Changes in Postharvest Sugar Accumulation and Metabolism-related Enzyme Activities of Green Crisp Plum

GONG Di; GAO Lunjiang; ZENG Xiaofeng; DONG Quan; ZENG Deshun; DIAO Yuan; SHANG Sang

doi:10.13718/j.cnki.xsxb.2021.12.007

2021 Volume 46 Issue 12

Article Contents

Previous Article Next Article

GONG Di, GAO Lunjiang, ZENG Xiaofeng, et al. Changes in Postharvest Sugar Accumulation and Metabolism-related Enzyme Activities of Green Crisp Plum[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2021, 46(12): 37-46. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2021.12.007

Citation:

GONG Di, GAO Lunjiang, ZENG Xiaofeng, et al. Changes in Postharvest Sugar Accumulation and Metabolism-related Enzyme Activities of Green Crisp Plum[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2021, 46(12): 37-46. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2021.12.007

Changes in Postharvest Sugar Accumulation and Metabolism-related Enzyme Activities of Green Crisp Plum

1.
Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 400050, China
2.
School of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China

More Information

Corresponding author: GAO Lunjiang ;
Received Date: 22/02/2021
Available Online: 20/12/2021
MSC: S663.1

Abstract

The accumulation of six sugars and the changes of fourteen enzymes related to sugar metabolism in green crisp plum fruits were studied by analyzing the changes of sugar composition and related enzyme activities during storage after harvesting. The results showed that the highest pectin content was found in the mature fruits of green crisp plums, followed by sucrose, with the content of two sugars exceeding 60% of the total sugar content. The contents of starch and fructose were close, each accounting for about 12.81% and 13.31% of the total sugars. Glucose content is slightly lower, accounting for about 8.89%, and the lowest soluble sugar is sorbitol, containing only about 0.58%. The pectinase that plays a major role in the decomposition of pectin is polygalacturonase (PG). The main role in the accumulation and conversion of soluble sugars is played by soluble acid convertase (S-AI), sucrose synthase catabolic direction (SS-Ⅰ) and α-amylase, and also closely related to neutral convertase (NI).
- Green crisp plum,
- Soluble sugar,
- Glucose metabolism,
- Enzyme activity

