赖呈纯, 张富民, 赖恭梯*, 潘红, 张静, 潘若, 阙秋霞, 黄贤贵, 范丽华
摘心对‘巨峰’葡萄生长及蔗糖和淀粉代谢的调控作用
赖呈纯1,2, 张富民3, 赖恭梯1,2*, 潘红1,2, 张静1,2, 潘若1,2, 阙秋霞1,2, 黄贤贵1, 范丽华1
(1. 福建省农业科学院农业工程技术研究所，福州 350003；
2. 福建省农产品(食品)加工重点实验室，福州 350003；
3. 福建省福安市农业农村局，福建 福安 355000)
为揭示摘心对‘巨峰’葡萄(בKyoho’)生长发育、蔗糖和淀粉代谢的作用及其分子机理，采用不同留叶摘心方式，对叶片和茎段表型，果实可溶性固形物、蔗糖和淀粉积累特征，以及蔗糖和淀粉代谢相关基因的表达进行了研究。结果表明，摘心抑制‘巨峰’葡萄叶片生长和茎段增粗，但促进花序早期的快速增长，提高单果重、果穗重、株产量和可溶性固形物含量；
2叶摘心提高生长发育后期叶片蔗糖、茎段蔗糖和淀粉的含量；
2叶摘心促进蔗糖代谢基因、、的高表达，同时抑制淀粉代谢中的表达。因此，2叶摘心能够调控和基因的表达进而促进蔗糖合成和淀粉积累，为果实成熟、新梢萌芽和开花奠定营养基础。
葡萄；
摘心；
蔗糖；
淀粉；
糖代谢
葡萄()是葡萄科(Vitaceae)葡萄属果树，其适应性强，我国从北到南均有广泛的种植。‘巨峰’葡萄(בKyoho’)是中熟类型的欧美杂交种，原产于日本，于1959年引入我国[1–2]，是我国种植面积最广的品种之一，1984年在福建推广[3]，是目前福建省栽培面积最广的葡萄品种。‘巨峰’葡萄在南方通过避雨模式和有效栽培管理取得了良好的成效，但是仍然存在水肥配比不当、树形多样、修剪方式不统一、疏花疏果不到位、摘心时间和留叶数随意等现象，导致种植管理成本高、果实品质均一性差等问题，因此，标准化栽培管理，是解决‘巨峰’葡萄产业发展瓶颈的方式之一。葡萄摘心，是栽培生产的重要措施，能够有效平衡葡萄营养生长和生殖生长，通过抑制顶梢生长，避免与花穗或果实形成养分和水分的竞争, 促进保花保果和果实发育[4]。不同葡萄品种在栽培管理过程中所采用的摘心方式也不尽相同，应根据不同品种特点确定摘心时期和留叶数量，进而有效调节糖分的积累和运输。葡萄浆果中的糖分以果糖和葡萄糖为主，通过源器官蔗糖、淀粉等积累长距离运输并转化而来[5]，其中蔗糖是植物糖分运输的主要形式。蔗糖代谢关键酶主要有蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶和转化酶，在果实成熟过程中，通过转化酶的作用水解为果糖和葡萄糖, 在果实中贮藏，蔗糖合成、转运和卸载与糖代谢相关合成酶、转化酶具有密切的联系[6]。淀粉是植物中最重要的储藏多糖，淀粉的积累保证了充足的碳源储备，在淀粉酶作用下的分解产物用于蔗糖合成。目前，葡萄中糖代谢的研究多集中在库器官果实上[7]，而对于源器官叶片和茎段的蔗糖和淀粉代谢研究仍然不足，并且在不同摘心处理下的蔗糖、淀粉含量变化和分子调控机理不得而知。本试验通过不同留叶摘心处理，研究‘巨峰’葡萄的生长变化特征，筛选获得最佳摘心方式, 为生产应用提供理论依据；
分析淀粉和蔗糖积累的动态变化；
通过转录水平表达模式，明确淀粉和蔗糖积累与糖代谢相关基因的关系，进一步阐明不同摘心方式对‘巨峰’葡萄生长和糖代谢作用机理。
1.1 植物材料
‘巨峰’葡萄(בKyoho’)叶片和茎段采于福建省福安市溪柄镇葡萄示范基地，树龄10 a，树形为伞状，株行距1.5 m×2.6 m, 每亩种植约170株。试验以不摘心处理为对照，摘心时间为开花前7～10 d，摘心位置为花序上留2叶摘心(重摘心)和留6叶摘心(轻摘心)，8次采样时间为摘心处理后0、10、20、40、60、80、100、120 d，分别对应葡萄发育的开花前期、开花期、坐果期、果实快速膨大前期、果实快速膨大后期、硬核期、转色期和成熟期。叶片和茎段表型数据以及可溶性固形物含量为现场测定，用于蔗糖、淀粉测定和荧光定量PCR分析的样品取样后立即置于干冰保温盒中，带回实验室于液氮速冻后-80 ℃保存备用。
