庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟的糖代謝和呼吸代謝響應特征

潘 儼，孟新濤，車鳳斌，薛素琳，張 婷，趙世榮，廖 康

（1新疆農(nóng)業(yè)大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052；2新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，烏魯木齊 830091）

庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟的糖代謝和呼吸代謝響應特征

潘 儼1,2，孟新濤2，車鳳斌2，薛素琳2，張 婷2，趙世榮1，廖 康1

（1新疆農(nóng)業(yè)大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052；2新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，烏魯木齊 830091）

【目的】通過對庫爾勒香梨果實發(fā)育及成熟過程果實糖代謝和呼吸代謝響應特征的研究，以探討代謝互作對果實糖分動態(tài)積累的作用。【方法】花后60—150 d，每隔10 d取香梨樣果，測定果肉、果心和果皮的質(zhì)量，縱橫徑，淀粉及4種可溶性糖組分含量，不同途徑呼吸速率，12種糖代謝酶與9種呼吸代謝酶活性的變化。通過回歸分析、分階聚類和主成分分析，確定果實發(fā)育及成熟不同階段的質(zhì)量與糖分的關系，呼吸主路徑、代謝酶聚類關系對糖分構成的影響，以此討論和構建香梨果實糖代謝和呼吸代謝的關聯(lián)路徑及不同部位的代謝特征?！窘Y果】果心以糖酵解為呼吸主路徑，果肉的糖酵解與三羧酸循環(huán)交替構成呼吸主路徑，果皮呼吸主路徑由糖酵解和三羧酸循環(huán)共同構成。果心和果肉的糖代謝與呼吸代謝可從花后90 d分為兩種不同的響應模式，果皮的代謝響應在花后120 d變化明顯。成熟期果心的淀粉、蔗糖、山梨醇代謝酶與糖酵解、磷酸戊糖途徑、細胞色素途徑代謝酶關聯(lián)聚類；果肉的淀粉、蔗糖代謝酶與糖酵解、三羧酸循環(huán)、交替途徑、細胞色素途徑代謝酶關聯(lián)；果皮的蔗糖、山梨醇代謝酶與糖酵解、三羧酸循環(huán)、交替途徑、細胞色素途徑代謝酶存在較高的聚類相關。聚類關聯(lián)酶活性升高或達到峰值，與果心和果肉的果糖、葡萄糖積累，果皮山梨醇轉化和果糖、葡萄糖含量升高顯著關聯(lián)。【結論】庫爾勒香梨果實以果糖和葡萄糖為主成分的糖分積累構成典型的內(nèi)在品質(zhì)，存在果實成熟時糖分構成與甜度的部位異質(zhì)，是發(fā)育與成熟不同階段糖代謝與呼吸代謝不同動態(tài)響應累積的結果。磷酸己糖異構酶與細胞色素氧化酶是香梨果實3個部位同時在成熟階段交聯(lián)呼吸代謝與糖代謝的關鍵酶。

庫爾勒香梨；果實發(fā)育；糖代謝；呼吸代謝；響應特征

0 引言

【研究意義】庫爾勒香梨（Pyrus sinkiangensis Yu）屬于新疆梨系統(tǒng)句句梨類型中選育的芽變品種[1]，在新疆巴音郭楞蒙古自治州和阿克蘇地區(qū)集中栽培約6.9×104hm2，正常年份總產(chǎn)量約7.0×105t。新疆梨有3個主要品種類型——句句梨、乃西普特和阿木特，以香梨等句句梨類型品種與白梨（Pyrus bretschneideri Rehd.）的親緣關系較近[2-3]，香梨屬于果糖與葡萄糖含量高、糖酸比高的類型[4-5]，生理成熟時果皮依然呈綠色，躍變后熟轉為黃色[6]，兼具西洋梨（Pyrus communis Linn.）的部分品質(zhì)特征。成熟果實表皮綠色、肉質(zhì)細脆、甜度高，是庫爾勒香梨區(qū)別于其他品種的典型品質(zhì)特征。目前，糖分低、含酸量高[7]的青頂果、粗皮果類等外果比例增加和“搶青”采收，導致商品率下降和商品果采后耐貯性下降，是困擾庫爾勒香梨產(chǎn)業(yè)增值的原因之一。研究香梨果實發(fā)育成熟過程中基本的糖積累動態(tài)和糖代謝機理，對確定庫爾勒香梨商品果的適貯采收時間和品質(zhì)評價標準，確定等外果品質(zhì)劣變與調(diào)控的途徑，研究相關應用技術具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】糖分作為果實基本的品質(zhì)構成物質(zhì)，在糖代謝調(diào)控淀粉、蔗糖、己糖、糖醇等物質(zhì)轉化與合成的機制，以及糖代謝關鍵酶的動力學特性、基因克隆與功能鑒定方面，已有較為廣泛和深入的研究[8-20]。近年來已在作物與果實上發(fā)現(xiàn)，糖酵解、三羧酸循環(huán)、電子傳遞鏈調(diào)控淀粉、可溶性糖、有機酸、氨基酸等重要的初生代謝以及黃酮與色素等物質(zhì)的次生代謝，對不同發(fā)育時期的代謝產(chǎn)物在不同細胞分區(qū)積累的時序和水平具有重要的作用[21-23]?！颈狙芯壳腥朦c】庫爾勒香梨果實的成熟品質(zhì)以糖分構成為主，但果實的結構存在明顯的分化，有關果實不同部位品質(zhì)分化的時期、代謝互作調(diào)控的差異、等外果的果皮與果肉組織發(fā)育異常及品質(zhì)劣質(zhì)化等機理的研究未見報道?！緮M解決的關鍵問題】本研究通過分析庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟過程糖代謝與呼吸代謝的響應協(xié)調(diào)關系，以明確不同糖組分變化與積累的時序和果實的部位間差異；了解運轉糖和貯備糖動態(tài)平衡的生理意義；探索不同途徑的呼吸代謝對不同糖組分轉化、合成利用的作用，糖分品質(zhì)不同部位異質(zhì)化的大致代謝機理及調(diào)控關鍵位點，為庫爾勒香梨果實品質(zhì)調(diào)控和等外果發(fā)育品質(zhì)的改善提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗于2013—2015年在新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所進行。

