陳心源，殷益明，朱利鑫，陶寧穎，滿 坤，賈惠娟，*

(1.浙江大學(xué) 園藝系，浙江 杭州 310000； 2.湖州市經(jīng)濟(jì)作物技術(shù)推廣站，浙江 湖州 313000； 3.長興縣安信家庭農(nóng)場(chǎng)，浙江 湖州 313100)

可溶性糖含量是決定果實(shí)品質(zhì)的重要因素之一，在很大程度上，火龍果果實(shí)品質(zhì)取決于所含糖的種類和數(shù)量[1-2]。因此，提高果實(shí)的含糖量對(duì)改善火龍果果實(shí)的品質(zhì)具有重要的意義。許多研究表明，果實(shí)中糖分的積累與相關(guān)酶活性有密切的關(guān)系，且糖分的積累機(jī)制與關(guān)鍵酶的調(diào)控作用因植物的種類有所不同。國內(nèi)外相關(guān)研究主要集中在橙、梨、草莓、桃等果實(shí)上，如Song等[3]研究認(rèn)為，蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase，SPS)是夏橙果實(shí)蔗糖積累的關(guān)鍵酶；王惠聰?shù)萚4]認(rèn)為，蔗糖合成酶(sucrose synthase，SS)是梨果實(shí)中蔗糖積累的關(guān)鍵酶；王德孚等[5]的研究也得到一致結(jié)果；Hubbard等[6]認(rèn)為，在草莓果實(shí)中轉(zhuǎn)化酶是蔗糖積累的關(guān)鍵酶；吳國良等[7]研究表明，桃中的SS和SPS對(duì)糖的積累起關(guān)鍵性作用。與以上果樹種類相比，有關(guān)火龍果果實(shí)可溶性糖對(duì)品質(zhì)影響的研究相對(duì)滯后，主要集中在不同品種可溶性糖組分及含量差異上的測(cè)定?；瘕埞锌扇苄蕴堑闹饕煞譃槠咸烟呛凸?，以及少量的蔗糖[1，8-9]。Esquivel等[10]比較了5個(gè)品種火龍果品質(zhì)性狀差異，發(fā)現(xiàn)Nacional中可溶性糖含量最高。沈林章等[11]研究發(fā)現(xiàn)，白肉火龍果中果糖和葡萄糖含量低于紅肉火龍果。

火龍果(Hylocereuspolyrhizus)作為熱帶水果，在浙江省多為大棚種植，且浙江春季氣候多變，多陰雨天氣，光照不足導(dǎo)致春季首批火龍果產(chǎn)量很低，但生產(chǎn)上提高產(chǎn)量會(huì)導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)下降。伍濤等[12]在梨上研究發(fā)現(xiàn)，重度疏果和中度疏果比不疏果的可溶性總糖分別提高了31.8%和20.7%。溫室補(bǔ)光是實(shí)現(xiàn)植物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要途徑，在花卉、蔬菜上多有應(yīng)用[13-15]，但在果樹上才剛起步，國內(nèi)補(bǔ)光研究的目的一般是實(shí)現(xiàn)提前采收、提高果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量，以解決生產(chǎn)上面臨的一些問題。在葡萄上的研究主要有通過不同光質(zhì)補(bǔ)光提高促早栽培葡萄[16]、延遲栽培葡萄[17]、設(shè)施栽培葡萄的品質(zhì)[18]等等。在杏上的研究也是以提高日光溫室栽培杏果實(shí)品質(zhì)為目的對(duì)其補(bǔ)光[19]。劉帥等[15]用選擇性光技術(shù)處理陽光玫瑰葡萄，即增強(qiáng)紅色波段光，果實(shí)品質(zhì)較對(duì)照有明顯提高。

因此，我們以紅肉火龍果為試材，采用不同紅藍(lán)光比例的光質(zhì)進(jìn)行樹體補(bǔ)光處理，對(duì)果實(shí)發(fā)育不同階段的糖積累和蔗糖代謝相關(guān)酶進(jìn)行系統(tǒng)研究，探究不同光質(zhì)條件下，果實(shí)發(fā)育過程中糖含量、蔗糖代謝相關(guān)酶活性的變化及其相互關(guān)系，以期更好地理解火龍果果實(shí)糖分積累的內(nèi)在生理機(jī)制，為設(shè)施條件下生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)火龍果技術(shù)的制定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2018年在湖州市長興縣一火龍果種植基地進(jìn)行，聯(lián)棟塑料大棚栽培。試材為臺(tái)灣引進(jìn)紅肉種自花授粉火龍果紫蜜龍，選取生長良好，長勢(shì)基本一致的火龍果植株75株，分成3個(gè)組，單株重復(fù)。補(bǔ)光采用兩種光質(zhì)LED燈管(藍(lán)光∶紅光分別為1∶4和1∶2)，功率18 W，燈體圓柱形，尺寸26 mm×1 198 mm。紅光波長660 nm，藍(lán)光波長420 nm。燈管以條狀分布在植株正上方。光源位于火龍果植株冠層正上方50 cm處。同時(shí)設(shè)置不補(bǔ)光對(duì)照(CK)。從3月22日開始，每天17:30—20:00補(bǔ)光2.5 h。