References

[1]	陈嘉, 张立新, 冯志宏, 等. 贮藏温度和1-甲基环丙烯对四川青脆李褐变的影响[J]. 食品工业科技, 2014, 35(2): 312-316, 323. Google Scholar
[2]	寇琳羚, 曾卓华, 熊伟, 等. 重庆市李产业发展现状与对策探讨[J]. 中国果业信息, 2019, 36(11): 8-13, 34. doi: 10.3969/j.issn.1673-1514.2019.11.003 CrossRef Google Scholar
[3]	周丹蓉, 廖汝玉, 叶新福. 李果实氨基酸种类和含量分析[J]. 中国南方果树, 2012, 41(2): 25-28. Google Scholar
[4]	黄展文, 李明娟, 游向荣, 等. 李果采后生理及贮藏保鲜技术研究进展[J]. 食品科技, 2021, 46(1): 27-32. Google Scholar
[5]	廖光联, 钟敏, 黄春辉, 等. 果实糖代谢及其相关酶基因研究进展[J]. 江西农业大学学报, 2020, 42(1): 187-195. Google Scholar
[6]	刘松忠, 刘军, 张媛, 等. 不同成熟期白梨品种糖酸质量分数及风味评价[J]. 西北农业学报, 2015, 24(1): 97-102. Google Scholar
[7]	郭艳利, 杨肖芳, 蒋黎, 等. 蔗糖代谢相关酶与果实糖代谢[J]. 现代园艺, 2012(9): 10-12. doi: 10.3969/j.issn.1006-4958.2012.09.006 CrossRef Google Scholar
[8]	刘旭东. Bacillus sp. YX-1中温酸性α-淀粉酶的分离纯化及基因克隆和表达的研究[D]. 无锡: 江南大学, 2008. Google Scholar
[9]	MEYER K, STECCA K L, EWELL-HICKS K, et al. Oil and Protein Accumulation in Developing Seeds is Influenced by the Expression of a Cytosolic Pyrophosphatase in Arabidopsis[J]. Plant Physiology, 2012, 159(3): 1221-1234. doi: 10.1104/pp.112.198309 CrossRef Google Scholar
[10]	依兵. 高粱子粒淀粉积累与合成相关酶活性研究[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2014. Google Scholar
[11]	黄斌全. 玉米淀粉合成关键酶: AGPase和isoamylase的功能研究[D]. 雅安: 四川农业大学, 2012. Google Scholar
[12]	陈乐天, 王慧婷, 韩靖鸾, 等. 植物果胶裂解酶的研究现状及展望[J]. 华南农业大学学报, 2019, 40(5): 71-77. Google Scholar
[13]	CHEA S, YU D J, PARK J, et al. Fruit Softening Correlates with Enzymatic and Compositional Changes in Fruit Cell Wall during Ripening in 'Bluecrop' Highbush Blueberries[J]. Scientia Horticulturae, 2019, 245: 163-170. doi: 10.1016/j.scienta.2018.10.019 CrossRef Google Scholar
[14]	BRUMMELL D A, HARPSTER M H. Cell Wall Metabolism in Fruit Softening and Quality and Its Manipulation in Transgenic Plants[J]. Plant Molecular Biology, 2001, 47(1-2): 311-339. Google Scholar
[15]	刘政, 安莉园, 林世华, 等. 梨树山梨醇代谢及其调控因子研究进展[J]. 中国南方果树, 2018, 47(4): 165-168. Google Scholar
[16]	SHEN C, WANG J, SHI X, et al. Transcriptome Analysis of Differentially Expressed Genes Induced by Low and High Potassium Levels Provides Insight into Fruit Sugar Metabolism of Pear[J]. Frontiers in Plant Science, 2017(8): 938. Google Scholar
[17]	邓丽莉, 生吉萍. 苹果果实糖代谢过程及其调控研究进展[J]. 保鲜与加工, 2012, 12(1): 1-5, 11. doi: 10.3969/j.issn.1009-6221.2012.01.001 CrossRef Google Scholar
[18]	张慧琴, 谢鸣, 张琛, 等. 猕猴桃果实发育过程中淀粉积累差异及其糖代谢特性[J]. 中国农业科学, 2014, 47(17): 3453-3464. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.013 CrossRef Google Scholar
[19]	黄艳花, 曾明. 梨果实糖代谢及调控因子的研究进展[J]. 植物生理学报, 2013, 49(8): 709-714. Google Scholar
[20]	苏艳, 原牡丹, 侯智霞, 等. 草莓果实发育中糖代谢规律研究[J]. 江苏农业科学, 2011, 39(4): 147-150. doi: 10.3969/j.issn.1002-1302.2011.04.060 CrossRef Google Scholar
[21]	MORGUTTI S, NEGRINI N, NOCITO F F, et al. Changes in Endopolygalacturonase Levels and Characterization of a Putative Endo-PG Gene during Fruit Softening in Peach Genotypes with Nonmelting and Melting Flesh Fruit Phenotypes[J]. The New Phytologist, 2006, 171(2): 315-328. doi: 10.1111/j.1469-8137.2006.01763.x CrossRef Google Scholar
[22]	GHIANI A, ONELLI E, AINA R, et al. A Comparative Study of Melting and Non-Melting Flesh Peach Cultivars Reveals that during Fruit Ripening Endo-Polygalacturonase (Endo-PG) is Mainly Involved in Pericarp Textural Changes, not in Firmness Reduction[J]. Journal of Experimental Botany, 2011, 62(11): 4043-4054. doi: 10.1093/jxb/err109 CrossRef Google Scholar
[23]	RUAN Y L. Sucrose Metabolism: Gateway to Diverse Carbon Use and Sugar Signaling[J]. Annual Review of Plant Biology, 2014, 65: 33-67. doi: 10.1146/annurev-arplant-050213-040251 CrossRef Google Scholar
[24]	牛芳英, 王效瑜, 杨东宏, 等. 马铃薯贮藏期间几个主要加工品质指标变化的探讨[J]. 陕西农业科学, 2008, 54(2): 18-20. doi: 10.3969/j.issn.0488-5368.2008.02.009 CrossRef Google Scholar
[25]	杨祎, 张素勤, 耿广东. 草石蚕发育过程中糖含量变化与相关酶活性的关系[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2015, 37(2): 32-38. Google Scholar
[26]	常尚连, 于贤昌, 于喜艳. 西瓜果实发育过程中糖分积累与相关酶活性的变化[J]. 西北农业学报, 2006, 15(3): 138-141. doi: 10.3969/j.issn.1004-1389.2006.03.033 CrossRef Google Scholar
[27]	IIDA M, BANTOG N A, YAMADA K, et al. Sorbitol- and other Sugar-Induced Expressions of the NAD⁺-Dependent Sorbitol Dehydrogenase Gene in Japanese Pear Fruit[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science, 2004, 129(6): 870-875. doi: 10.21273/JASHS.129.6.0870 CrossRef Google Scholar
[28]	梁东. 苹果山梨醇代谢相关基因的分子特性研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2010. Google Scholar
[29]	ZHANG H P, WU J Y, TAO S T, et al. Evidence for Apoplasmic Phloem Unloading in Pear Fruit[J]. Plant Molecular Biology Reporter, 2014, 32(4): 931-939. doi: 10.1007/s11105-013-0696-7 CrossRef Google Scholar