1.2 表型测定
叶片中脉长度、茎段节间长度、茎段粗度和花序(果穗)长度以游标卡尺进行测定，叶片中脉为基部向上第3叶的中脉长度，葡萄叶片中脉与叶面积呈线性回归关系[8]，因此中脉长度可间接反映叶片大小。茎段节间长为基部向上第2叶至第3叶节间的长度，茎段粗度为基部向上第2叶至第3叶节间茎段的粗度，花序(果穗)长度为第一穗花序(果穗)的长度。选取9株生长一致间距均匀的‘巨峰’葡萄，每3株为1个重复，每株取6个新梢。单果质量和穗质量用电子天平称量，果实可溶性固形物采用糖度仪进行测定。
1.3 蔗糖和淀粉含量测定
摘心处理后，对叶片和茎段的蔗糖及淀粉含量进行测定，蔗糖和淀粉含量的测定采用北京索莱宝科技有限公司提供的植物蔗糖含量检测试剂盒(微量法)和淀粉含量检测试剂盒(微量法)，具体实验步骤按照说明书进行。
1.4 RNA提取及cDNA合成
取约0.1 g叶片和茎段于液氮中研磨成匀浆,采用天根生化科技有限公司(北京)的RNAprep Pure多糖多酚植物总RNA提取试剂盒进行总RNA提取，提取方法参照说明书；
cDNA合成参照Prime Script TM RT reagent Kit with gDNA Eraser (Perfect Real Time)试剂盒(TaKaRa, 大连)进行，cDNA样品于–80 ℃保存备用。
1.5 糖代谢基因序列及蛋白质特性分析
从Genoscope和NCBI数据库下载糖代谢相关基因: 蔗糖磷酸合成酶基因(sucrose phosphate syn- thase,)、蔗糖合成酶基因(sucrose synthase,)、可溶性酸性转化酶基因(soluble acid invertase,)、细胞壁不溶性酸性转化酶基因(cell-wall binding acid invertase,)、中性转化酶基因(neutral inver- tase,)。淀粉代谢酶基因分别为-淀粉酶基因(-amylase,)、-淀粉酶基因(-amylase,)、淀粉分支酶基因(starch branching enzyme,)，采用Grape Genome Browser、DNAMAN、Expasy对基因序列和编码蛋白质进行特性分析，包括染色体位置信息、CDS长度、编码蛋白质的氨基酸数目、蛋白质分子量、等电点和亲水性系数。
1.6 实时荧光定量PCR分析
对不同摘心处理的叶片和茎段进行荧光定量PCR分析，目的基因和内参基因及其引物信息见表1。cDNA混合模板以2倍浓度梯度稀释为7个浓度用于标准曲线制作，试验于LightCycler®480 Soft- ware Version 1.5 (Roche)平台进行，最后进行Cp (crossing point)值、熔解曲线、标准曲线及扩增效率分析，以上试验均作3次重复。
表1 定量PCR引物
1.7 数据处理
荧光定量PCR试验的目的基因表达水平计算采用双内参基因分析方法，叶片组织的荧光定量PCR分析以和为内参，茎段组织的荧光定量PCR分析以和为内参[9–10]。采用Excel和GraphPad Prism 8进行数据的统计分析，通过Tukey多重比较进行显著性分析。
2.1 摘心方式对生长的影响
通过对‘巨峰’葡萄叶片中脉长度、茎段节间长度、茎段粗度和花序(果穗)长度的测定，研究不同留叶摘心处理对‘巨峰’葡萄营养生长的影响(图1)。叶片中脉长度和茎段节间长在不同摘心处理下变化模式趋于一致，均为处理后10 d (开花期)内急剧增长，而10 d后，增长趋于平缓和停滞。不摘心的叶片中脉长度最长，其次为2叶摘心，最后为6叶摘心的，方差分析表明，在摘心10、20、80和100 d时，不摘心的叶片中脉长度显著长于6叶摘心，而茎段节间长在不同时间不同摘心下没有显著性差异。因此，摘心抑制叶片生长。
