別在6月12日、6月19日、6月26日對“紫香”無核萄果實各噴施一次蕓苔素內(nèi)酯，研究了蕓苔素內(nèi)酯對“紫香”無核葡萄果實生長過程中的葡萄糖、果糖、蔗糖、總糖及相關(guān)酶活性等指標(biāo)的變化，結(jié)果表明：果實生長發(fā)育過程中糖代謝相關(guān)酶的活性經(jīng)蕓苔素內(nèi)酯處理后均得到顯著提高，尤其是T2處理的最明顯，果實的糖分積累也受到相應(yīng)影響，尤其是果糖、葡萄糖、總糖，但并沒有改變糖積累總的變化規(guī)律。蕓苔素內(nèi)酯對糖分的影響主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)色前加快了糖的積累速率。同樣，蔗糖含量在果實發(fā)育早期及轉(zhuǎn)色期增加顯著，在后期維持較高水平，但差異并不顯著。果實發(fā)育前期轉(zhuǎn)化酶活性增大，后期合成酶酶活性增加，SS增加明顯，SPS增加不明顯。

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Effects of Brassinolide on Sugar Metabolism and Related Enzymatic Activity of Purple Sweet Seedless Grape

WANG Meng1,NAN Li-jun2*,YU Song-lin1
(1.College of Agronomy,Shihezi University,Xinjiang 832000,China;2.School of Chemistry and Life Sciences,Chuxiong Normal University,Chuxiong 675000,China)

In this paper,the effects of exogenous hormone on sugar metabolism and some enzyme activities in grape were studied.After flowering,different concentrations of exogenous brassinolide (CK,T1,T2and T3)were used to deal with cluster of purple sweet seedless grape three times.The indexes of glucose,fructose,sucrose,total sugar and enzyme activities related to glucose metabolism were determined during fruit development.The results showed that brassinolide could enhance sugar aecumulation level during the veraison,T2treatment of which was the most obvious for accumulation of sugars,however there no obvious change until harvest time.During the whole experiment period,the activities of acid invertase (AI)and neutral invertase (NI)decreased in all samples,especially T2.In the maturity stage,however,the activities of invertase in three treatments were basically the same.The activity of sucrose synthase (SS)increased and the activity of SS increased fastest in T2treatment.However,the activities of sugar phosphate synthase (SPS)varied with different treatments:In colour-changed period,T2was the strongest;and in mature period,T1was the strongest.Overall,the change of the related enzyme activity could adjust accumulation and metabolism of sugar in grape fruit,1.0mg/L brassinolide treatment was the best consideration.

Brassinolide;purple sweet seedless grape;berry development;glycometabolism;enzyme activiy

S663.1

A

1008-1038(2017)11-0014-06

10.19590/j.cnki.1008-1038.2017.11.004

2017-08-19

王萌（1980—），男，碩士研究生，專業(yè)方向為園藝學(xué)

觹通訊作者：南立軍（1973—），男，講師，研究方向為葡萄與葡萄酒學(xué)