1.1 試驗材料

果實取樣地點為新疆巴音郭楞蒙古自治州輪臺縣國家果樹資源圃的3.5 hm2香梨果園（84.22°67′ E、41.78°36′ N）。香梨樹齡15年，株行距4 m×6 m，園內(nèi)無任何間作，樹形均為三主枝中干型，授粉樹為鴨梨，無人工疏花疏果；果園土質(zhì)為壤土，壤土層深度約100—120 cm；120 cm以下土層為黏土和砂石層。梨樹生長季內(nèi)共溝灌澆水6次，包括3月中，4月底，5月、6月、7月及8月的中旬各澆水1次。6月中旬追肥一次，溝施氮肥約0.80 kg/株、磷鉀肥（磷酸二銨∶硫酸鉀=2.5∶1）約1.6 kg/株；10月底前施入羊糞廄肥約50 kg/株。于2013年6月15日至9月25日（花后60—150 d），在園內(nèi)選取樹勢與負載量（年均單產(chǎn)30 kg/棵）相對一致、集中在同一小區(qū)的香梨樹35株，每10 d摘取樣果一次，共取樣10次。每次清晨采收樣果，采收時選擇著生于樹冠中部的外層結果枝果實。選留無損傷、無蟲斑、帶有完好果柄的果實約15 kg，苯板箱加冰袋包裝后公路運輸。12 h內(nèi)運至實驗室，當天完成鮮樣檢測分析；剩余樣品切分后液氮速凍，-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 將各次取樣果實剖分出果皮、果肉和果心3個部位材料，通過糖組分（蔗糖、山梨醇、葡萄糖、淀粉）、不同途徑（EMP糖酵解、PPP磷酸戊糖途徑、TCAC三羧酸循環(huán)、CP細胞色素途徑、AP交替途徑）呼吸速率的測定，確定果實發(fā)育成熟過程中3個部位糖分構成特征和呼吸途徑的強弱差異。選擇香梨果實單糖和多糖代謝的路徑節(jié)點關鍵酶，包括蔗糖代謝（SPS蔗糖磷酸合酶、SuSy蔗糖合酶的合成方向與分解方向、AI酸性轉化酶、NI中性轉化酶）、山梨醇代謝（NAD-SDH、NADP-SDH山梨醇脫氫酶、SO山梨醇氧化酶）、淀粉代謝（AGPase腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、UGPase尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶）共12種代謝酶，測定發(fā)育成熟過程中酶活性；選擇呼吸與電子傳遞鏈的代謝路徑節(jié)點關鍵酶，包括糖酵解（GPI磷酸己糖異構酶、PK丙酮酸激酶）、磷酸戊糖途徑（G-6-PDH葡萄糖-6-磷酸脫氫酶和6-PGDH 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的聯(lián)酶）、三羧酸循環(huán)（Sdh琥珀酸脫氫酶、PDC丙酮酸脫氫酶、NAD-MDH蘋果酸脫氫酶、NADP-ME蘋果酸酶）、細胞色素電子傳遞鏈（COX細胞色素氧化酶）、交替電子傳遞鏈（AOX交替氧化酶）共9種代謝酶，測定發(fā)育成熟過程中酶活性。通過分階聚類分析，探明果實發(fā)育成熟過程中糖代謝與呼吸代謝21種酶活性峰值出現(xiàn)時間與代謝節(jié)點的二向聚類關系；結合代謝酶活性與糖組分含量的主成分分析結果，確定果實發(fā)育成熟過程不同部位糖和呼吸的代謝響應特征。

1.2.2 測定方法 單果、果皮、果肉、心室的質(zhì)量及比例，單果與心室的縱橫經(jīng)，每次測定約40個果實。香梨果肉、心室和果皮的蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇、淀粉的含量的液相色譜測定方法和甜度計算方法，參考姚改芳[4]的方法，重復3次。參考史青純[24]的方法，使用氧電極測定和計算樣果果肉、心室和果皮的總呼吸和不同途徑的呼吸速率，每次測定重復5次。糖代謝12種酶的活性測定重復3次，提取和測定方法包括：SPS、SuSy、AI、NI、SO、SDH酶提取方法參考許讓偉[18]和趙智中[25]的方法，略作修改；AI活性測定參考魏建梅[20]的方法，略作修改；NI、SuSy-s（合成方向）和SuSy-c（分解方向）酶活性測定參考許讓偉[18]和HAYATA[26]的方法，略作修改；SO、NAD-SDH、NADP-SDH活性測定參考YAMAGUCHI[27]的方法；AGPase和UGPase酶提取與活性測定使用試劑盒（上海江萊生物科技公司）；淀粉酶液提取、活性測定及計算（總酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶）參考張遲[28]的方法 。呼吸代謝9種酶活性測定重復3次，提取和測定方法包括：GPI、PK、G-6-PDH和6-PGDH聯(lián)酶、Sdh、PDC、COX和AOX酶液提取參考史青純[24]與何亞輝[29]的方法，略作修改；GPI活性測定參考BROWN[30]和韓蓓[31]的方法修改；PK活性測定使用試劑盒（南京建成生物科技公司，A076-1型）；G-6-PDH和6-PGDH聯(lián)酶活性測定參考BROWN[30]的方法；Sdh活性測定參考史青純[24]的方法，略作修改；PDC活性測定參考何亞輝[29]的方法（DCPIP法），略作修改；NAD-MDH和NADP-ME活性測定參考HIRAI[32]和WEDDING[33]的方法，略作修改；COX活性測定參考史青純[24]、田美華[34]和陳京京等[35]的方法，略作修改；AOX活性測定參考VANLERBERGHE[36-37]、胡文海[38]和JARMUSZKIEWICZA[39]的方法調(diào)整，以氧電極法測得耗氧速率表示AOX活性。糖組分與淀粉含量、糖代謝酶活性和呼吸代謝酶活性每批次測定使用的樣果量不同，其中花后60—70 d樣果的測定用量為400—600個果；花后80—90 d樣果的測定用量為160—260個果；花后100—150 d樣果的測定用量為80—100個果。果肉材料選用果實赤道線部位約2.0 cm3的去皮組織；心室材料選用去除種子、心室隔膜內(nèi)的組織；果皮材料剔除紅暈著色部位。

1.2.3 試驗儀器 質(zhì)量測定使用電子天平（賽多利斯，ALC-2100型），單果與心室的縱橫經(jīng)測定使用游標卡尺測量（杭州力創(chuàng)，150D型）。果皮剝?nèi)∈褂孟髌C（RS，NC-3447型），去皮厚度0.5—1.0 mm。液相色譜條件包括高效液相色譜儀（安捷倫，1260型），鈣離子交換柱（安捷倫 Hi-Plex Ca 8.0 μm，7.7 mm×300 mm）；超聲波脫氣和0.45 μm膜過濾的純水（18 MΩ·cm）為流動相，流速0.60 mL·min-1，20 μL進樣量，80℃柱溫，示差檢測器（G1362A RID）設置0.05 AUFS靈敏度。呼吸速率測定使用Clark 液相氧電極儀（Hansatech，Oxygtherm型）。酶提取和活性測定過程，材料液氮研磨（IKA，T18型）再冰浴勻漿（IKA，T10型主機、10 G型刀頭）；梯度離心使用低溫高速離心機（Eppendorf，Centrifuge2510R型）和（Hettich Mikko22R型）；分光光度計使用島津UV2600型。超低溫冰箱（海爾，DW-86L490型）-80℃保存樣品。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

