西瓜果实发育过程中不同糖含量的变化

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  摘要:对不同西瓜品种果实发育过程中果糖、葡萄糖、蔗糖和总糖含量的动态变化进行了分析,以探讨西瓜不同糖的变化规律.旨在为西瓜品质改良提供依据。结果表明:西瓜果实总糖、果糖和葡萄糖含量变化趋势基本一致,幼果期较低.随后缓慢积累,果实膨大期有所下降,成熟过程迅速积累,完熟期到达峰值,过熟期含量开始下降;西瓜果实蔗糖含量基本呈“S”,型曲线变化,幼果期含量较低,随后缓慢积累,果实膨大期迅速积累,完熟期达到峰值,过熟期含量开始下降。西瓜果实中总糖、果糖、葡萄糖在授粉后33d左右达到峰值,蔗糖含量在授粉后30d左右达到峰值。
  关键词:西瓜;总糖;果糖;葡萄糖;蔗糖
  
  西瓜在世界十大果品中居第5位.中国是世界西瓜生产与消费大国.2005年种植面积201万hm2。占世界西瓜生产面积的58%.产量占世界西瓜总产量的72%。西瓜中富含番茄红素、瓜氨酸和维生素C(VC)等对人体有益的重要功能物质。果实中主要的可溶性糖是蔗糖、葡萄糖、果糖。这3种糖中,果糖的甜度是葡萄糖的2倍,是蔗糖的1.8倍。不同园艺作物果实发育过程中糖的积累类型不同。西瓜果实中主要可溶性糖是蔗糖、葡萄糖、果糖。西瓜果实所积累糖的种类、含量及比例决定着西瓜的口感、品质和商品价值。培育高糖品种可以满足大多数消费者的需求.培育低糖品种特别是减少蔗糖含量可以满足糖尿病患者的特殊需求.万学闪等研究表明.不同西瓜品种之间及果实不同部位的蔗糖、葡萄糖、果糖含量差异明显,不同倍性西瓜果实成熟时期总糖、果糖、葡萄糖和蔗糖含量存在差异。杨玉梅等通过研究早、中、晚熟9种西瓜种质资源的葡萄糖、果糖和蔗糖积累规律发现.9种种质资源的葡萄糖、果糖及早熟种质资源的蔗糖含量变化均呈S型.而中熟和晚熟种质资源的蔗糖含量一直呈现出上升趋势直至成熟,早熟种质资源在果实成熟时主要的可溶性糖是葡萄糖和果糖:中熟和晚熟种质资源在果实成熟时的主要可溶性糖是蔗糖。常尚连等测定了5个西瓜品种果实中糖积累动态变化,发现果实发育前期糖缓慢积累;生长中期,蔗糖迅速积累,果糖和葡萄糖下降:进人生长后期蔗糖下降,果糖和葡萄糖略有回升。但是不同西瓜品种果糖、葡萄糖、蔗糖和总糖的变化随其授粉后天数变化的研究未见报道。本试验以7个西瓜品种为材料进行比较,分析了不同西瓜品种果实果糖、葡萄糖、蔗糖和总糖的积累规律.旨在为西瓜品质研究提供理论依据。
  
  1 材料与方法
  
  1.1试验设计与试验材料
  试验材料为高世代西瓜自交系.性状列入表1.2008年3月份播种于中国农业科学院郑州果树研究所多倍体西瓜育种课题组河南中牟试验地.育苗移栽,采用裂区设计,田间栽培管理一致。同年5月下旬开始授粉.西瓜雌、雄花于开花前1d下午套帽,次日自交授粉,标记授粉时间。授粉后12、15、18、21、24、27、30、33、36、39和42d各取果实3~4个。每个西瓜果实以瓜柄至花痕.阳面至阴面纵切为两等份,分别测定果糖、蔗糖和还原糖含量。含量测定试验在中国农业科学院郑州果树研究所多倍体西瓜育种实验室进行。
  
  1.2西瓜果实中糖的测定
  蔗糖、果糖含量采用蒽酮比色法.还原糖含量采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定。设3次重复.求平均值。
  葡萄糖=还原糖-果糖
  总糖=还原糖 蔗糖
  
  1.3数据统计与分析方法
  采用MicrosoftExcel2003软件进行平均值和图形分析。
  
  2 结果与分析
  
  2.1总糖含量的变化
  试验结果表明.不同西瓜品种在果实生长发育过程中总糖含量变化趋势基本一致(图1):西瓜幼果期总糖含量较低,此阶段,L5含量最高:随着果实的发育总糖缓慢积累,此阶段,L5积累较快;果实膨大期含量有所下降,此阶段.L4含量最低.除L1果实总糖含量在授粉后24d降至最低点外.其他品种均在授粉后21d降至最低点:接着总糖不断积累.L6和L7果实总糖含量在授粉后30d达到峰值.其他西瓜品种总糖含量均在授粉后33d达到峰值:然后缓慢下降。总体来说,不同西瓜品种果实总糖积累过程基本相同《幼果期总糖含量较低,随后缓慢积累,果实膨大期,所下降,成熟过程迅速积累,完熟期到达峰值,过熟期含量开始下降。
  达到峰值时,L1的总糖含量为111.47g·kg-1,L2为96.05g·kg-1,L3为102.64g·kg-1,L4为89.39g·kg-1,L5为110.99g·kg-1,L6为105.91g·kg-1,L7为112.01g.kg-1。不同西瓜品种果实完熟期总糖含量达到峰值时的大小顺序为:L7(黑皮鲜红瓤)>L1(黄皮黄瓤)>L5(绿皮白瓤)>L6(绿皮粉红瓤)>L3(绿皮橘黄瓤)>L2(绿皮黄瓤)>L4(白皮白瓤)。
  