茎段粗度的增长模式与中脉长度和茎段节间长度不同，随着生长期的延长，茎段粗度呈现缓慢增加而后下降的趋势，观察发现茎段粗度减小的原因主要是由于生长中后期茎段木质化引起，在摘心处理后第80天(硬核期)，果实种子硬化和茎段木质化趋于同一阶段进行，此时，3个处理方式的茎段粗度均达到最高值，分别为11.09、9.94和9.15 mm,不同处理下的粗细大小顺序为不摘心>2叶摘心>6叶摘心，方差分析表明，不摘心的茎段粗度显著大于6叶摘心(摘心0 d除外)。因此，摘心抑制茎段增粗。
图1 摘心处理对‘巨峰’葡萄表型的影响
随着生长时间的延长，3个处理下的花序(果穗)长度逐步增长，于摘心后第80天开始趋于停滞。不同摘心处理对比下，2叶摘心处理的花序(果穗)长度总体长于不摘心和6叶摘心。虽然在生长后期(80～ 120 d)不同摘心处理没有显著差异，但是在生长前期(20～60 d)，2叶摘心处理显著长于不摘心和6叶摘心处理，因此，2叶摘心促进‘巨峰’葡萄生长前期的花序(果穗)快速增长，有利于座果。
2.2 摘心方式对果实产量和品质的影响
不同摘心处理后，对‘巨峰’葡萄单果质量、果穗质量、株产量和可溶性固形物进行测定(图2)。3个摘心处理下的单果质量均在9 g以上，其中2叶摘心处理的达10.63 g，其次是6叶摘心，不摘心的单果质量最低，2叶摘心的单果质量显著高于不摘心和6叶摘心。2个摘心处理的果穗质量显著高于不摘心的，不摘心、2叶摘心和6叶摘心的果穗质量分别为297.90、381.08和360.27 g。2叶摘心的株产量最高(8.86 kg), 不摘心和6叶摘心的分别为7.05和8.35 kg，2叶摘心的株产量显著高于不摘心，重摘心的株产量高于轻摘心。因此，2叶摘心处理显著提高单果质量、果穗质量和株产量，显著提高果实产量。
摘心60 d后对果实可溶性固形物含量进行测定, 2叶摘心和6叶摘心处理的可溶性固形物(TSS)含量总体高于不摘心。在60和70 d时，3个处理的TSS含量总体相当，在80 d时，摘心处理的TSS含量大幅提高，并在90～110 d时显著高于不摘心的。而在120 d的果实成熟期，2个摘心处理的TSS含量升高趋势停滞，虽然2叶摘心和6叶摘心的TSS含量高于不摘心，但并无显著差异。因此，摘心处理促进果实发育中后期(果实转色期前后)的TSS快速积累，其中2叶摘心处理的促进作用更显著。因此，摘心处理可以促进果实发育中后期的糖分快速积累，促进葡萄果实的成熟，2叶摘心的作用最显著。
2.3 摘心方式对蔗糖和淀粉含量的影响
蔗糖和淀粉是葡萄中糖分运输和贮存的重要形式，叶片蔗糖的积累远高于茎段(图3)，叶片中蔗糖的积累最高为7.70 mg/g，而茎段中的最高仅为4.43 mg/g，因此蔗糖主要在叶片中合成并积累。在果实发育前期，叶片和茎段中蔗糖含量受摘心方式的影响较小，但是从摘心60 d的果实膨大后期开始, 3个处理的蔗糖积累在叶片和茎段中均呈现分化趋势，2叶摘心的蔗糖积累含量均最高，其次为6叶摘心，最低为不摘心的。结果表明2叶摘心促进蔗糖在叶片和茎段中的积累，并且叶片蔗糖的积累量高于茎段。
图2 摘心处理对‘巨峰’葡萄果实产量和可溶性固形物的影响。ns: 无显著差异；
柱上不同字母表示差异显著(P<0.05)。
不同摘心处理，叶片淀粉含量的变化趋势呈先升高后趋于稳定状态，在果实快速膨大前(摘心后10～40 d)，淀粉积累快速，叶片淀粉含量在果实膨大前期出现1个峰值，达20 mg/g以上，随后叶片淀粉含量维持在较高水平。与叶片积累淀粉的模式不同，茎段的淀粉含量总体呈逐步上升的趋势，但是在硬核期，淀粉含量出现小幅下降，随后又逐渐升高，摘心处理的淀粉含量高于不摘心的，其中2叶摘心茎段的淀粉含量在成熟期最高，为21.76 mg/g,显著高于不摘心和6叶摘心。结果表明摘心促进茎段中淀粉的积累，2叶摘心的淀粉含量更高。
2.4 糖代谢相关基因的结构和蛋白质理化特性分析