使用Sigma Plot 13.0軟件制圖，回歸方程的擬合使用分類回歸方法。分階聚類前，使用SPSS 20.0軟件的描述性檢驗工具Z-Score對21種酶活性的測定數(shù)值處理為標準化數(shù)值，再轉換為TDMS格式文件，導入MeV Version 4.9.0軟件（軟件來源www.tm4.org）；以分階聚類（Hierarchical Clustering）方法制作HCL Tree熱圖，自動建立分階聚類樹，分析糖代謝和呼吸代謝的關聯(lián)時間和關聯(lián)節(jié)點。使用SPSS 20.0軟件的降維分析方法（最優(yōu)尺度）工具進行主成分分析（PCA），選擇香梨果心、果肉和果皮的質(zhì)量為標示變量，21種酶活性為分析變量，5種糖組分為補充變量；對標示變量、分析變量和補充變量回歸后獲得載荷圖和雙標圖；根據(jù)載荷系數(shù)分析香梨果實發(fā)育成熟過程不同部位的質(zhì)量、糖分構成和代謝酶的關系。以上述HCL和PCA計算結果為依據(jù)劃分果實不同部位的發(fā)育成熟階段，依據(jù)KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，http:// www.genome.jp/kegg/）公布的碳水化合物代謝路徑（Central carbohydrate metabolism：EC00500，M00001，M00009，M00010，M00011），結合YAMAKI等[9]對果實山梨醇和蔗糖運轉與代謝的研究總結，補充山梨醇代謝節(jié)點；參考BIAIS等[40]的代謝分析和構圖方法，構建果實發(fā)育成熟過程糖代謝和呼吸代謝的關聯(lián)路徑；以HCL聚類分組的結果，討論果實不同部位代謝酶之間的時序關聯(lián)。

2 結果

2.1 成熟過程中質(zhì)量和果徑的變化

花后60—150 d庫爾勒香梨的單果質(zhì)量、果肉質(zhì)量、果皮質(zhì)量和果心質(zhì)量增加4.26—5.67倍（圖1-A、B）。果肉質(zhì)量、果皮質(zhì)量和心室質(zhì)量約占單果質(zhì)量70.85%—81.74%、12.25%—16.12%和6.91%—11.37%（圖1-C）。花后60—110 d是果肉、心室和果皮的速生期，質(zhì)量增長速率分別為13.32、1.26和2.19 g/(10 d)。發(fā)育至成熟，果實的縱徑和橫徑分別增加70.72%和85.68%，心室縱徑和橫徑分別增加46.11%和78.52%（圖1-D、E）?；ê?0—90 d心室的縱徑和橫徑增長最快，平均每10 d增長1.25—2.05 mm；花后60—110 d果實的縱徑和橫徑增長最快，平均每10 d增長4.18—4.91 mm。

2.2 成熟過程中不同部位糖分含量和比例變化

2.2.1 果心糖分含量和比例變化 圖2-A和圖3-A顯示，庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟過程，果心的果糖、葡萄糖、山梨醇含量持續(xù)積累升高，其中山梨醇含量在花后90 d達到峰值21.15 mg·g-1FW；果糖與葡萄糖含量于花后120—130 d達到峰值，分別為64.78 mg·g-1FW和33.63 mg·g-1FW。蔗糖含量相對最低，為2.60—6.03 mg·g-1FW，發(fā)育成熟過程中未見明顯變化。淀粉含量為10.32—11.85 mg·g-1FW，未見明顯變化。果糖和葡萄糖是果心的主要糖組分，至果實成熟分別占果心4種可溶性糖分的42.63%—54.67%和22.31%— 30.85%。山梨醇占果心可溶性糖分的比例由28.05%線性降至10.22%。

2.2.2 果肉糖分含量和比例變化 圖2-B和圖3-B顯示，庫爾勒香梨花后80—150 d，果肉的可溶性糖分以果糖含量相對最高，果實成熟時最高，達54.24 mg·g-1FW。山梨醇和葡萄糖的含量分別在花后120 d、140 d升至峰值25.81、23.25 mg·g-1FW，蔗糖在花后150 d含量最高，約4.28 mg·g-1FW。淀粉含量在花后120—150 d快速降至8.36—8.77 mg·g-1FW。香梨花后80 d之后，果糖占果肉可溶性糖分的比例逐漸增至54.88%，相對最高；而山梨醇的比例呈線性下降，最低至27.75%；葡萄糖和蔗糖的比例未見明顯變化。

2.2.3 果皮糖分含量和比例變化 圖2-C和圖3-C顯示，庫爾勒香梨花后120 d以前，果皮的可溶性糖分以山梨醇含量相對最高，花后100 d達到峰值27.85 mg·g-1FW；花后120 d后，以果糖含量相對最高，花后140 d達到峰值33.79 mg·g-1FW。果皮的葡萄糖含量至花后150 d增至最高，約19.65 mg·g-1FW。果實發(fā)育至成熟，果皮的淀粉含量約10.59—12.09 mg·g-1FW，蔗糖含量約1.03—2.79 mg·g-1FW，均未出現(xiàn)明顯變化?；ê?20 d之前，山梨醇占果皮4種可溶性糖分的比例相對最大，約38.57%—55.07%。此后山梨醇比例持續(xù)下降，果糖比例增至36.99%—47.81%，果皮可溶性糖分以果糖為主。

圖1 庫爾勒香梨果實發(fā)育與成熟過程不同部位質(zhì)量和果徑變化Fig. 1 Different parts weights and diameters of Korla pear throughout the fruit development and ripening

2.2.4 質(zhì)量與糖組分含量及甜度的關系 表1顯示，花后60—150 d，果肉、果心和果皮的質(zhì)量增長量均與果糖和葡萄糖的積累以及甜度的增加存在極顯著的正相關（Sig＜0.01），香梨果實發(fā)育是各個部位質(zhì)量與果糖、葡萄糖和甜度同步提高的過程。果肉與果心的質(zhì)量均與淀粉含量的變化顯著負相關（Sig＜0.01），說明兩個部位的質(zhì)量增長伴有明顯的淀粉降解。

2.3 成熟過程中不同部位的不同途徑呼吸速率變化

2.3.1 果心不同途徑呼吸速率變化 庫爾勒香梨花后80 d之前，果心總呼吸速率持續(xù)降低約53.06%（圖4-A）；花后80 d之后總呼吸速率回升，在花后100 d達到峰值131.43 nmol(O2)·mg-1·min-1。果心EMP呼吸速率與總呼吸速率變化趨于平行，在花后100 d同步回升，達到峰值76.38 nmol(O2)·mg-1·min-1。果心的PPP、TCAC、CP和AP呼吸速率從花后60 d均持續(xù)減弱，均未出現(xiàn)呼吸峰；CP和AP呼吸速率在花后140—150 d回升，與果心總呼吸在果實成熟末期變化相近。果實發(fā)育成熟過程，果心總呼吸與各途徑呼吸速率的分類回歸結果顯示（表2），EMP途徑呼吸對總呼吸的貢獻最大，是果心的呼吸主途徑（Beta=1.270，Sig=0.00）。

圖2 庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟過程果心、果肉和果皮糖分含量的變化Fig. 2 Sugar contents of core, pulp and peel in Korla pear throughout the fruit development and ripening

2.3.2 果肉不同途徑呼吸速率變化 香梨果肉的總呼吸與EMP呼吸速率均在花后90 d快速回升（圖4-B），與TCAC同在花后110 d出現(xiàn)呼吸峰；總呼吸、EMP和TCAC的呼吸速率峰值分別為30.36、12.83、14.15 nmol(O2)·mg-1·min-1。PPP呼吸速率相對最低、未見明顯變化。CP和AP呼吸速率平緩下降，至花后140 d回升。果肉的總呼吸與各途徑呼吸速率分類回歸結果顯示（表2），果肉的EMP途徑（Beta=0.790， Sig=0.000）和TCAC途徑（Beta=0.337，Sig=0.002）呼吸均對總呼吸具有顯著的貢獻，果實發(fā)育過程兩個途徑輪換構成果肉呼吸的主途徑；輪動切換時間大致為花后90 d左右，TCAC呼吸強度略高于EMP。