Access History

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

1.
沈阳化工大学材料科学与工程学院沈阳 110142

Figures(8) / Tables(4)

Export Citation

PDF

XML

Article Metrics

Article views(1458) PDF downloads(190) Cited by(0)

Access History

Other Articles By Authors

on this site
on Google Scholar

HTML

青脆李(Prunus americana)属双子叶植物纲蔷薇目蔷薇科(Rosaceae)，核果类果树. 目前，李的商业品种主要分为中国李(P.salicina Lind L.)和欧洲李(P.do mestica L.)^[1]. 据世界粮农组织(World Food and Agriculture Organization)统计，2017年我国李产量680.4万t，占全世界总产量的57.8%，位列世界第一. 青脆李种植地主要分布在我国南方地区，云、贵、川地区居多. 在重庆，青脆李不仅是高寒山区农民增收致富的主导品种，也是乡村休闲体验游的重要载体^[2]. 青脆李是呼吸跃变型果实，具有养阴生津、润肠通便、补中益气等药用价值，还富含糖、多种氨基酸、维生素和矿物质^[3-4]，食用价值高，又由于其甜脆爽口的独特风味而深受消费者喜爱. 目前，随着人民生活水平的不断提升和对外销售的优势不断增强，优质李果需求越来越旺盛，青脆李的价格也在不断攀升，因此，青脆李果实的发育特性和采后果实的生理代谢及贮藏特性也逐步受到更多的关注.

果实的糖分种类、质量分数及其构成比例和形成动态是果实风味形成的重要基础之一，是决定果实品质和商品价值的主要因素^[5]. 蔗糖代谢、山梨醇代谢、己糖代谢和淀粉代谢途径是目前公认的4大糖代谢途径，这几种途径均由不同类型的代谢酶参与. 不同物种间糖积累机制存在较大差异^[6]，代谢酶的调控作用也存在较大的差别. 目前关于蔗糖代谢的主要代谢酶有酸性转化酶(AI)、中性/碱性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)等^[7]；淀粉代谢酶主要包括尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UGPase，UTP-glucose-1-phosphate uridylyltransferase)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase，ADP-glucose pyrophosphory)、α- 淀粉酶(α-AL，l，4-α-D-glucan glucanohydrolase)、β-淀粉酶(β-AL，l，4-α-D-glucan maltohydrolase)^[8]. UGPase与糖原合成、半乳糖利用、糖蛋白合成有关，在碳水化合物代谢中起核心作用. UGPase通过提供UDP-葡萄糖，再由蔗糖代谢的SPS形成蔗糖^[9-11]. AGPase主要是催化淀粉合成前体ADP-葡萄糖，调控淀粉和蔗糖代谢、氨基糖与核糖代谢. α-AL为内切酶，通过切割淀粉中的1，4-糖苷键，将直链淀粉水解成麦芽糖和麦芽三糖，再将麦芽三糖水解成葡萄糖和麦芽糖，从而调控淀粉和蔗糖代谢. β-AL为外切酶，只能切割1，4-糖苷键，然后产生麦芽糖和限制性糊精，主要负责调控淀粉和蔗糖代谢. 果胶酶(Pectinase)是一种分解果胶的功能酶，其质量分数和活性会影响到细胞壁的稳定性，不仅影响裂果的产生，对果实软化也有直接作用^[12-13]. 多聚半乳糖醛酸酶(PG)和果胶酯酶(PE)主要是分解细胞壁中的果胶，破坏或降低细胞壁的延展性. 果胶裂解酶(PL)能够水解果胶产生水溶性果胶，切断聚甲氧基半乳糖醛酸和阿拉伯糖之间的化学键，从而降解果胶^[14]. 山梨醇是梨属等蔷薇科木本果树最主要的光合作用产物^[15-16]，山梨醇作为连接着“源”端碳物质积累和“库”端各种糖组分之间的相互转化的物质，影响着各“库”器官的生理变化，对“库”器官的功能和作用机制至关重要. 山梨醇可以通过NAD⁺型山梨醇脱氢酶(sorbitoldehydrogenase，NAD⁺-SDH)转化成果糖，然后果糖进一步转化成蔗糖或淀粉等其他糖类物质，而且NAD⁺-SDH也可催化山梨醇和葡萄糖之间的相互转化.

