高文瑞，孫艷軍，韓 冰，費(fèi) 聰，王顯生，徐 剛

（1江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所/江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210014；2江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)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(cè)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(guó)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?cè)谙募咀顬橄矏鄣墓分籟1]。中國(guó)西瓜的生產(chǎn)和消費(fèi)水平均位居世界首位，2020年中國(guó)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其中果實(shí)中糖的種類、含量、比例以及糖酸比等決定了西瓜果實(shí)品質(zhì)和商品價(jià)值。

果實(shí)中碳水化合物的代謝及其動(dòng)態(tài)變化尤其與果實(shí)的品質(zhì)形成關(guān)系密切。糖是果實(shí)品質(zhì)成分和風(fēng)味物質(zhì)等合成的基礎(chǔ)原料，同時(shí)還作為信號(hào)分子，與激素、氮等信號(hào)形成復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育及基因表達(dá)[3]。西瓜果實(shí)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(jìn)入西瓜果實(shí)的糖分，蔗糖在果實(shí)中的代謝決定了果實(shí)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(rèn)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(bào)道[6-8]。研究表明弱光使得植株生長(zhǎng)受到阻礙，延遲了開花坐果時(shí)間，降低了果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)[9]。西瓜是喜光植物，果實(shí)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(biāo)，弱光影響糖分的積累和西瓜果實(shí)品質(zhì)，但針對(duì)西瓜弱光下果實(shí)品質(zhì)及蔗糖代謝相關(guān)酶的動(dòng)態(tài)變化研究鮮有報(bào)道?；诖耍P者以小型西瓜為研究對(duì)象，利用50%遮陽網(wǎng)模擬自然弱光條件，對(duì)西瓜果實(shí)品質(zhì)及果實(shí)蔗糖代謝相關(guān)酶進(jìn)行研究，以期闡明弱光對(duì)西瓜果實(shí)品質(zhì)及蔗糖代謝的影響，為早春和秋季西瓜設(shè)施高品質(zhì)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2019年春季在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合基地8 m寬鋼架塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

選用江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所選育的中小型西瓜品種‘蘇蜜8號(hào)’為試驗(yàn)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(shí)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(jìn)行有機(jī)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(yàn)方法

以正常光照為對(duì)照(CK)，以正常光照的50%為遮陰處理（前期預(yù)試驗(yàn)證明遮光率50%不但有足夠高的座果率，而且對(duì)果實(shí)大小發(fā)育影響也很大），于開花前1周進(jìn)行遮陰處理，每處理設(shè)3次重復(fù)。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(jìn)行。植株開花當(dāng)天，選取節(jié)位相近、生長(zhǎng)一致、子房發(fā)育正常的雌花進(jìn)行掛牌，每株留果1個(gè)。于授粉后9、12、15、18、21、24、27、30天進(jìn)行果實(shí)可溶性固形物含量測(cè)定，于授粉后0、3、6、9、12、15、18、21、24、27、30天進(jìn)行果實(shí)其他品質(zhì)指標(biāo)及酶活性動(dòng)態(tài)發(fā)育的測(cè)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(jìn)行測(cè)定。采用液相色譜法測(cè)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(cè)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(cè)定參照張莉等[12]的方法。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel軟件進(jìn)行分析和作圖，利用DPS 7.05軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，用Duncan’s法進(jìn)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(duì)西瓜果實(shí)品質(zhì)的影響

由圖1可以看出，隨著果實(shí)發(fā)育天數(shù)的增加，遮陰處理組和對(duì)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(shì)，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(duì)照組。從授粉當(dāng)天到授粉9天內(nèi)，可滴定酸含量呈現(xiàn)急劇下降的趨勢(shì)，之后變化不明顯。授粉當(dāng)天遮陰處理的可滴定酸含量顯著低于對(duì)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(duì)照組差異不顯著。