参考‘黑比诺’葡萄基因组信息，对8个糖代谢基因进行序列分析，包括5个蔗糖代谢基因和3个淀粉代谢基因，分别为、、、、、、和，8个基因位于不同染色体上, 其CDS序列长度为1 275～3 177 bp，平均2 102.63 bp。对蛋白质基本理化性质进行分析，8个基因编码蛋白由424～1 058个氨基酸组成，平均699.88个；
蛋白质分子量为47.2～117.9 kD，平均78.6 kD；
CWI蛋白的等电点为9.32，其他7个为4.59～6.13，平均6.17；
亲水性系数为–0.51～–0.159，平均-0.332,属于亲水蛋白。
图3 摘心处理对‘巨峰’葡萄蔗糖和淀粉积累的影响
表2 蔗糖和淀粉代谢的相关基因
2.5 叶片蔗糖和淀粉代谢基因的表达
蔗糖和淀粉代谢基因的表达模式见图4, 随着葡萄生长和果实的成熟，叶片蔗糖磷酸合成酶基因()的表达变化总体先呈平稳状态而成熟期急剧上调，2叶摘心处理的表达高于不摘心和6叶摘心，2叶摘心促进的表达。叶片基因表达模式与不同，叶片基因在不同摘心处理的表达水平相当，表达量在开花前期最大,随后急剧下调，坐果期又上调，果实发育后期呈急剧下调趋势，处于较低水平。不同摘心处理的具有相同的表达模式，随着果实的生长发育，叶片基因的表达水平呈下降趋势，在果实生长后期几乎检测不到的表达。的表达模式总体呈先升后降，在果实硬核期之前,处于低水平表达，在硬核期表达水平上调，此时，不摘心和6叶摘心的表达量达到峰值，而2叶摘心的表达量仍继续升高，并在转色期时达到最大值(3.68倍)。叶片表达量总体亦呈先升后降趋势，不摘心和6叶摘心的处于低水平表达模式，但是2叶摘心的在果实膨大前期达到峰值，随后快速下调，的表达水平总体远高于其余2组处理。这表明2叶摘心促进、和在叶片中的表达。
本研究检测了叶片淀粉代谢相关基因、和，叶片和的表达模式相似, 总体呈“升-降-升”的表达趋势，在开花期和果实成熟期均出现表达高峰，并且表达水平相当。不同摘心处理下，2叶摘心的叶片在开花期并未出现表达高峰，6叶摘心的叶片在转色期出现高表达。叶片的表达水平呈连续波动，总体呈先升后降的表达模式，3种摘心处理的均在硬核期达到峰值。结果表明，不同摘心处理下，淀粉代谢相关基因的表达模式相近，叶片中淀粉代谢相关基因表达可能受摘心方式的影响较小。
图4 摘心处理对叶片蔗糖和淀粉代谢相关基因表达的影响
2.6 茎段蔗糖和淀粉代谢基因的表达
对茎段中蔗糖和淀粉代谢相关基因进行转录表达分析(图5)。在果实发育前期，茎段的表达量呈缓慢上调，进入转色期后，表达量急剧上调, 2叶摘心的表达水平高于不摘心和6叶摘心, 因此茎段中在果实发育后期呈急剧上调模式, 其中2叶摘心对的表达具有较强的促进作用。茎段中的表达量总体呈下降趋势，果实发育成熟期时，3种摘心处理的表达量均较低。茎段在果实发育前期急剧下调表达，中后期处于较低水平，果实成熟时几乎检测不到，不摘心的和表达水平总体高于摘心处理。茎段的表达量总体呈先升后降的变化趋势，果实发育中期，摘心的表达量高于不摘心。茎段表达量在果实发育前期较低，从硬核期开始，急剧上调表达，在成熟期又下降并维持在较高的水平，2叶摘心在转色期和成熟期分别是果实发育前期的3.36和2.22倍。因此，2叶摘心处理促进了茎段、和在果实发育后期的高表达。
图5 摘心处理对茎段蔗糖和淀粉代谢相关基因表达的影响
本研究检测了茎段淀粉代谢相关基因、和，随着果实的生长发育，相对表达量呈先升后降的变化趋势，3种摘心处理下，的表达水平在果实发育的后期呈现较大不同，摘心处理的表达量低于不摘心，不摘心的表达量在硬核期快速上调，6叶摘心的表达量变化平缓, 而2叶摘心时的表达大幅下调，在生长后期呈较低水平。茎段的表达模式在不同摘心处理下相同，在成熟期前处于较低水平，成熟期时急剧上调。茎段随着果实发育总体呈上调表达，但是不摘心处理的在果实转色期时表达量陡然升高，而后在成熟期下调。这表明2叶摘心抑制了的表达，不同摘心方式对茎段和的表达影响不显著。
2.7 叶片和茎段中蔗糖和淀粉代谢基因的主成分分析