目前，国内外对糖代谢的研究主要集中在苹果^[17]、猕猴桃^[18]、梨^[19]、草莓^[20]等水果，关于青脆李糖代谢的研究较少. 为此，我们研究了青脆李采后果实低温贮藏下果肉的糖代谢特性，特别是果实蔗糖代谢的特性及变化规律，通过测定和研究果胶、淀粉、蔗糖、果糖、葡萄糖、山梨醇等6种糖组分及相关酶活性的消长变化，明确青脆李采后组分的量变关系，确定青脆李采后的主要糖代谢路径，为今后调控青脆李采后果实风味及品质提供理论依据.

1. 材料与方法

1.1. 材料与仪器

青脆李采自重庆市綦江区通惠水果人农场.

EX324ZH电子分析天平，上海上天精密仪器有限公司；GL-12A高速冷冻离心机，上海菲恰尔分析仪器有限公司；UV-6000PC紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司；HH-4电子恒温水浴锅，常州国华电器有限公司；DHG-9053J恒温鼓风干燥箱，上海三发科学仪器有限公司；HR2104匀浆机，飞利浦公司；全波长酶标仪，美国基因公司SYNERGYH1MG.

1.2. 实验方法

挑选果型端正、大小均匀、无病虫斑和机械损伤的果实，每个果实均套上6 cm×5 cm PE泡沫网套，采收当天处理. 按每筐100个左右装入已消过毒的塑料筐中，筐外套0.05 mm厚度聚乙烯薄膜袋，袋自然合拢，不扎口. 置于5 ℃，相对湿度为95.0%左右的冷库中贮藏. 平均分成6组，每组2份，每份为1 kg左右，大约30颗，预冷后为第一次取样，然后每7 d同一时段取样1次. 取样时，将青脆李去核低温榨汁后分3组贮藏于-80 ℃超低温冰箱中，用于糖组分和酶活性测试. 总共取样6次，每次重复测3组，实验周期为35 d. 在贮藏过程中，总共测定6种糖类，包括果胶、淀粉、葡萄糖、果糖、蔗糖、山梨醇. 酶活性的测定包括果胶代谢：果胶酯酶(PE)、果胶裂解酶(PL)、多聚半乳糖醛酸酶(PG)，糖代谢：蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶分解方向(SS-Ⅰ)、蔗糖合成酶合成方向(SS-Ⅱ)、中性/碱性转化酶(NI)、可溶性酸性转化酶(S-AI)、细胞壁不溶性酸性转化酶(B-AI)，山梨醇代谢：山梨醇脱氢酶(NAD⁺-SDH)，共10种代谢酶. 6种糖类和10种酶活性的检测均采用苏州格锐思生物科技有限公司的试剂盒进行检测.

1.3. 数据处理

实验3次重复，酶活性单位为μmol/(h·g). 用SPSS 20.0软件进行数据统计分析，采用origin 2018作图. p＜0.05，p＜0.01为差异有统计学意义.