圖1 遮陰處理對(duì)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(duì)西瓜果實(shí)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(duì)這3種糖分在弱光下動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究可以看出，果實(shí)發(fā)育早中期（即授粉12天之內(nèi)），西瓜果實(shí)的蔗糖含量呈急劇下降的趨勢(shì)，且遮陰處理組的蔗糖含量顯著高于對(duì)照組；果實(shí)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(duì)照組差異不顯著；而果實(shí)發(fā)育后期（即授粉后21～30天），蔗糖含量呈迅速增加趨勢(shì)，且遮陰處理組顯著低于對(duì)照，授粉30天時(shí)遮陰處理西瓜果實(shí)蔗糖含量與對(duì)照相比差值達(dá)到最大，僅為后者的33.78%（圖2）。

圖2 遮陰處理對(duì)西瓜果實(shí)蔗糖含量的影響

由圖3可以看出，對(duì)照組果實(shí)的果糖含量呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)；而遮陰處理組呈拋物線的趨勢(shì)，在果實(shí)發(fā)育24天達(dá)到峰值，之后有所下降。授粉當(dāng)天，對(duì)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(shí)的果糖含量顯著低于對(duì)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(duì)照組；授粉30天時(shí)，遮陰處理西瓜的果糖含量與對(duì)照相比降低了2.71%。

圖3 遮陰處理對(duì)西瓜果實(shí)果糖含量的影響

由圖4可以看出，果實(shí)的葡萄糖含量呈先略降后驟升的趨勢(shì)，即授粉后15天內(nèi)，遮陰處理組和對(duì)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(dāng)天，遮陰處理果實(shí)的葡萄糖含量顯著低于對(duì)照；授粉后3～9天內(nèi)，遮陰處理葡萄糖含量顯著高于對(duì)照；而授粉后12～15天內(nèi)，遮陰處理葡萄糖含量顯著低于對(duì)照，之后遮陰處理組的葡萄糖含量均顯著低于對(duì)照組；授粉后30天遮陰處理的果實(shí)葡萄糖含量比對(duì)照降低了43.87%。

圖4 遮陰處理對(duì)西瓜果實(shí)葡萄糖含量的影響

2.3 遮陰處理對(duì)西瓜果實(shí)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(dòng)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(duì)照組的蔗糖磷酸合成酶活性波動(dòng)劇烈，只是時(shí)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(dāng)天的一半左右。在授粉后18～24天也可以看到，對(duì)照組蔗糖磷酸合成酶含量也有類似的劇烈波動(dòng)。進(jìn)入授粉后24～30天，遮陰處理組和對(duì)照組的蔗糖磷酸合成酶活性變化趨勢(shì)基本同步，都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，最終遮陰處理組顯著高于對(duì)照組。

圖5 遮陰處理對(duì)西瓜果實(shí)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(shì)。授粉后0～3天，遮陰處理組果實(shí)的蔗糖合成酶活性顯著高于對(duì)照組；授粉后6～15天，遮陰處理組顯著低于對(duì)照組；但在果實(shí)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(shì)，而對(duì)照組變化不明顯，且遮陰處理組果實(shí)的蔗糖合成酶活性均顯著高于對(duì)照組。整個(gè)果實(shí)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(duì)照組則是授粉當(dāng)天活性最高。遮陰延緩了蔗糖合成酶高峰出現(xiàn)的時(shí)間。