不同摘心处理下不同生长时期叶片蔗糖与淀粉代谢相关基因表达水平的主成分分析结果见图6。叶片蔗糖和淀粉代谢基因的动态关联被划分为2个维度，变量的方差解释为65%。随着葡萄的生长和果实发育，摘心0 d，蔗糖代谢的、关联性较高，而摘心后10 d，淀粉代谢的和关联性较高，在生长中期(摘心后20～100 d)是和，摘心后120 d进入成熟期，此时起关键作用的基因为和。在茎段中，蔗糖和淀粉代谢基因的动态关联被划分为2个维度，变量的方差解释为71.8%，在葡萄生长初期(摘心后0～10 d),和基因关联性高，葡萄生长中期阶段(摘心20～ 100 d)，占主导的基因是和，而在葡萄生长后期(摘心后120 d)，以、、、为主。因此，蔗糖和淀粉代谢相关基因在生长发育过程中具有不同的响应特征和相关性。
图6 ‘巨峰’葡萄叶片和茎段中蔗糖与淀粉代谢相关基因表达模式主成分分析
3.1 2叶摘心促进花序生长和提高果实产量
栽培措施对葡萄植株生长和果实发育具有重要的作用，摘心是葡萄控产提质的关键栽培方式,不同摘心处理可以分为不同时期摘心和不同留叶数摘心，摘心时期的选择多以花前摘心为主，并且也是葡萄栽培中广泛推广的方式。研究表明，早摘心促进藤稔葡萄果实增大和果实品质提高[11]，对山葡萄‘北冰红’和‘雪兰红’进行花前摘心处理，可以提高坐果率、增加产量、降低生理落果率、提高霜霉病抗性[12–13]。虽然葡萄栽培上多采用花前摘心的方式，但是也有研究表明‘申丰’和‘信浓乐’在花前7 d摘心，导致更早出现卷须、消耗养分、对坐果不利, 适宜在初花期和盛花期进行摘心[4]。摘心留叶数的选择也存在品种特异性，从1叶摘心到7叶摘心均在生产上应用，对于一年两收栽培的‘夏黑’葡萄宜采用4叶或6叶摘心处理，可促进葡萄成花[14]。而‘巨峰’葡萄应采取重摘心和早摘心的方式，能够促进花穗生长和基部叶片面积的扩增，利于营养器官和生育器官生长发育[15]。
本研究以不摘心为对照，对‘巨峰’葡萄进行2叶和6叶摘心处理，摘心处理抑制叶片生长和茎段增粗，有趣的是，在‘巨峰’葡萄生产实践中普遍发现，茎段过粗容易导致所在结果枝上的果实出现单性结实的现象，因此通过适当摘心可以减少葡萄第二年出现单性结实。此外，2叶摘心可促进花序(果穗)的早期快速生长，同时，2叶摘心方式显著提高‘巨峰’葡萄单果质量、穗质量和单株产量，通过2叶摘心抑制营养生长而促进生殖生长，提高果质量和产量。因此2叶摘心能够促进花序早期的快速生长, 并且提高果实产量，摘心处理可以一定程度抑制第2年果实出现单性结实的现象。
3.2 2叶摘心促进果实可溶性糖、蔗糖和淀粉的积累
与呼吸跃变型果实不同，葡萄属于糖直接积累型果实，除早期在果实中以淀粉形式存在，后期大部分以可溶性糖的形式储存在液泡中[16]。果实中糖分的来源除通过自身的合成外，大部分来自源器官的合成积累后转运至果实中，蔗糖是葡萄韧皮部糖分运输的主要形式[17]，在幼果期主要是转化为糖、有机酸、结构物质等，成熟期时主要分解为葡萄糖和果糖。研究表明栽培措施对糖分调节和积累具有重要的影响，包括疏花疏果{孙庆扬, 2015 #49;赵文东, 2010 #51;周敏, 2012 #50}[14-16][14-16][18–19]、套袋[20]、环剥[17，18][21]、树形[22]、根域限制[23]、外源施用[24–25]等。本研究中‘巨峰’葡萄果实可溶性固形物测定结果表明，摘心处理下果实在转色期前后的可溶性固形物含量高于不摘心，说明摘心处理促进果实可溶性糖的积累，这与山葡萄摘心的试验结果相似，山葡萄选择中等摘心(3～4片叶摘心)，具有果穗大、含糖量高、总酸低的特点[26]。