1.2 方法

本實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果顯示，火龍果果實(shí)生長發(fā)育過程中有兩個(gè)快速生長期，分別在花后2～4周和花后第6周[20]，因此，本試驗(yàn)分別在火龍果盛花后10 d(6月11日，幼果期)、盛花后31 d(7月2日，轉(zhuǎn)色期)、盛花后41 d(7月12日，成熟期)，每個(gè)處理隨機(jī)取6個(gè)果實(shí)，放入冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室，測(cè)定鮮樣單果質(zhì)量、果實(shí)縱橫徑、可溶性固形物(total soluble solid，TSS)、可滴定酸(titratable acid，TA)、果實(shí)糖酸含量和酸性轉(zhuǎn)化酶(acid invertase，AI)、中性轉(zhuǎn)化酶(neutral invertase，NI)、蔗糖合成酶(sucrose synthase，SS)和蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase，SPS)活性。

TSS、TA、可溶性糖含量測(cè)定參照余意[21]的方法。AI、NI、SS、SPS活性測(cè)定分別參照蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的試劑盒說明書進(jìn)行，而后AI、NI活性使用SYHERGY H1酶標(biāo)儀(美國伯騰儀器有限公司BioTek)在510 nm波長下測(cè)量吸光度(D值)，SS、SPS活性在480 nm波長下測(cè)量吸光度(D值)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2013和SPSS 16.0進(jìn)行計(jì)算和分析，用Ducan新復(fù)極差法(P<0.05)進(jìn)行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)補(bǔ)光對(duì)火龍果不同發(fā)育階段果實(shí)品質(zhì)的影響

圖1分別表示6月11日(A1)、7月2日(B1)和7月12日(C1)不同處理火龍果外觀形態(tài)。三組果實(shí)發(fā)育進(jìn)程基本一致，從B1中可看出，CK的果實(shí)大于1∶4和1∶2兩個(gè)處理。圖1-A2、B2、C2為果實(shí)切面圖，6月11日時(shí)，果肉呈白色，且依稀可見乳白色的種子。7月2日時(shí)，果肉已經(jīng)轉(zhuǎn)色，呈紫紅色，內(nèi)鑲嵌黑色種子，但果皮仍有部分綠色。7月12日，果肉呈深紫紅色，果皮也完全轉(zhuǎn)色，僅鱗片頂端有少量綠色。

圖2顯示了不同處理組火龍果果實(shí)在3個(gè)不同發(fā)育階段單果質(zhì)量、TSS、TA以及TSS/TA的變化規(guī)律基本一致，單果質(zhì)量和TSS含量先快速上升后繼續(xù)緩慢增加，TA含量先上升后下降。各處理間單果質(zhì)量除了在幼果期外，CK均顯著高于兩組補(bǔ)光處理。比較TA含量，在轉(zhuǎn)色期，1∶2處理高于其他組，而成熟期，低于其他組，均有顯著差異(P<0.05)。1∶2處理中TSS含量在轉(zhuǎn)色期與成熟期都顯著高于1∶4處理。比較TSS/TA，果實(shí)成熟時(shí)，1∶2處理高于1∶4處理和CK，且有顯著差異(P<0.05)。