2.3.3 果皮不同途徑呼吸速率變化 果皮的總呼吸速率與EMP、TCAC、CP、PPP變化趨于平行（圖4-C），均在香梨花后110 d同步出現(xiàn)呼吸峰，峰值分別為151.01、59.48、42.76、38.81、14.30 nmol(O2)·mg-1·min-1。果皮AP呼吸速率相對較低，未見明顯變化。果皮的總呼吸與各途徑呼吸速率分類回歸結果顯示（表2），EMP途徑（Beta=0.741，Sig=0.000）和TCAC途徑（Beta=0.557，Sig=0.000）呼吸同時對總呼吸具有顯著的貢獻，為果實發(fā)育成熟過程果皮呼吸的主途徑。

圖3 庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟過程果心、果肉和果皮可溶性糖分比例的變化Fig. 3 Soluble sugar ratios of core, pulp and peel in Korla pear throughout the fruit development and ripening

2.4 成熟過程中不同部位的糖代謝酶活性變化

2.4.1 蔗糖代謝酶活性變化 香梨果實發(fā)育成熟過程，果心與果肉AI活性變化趨于平行，花后60—100 d活性下降較為明顯?；ê?00—150 d果皮AI活性逐漸增強。果實AI活性以果心相對最高，約72.44—143.70 μmol·g-1·min-1，比果肉和果皮AI活性平均高約1.71倍和6.90倍（圖5-A）。

香梨果實NI活性以果心相對最高、約84.98—97.16 μmol·g-1·min-1，比果肉和果皮平均偏高約2.25和6.74倍（圖5-B），但未見果心NI活性出現(xiàn)明顯變化。花后60—80 d果肉NI活性明顯減弱，此后再無明顯變化；果皮NI活性僅在花后110—150 d略有升高。香梨發(fā)育成熟過程果心、果肉和果皮的NI活性變化均不明顯。

花后100—120 d果肉、果心和果皮SPS活性先后出現(xiàn)峰值51.28、109.70、101.70 μmol·g-1·min-1（圖5-C）；果實趨于成熟，果心SPS活性呈線性下降。香梨果實SPS活性以果肉相對最低，比果肉和果皮平均低約54.20%—59.17%。

花后120 d之前，果心SuSy-c活性呈指數(shù)下降；花后120 d之后，果皮SuSy-c活性呈指數(shù)升高；果肉SuSy-c活性在花后110 d出現(xiàn)峰值，約24.61 μmol·g-1·min-1（圖5-D）。香梨果實SuSy-c活性以果皮相對最高，比果心和果肉平均高約1.51倍和1.62倍。

圖4 庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟過程果心、果肉、果皮不同途徑呼吸速率的差異Fig. 4 Difference of respiration rate from different respiratory pathways between core, pulp and peel in Korla pear throughout the fruit development and ripening

表1 庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟過程不同部位質(zhì)量與糖分及甜度的相關性Table 1 Correlations between weight, sugar contents and sweetness of core, pulp and peel in Korla pear throughout the fruit development and ripening

果肉SuSy-s活性在花后100 d升至峰值140.09 μmol·g-1·min-1（圖5-E）；此后至果實成熟活性呈線性下降。果心SuSy-s僅在花后150 d活性升高，此前并無明顯變化。果皮SuSy-s活性在花后80—110 d活性偏低，約33.91—51.40 μmol·g-1·min-1。香梨果實SuSy-s活性以果肉相對最高，比果心和果皮平均高26.06%—108.82%。

表2 庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟過程不同部位總呼吸與EMP、TCAC、PPP、AP、CP途徑呼吸速率分類回歸結果Table 2 Category regressions between total respiration rate and respiration rates corresponding to EMP, TCAC, PPP, AP, CP of core, pulp and peel of Korla pear

2.4.2 山梨醇代謝酶活性變化 果實各個部位的SO、NAD-SDH、NADP-SDH活性均以果肉相對最高，平均約29.57、29.20、15.75 μmol·g-1·min-1，比果心和果皮的SO活性平均高26.11倍和20.70倍；比果心和果皮的NAD-SDH活性平均高6.30和4.99倍；比果心和果皮的NADP-SDH活性平均高5.37和3.04倍。果實發(fā)育成熟過程，果肉的山梨醇代謝3種酶活性均呈指數(shù)下降、變化幅度相對最大（圖5-F、G、H）。果心和果皮的SO、NAD-SDH、NADP-SDH活性較弱、未見明顯變化。

2.4.3 淀粉代謝酶活性變化 果實發(fā)育成熟過程中，果皮AGPase活性由128.03 μmol·g-1·min-1線性降至74.66 μmol·g-1·min-1（圖5-I）；果心和果肉AGPase活性在花后100—110 d出現(xiàn)峰值81.95 μmol·g-1·min-1和116.02 μmol·g-1·min-1，但果實AGPase活性均值以果心相對最低。

果皮、果肉和果心UGPase分別在花后90 d、120 d、140 d出現(xiàn)活性峰值，約1 730.93、1 828.68、1 426.27 μmol·g-1·min-1（圖5-J）；果實UGPase活性以果心相對最低，比果肉和果皮平均低16.25%—23.59%。

果肉的α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性呈指數(shù)降低，約827.64 μmol·g-1·min-1和267.62 μmol·g-1·min-1，變化幅度相對最大（圖5-K、L）。果心和果皮α-淀粉酶活性的均值相對較高，分別為204.83 μmol·g-1·min-1和345.42 μmol·g-1·min-1，但發(fā)育成熟過程未見明顯變化。花后130—150 d果皮和果心β-淀粉酶活性平行升至最高；花后90 d之后，果實β-淀粉酶活性始終以果皮相對最高。

2.5 成熟過程中呼吸代謝酶活性變化

2.5.1 磷酸戊糖途徑代謝酶活性變化 果皮G-6-PDH與6-PGDH聯(lián)酶的活性從花后70 d由峰值295.90 μmol·g-1·min-1呈線性降低，下降幅度約89.65%（圖6-A）。果心的聯(lián)酶活性在花后100 d升至峰值166.80 μmol·g-1·min-1，果肉的聯(lián)酶活性平緩升高，在成熟末期達到最高，約113.58 μmol·g-1·min-1。

2.5.2 糖酵解代謝酶活性變化 果皮PK活性從花后70 d由峰值99.90 μmol·g-1·min-1呈線性降低，下降幅度約56.84%（圖6-B）。果肉PK在花后100 d活性升至峰值79.41 μmol·g-1·min-1；果心PK活性僅從花后120 d之后略有上升，此前未見明顯變化。果實發(fā)育成熟過程以果心PK活性相對最低，比果肉和果皮平均低41.37%—45.29%。

果肉和果心GPI活性均呈線性升高，至花后150 d升至最高，分別約88.36 μmol·g-1·min-1和93.53 μmol·g-1·min-1（圖6-C）。果皮GPI活性為60.36—71.61 μmol·g-1·min-1，未見明顯變化；香梨花后110—150 d果實GPI活性以果肉相對最高，果皮最低。