圖6 遮陰處理對(duì)西瓜果實(shí)蔗糖合成酶活性的影響

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

圖7 遮陰處理對(duì)西瓜果實(shí)中性轉(zhuǎn)化酶活性的影響

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

圖8 遮陰處理對(duì)西瓜果實(shí)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(duì)照組；授粉當(dāng)天遮陰處理組可滴定酸含量低于對(duì)照，授粉后3～6天與之相反，授粉9天后遮陰處理組與對(duì)照組同期的可滴定酸含量差異不顯著；西瓜果實(shí)發(fā)育早中期，遮陰處理組蔗糖含量顯著高于同期對(duì)照組，但果實(shí)發(fā)育后期，遮陰處理組蔗糖含量顯著低于同期對(duì)照組；收獲時(shí)遮陰處理組西瓜果糖和葡萄糖含量顯著低于對(duì)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(dòng)變化的趨勢(shì)，其中蔗糖磷酸合成酶在整個(gè)果實(shí)發(fā)育階段基本上都受弱光抑制，弱光對(duì)中性轉(zhuǎn)化酶和可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶影響較復(fù)雜。弱光脅迫通過影響蔗糖代謝酶活性最終對(duì)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(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量等[13-14]，但針對(duì)弱光下果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期的品質(zhì)研究較少，研究弱光對(duì)果實(shí)發(fā)育不同時(shí)期品質(zhì)的影響能更精準(zhǔn)地指導(dǎo)弱光下抗逆栽培生產(chǎn)。本研究表明，遮陰對(duì)西瓜果實(shí)不同發(fā)育階段品質(zhì)的影響不同，遮陰降低了西瓜果實(shí)的品質(zhì)。遮陰下西瓜果實(shí)的可溶性固形物基本上均低于同期對(duì)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(shí)生長(zhǎng)盛期和變?nèi)科诜謩e對(duì)西瓜進(jìn)行40%遮光處理，對(duì)西瓜果實(shí)可溶性固形物含量影響不大。這可能是遮陰時(shí)期、遮光程度及供試西瓜品種等不同導(dǎo)致的。筆者研究表明，授粉當(dāng)天對(duì)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(duì)照組，但果實(shí)發(fā)育其他時(shí)期遮陰與對(duì)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(huì)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(shí)品質(zhì)和風(fēng)味物質(zhì)的重要物質(zhì)，也是植物生命活動(dòng)的基礎(chǔ)物質(zhì)，同時(shí)還能為果實(shí)的細(xì)胞膨大提供滲透推動(dòng)力。大多數(shù)遮陰對(duì)果實(shí)糖含量及組分的研究選取的是成熟果實(shí)進(jìn)行相關(guān)研究。本研究表明，在果實(shí)發(fā)育前期，遮陰促進(jìn)了西瓜果實(shí)蔗糖含量的積累，但果實(shí)發(fā)育后期，遮陰嚴(yán)重抑制了西瓜果實(shí)蔗糖積累；果糖含量和葡萄糖含量在西瓜果實(shí)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(shí)發(fā)育中后期遮陰促進(jìn)了2種糖分的積累，但在果實(shí)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(shí)發(fā)育前期，西瓜植株初受弱光的影響，促進(jìn)了蔗糖向果實(shí)的轉(zhuǎn)運(yùn)及合成；而在果實(shí)發(fā)育后期，弱光則促進(jìn)了蔗糖的分解。同時(shí)由于遮陰嚴(yán)重影響了西瓜植株的光合作用，導(dǎo)致光合產(chǎn)物總量和其運(yùn)輸均受到抑制，因此與對(duì)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(duì)蔗糖代謝酶動(dòng)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(dòng)變化的趨勢(shì)。其中蔗糖磷酸合成酶在整個(gè)果實(shí)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(shí)發(fā)育早中期表現(xiàn)為受到弱光的抑制，其他大部分果實(shí)發(fā)育階段均受到弱光的促進(jìn)，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(shí)期不同，導(dǎo)致弱光脅迫對(duì)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(shí)發(fā)育9天內(nèi)及果實(shí)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(shí)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(duì)轉(zhuǎn)化酶活性的影響是非常復(fù)雜的。弱光下西瓜果實(shí)轉(zhuǎn)化酶活性降低，果實(shí)中的蔗糖轉(zhuǎn)化能力則會(huì)降低，功能葉與果實(shí)中的蔗糖梯度減小，也抑制了蔗糖由葉向果實(shí)中的運(yùn)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(kù)強(qiáng)弱的重要生化指標(biāo)。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(shí)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(shí)蔗糖含量的降低主要由蔗糖磷酸合成酶調(diào)控，同時(shí)轉(zhuǎn)化酶活性降低也降低了果實(shí)蔗糖含量。弱光脅迫通過對(duì)蔗糖代謝酶活性的影響最終對(duì)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(shí)的糖含量和糖分的組成，最終降低了果實(shí)的品質(zhì)。本研究只是初步證明了弱光對(duì)西瓜果實(shí)品質(zhì)及蔗糖代謝酶的影響，下一步擬針對(duì)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(jī)理。同時(shí)將對(duì)弱光下西瓜養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)運(yùn)等進(jìn)行詳細(xì)的研究，進(jìn)一步闡明遮陰影響西瓜果實(shí)品質(zhì)的機(jī)理。