摘要：以新红星苹果为试材，采用果实圆片孵育体系研究了外源糖对sdh和sox活性的影响。结果表明：在整个发育过程中，苹果果实的sdh活性与葡萄糖、果糖和蔗糖含量间不存在显著的相关性；而sox活性与葡萄糖和果糖含量间存在极显著的相关性。外源山梨醇和蔗糖均可提高发育前期和发育后期苹果果实的sdh和sox活性，其中以山梨醇的诱导作用最为显著。外源葡萄糖对sdh活性的增加具有显著的促进作用，但抑制sox活性，而外源果糖对苹果果实sdh和sox活性的诱导效果与葡萄糖恰好相反。结果还表明，外源糖对发育前期苹果果实sdh和sox的诱导作用均显著高于对发育后期苹果果实的诱导作用。由此推断，苹果果实中山梨醇代谢相关酶的活性变化受到可溶性糖的调控。
　　关键词：苹果果实；外源糖；山梨醇脱氢酶；山梨醇氧化酶
　　　
　　effects of soluble sugars on related enzyme activities of sorbitol metabolism in developing apple fruit
　　ye cheng-rong, liu geng-sen, wang yong-zhang, li pei-huan, liu cheng-lian ，yuan yong-bing
　　(college of gardens and horticulture, qingdao agriculture university, qingdao, shandong 266109, china)
　　ａｂｓｔｒａｃｔ: the regulating effects of soluble sugars on activities of sdh and sox were studied in ‘starkrimson’ apple fruits through disk incubation. the results showed that the activities of sdh in apple fruit had no significant correlation with the concentrations of glucose, fructose and sucrose during the whole developmental period. however, the activities of sox had significant positive correlation with glucose and fructose concentrations. the results also indicated that exogenous sorbitol and sucrose highly increased the activities of sdh and sox, moreover, the exogenous glucose indicated the highest promoting effects on sdh activity, but inhibited the activity of sox significantly. on the other hand, the exogenous fructose showed reverse regulating action on sdh and sox activities compared with exogenous glucose. the exogenous study also indicated that the regulating effects of exogenous sugars on the fruit at early developmental stage were much higher compared with the fruit at late developmental stage. it is concluded that the metabolism of sorbitol in apple fruit was regulated by soluble sugars.
　　key words: apple fruit; exogenous sugar; sorbitol dehydrogenase; sorbitol oxidase
　　
　　果实所积累糖的种类、含量及比率是决定其品质及商品价值的重要因素[1]。WwW.11665.cOM近几年众多研究结果表明，可溶性糖不仅作为代谢基质为植物发育提供能量和中间产物，而且还具有信号功能，可通过多条途径在不同水平上调节糖代谢相关酶的基因表达和酶活性变化[2-3]。山梨醇作为苹果光合同化产物的主要输出和运输形式[1, 4]，在苹果果实内可被迅速转化[4]。山梨醇脱氢酶（sdh）和山梨醇氧化酶（sox）是参与山梨醇代谢的关键酶，其中sdh将山梨醇还原成果糖，sox将山梨醇氧化成葡萄糖[4-6]。发育过程中，苹果果实sdh和sox活性变化与可溶性糖含量间的关系尚不清楚，本研究以新红星苹果为试材对比进行了探讨与分析。