2.2 不同光質(zhì)補(bǔ)光火龍果果肉中的糖積累

補(bǔ)光對(duì)火龍果果實(shí)生長發(fā)育過程中糖積累的差異見表1?；瘕埞刑浅煞种饕枪恰⑵咸烟呛蜕倭康恼崽?，兩組補(bǔ)光處理和CK果實(shí)糖分積累規(guī)律基本一致。幼果期表現(xiàn)為蔗糖的大量積累，果糖和葡萄糖含量較低；幼果期至轉(zhuǎn)色期，葡萄糖和果糖大量積累；轉(zhuǎn)色期至成熟期，葡萄糖和果糖持續(xù)積累，蔗糖少量積累，含量較低，葡萄糖在可溶性糖總量中的占比最高。比較不同處理間差異，CK在果實(shí)發(fā)育進(jìn)程中，葡萄糖和果糖含量顯著高于兩組補(bǔ)光處理，蔗糖含量在轉(zhuǎn)色期后基本保持不變。1∶4處理前期果實(shí)中可溶性糖積累較緩慢，轉(zhuǎn)色期后，蔗糖含量逐漸下降，果糖和葡萄糖積累速率加快。1∶2處理前期葡萄糖和果糖積累速率僅次于CK，但轉(zhuǎn)色期后積累速率下降，蔗糖逐漸積累?？梢娬崽呛康淖兓c果實(shí)還原糖積累有一定的相關(guān)性。此外，成熟果實(shí)中，1∶2處理蔗糖含量高于其他兩組，但果糖和葡萄糖卻相反，均有顯著差異。由表1還可知，兩組補(bǔ)光處理的平均單株產(chǎn)量顯著高于對(duì)照組，分別增加了278%和213%。

CK，不補(bǔ)光；A1、A2，幼果期；B1、B2，轉(zhuǎn)色期；C1、C2，成熟期。CK， No artificial light; A1， A2， Young fruit period; B1， B2， Color-changed period; C1， C2， Maturity.圖1 不同藍(lán)紅光比補(bǔ)光條件下火龍果外觀和切面比較Fig.1 Comparison on appearance and section of pitaya treated with light of different blue-red ratios

同一時(shí)期不同處理間沒有相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。The bars in the same period with different lowercase letters were significantly different at the 0.05 probability level. The same as below.圖2 不同藍(lán)紅光比補(bǔ)光火龍果單果質(zhì)量、TSS、TA、TSS/TA比較Fig.2 Effect of different blue-red light ratios on fruit weight， TSS， TA and TSS/TA of pitaya

表1 不同藍(lán)紅光比對(duì)火龍果果肉中果糖、葡萄糖和蔗糖積累及平均單株產(chǎn)量的影響

Table 1 Effect of different blue-red light ratios on sugar contents and average plant yield of pitaya during fruit maturation

時(shí)期Period處理Treatment葡萄糖Glucose/(mg·g-1)果糖Fructose/(mg·g-1)蔗糖Sucrose/(mg·g-1)平均單株產(chǎn)量Average plant yield/kg幼果期1∶41.74 a1.12 a7.40 aYoung fruit period1∶21.38 b0.47 b7.59 aCK1.70 a1.09 a8.12 a轉(zhuǎn)色期1∶450.53 c25.17 c6.39 aColor-changed1∶260.77 b34.68 b5.47 aperiodCK64.48 a40.27 a6.31 a成熟期1∶4100.65 b48.23 b5.53 c1.74 aMaturity1∶295.36 c46.78 c9.11 a1.44 bCK102.69 a53.91 a6.70 b0.46 c

同一時(shí)期不同處理的同一指標(biāo)數(shù)據(jù)后沒有相同小寫字母表示在P<0.05水平下的顯著差異。

Values in the same period within a column followed by different lowercase letters were significantly different at the 0.05 probability level.

2.3 不同光質(zhì)補(bǔ)光火龍果果肉中蔗糖代謝相關(guān)酶的活性變化

圖3顯示，火龍果果實(shí)發(fā)育過程中轉(zhuǎn)化酶活性有很大變化，AI活性呈先上升后下降趨勢(shì)，NI逐漸減少直至消失。幼果期，果實(shí)中轉(zhuǎn)化酶活性極低，此時(shí)蔗糖是果肉中可溶性糖的主要成分，葡萄糖和果糖含量極低，1∶2處理中，AI活性顯著低于1∶4處理和CK，但NI活性高于其他處理，轉(zhuǎn)化酶總活性最高。轉(zhuǎn)色期，1∶4處理中AI活性顯著高于1∶2處理，僅CK果實(shí)中測(cè)出少量NI，其他無顯著差異。成熟期，CK中AI活性高于其他兩組，處理間均有顯著差異。1∶4處理中，SS先增加后減少，SPS則是一直緩慢增加，這與其他兩個(gè)處理規(guī)律一致。幼果期，1∶4處理中SS活性顯著高于CK，但與1∶2處理差異不明顯；轉(zhuǎn)色期三組處理中SS活性無顯著差異；成熟期，1∶2處理果肉中SS活性和蔗糖含量顯著高于1∶4和CK，果糖和葡萄糖含量低于1∶4和CK。果實(shí)發(fā)育三個(gè)階段1∶2處理SPS活性均顯著高于其他組。

圖3 不同光質(zhì)補(bǔ)光對(duì)火龍果果肉中蔗糖代謝相關(guān)酶活性的影響Fig.3 Effect of different blue-red light ratio on enzyme activities of sucrose metabolism during fruit maturation