2.5.3 三羧酸循環(huán)代謝酶活性變化 果心PDC活性從花后60 d約82.94 μmol·g-1·min-1呈指數(shù)平緩下降（圖6-D），果皮和果肉PDC活性均在花后130 d達到峰值、約65.59 μmol·g-1·min-1和46.85 μmol·g-1·min-1。發(fā)育成熟過程果實PDC活性以果肉相對最低、比果心和果肉平均偏低61.02%—78.53%。

果皮和果肉Sdh活性分別在花后90 d、100 d降至最低，均在花后120 d回升至峰值，分別為15.90 μmol·g-1·min-1和20.54 μmol g-1min-1（圖6-E）。果心Sdh活性約10.90—14.02 μmol·g-1·min-1，未見明顯變化。發(fā)育成熟過程果實Sdh活性以果肉相對最高，比果皮和果心平均高40.18%—42.36%。

圖5 庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟過程果心、果肉、果皮的糖代謝酶活性變化Fig. 5 Enzyme activities of sugar metabolism of core, pulp and peel in Korla pear throughout the fruit development and ripening

果心NAD-MDH活性從花后70 d由峰值1 770.42 μmol·g-1·min-1呈指數(shù)快速衰減（圖6-F），果皮NAD-MDH活性在花后100 d出現(xiàn)峰值1 027.50 μmol·g-1·min-1，果肉NAD-MDH活性均值約366.87 μmol·g-1·min-1，未見明顯變化。發(fā)育成熟過程果實NAD-MDH活性以果肉相對最低，比果心和果皮平均低50.46%和56.51%。果皮NADP-ME活性在花后110 d升至峰值786.67 μmol·g-1·min-1（圖6-G），果心NADP-ME活性從花后60 d呈指數(shù)下降至115.83 μmol·g-1·min-1。果肉NADP-ME活性為249.44—281.11 μmol·g-1·min-1，未見明顯變化。發(fā)育成熟過程果實NADP-ME活性以果皮相對最高，比果肉和果心活性平均高約1.18倍和5.14倍。

圖6 庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟過程果心、果肉和果皮呼吸代謝的酶活性變化Fig. 6 Enzyme activities of respiratory metabolism of core, pulp and peel in Korla pear throughout the fruit development and ripening

2.5.4 電子傳遞鏈代謝酶活性變化 果皮COX活性在花后90 d升至峰值37.95 μmol·g-1·min-1（圖6-H），果肉COX活性呈線性升高，最高至19.88 μmol·g-1·min-1，果心COX活性為2.58—10.33 μmol·g-1·min-1，僅在花后120 d略有升高。發(fā)育成熟過程果實COX活性以果皮相對最高，比果肉和果心平均高約50.16%和2.27倍。

果肉AOX活性在花后110 d升至峰值255.10 nmol·(O2)mg-1·min-1，果心AOX活性在花后80 d出現(xiàn)峰值119.88 nmol·(O2)mg-1·min-1，果皮AOX活性為22.43—51.02 nmol·(O2)mg-1·min-1，未見明顯變化（圖6-I）。發(fā)育成熟過程中果實AOX活性以果肉相對最高，比果心和果皮平均高約1.14倍和2.27倍。

2.6 成熟過程中糖代謝和呼吸代謝的響應關系

2.6.1 果心糖代謝和呼吸代謝的響應關系 分階聚類分析結果顯示，果心發(fā)育成熟過程被分為2個階段。第一個階段為花后60—80 d，可歸為果心發(fā)育初期，以果心TCAC與山梨醇、蔗糖的代謝的增強和響應關聯(lián)為主（圖7-A，綠色條碼），聚類酶包括：TCAC反應的啟動節(jié)點PDC、蘋果酸代謝NADP-ME與NAD-MDH、TCAC與電子傳遞的聯(lián)結位點Sdh、交替呼吸電子傳遞AOX；將蔗糖和蔗糖-6磷酸分解為果糖、葡萄糖、6磷酸-葡萄糖、ADP-葡萄糖的AI和SuSy-c，均在該階段出現(xiàn)活性峰值。第二個階段為花后90—150 d。其中，花后90—110 d的聚類分支屬于果心質(zhì)量增加最快的時期，可歸為果心速生期，基本以糖代謝為主。聚類代謝酶包括：調(diào)控蔗糖-6磷酸合成與分解的SPS和NI，以及催化蔗糖/淀粉代謝、合成ADP-葡萄糖及高水平磷酸的AGPase均出現(xiàn)活性峰值、被聚為一個分支（圖7-A，黃綠色條碼）；氧化山梨醇為葡萄糖的SO、水解淀粉轉化為單糖的β-amylase，與G-6-PDH/6-PGDH聯(lián)酶的聚類分支（圖7-A，黃色條碼），與花后120—150 d的聚類分組關聯(lián)?；ê?20—150 d的聚類分支可歸為果心的成熟階段，以EMP、淀粉、山梨醇的代謝響應為主，聚類代謝酶包括：轉化山梨醇、促進果糖和葡萄糖積累的SDH；催化淀粉水解為單糖的α-amylase、催化磷酸-葡萄糖轉化為蔗糖合成底物的UGPase，可逆轉化葡萄糖-6磷酸和果糖-6磷酸的GPI，提供TCAC反應底物丙酮酸，同時轉化ADP為ATP的PK，以及參與ATP合成的細胞色素電子傳遞鏈COX，均在該階段活性增強、出現(xiàn)峰值（圖7-A，紅色條碼）。

根據(jù)果心糖分含量和代謝酶活性的主成分分析結果，發(fā)育成熟過程果心糖代謝與呼吸代謝的動態(tài)關聯(lián)被分成2個維度，對分析變量和補充變量的方差解釋為51.10%（圖8-A-1）。隨著果心質(zhì)量增加、組織發(fā)育成熟，果心糖分的主成分轉變順序為：淀粉→蔗糖→山梨醇→葡萄糖→果糖；主成分的載荷維度（0.0—1.0）與果心質(zhì)量7.0—12.0 g（質(zhì)量標示變量系數(shù)-2.0—2.0）的維度基本對稱（圖8-A-2）。代謝酶中以GPI、SO、NADP-SDH、UGPase的載荷系數(shù)相對較高（0.817、0.714、0.681、0.672），并與蔗糖含量變化的關聯(lián)度較高；而果心含量最高的糖分——葡萄糖和果糖的含量，與COX、PK和α-amylase的活性關聯(lián)度相對較高。

