梅和杏果实糖酸变化规律及有机酸代谢差异研究

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本论文研究以梅品种‘养老’和‘丰后’以及杏品种‘金太阳’为材料,应用高效液相色谱法分别测定果实不同生长时期糖酸含量以及有机酸相关代谢酶的活性,最后利用分子生物学方法对有机酸相关基因进行实时荧光定量检测,拟找出梅和杏有机酸形成差异的原因和主要调控有机酸的关键基因。通过研究分析,找出影响果实风味的重要组分和糖酸含量在发育过程中的变化规律,有机酸相关代谢酶的调控方式以及调控有机酸的关键基因。主要研究结论如下:1.通过测定梅和杏果实不同时期的有关指标,得出梅和杏在发育过程中的变化规律呈双“S”曲线。在发育过程中,‘养老’和‘金太阳’都属于早熟品种,在五月中下旬都达到生理成熟期,而‘丰后’在六月初成熟,成熟期稍晚,果实的发育呈良好的快-慢-快趋势。梅和杏的横、纵、侧径发育趋势基本都一致,单果重在从第Ⅱ期开始增加较快,在第Ⅲ期增加速度最快,表明这个阶段是果实重要物质积累的关键时期,同时也是决定果实大小和品质的重要时期。2.梅和杏果实有机酸主要由柠檬酸、苹果酸、酒石酸、草酸和乙酸组成。在它们果实的幼果期以苹果酸和乙酸为主,在成熟期以柠檬酸和苹果酸为主,其他几种酸的含量较低。梅和杏的柠檬酸在生长发育过程中都是不断上升的,从硬核期到退色期积累较快,在成熟后略有下降,同时总酸的变化趋势和柠檬酸趋于一致。果实中苹果酸含量变化规律都是先升高后快速下降,到成熟期含量降到最低水平。在成熟期,梅和杏柠檬酸的含量都占总酸的70%以上,其中‘养老’的柠檬酸含量为37.89 mg.g-1,’丰后’的柠檬酸含量为23.24 mg·g-1,‘金太阳’的柠檬酸含量为12.76 mg·g-1,因此有机酸的差异主要是由于柠檬酸的含量不同引起的。3.梅和杏果实可溶性糖主要由蔗糖、果糖、葡萄糖和山梨醇组成。在发育过程中,梅和杏的蔗糖含量不断增加,从硬核后期到果实生理成熟期快速积累。果糖含量总体变化规律都呈下降趋势,到生理成熟期达到最低值。‘金太阳’和‘丰后’在果实发育前期葡萄糖不断升高,到硬核期达到最大值,在发育后期不断下降,然而’养老’的葡萄糖含量在整个过程中都呈不断下降趋势。山梨醇含量在梅和杏中变化趋势一致,都呈先升高后降低趋势。在果实成熟期,’养老’的蔗糖含量为14.09 mg.g-1,占总糖的71.95%;‘丰后’的蔗糖含量为17.9 mg.g-1,占总糖的67%,‘金太阳’的蔗糖含量为60.02 mg·g-1,占总糖的63.3%,表明蔗糖是最主要的糖组分,同时可以看出梅和杏在发育过程中都属于蔗糖积累型果实,蔗糖含量是引起成熟时果实品质差异的主要原因之一。4.为了研究梅和杏果实有机酸形成差异原因,分别测定‘养老’、‘丰后’和‘金太阳’果实有机酸代谢相关酶的活性。在‘养老’和‘金太阳’果实发育过程中,通过相关系分析,CS,NAD-IDH,Cyt-ACO是柠檬酸代谢的关键酶,其中CS在不同时期都发挥主要作用。而在‘丰后’发育过程中,CS和NAD-IDH是柠檬酸代谢的关键酶。在梅和杏中,PEPC和ME是苹果酸代谢的关键酶。PEPC是促进苹果酸合成的酶,ME是苹果酸降解酶,在发育过程中两个酶相互作用,共同调控苹果酸的变化含量。结果表明,梅和杏的有机酸差异主要是由CS、PEPC和ME活性不同引起的,因此在果实发育前期调控PEPC和ME酶的活性,在发育后期调控CS的活性可以降低果实有机酸的含量。5.通过对梅和杏有机酸相关基因进行实时荧光定量PCR检测,得知在梅中,‘养老’和‘丰后’的CS基因跟柠檬酸和柠檬酸合成酶都有显著的相关性,表明CS基因正调控着柠檬酸和柠檬酸合成酶,是调控柠檬酸含量的关键基因。’金太阳’作为一个低酸品种的果实,在发育过程中柠檬酸基因的表达量低,跟柠檬酸的积累没有明显的关系,表明低酸品种的果实基因需要进一步挖掘,同时也说明了有机酸在发育过程中代谢非常复杂,需要从多方面去探讨分析。在‘养老’中PEPC和ME基因参与苹果酸的合成和降解,而‘丰后’和‘金太阳’中只有ME基因参与苹果酸的调控,表明不同品种中的有机酸分子调控机制不同,通过对有机酸相关基因表达量研究,为以后研究从分子方面调控有机酸奠定基础。
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