　　
　　1 材料和方法
　　
　　1.1 材料
　　试验于2009─2010年在青岛农业大学果树试验中心进行。以12年生新红星（malus domestica borkh. cv. starkrimson）为试材，树势中庸，生长发育正常，常规田间管理。从花后间隔15 d取样1次，每次随机取50个果实，果肉用液氮速冻后置-80 ℃超低温冰箱贮存备用。分别在花后50 d和100 d进行外源糖孵育试验。
　　1.2方法
　　1.2.1可溶性糖的测定葡萄糖、果糖和蔗糖的测定采用高效液相色谱法（hplc）[7]。柱温40 ℃，流速2 ml/min，rid示差检测器；流动相为乙腈∶水=83∶17，每次进样体积为20 μl，根据样品峰面积和标准曲线计算蔗糖、葡萄糖和果糖含量。
　　1.2.2果实圆片试验参照beruter等[8]的方法略有改动。将花后50 d和100 d的果实分割成直径1.0 cm，厚0.1 cm的圆片，在平衡缓冲液中平衡30 min后进行外源糖孵育试验。取5 g果肉圆片与20 ml分别加入浓度为100 mmol·l-1的葡萄糖、果糖、山梨醇、蔗糖的mes缓冲液混合（用100 mmol·l-1甘露醇调节各反应液的渗透势），放入50 ml的三角瓶中，在摇床上振荡反应16 h（25 ℃），测定sdh和sox的活性。3次重复。
　　1.2.3酶液的制备及酶活性测定称取1 g果肉于研钵内，加少量石英砂和5 ml的50 mmol·l-1 hepes-naoh（ph 7.5），冰浴研磨匀浆，12 000 g，4 ℃离心20 min。上清液用稀释10倍的提取缓冲液透析15 h。参照yamaki等[5]的方法测定sdh和sox的活性。
　　
　　2 结果与分析

　　2.1 发育过程中苹果果实山梨醇代谢相关酶活性及可溶性糖含量变化
　　图1表明，发育前期，苹果果实的sdh和sox活性均较低。从花后45 d开始，sdh活性增加显著，到花后75 d，sdh活性达到最高，之后随果实发育逐渐下降直至果实成熟。与sdh的活性变化相比，整个发育过程中sox活性较低且变化较小。在发育前期，sox与sdh活性差异不显著。从花后45 d开始，sox活性缓慢上升，到花后120 d达到最大值，但显著低于sdh活性。
　　从图2可以看出，发育早期新红星苹果果实的果糖和蔗糖含量均较低，而葡萄糖含量在花后30 d有一定增加。随着果实的发育，从花后60 d开始，果糖和葡萄糖含量迅速增加，其中以果糖的积累最为显著。到果实发育后期，新红星苹果果实的果糖含量最高，葡萄糖含量次之。纵观苹果果实的整个发育过程，蔗糖含量仅在发育后期才有一定的增加，但最终含量仍较低，远低于果糖和葡萄糖的含量。

　　2.2 发育过程中苹果果实山梨醇代谢相关酶活性与可溶性糖含量间的相关性
　　在整个发育过程中，苹果果实的sdh活性变化与葡萄糖、果糖和蔗糖含量间均不存在显著的相关关系（表1）。而sox活性与苹果果实的葡萄糖和果糖含量间存在极显著的正相关关系，相关系数分别为0.789 1和0.900 2。苹果果实的sox活性与蔗糖含量间的相关系数虽达到0.634 6，但经显著性测验表明，二者间并不存在显著的正相关关系。
　　2.3 外源糖对苹果果实山梨醇脱氢酶活性的影响
　　图3表明，分别用浓度为100 mmol·l-1的葡萄糖、果糖、山梨醇、蔗糖孵育果实圆片16 h，可影响苹果果实的sdh活性，但不同糖种类间存在差异。从图3可以看出，山梨醇、葡萄糖和蔗糖可显著提高发育前期苹果果实的sdh活性，与对照相比，其活性分别增加了4.82，3.41，1.64倍；对于发育后期的苹果果实，其活性仅增加了1.32，0.76，0.54倍。而外源果糖处理均抑制发育前期和发育后期苹果果实的sdh活性，与对照相比，活性分别下降了0.56倍和0.49倍。
　　2.4 外源糖对苹果果实山梨醇氧化酶活性的影响
　　从图4可以看出，与外源糖对sdh的诱导效果相类似，外源山梨醇和蔗糖也可显著提高发育前期和发育后期苹果果实的sox活性。与对照相比，发育前期果实的sox活性分别增加了4.79倍和1.70倍，而发育后期果实的sox活性仅增加了1.38倍和0.44倍。图4还表明，苹果果实的sox活性受到外源葡萄糖的抑制和果糖的促进。与对照相比，外源果糖处理，发育前期和发育后期苹果果实的sox活性分别增加了3.38倍和1.37倍。而外源葡萄糖处理，发育前期和发育后期苹果果实的sox活性分别下降了0.59倍和0.52倍。