  2.2果糖含量的变化
  试验结果表明.不同西瓜品种在果实生长发育过程中果糖含量的变化趋势基本一致(图2):西瓜幼果期果糖含量较低.此阶段,L5含量最高:随着果实的发育果糖缓慢积累,此阶段,L5积累较快:果实膨大期含量有所下降,此阶段,L2含量最低,除L1果实果糖含量在授粉后24d降至最低点外,其他品种均为授粉后21d降至最低点:接着果糖不断积累,L1果实果糖含量在授粉后36达到峰值,其他品种果实果糖含量均在授粉后33d达到峰值:然后缓慢下降,授粉39d后下降幅度加快。总体来说,不同西瓜品种果实果糖的积累过程基本相同,幼果期果糖含量较低.随后缓慢积累,果实膨大期有所下降,然后迅速积累,完熟期含量达到峰值,过熟期含量开始缓慢下降。
  达到峰值时,L1的果糖含量为54.69g·kg-1,L2为56.75g·kg-1,L3为58.62g·kg-1,T4为43.01g·kg-1,L5为60.62g·kg-1,L6为46.51g·kg-1,L7为44.91g·kg-1。不同西瓜品种果实完熟期果糖含量达到峰值时的大小顺序为:L5(绿皮白瓤)>L3(绿皮橘黄瓤)>L2(绿皮黄瓤)>L1(黄皮黄瓤)>L6(绿皮粉红瓤)>L7(黑皮鲜红瓤)>L4(白皮白瓤)。
  
  
  
  
  2.3葡萄糖含量的变化
  试验结果表明,不同西瓜品种在果实生长发育过程中葡萄糖含量变化趋势基本一致(图3):果实幼果期葡萄糖含量较低,此阶段,L7含量最高:随着果实的发育葡萄糖缓慢积累,L7积累较快:果实膨大期含量有所下降,除了果实葡萄糖含量下降时 间在授粉后24d外,其他品种均在授粉后21d.此阶段,L1含量最低,成熟过程葡萄糖不断积累:L1果实葡萄糖含量在授粉后36d达到峰值,其他品种果实葡萄糖含量均在在授粉后33d达到峰值:然后缓慢下降,授粉39d后,下降幅度加快。总体来说,不同西瓜品种果实葡萄糖的积累过程基本相同,幼果期葡萄糖的含量较低,随后缓慢积累.果实膨大期有所下降然后迅速积累,完熟期含量达到峰值,过熟期含量开始缓慢下降。
  达到峰值时,L1葡萄糖糖含量为32.41g.kg-1,L2为30.90g·kg-1,L3为36.13g·kg-1,L4为24.84g-kg-1,L5为32.86g·kg-1,L6为31.88g·kg-1,L7为32.74g·kg-1。不同西瓜品种果实完熟期葡萄糖含量达到峰值时的大小顺序为:L3(绿皮橘黄瓤)>L5(绿皮白瓤)>L7(黑皮鲜红瓤>L1(黄皮黄瓤)>L6(绿皮粉红瓤)>L2(绿皮黄瓤)>L4(白皮白瓤)。
  
  2.4蔗糖含量的变化
  试验结果表明,不同西瓜品种在果实生长发育过程中蔗糖含量变化趋势基本一致(图4):西瓜幼果期蔗糖含量较低,此阶段,不同西瓜品种果实蔗糖含量基本没有差别:随着果实的发育蔗糖缓慢积累,L1和T4果实的蔗糖含量在授粉后33d达到峰值,其他品种果实蔗糖含量均在授粉后30d达到峰值:然后缓慢下降。总体来说,不同品种西瓜果实蔗糖的积累过程基本相同,幼果蔗糖含量较低,随后缓慢积累,果实膨大期开始积累.完熟期达到峰值,过熟期含量开始下降。
  达到峰值时.L1的蔗糖含量为35.16g·kg-1,L2为19.51g·kg-1,L3为14.96g·kg-1,14为21.54g·kg-1,L5为19.61g·kg-1,L6为34.29g·kg-1,L7为38.59g·kg-1。不同西瓜品种果实完熟期蔗糖含量达到峰值时的大小顺序为:L7(黑皮鲜红瓤)>L1(黄皮黄瓤)>L6(绿皮粉红瓤)>L4(白皮白瓤)>L5(绿皮白瓤)>L2(绿皮黄瓤)>L3(绿皮橘黄瓤)。
  