2.6.2 果肉糖代謝和呼吸代謝的響應關系 分階聚類將果肉發(fā)育成熟過程分為2個階段。第一個階段為花后60—80 d，可歸為果肉的發(fā)育初期，以山梨醇、蔗糖、淀粉代謝的增強與響應關聯(lián)為主；山梨醇代謝酶SO、SDH（NADP型和NAD型），蔗糖代謝酶AI、NI、SuSy-c，蔗糖/淀粉代謝酶α-amylase、β-amylase、AGPase、UGPase，共11種活性較強的糖代謝酶被聚為一組（圖7-B，綠色條碼）；有7種酶的活性出現(xiàn)峰值。該階段的糖代謝特點為：催化山梨醇和蔗糖兩種運轉糖轉化為單糖的反應較為活躍，淀粉降解的代謝強度相對最高。第二個階段為花后90—150 d，其中花后90—110 d的聚類分支屬于果肉質(zhì)量快速增加的時期，可歸為果肉速生期，以TCAC（圖7-B，黃色條碼）代謝為主（PDC、NADP-ME、Sdh）?；ê?20—150 d的聚類分支可歸為果肉成熟階段，以EMP和蔗糖代謝關聯(lián)為主（圖7-B，紅色條碼），EMP調(diào)控ATP合成的節(jié)點PK，逸失多余電子、減少ATP合成的AOX均在該階段出現(xiàn)活性峰值；調(diào)控磷酸化蔗糖與單糖轉化的SPS，平衡蔗糖與單糖動態(tài)消長的SuSy-s與SuSy-c，促進淀粉水解產(chǎn)物向蔗糖轉化的AGPase和UGPase，同步出現(xiàn)酶活性的增強。

主成分分析結果顯示，香梨果實發(fā)育成熟過程果肉糖代謝與呼吸代謝的動態(tài)關聯(lián)被分成2個維度，對分析變量和補充變量的方差解釋為63.93%（圖8-B-1）。對照果肉的質(zhì)量標示圖（圖8-B-2），發(fā)育成熟過程果肉糖分的主成分轉變順序為：淀粉→山梨醇→蔗糖、葡萄糖、果糖。其中，果肉質(zhì)量緩慢增長的過程（維度2載荷系數(shù)-4.0—0.0），淀粉和山梨醇代謝關聯(lián)性較高，與分階聚類分析結果一致。果肉質(zhì)量50.0—100.0 g快速增長過程（質(zhì)量標示維度2載荷系數(shù)0.0—6.0）以山梨醇積累為主；果肉質(zhì)量大于100.0 g后，以蔗糖、葡萄糖和果糖積累為主；SPS（0.822）、SuSy-s（0.775），與EMP代謝GPI（0.807）、調(diào)控ATP合成的PK（0.730）與COX（0.874），以及PPP呼吸支路G-6-PDH/6-GPDH聯(lián)酶（0.936）的載荷系數(shù)和關聯(lián)度較高。

2.6.3 果皮糖代謝和呼吸代謝的響應關系 分階聚類將果皮發(fā)育成熟過程分為2個階段。第一階段為花后60—120 d（圖7-C，綠色、黃綠和黃色條碼），可歸為果皮的發(fā)育期，支路呼吸途徑PPP的G-6-PDH/ 6-GPDH聯(lián)酶，呼吸主路徑EMP的產(chǎn)能節(jié)點PK及TCAC啟動節(jié)點PDC，淀粉降解、轉化ADP-葡萄糖以及合成蔗糖的α-amylase、AGPase、SuSy-s存在較高活性的響應關聯(lián)；TCAC蘋果酸代謝NAD-MDH與NAD-ME，與山梨醇轉化果糖SDH（NAD型與NADP型）、淀粉水解轉化UDP-葡萄糖UGPase，均在該階段出現(xiàn)酶活性峰值。第二個階段為花后130—150 d，可歸為果皮的成熟期。該階段SO、SuSy-c、NI、β-amylase糖代謝在同步出現(xiàn)酶活性峰值的響應；蔗糖代謝AI與SPS、TCAC與電子傳遞聯(lián)結節(jié)點Sdh，兩個電子傳遞鏈關鍵酶AOX和COX，均具有較強活性、被關聯(lián)聚類（圖7-C，紅色條碼）。

圖7 庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟過程糖與呼吸代謝酶的分階聚類Fig. 7 Hierarchical clustering analysis of 21 enzyme activities profiles of sugar metabolism and respiratory metabolism of Korla pear throughout the fruit development and ripening

圖8 庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟過程糖分與21種代謝酶活性的主成分分析Fig. 8 Principal component analysises of combined set of 5 sugars content with 21 metabolic enzyme activities Korla pear throughout the fruit development and ripening

主成分分析結果顯示，果實發(fā)育成熟過程果皮糖代謝與呼吸代謝的動態(tài)關聯(lián)被分成2個維度，對分析變量和補充變量的方差解釋為55.54%（圖8-C-1）。對照果皮質(zhì)量標示圖（圖8-C-2），發(fā)育成熟過程果皮糖分的主成分轉變順序為：山梨醇、蔗糖→淀粉→葡萄糖、果糖。其中，果皮質(zhì)量10.0—17.0 g（維度1系數(shù)0.0—6.0）快速增長的時期，果皮糖分以山梨醇和蔗糖兩個運轉糖為主要組分；糖代謝AI、NI、NAD-SDH、SuSy-s，與呼吸代謝Sdh、AOX的活性關聯(lián)度較高，以Sdh（0.825）、NI（0.948）和AI（0.923）的載荷系數(shù)最高。果皮質(zhì)量增至17.0—22.0 g的時期，糖分以淀粉、葡萄糖和果糖為主要組分；呼吸代謝中僅有COX與糖代謝SO、β-amylase、SPS、SuSy-c的活性關聯(lián)度較高；以SO（0.823）和β-amylase（0.894）的載荷系數(shù)相對最高。

3 討論

香梨果實發(fā)育和成熟過程中，果心、果肉和果皮的山梨醇含量都較為豐富，比蔗糖含量高6.0%—48.0%，葉片合成并運至果實的糖分，尤其在發(fā)育前期可能以山梨醇為主。山梨醇代謝轉化的產(chǎn)物之一果糖可直接參與EMP；其轉化的葡萄糖由EMP關鍵酶GPI調(diào)控、選擇性的參與EMP或PPP[31,41]。圖9顯示，果肉、果心和果皮的GPI代謝熱點均出現(xiàn)于成熟期，表示成熟期各部位GPI活性的升高有利于引導更多的6磷酸-葡萄糖轉化為6磷酸-果糖進入EMP，以減少果糖的消耗而留存和積累。山梨醇代謝和蔗糖轉化可能是香梨果實的糖代謝基本途徑，作為代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)樞紐與呼吸代謝關聯(lián)。