叶片和茎段中的蔗糖和淀粉含量的测定结果表明，不同摘心处理的叶片和茎段中蔗糖含量有显著差异，摘心处理下叶片中蔗糖含量在果实发育的后期显著高于不摘心处理，其中2叶摘心的促进作用最大，此阶段源器官蔗糖的高水平积累，为‘巨峰’葡萄的果实发育和成熟提供了充足的蔗糖供应，并在后期转化为果实中的果糖和葡萄糖。淀粉代谢显得更为复杂，呈现出合成和分解同时进行的动态进程[27–28]，茎段中淀粉含量在摘心处理下显著高于不摘心处理，摘心处理利于淀粉在茎段中的积累，而叶片中淀粉的积累不受摘心方式的影响。‘巨峰’葡萄2叶摘心促进果实可溶性糖的快速积累，同时促进蔗糖在叶片和茎段中的积累，为果实成熟提供保障，此外还促进淀粉在茎段中的贮存，茎段中充足的淀粉积累为果实发育、新季度葡萄发芽和开花奠定重要的营养基础。
3.3 2叶摘心调控糖代谢相关基因的表达进而调控糖代谢进程
葡萄中糖类物质的积累除需要转运蛋白的运输[29]，还受WRKY等转录因子的调控[30], 更直接受合成分解代谢相关基因的作用，进而参与糖代谢进程。在蔗糖合成方向，蔗糖磷酸合成酶(SPS)是蔗糖合成的关键酶，SPS的活性一定程度反映了蔗糖的合成能力[31]，‘巨峰’葡萄叶片和茎段中蔗糖含量在2叶摘心处理显著高于其他处理，同时叶片和茎段中基因呈上调表达，2叶摘心处理促进的高表达进而促进蔗糖的合成。可分为合成和分解2个方向，不同物种的合成分解方向差异明显, 在葡萄中SS常与转化酶参与蔗糖的分解代谢[17,32], ‘美人指’葡萄的SS分解活性显著高于合成活性[33]。在不同摘心方式下，‘巨峰’葡萄基因在叶片和茎段中的表达均呈下调模式，随着果实的成熟，SS的活性逐渐降低。因此，2叶摘心促进的高表达，促进蔗糖的合成。
转化酶调控葡萄中蔗糖代谢的分解方向，包括SAI、NI和CWI，不可逆地将蔗糖转化为以葡萄糖和果糖为主的己糖[34]，前人[35–36]研究表明SAI在果实中具有较高的活性，是蔗糖转化分解的关键酶,但是‘巨峰’葡萄叶片和茎段中的表达均呈急剧下调模式，并且在果实发育中后期处于极低的水平，显然，叶片和茎段的表达模式与前人报道的果实不同。摘心处理的叶片和茎段中和的表达水平总体高于不摘心处理，其中2叶摘心在果实发育后期的作用最显著。因此，2叶摘心促进转化酶基因和的表达调节蔗糖的转化分解。
淀粉在、和等降解酶协同作用下，降解为麦芽糖、葡萄糖，随后用于合成蔗糖、植物代谢和生长发育[37–38]。叶片中淀粉代谢相关基因、和的表达受摘心方式的影响较小，茎段中和也有类似结果，但是摘心处理能够抑制茎段在果实发育后期的表达, 减弱淀粉降解进程从而促进茎段淀粉积累，其中2叶摘心的抑制作用最强。因此，‘巨峰’葡萄2叶摘心提高和的表达，促进蔗糖合成和果实发育后期蔗糖的分解转化，此外，通过抑制茎段的表达进而促进茎段淀粉的积累。
[1] MENG F R. The cultivation status and suggestions in ‘Kyoho’ grape in Yingkou [J]. N Fruit, 2018(3): 48–49. doi: 10.16376/j.cnki.bfgs.2018. 03.022.
孟凡荣. 营口地区露地‘巨峰’葡萄栽培现状与建议 [J]. 北方果树, 2018(3): 48–49. doi: 10.16376/j.cnki.bfgs.2018.03.022.
[2] YANG Z Y. The research about family tree of Kyoho [J]. Sino-Overs Grape Wine, 2005(2): 38‒41. doi: 10.3969/j.issn.1004-7360.2005.02.014.
杨治元. 巨峰系葡萄家谱研究 [J]. 中外葡萄与葡萄酒, 2005(2): 38‒41. doi: 10.3969/j.issn.1004-7360.2005.02.014.
[3] MIAO Y. Labor-saving cultivation techniques of ‘Kyoho’ grapevine [J]. SE Hort, 2020, 8(1): 37–40. doi: 10.3969/j.issn.2095-5774.2020.01.010.