3. 讨论与结论

果实采后糖分和酶活性变化虽然不如生长发育期时活跃，但依然是生理活动重要的物质基础和风味品质变化的重要依据. 本实验的结果表明：青脆李果实发育过程中以积累果胶和蔗糖为主，淀粉、葡萄糖和果糖的质量分数约占蔗糖的一半，且3种糖组分质量分数较接近，山梨醇质量分数极少. 果胶质量分数呈现先上升后下降的趋势，表明果胶的代谢涉及多种酶类，其降解是由多种酶共同作用的结果. PG活性在草莓、苹果、香蕉等水果成熟过程中与可溶性果胶呈正相关，PG与溶质型桃果实的软化高度相关，内多糖半乳糖醛酸酶(Endo-PG) 在溶质型桃中的表达量会随着软化进程的推进而显著升高^[21-23]. 从青脆李采后果胶酶代谢的情况来看，果胶的代谢主要受PG的调控.

糖卸载到果实中在很大程度上取决于果实本身的“库”强大小，而其重要的生化标志就是关于糖代谢相关酶的活性. 蔗糖转化酶可以在韧皮部卸载位点和库组织细胞之间创造蔗糖梯度，促进蔗糖的转运. 本实验的结果表明：青脆李果实在贮藏过程中蔗糖呈波动下降趋势，葡萄糖质量分数先上升后波动下降，果糖还原糖总体和山梨醇质量分数呈逐渐上升的趋势. 总体来看，可溶性糖质量分数还是呈逐渐递增的趋势，且青脆李果实在低温贮藏期间蔗糖质量分数的降低与葡萄糖质量分数的增加有明显的相关性，这与牛芳英等^[24]在研究马铃薯贮藏时糖代谢的实验结果相似. 究其原因可能是刚采摘下来时，果实中S-AI和NI的活性较高，催化蔗糖或者淀粉转化为葡萄糖，导致葡萄糖质量分数上升；而后在果实自身呼吸作用以及蔗糖代谢相关酶活性的作用下，果实中葡萄糖和蔗糖的质量分数均逐渐下降. 其次，蔗糖质量分数与SS-Ⅰ呈极显著负相关，且SS-Ⅰ的酶活性明显高于SS-Ⅱ和SPS，可溶性糖质量分数也与SS-Ⅰ呈极显著负相关，葡萄糖质量分数与SS-Ⅰ呈极显著正相关，证明SS-Ⅰ是影响蔗糖合成的关键酶.

从相关性和酶活性来看，青脆李的可溶性糖代谢积累主要受SS-Ⅰ，S-AI和α-AL等酶的相互调节作用，这与苏艳等^[20]在草莓果实的发育过程中的研究结果一致；在杨祎等^[25]对草石蚕块茎的研究中同样如此，实验证明SPS，SS和AI是草石蚕块茎中糖积累的重要因子；但与常尚连等^[26]在西瓜中的研究结果恰好相反，西瓜果实中的SPS活性在蔗糖代谢中起关键作用，而蔗糖合成酶(SS)活性对蔗糖的积累作用较小. 虽然NAD⁺-SDH活性较小，但是与可溶性糖的质量分数呈极显著正相关，这是由于NAD⁺-SDH能够催化山梨醇与果糖及葡萄糖之间的相互转化. 该酶被认为在调控“库”强过程中起到了关键作用^[27]，山梨醇转运蛋白有可能会受到葡萄糖和果糖的竞争性抑制. NAD⁺-SDH催化山梨醇生成果糖的能力较强，对果糖积累的贡献相对更高，这可能是青脆李贮藏后期果实中果糖质量分数显著高于葡萄糖质量分数的原因之一^[28-29].

诸多研究证明，果实发育中的各种糖类的积累并不是单一种类酶在起作用，而是受各种相关酶的共同调控. 本研究对青脆李采后贮藏过程中果胶和可溶性糖的积累和积累过程中有关酶活性动态变化及主要调控酶进行了研究，但在分子水平上，对其糖代谢及其相关酶的研究尚不清楚. 今后，应当就有关青脆李糖代谢关键酶基因的调控以及糖信号对青脆李果实糖代谢的调控机制进行研究.

Figure (8) Table (4) Reference (29)

Name
	Name cannot be empty!
E-mail
	Mailbox cannot be empty! Mailbox cannot be empty!
Telephone
	Mobile number cannot be empty! Please enter a valid mobile number!
Title

Content
Verification Code

Message Board

Changes in Postharvest Sugar Accumulation and Metabolism-related Enzyme Activities of Green Crisp Plum