果實各部位的蔗糖比例雖然比山梨醇明顯偏低，但發(fā)育成熟過程依然具有關鍵的作用。一方面，蔗糖可能是果實發(fā)育前期淀粉合成與積累的來源[42-46]。蔗糖運轉、卸載至果實[9]、被SuSy-c分解為ADP-葡萄糖后[18,20]，再由淀粉合成酶或分支酶轉化為支鏈淀粉和淀粉[47-49]；其次，蔗糖作為代謝調(diào)控的信號[8,50]，可能在SuSy合成和分解過程起到轉換和反饋調(diào)節(jié)UDP-葡萄糖或ADP-葡萄糖的轉化率的作用，從而調(diào)控蔗糖/淀粉代謝轉化方向和強度。因此，香梨果實的糖代謝沒有蔗糖的明顯積累，可能與低含量的蔗糖僅作為單糖/多糖代謝之間的路徑連接信號作用有關。SuSy兩個代謝轉化方向的產(chǎn)物和底物均存在果糖，作為香梨果實中含量最為豐富的糖組分，果糖含量的高低可能直接影響SuSy的轉化方向和活性強弱。躍變型果實成熟過程中，多發(fā)生組織淀粉水解、轉化[51-54]為單糖被用于呼吸代謝。代謝路徑（圖9）顯示，淀粉降解代謝趨于3個方向[55]：（1）淀粉由α-amylase水解為糊精。（2）淀粉由淀粉磷酸化酶分解為1磷酸-葡萄糖后，通過UGPase轉化為UDP-葡萄糖，或通過SuSy-s與果糖合成蔗糖；或通過SPS與6-磷酸果糖合成6磷酸-蔗糖。（3）淀粉通過β-amylase外切為麥芽糖，麥芽糖磷酸化酶水解麥芽糖為葡萄糖和磷酸-葡萄糖[56]。UGPase和AGPase作為淀粉代謝與蔗糖代謝路徑連接的節(jié)點[13]轉化磷酸-葡萄糖為UDP-葡萄糖或ADP-葡萄糖[19]，香梨果實中2個酶活性同時或前后交替升高，與淀粉含量的同步下降有關；而果實各部位的磷酸-葡萄糖被合成蔗糖或6磷酸-蔗糖，葡萄糖被轉化為6-磷酸葡萄糖后，由GPI和G-6-PDH競爭性的選擇進入EMP或PPP，同樣在馬鈴薯低溫糖化過程被發(fā)現(xiàn)[57]。香梨花后100 d果實趨于成熟，果心和果肉的蔗糖轉化為單糖的積累過程，與蔗糖積累同時存在；依靠淀粉水解產(chǎn)物轉化和蔗糖不斷分解，葡萄糖和果糖積累明顯、甜度升高；通過GPI促進糖分流向EMP底物轉化，由PDC、Sdh、COX保持TCAC代謝通路的流程，NAD-MDH與NADP-ME通過有機酸回填和產(chǎn)物平衡，調(diào)控TCAC物質(zhì)合成與電子傳遞的代謝速度；PPP代謝增強表示該階段在糖分富集和GPI異構反應負荷過高條件下，可能通過呼吸支路代謝增強、主動分流糖代謝供應過量的6磷酸-葡萄糖。因此，代謝強度較高的EMP或PPP與蔗糖/淀粉代謝關聯(lián)，是促進果心和果肉糖代謝、單糖持續(xù)積累的有利條件。

SPS合成6-磷酸蔗糖的過程必須以6磷酸-果糖為底物，相關功能鑒定的研究結果說明果糖含量的高低與磷酸蔗糖合成的啟動和持續(xù)有關[10]。香梨果實的果糖聚寡同時受蔗糖和山梨醇代謝的多個位點調(diào)控，例如果肉和果皮的AI、NI、SO和SDH在同一時期形成關聯(lián)熱點。SO屬于束縛型調(diào)控酶，以SDH催化山梨醇生成果糖的能力較強，對果糖積累的貢獻可能相對更高[58]。果心SPS在花后60—110 d較為活躍，果肉和果皮活性從花后100 d升高，說明磷酸蔗糖的合成是果心發(fā)育期和速生期的重要事件；此時的果心果糖含量明顯高于果肉和果皮，已達到果實內(nèi)源多聚糖代謝的條件。果肉和果皮SPS啟動時，果肉的果糖和果皮的山梨醇含量均大于30 mg·g-1；此時果肉和果皮的呼吸代謝同步升高，加快內(nèi)源聚糖的轉化以維持代謝通路。蔗糖轉化酶的催化反應僅發(fā)生在酸性或中性環(huán)境[59]，有機酸在TCAC過程合成并運至胞質(zhì)，為轉化酶提供了酸性環(huán)境；TCAC生成的質(zhì)子在線粒體內(nèi)被“質(zhì)子泵”用于合成ATP，而SDH在催化山梨醇轉化為果糖或葡萄糖時亦釋放質(zhì)子，有利于TCAC保持代謝強度、持續(xù)合成有機酸。香梨花后90 d出現(xiàn)果肉和EMP轉換構成呼吸主路徑，與番茄相關研究結果一致；BIAIS等[40]認為TCAC代謝增強提高ATP合成，是果實發(fā)育細胞分裂的必要條件，此后細胞膨大的速生過程需要EMP參與完成。

圖9 庫爾勒香梨果實發(fā)育成熟過程果心、果肉和果皮糖代謝與呼吸代謝的關聯(lián)差異Fig. 9 Simplified drawing of sugar metabolism and respiratory metabolism responding difference between core, pulp and peel of Korla pear throughout the fruit development and ripening

花后120—150 d，果心、果肉和果皮COX，以及果肉和果皮的AOX活性升高，與GPI和Sdh（果肉和果皮）形成關聯(lián)熱點。CP高強度的電子傳遞推動能量合成與AP放熱耗能過程[60-61]同時存在，必然導致底物的消耗過量。交替呼吸途徑雖然表現(xiàn)為“無效”的散熱和能量損失過程，但交替途徑參與果實躍變成熟的調(diào)控[62-65]。該階段山梨醇含量下降明顯，表示代謝底物可能來源于山梨醇，代謝消耗大于運轉供給造成山梨醇含量下降；而果肉NADPME活性升高，表示通過有機酸回填反應補充代謝底物的虧缺。

綜上所述，香梨果實發(fā)育成熟過程：（1）花后60—80 d的果心發(fā)育期，果心的糖代謝以蔗糖代謝為主，與TCAC的蘋果酸代謝、Sdh、交替電子傳遞形成代謝的關聯(lián)熱點；花后90—150 d的果心速生期與成熟期，糖代謝以淀粉和山梨醇代謝為主，以蔗糖代謝作為多糖和單糖轉化的連接路徑，與EMP、PPP和細胞色素途徑形成關聯(lián)熱點。（2）花后60—80 d果肉發(fā)育初期基本以糖代謝為主，淀粉酶、蔗糖轉化酶和山梨醇酶為代謝熱點，未見呼吸代謝熱點的明顯關聯(lián)；花后90—150 d果肉速生期和成熟期以呼吸代謝為主，EMP、TCAC、CP、AP相關酶與SPS、SuSy-s形成關聯(lián)熱點。（3）花后60—120 d的果皮發(fā)育期，淀粉酶、NAD-SDH與PK、蘋果酸代謝酶和PPP呼吸形成代謝熱點；花后120—150 d果皮成熟期的糖代謝以蔗糖代謝和山梨醇代謝（SO和NADP-SDH）為主，與GPI、Sdh、AOX、COX形成關聯(lián)熱點。從本試驗結果來看，香梨果實發(fā)育成熟的過程存在果實3個部位糖代謝和呼吸代謝的異質(zhì)化，果心成熟相對較早，當果肉果糖和葡萄糖含量升至峰值之前，果心已達到生理成熟，果糖和葡萄糖停止積累，以呼吸代謝消耗單糖為主要生理過程；果皮成熟相對最晚。因此，適宜在果心糖分達到峰值的時期采收香梨，即新疆巴州主產(chǎn)區(qū)的9月上旬。