缪颖. 巨峰葡萄省力化栽培技术 [J]. 东南园艺, 2020, 8(1): 37–40. doi: 10.3969/j.issn.2095-5774.2020.01.010.
[4] ZHA Q, XI X J, HE Y N, et al. Effects of different tip removal periods on the fruit setting rate of grapes during flowering [J]. Sino-Overs Grape Wine, 2019(4): 29–31. doi: 10.13414/j.cnki.zwpp.2019.04.006.
查倩, 奚晓军, 和雅妮, 等. 花期不同摘心时期对葡萄坐果率的影响 [J]. 中外葡萄与葡萄酒, 2019(4): 29–31. doi: 10.13414/j.cnki. zwpp.2019.04.006.
[5] FROMMER W B, SONNEWALD U. Molecular analysis of carbon partitioning in solanaceous species [J]. J Exp Bot, 1995, 46(6): 587– 607. doi: 10.1093/jxb/46.6.587.
[6] WANG X Q, HUANG W D, ZHAN J C. Molecular biology mecha- nism of increasing the sugar content in wine grape [J]. Sino-Overs Grape Wine, 2005(1): 7–9. doi: 10.3969/j.issn.1004-7360.2005.01.002.
王秀芹, 黄卫东, 战吉成. 提高酿酒葡萄糖份含量的分子生物学机制 [J]. 中外葡萄与葡萄酒, 2005(1): 7–9. doi: 10.3969/j.issn.1004- 7360.2005.01.002.
[7] ZHU X D, HANG C B, WU W M, et al. Enzyme activities and gene expression of starch metabolism provide insights into grape berry development [J]. Hort Res, 2017, 4(1): 17018. doi: 10.1038/hortres. 2017.18.
[8] DONG Z H, LUO G G. Methods of estimating leaf area of grapevines [J]. Acta Agric Univ Pekin, 1991, 17(2): 103–106.
董振华, 罗国光. 葡萄叶面积的估测法 [J]. 北京农业大学学报, 1991, 17(2): 103–106.
[9] PAN H, LAI C C, ZHANG J, et al. Selection of reference genes for RT-qPCR from the red callus of(Rom. Caill.) Foëx under different light qualities [J]. Chin J Appl Environ Biol, 2019, 25(6): 1407–1413. doi: 10.19675/j.cnki.1006-687x.2019.01038.
潘红, 赖呈纯, 张静, 等. 不同光质条件下刺葡萄红色愈伤组织的RT-qPC内参基因筛选 [J]. 应用与环境生物学报, 2019, 25(6): 1407– 1413. doi: 10.19675/j.cnki.1006-687x.2019.01038.
[10] LAI C C, PAN H, ZHANG J, et al. Selection and validation of reference genes for quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) after different shoot pinching treatments on grape (L.) [J]. Acta Agric Univ Jiangxi, 2019, 41(5): 890–900. doi: 10.13836/j.jjau.2019102.
赖呈纯, 潘红, 张静, 等. 葡萄不同摘心处理下qRT-PCR内参基因的筛选与验证 [J]. 江西农业大学学报, 2019, 41(5): 890–900. doi: 10.13836/j.jjau.2019102.
[11] ISHIKAWA K, BABA T, FUJISAWA H, et al. Effects of flower thinning, timing of shoot pinching and girdling on berry enlargement and quality of ‘Fujiminori’ grapes [J]. Jpn J Farm Work Res, 2016, 51(3): 101–107. doi: 10.4035/jsfwr.51.101.
[12] SONG R G, MA Y K, ZHANG B X, et al. Effect of pinching bearing branches in different periods on fruit set rate and yield inRupr. [J]. N Hort, 2010(11): 44–45. doi: 10.11937/bfyy.2010 011013.
宋润刚, 马玉坤, 张宝香, 等. 山葡萄结果枝不同时期摘心对坐果率和产量影响 [J]. 北方园艺, 2010(11): 44–45. doi: 10.11937/bfyy. 2010011013.
[13] LI X H, ZHAO Y, YANG Y M, et al. Effects of different stages pinching of bearing branch on fruit-set and yield in new variety ofRupr. “Xuelanhong” [J]. Spec Wild Econ Anim Plant Res, 2014, 36(4): 9–12. doi: 10.3969/j.issn.1001-4721.2014.04.004.
李晓红, 赵滢, 杨义明, 等. 山葡萄新品种“雪兰红”结果枝不同时期摘心对坐果率和产量的影响 [J]. 特产研究, 2014, 36(4): 9–12. doi: 10.3969/j.issn.1001-4721.2014.04.004.