3 討論

3.1 糖組分和含量積累

葡萄[22]、甜櫻桃[23]、桃[24]等不同果樹果實(shí)中可溶性糖含量變化趨勢(shì)大致為：發(fā)育初期，可溶性糖含量積累很少；進(jìn)入果實(shí)膨大期，可溶性糖開始大量積累；成熟時(shí)，果實(shí)中的可溶性糖含量較高。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨著果實(shí)的生長發(fā)育，果實(shí)中可溶性糖含量逐漸上升，與其他果實(shí)中可溶性糖含量的變化規(guī)律基本一致。

光質(zhì)對(duì)果實(shí)品質(zhì)的調(diào)控機(jī)制非常復(fù)雜，有研究認(rèn)為，光質(zhì)可能是通過調(diào)控蔗糖代謝相關(guān)酶來調(diào)控果實(shí)中糖的積累，從而影響果實(shí)品質(zhì)[25]。本試驗(yàn)中，不同光質(zhì)處理火龍果糖積累程度在各發(fā)育階段表現(xiàn)不同。藍(lán)紅光比為1∶2的處理成熟果實(shí)中蔗糖含量顯著高于其他處理，且TSS/TA也高于CK和1∶2處理；CK成熟果實(shí)中可溶性糖總量略高于兩組補(bǔ)光處理。這可能與負(fù)載量低有關(guān)，1∶4和1∶2處理平均單株產(chǎn)量分別比CK高1.28和0.98 kg，碳水化合物集中運(yùn)輸?shù)缴倭抗麑?shí)中，促進(jìn)了可溶性糖積累。這與伍濤等[12]發(fā)現(xiàn)對(duì)梨疏果可促進(jìn)可溶性糖總量提高結(jié)論一致。

3.2 各種糖分積累差異與蔗糖代謝相關(guān)酶活性的關(guān)系

本研究通過對(duì)糖分與酶活性的分析發(fā)現(xiàn)，SS和SPS活性與蔗糖含量變化趨勢(shì)一致，AI活性與果糖和葡萄糖含量變化趨勢(shì)一致，荔枝、蘋果、桃、梨等果樹的研究中均支持這一觀點(diǎn)[4，6，26]。在果實(shí)發(fā)育不同時(shí)期，各種酶活性有較大變化。幼果期，SS和SPS活性較高明顯高于兩種轉(zhuǎn)化酶，此時(shí)AI活性極低；轉(zhuǎn)色期，SS和SPS活性逐漸上升，AI活性急劇上升，NI逐漸下降至消失；成熟期，1∶2處理的SS和SPS活性略有上升，AI活性明顯下降，CK果實(shí)中SPS和SS活性明顯下降，AI活性基本維持穩(wěn)定，1∶4處理的SPS和SS變化與CK一致，AI變化與1∶2處理的一致。分析不同光質(zhì)對(duì)酶活性與各糖含量變化相關(guān)性，1∶2處理促進(jìn)了SPS和SS活性，促進(jìn)了成熟果實(shí)中蔗糖積累；1∶4處理促進(jìn)了果實(shí)幼果期至轉(zhuǎn)色期AI活性，促進(jìn)了果糖和葡萄糖積累。有研究表明，單紅光抑制鐵皮石斛原球莖SS合成方向活性，從而促進(jìn)蔗糖分解成葡萄糖，單藍(lán)光通過促進(jìn)SPS活性，促進(jìn)糖代謝途徑以蔗糖合成方向?yàn)橹?，從而減少果糖和葡萄糖含量[27]。劉林等[28]發(fā)現(xiàn)，藍(lán)膜覆蓋葡萄可以顯著增加果實(shí)中果糖、葡萄糖含量，同時(shí)AI活性也顯著增加。以上研究結(jié)果與本試驗(yàn)一致。由此推斷，SS、SPS和AI活性是火龍果糖含量差異的主要原因。

4 結(jié)論

補(bǔ)光處理能在產(chǎn)量極大提高的同時(shí)保持品質(zhì)穩(wěn)定，做到優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)。藍(lán)紅光比為1∶2的補(bǔ)光處理對(duì)火龍果果肉糖分積累的調(diào)控機(jī)制可能是，通過促進(jìn)葉片光合作用產(chǎn)生更多原料的同時(shí)，抑制了火龍果果實(shí)中AI活性，減少蔗糖向葡萄糖和果糖的分解，并調(diào)控SPS和SS合成方向的活性，從而促進(jìn)果實(shí)中蔗糖積累以及提高TSS。