  3 讨论
  
  糖是大多数植物光合产物从“源”向“库”运输的主要形式。本试验材料中,不同西瓜品种果实生长过程中果糖、葡萄糖和总糖的积累趋势基本相同:幼果期含量较低,随后缓慢积累,果实膨大期有所下降然后积累,成熟期含量达到峰值,过熟期含量开始缓慢下降。这一变化趋势与于希志等和王永章等在杏与苹果中研究总糖的结果一致。蔗糖从幼果期开始缓慢积累,果实体积相对稳定之后开始迅速积累,成熟期达到峰值,过熟期含量迅速下降。王如英等认为西瓜果实在幼果期葡萄糖含量较高,而后葡萄糖转化为果糖,果糖含量增加.果实成熟期果糖和葡萄糖含量减少,蔗糖持续增加。杨玉梅等发现葡萄糖、果糖及早熟种质资源的蔗糖含量变化均呈S型,而中熟和晚熟种质资源的蔗糖含量一直呈上升趋势直至成熟。常尚连等旧发现果实发育前期糖缓慢积累;生长中期,蔗糖迅速积累,果糖和葡萄糖下降:进入生长后期蔗糖下降,果糖和葡萄糖略有回升,认为主要与蔗糖合成酶(sucrosesynthase,SS)、蔗糖磷酸合成酶(sucrosephosphatesynthase.SPS)活性有关。本试验的结果中,果糖和葡萄糖在发育前期变化过程和王如英等的结果基本一致.果糖和葡萄糖的变化与杨玉梅等的研究结果基本一致.蔗糖的变化过程和常尚连等旧的结果相同,与杨玉梅等的结果有差异,可能是因为杨玉梅等研究仅至授粉后33d,而本试验结果西瓜果实蔗糖含量的下降在授粉30或33d后。
  笔者认为西瓜果实发育前期主要积累葡萄糖,同时葡萄糖在异构化酶的作用下不断转化为果糖,此阶段,植株叶面积指数较大,光合作用较强,SPS-活性增强,果糖和葡糖糖不断合成蔗糖。果实膨大期,由于果实体积的迅速增长,细胞的膨大导致单位面积果肉果糖和葡糖糖含量被稀释,此阶段.在蔗糖合成中果糖-2.6-二磷酸酶活性降低,果糖-2.6二磷酸转化为果糖6-磷酸的过程受抑制,蔗糖合成-减慢。后期蔗糖比单糖(果糖和葡萄糖)早几天降低,主要原因可能是蔗糖合成酶(SS)催化蔗糖合成是一个可逆反应,后期蔗糖浓度较高时,反应向分解的方向进行,同时,此阶段处于夏天高光强、长日照时期,3-磷酸甘油酯(3PGA)大量形成活化腺苷二磷酸葡萄糖(adenosinediphosphategucose,ADPG),而且由于光合磷酸化三磷腺苷(adenosinetriphosl3-hate.ATP)形成使磷酸减少,所以磷酸丙糖直接在叶绿体中合成淀粉,运到细胞质中合成蔗糖的量减少。过熟期可能是糖的合成路径被阻断,同时,蔗糖分解为果糖、葡糖糖,然后进入糖酵解途径造成含量减少。糖的转化关系比较复杂,具体结果有待进一步研究。
  本研究中不同西瓜品种果实总糖、果糖和葡萄糖的变化趋势同番茄红素相似.蔗糖变化趋势同瓜氨酸变化趋势相似。L1(四倍体,黄皮黄瓤)果糖、葡萄糖、蔗糖和总糖的积累较其他西瓜品种滞后,是否与其倍性有关尚需进一步研究。不同西瓜品种果实成熟期,果实不同糖含量达到峰值时,黄瓤西瓜品种(L1和L2)果实果糖:葡萄糖:蔗糖-6:3:1.绿皮白瓤西瓜品种(L5)果实果糖:葡萄糖:蔗糖-6:3:2,白皮白瓤西瓜品种(L4)果实果糖:葡萄糖:蔗糖-2:1:1,红瓤西瓜品种(L6和L7)果实果糖:葡萄糖:蔗糖-5:3:1.这些比例是影响不同瓤色西瓜果实口感的主要因素。增加果糖含量并尽量选择总糖较低特别是低蔗糖品种可以满足糖尿病人的特殊需求。
  本试验不同瓤色的西瓜材料只有1~2个品种.各个成分的含量是否与其瓤色有关,尚需要进一步进行试验研究。
  
  4 结论
  
  对不同西瓜品种果实发育过程中不同糖含量的测定与分析结果表明,不同西瓜品种果实总糖、果糖和葡萄糖含量变化基本一致:幼果期较低,随后缓慢积累,果实膨大期有所下降,成熟过程迅速积累,授粉后33d左右达到峰值,过熟期含量开始下降:西瓜果实幼果期的蔗糖含量较低.随后缓慢积累,果实膨大期迅速积累,授粉后30d左右达到峰值,过熟期含量开始下降。
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