花后130 d之前香梨果實的果皮存在強度較高的PPP代謝和蘋果酸代謝，表示果皮的部分糖代謝產(chǎn)物用于次生代謝，有機酸大量TCAC代謝被消耗。香梨等外果在發(fā)育期果皮增厚，近果皮組織石細胞比例和有機酸含量偏高，可能與蘋果酸代謝異常，有機酸未被大量消耗，TCAC與EMP代謝減弱，果皮組織糖代謝產(chǎn)物集中流向木質(zhì)素代謝有關。庫爾勒香梨作為梨屬植物中與西洋梨（Pyrus communis Linn.）存在親緣關系的品種[2,66]，具有后熟躍變過程果皮色澤轉黃和皮層油脂增厚特性[67]，可能與果皮成熟后期高強度電子傳遞的產(chǎn)能與放熱代謝帶動TCAC，以完成氨基酸、脂肪酸及香氣呈味組分的轉化合成[68]有關。從呼吸躍變的強弱差異來看，香梨屬于內(nèi)（果心）、外（果皮）強，中心（果肉）弱的“夾心”模式，與厚皮甜瓜呼吸代謝“內(nèi)強外弱”的漸變模式有所不同[69]。呼吸代謝較強的部位，均存在與外界環(huán)境交換氣體的通道，以維持高強度的有氧呼吸[70]，香梨果皮可直接與環(huán)境交換氣體，而果心存在的中空腔體與花萼的萼孔相通，具有與環(huán)境氣體交換的結構條件；其心室隔膜又能有效的避免種籽與空氣接觸，有利于維持種籽成熟后的休眠狀態(tài)，從而滿足不同組織休眠或代謝活躍的需要。

4 結論

4.1 香梨花后60—80 d的果心發(fā)育期，蔗糖、三羧酸循環(huán)、交替途徑的代謝酶關聯(lián)，促進蔗糖轉化為單糖，用于放熱耗能的呼吸代謝；花后90—150 d果心速生期和成熟期，果心質(zhì)量增至7.0 g以上，淀粉/蔗糖、山梨醇、糖酵解、磷酸戊糖途徑、細胞色素途徑的代謝酶關聯(lián)，以糖酵解為呼吸主路徑，促進果糖、葡萄糖積累比例升高，與質(zhì)量和甜度的增長顯著相關。4.2 香梨花后60—80 d的果肉發(fā)育期，淀粉/蔗糖與山梨醇代謝酶關聯(lián)，促進淀粉、山梨醇和蔗糖轉化為單糖，果糖含量快速升高；花后90—150 d果肉速生期和成熟期，果肉的糖酵解、三羧酸循環(huán)、交替途徑、細胞色素途徑、淀粉/蔗糖的代謝酶關聯(lián)；糖酵解和三羧酸循環(huán)在花后約90 d切換，相繼成為呼吸主路徑；果肉質(zhì)量增至50.0—100.0 g，以淀粉降解和山梨醇積累為主；質(zhì)量增至100.0 g以上則以果糖、葡萄糖和蔗糖積累，均與質(zhì)量和甜度的增長顯著相關。

4.3 香梨花后60—120 d的果皮發(fā)育期，淀粉、山梨醇、磷酸戊糖途徑、糖酵解、三羧酸循環(huán)的代謝酶關聯(lián)，以糖酵解和三羧酸循環(huán)共同構成呼吸主路徑，山梨醇積累和蔗糖轉化較快。花后130—150 d果皮成熟期，果皮質(zhì)量增至17.0 g以上，蔗糖、山梨醇、糖酵解、三羧酸循環(huán)、交替途徑、細胞色素途徑的代謝酶關聯(lián)，促進山梨醇轉化和果糖、葡萄糖的積累。

4.4 香梨果實以糖分積累構成典型的內(nèi)在品質(zhì)，存在果實成熟時糖分構成與甜度的部位異質(zhì)，是發(fā)育與成熟不同階段糖代謝與呼吸代謝不同動態(tài)響應累積的結果。磷酸已糖異構酶與細胞色素氧化酶是果實3個部位成熟期呼吸代謝與糖代謝的交聯(lián)節(jié)點。

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（責任編輯 趙伶俐）

Metabolic Profiles of Sugar Metabolism and Respiratory Metabolism of Korla Pear (Pyrus sinkiangensis Yu) Throughout Fruit Development and Ripening

PAN Yan1,2, MENG Xin-tao2, CHE Feng-bin2, XUE Su-lin2, ZHANG Ting2, ZHAO Shi-rong1, LIAO Kang1
(1College of Forestry and Horticulture Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052;2Institute of Agro-production Storage and Processing, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091)

【Objective】The responding relationship of sugar metabolism and respiratory metabolism throughout the fruit development and ripening of Korla pear (Pyrus sinkiangensis Yu) was analyzed with an attempt to assess the effect of metabolic interaction on fruit sugar accumulation.【Method】Korla pears were sampled at 10-day intervals from 60-150 DPA days post anthesis and were sliced into pulps, cores and peels, then the 12 enzyme activities of sugar metabolism and 9 enzyme activities of respiratory metabolism as well as the quality, vertical and horizontal diameter, contents of starch and 4 soluble sugars, and respiration rates of different respiratory pathways were measured. The relationship between quality and sugar components, respiratory main pathway and the effect of clustered metabolic enzymes interaction on the sugars composition at different stages of fruit development and ripening were determined from the results of regression analysis, hierarchical clustering and principal component analysis for discussion and profile of the metabolic pathways and features of different fruit parts in Korla pear.【Result】EMP (Embden-Meyerhof-Parnas) is therespiratory main path of core. EMP and TCAC (Tricarboxyficacid cycle) alternately compose the respiratory main path of pulp. EMP is integrated with TCAC in the respiratory main path of fruit peel. Either core or pulp, the metabolic interaction between sugar metabolism and respiratory metabolism differs in 2 patterns at 90 DPA before and after, and differs at 120 DPA of peel, respectively. The enzymes of core involved in metabolism of starch, sucrose and sorbitol were clustered with the enzymes involved in metabolism of EMP, PPP (phosphopentose pathway) and CP (Cytochrome pathway) at maturation, as well as the hierarchical cluster of pulp grouped the enzymes involved in metabolism of starch, sucrose, EMP, TCAC, CP and AP (alternative pathway), and the cluster of peel grouped the enzymes involved in metabolism of sucrose, sorbitl, EMP, TCAC, CP and AP. The clustered enzyme activities increased dramatically or peaked that was relating significantly to the fructose and glucose accumulations of core and pulp, and relating to the increase of fructose and glucose with sorbitol conversion of fruit peel also.【Conclusion】Korla pear forms typical internal quality by sugar accumulation composed of principal components with fructose and glucose, which has a heterostructure presence of sugar composition and sweetness, that is the result of different metabolic profiles between sugar metabolism and respiratory metabolism respond progressively in different structures at different stages throughout the fruit development and ripening. GPI (glucose phosphate isomerase) and COX (Cytochrome oxidase) are key enzymes of common crosslink in sugar metabolism and respiratory metabolism at fruit maturation in three parts of Korla pear.

Korla pear; fruit development; sugar metabolism; respiratory metabolism; metabolic profiles

2016-03-08；接受日期：2016-06-28

新疆維吾爾自治區(qū)自然科學基金（2013211B25）

聯(lián)系方式：潘儼，E-mail：panyan1509@163.com。通信作者廖康，Tel：0991-8757998；E-mail：liaokang01@163.com