　　
　　3 讨论
　　
　　众多研究结果表明，苹果果实中糖的积累受到果实库强、韧皮部卸载、跨膜运输、碳水化合物代谢及相关酶活性等方面的调控[4, 5, 9]。山梨醇作为苹果光合同化产物的主要输出和运输形式，在叶片中占可溶性总糖的80%，而在果实中仅占总糖的3%~8%，表明山梨醇可在果实内被迅速转化[4]，山梨醇经韧皮部卸载，在果实中被sdh和sox转化成果糖和葡萄糖，参与果实的生长发育和品质形成[4-5]。由图1可以看出，发育前期，苹果果实的sdh和sox活性都较低。可能原因在于，在生长发育早期，苹果的萌芽、展叶和开花坐果需要消耗大量的同化产物，苹果幼叶自身的光合能力较弱，因此，合成与外运到果实中的山梨醇较少。同时，发育早期的幼果又是主要的代谢库，需要大量的碳水化合物，而转运来的山梨醇可作为代谢基质用于呼吸代谢、细胞分裂和细胞形成[4]。随着果实的生长发育和品质形成，需要碳水化合物的不断供给，多数叶片在此期也发育成为代谢源[9]。苹果“源（叶片）－库（果实）”关系建立，从叶片转运来的山梨醇在糖代谢相关酶的作用下转化成苹果果实发育过程中的暂时性贮存物（淀粉），维持了果实的库强，保证了光合同化产物从源叶向果实的不断输入。而代谢库（果实）对山梨醇需求量的增加，导致山梨醇的卸载能力增强，所以，在果实的发育中期，sdh和sox活性逐渐升高。
　　越来越多的研究结果表明，植物体内存在己糖激酶、依赖己糖但不依赖己糖激酶以及特殊的蔗糖信号系统。植物可通过细胞的糖感知系统调控与糖代谢有关的基因表达和酶活性的变化[10]。一般而言，糖抑制基因表达的多属于正调节，而促进基因表达的多属于负调节。植物体糖枯竭时可以改变相关酶的基因表达，从而诱导已有蛋白的重组，新蛋白的合成，使光合作用、再运输和输出光合产物相关基因的表达增强。当植物体糖含量较高时，可以通过阻遏和诱导相结合，起到与糖枯竭时相反的调控作用[10]。纵观苹果果实的整个发育过程，从山梨醇代谢相关酶sdh和sox与可溶性糖的相关性（表1）可以看出，不同糖种类与sdh和sox间的相关性差异较大，表明葡萄糖、果糖和蔗糖对sdh和sox活性的变化可能存在不同的调控作用或作用机理。从表1可以看出，发育过程中苹果果实的sox活性与果糖含量存在极显著的正相关关系，说明发育过程中果实中逐渐积累的果糖可能诱导sox活性的提高。外源果糖显著提高发育前期和发育后期苹果果实的sox活性充分验证了这一论点。对sdh而言，虽然整个发育过程中，葡萄糖、果糖和蔗糖与sdh间均不存在显著的相关关系，但经相关与回归分析表明，发育后期（花后75~135 d）苹果果实的sdh活性与果糖含量间存在极显著的负相关关系，相关系数高达-0.940 4，表明发育后期苹果果实sdh活性的下降可能受到果糖的抑制。外源果糖显著抑制了发育前期和发育后期苹果果实的sdh活性进一步验证了这一推断，由此可以看出，随着果实的生长发育，果实中果糖含量逐渐增加，而不断增加的果糖反馈抑制了sdh的活性。因此，果糖对苹果果实的山梨醇代谢可能存在双重调控作用。
　　从本试验结果还可以看出，外源山梨醇均可提高发育前期和发育后期苹果果实的sdh和sox活性，其原因可能是通过增加酶促反应底物浓度促进了sdh和sox活性的提高。而外源蔗糖促进sdh和sox活性提高的可能机制为，蔗糖本身就可诱导sdh和sox的活性变化，或者蔗糖在转化酶或蔗糖合酶的作用下转化成己糖，再通过己糖诱导sdh和sox的活性。鉴于果实糖代谢路径的多样性，酶学调控和糖诱导相关酶基因表达及活性变化的复杂性[2, 9-11]，可溶性糖调控山梨醇代谢的具体生理机制有待进一步研究。
　　
　　参考文献：
　　[1] beruter j. sugar accumulation and changes in the activities of related enzymes during development of apple fruit[j]. journal of plant physiology, 1985, 121: 331-334.
　　[2] koch k e. carbohydrate-modulated gene expression in plants[j]. annual review of plant physiology and plant molecular biology, 1996, 47: 509-540.
　　[3] smeekens s. sugar-induced signal transduction in plants[j]. annual review of plant physiology and plant molecular biology, 2000, 51: 49-81.