[14] ZHU W, LIN L, XIE S Y, et al. Effects of pinching on flower differen- tiation in winter buds at different nodes of ‘Summer Black’ grape under two-crop-a-year cultivation [J]. J Fruit Sci, 2020, 37(2): 226–234. doi: 10.13925/j.cnki.gsxb.20190312.
朱维, 林玲, 谢蜀豫, 等. 摘心对一年两收栽培‘夏黑’葡萄不同节位冬芽花芽分化的影响 [J]. 果树学报, 2020, 37(2): 226–234. doi: 10. 13925/j.cnki.gsxb.20190312.
[15] CHEN J, LIU X. Efffects of early & heavy tipping on the growth and development of shoots of kyoho grape [J]. S China Fruit, 2016, 45(6): 100–101. doi: 10.13938/j.issn.1007-1431.20160197.
陈建, 刘晓. 巨峰葡萄早摘心和重摘心对新梢生长发育的影响 [J]. 中国南方果树, 2016, 45(6): 100–101. doi: 10.13938/j.issn.1007-1431. 20160197.
[16] DAVIES C, ROBINSON S P. Sugar accumulation in grape berries: Cloning of two putative vacuolar invertase cDNAs and their expression in grapevine tissues [J]. Plant Physiol, 1996, 111(1): 275–283. doi: 10. 1104/pp.111.1.275.
[17] SUN L J, MA L, Wang Z J. Research advance of sugar metabolism of grape berry [J]. Sino-Overs Grape Wine, 2008(6): 70–72. doi: 10. 3969/j.issn.1004-7360.2008.06.022.
孙凌俊, 马丽, 王振家. 葡萄果实糖代谢的研究进展 [J]. 中外葡萄与葡萄酒, 2008(6): 70–72. doi: 10.3969/j.issn.1004-7360.2008.06.022.
[18] SUN Q Y, HAN N, SUN Y X, et al. Effect of berry-thinning on sugar content and relative enzyme activities during berry ripening in ‘Caber- net Sauvignon’ grape [J]. N Hort, 2015(9): 18–22. doi: 10.11937/ bfyy.201509005.
孙庆扬, 韩宁, 孙玉霞, 等. 疏粒处理对“赤霞珠”葡萄果实含糖量及相关代谢酶活性的影响 [J]. 北方园艺, 2015(9): 18–22. doi: 10. 11937/bfyy.201509005.
[19] MANG L T, ZHAO W D, GUO X W, et al. Research of different trellis and fruit load on the fruit quality of red globe grape [J]. N Fruit, 2011 (5): 11‒12. doi: 10.3969/j.issn.1001-5698.2011.05.005.
满丽婷, 赵文东, 郭修武, 等. 不同架式和负载量对‘晚红’葡萄果实品质的研究 [J]. 北方果树, 2011(5): 11‒12. doi: 10.3969/j.issn.1001- 5698.2011.05.005.
[20] ZHOU X B, GUO X W. Effects of bagging on the fruit sugar metabo- lism and invertase activities in ‘Red Globe’ grape during fruit develop- ment [J]. J Fruit Sci, 2005, 22(3): 207–210. doi: 10.3969/j.issn.1009- 9980.2005.03.004.
周兴本, 郭修武. 套袋对‘红地球’葡萄果实发育过程中糖代谢及转化酶活性的影响 [J]. 果树学报, 2005, 22(3): 207–210. doi: 10.3969/ j.issn.1009-9980.2005.03.004.
[21] CHEN J Y, FANG J B, GU H, et al. Influence of girdling and gibbe- rellic acid application on the fruit characteristics of Red Globe grape cultivar [J]. J Fruit Sci, 2005, 22(6): 610–614. doi: 10.3969/j.issn. 1009-9980.2005.06.003.
陈锦永, 方金豹, 顾红, 等. 环剥和GA处理对‘红地球’葡萄果实性状的影响 [J]. 果树学报, 2005, 22(6): 610–614. doi: 10.3969/j.issn. 1009-9980.2005.06.003.
[22] ZHAO Q F, GUO W J, XUN Z L, et al. Effect of tree shape on sugar content and enzymes activities of sucrose metabolism in wine grape fruit [J]. J Henan Agric Sci, 2021, 50(5): 122–128. doi: 10.15933/j.cnki. 1004-3268.2021.05.017.
赵旗峰, 郭文娇, 荀志丽, 等. 树形对酿酒葡萄果实糖含量及蔗糖代谢相关酶活性的影响 [J]. 河南农业科学, 2021, 50(5): 122–128. doi: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2021.05.017.
[23] ZHU L N, TANG X L, LU C Y, et al. Effect of the restriction of rooting zone on the growth, fruit quality and the content of nutritional element of Fujiminori grapevine [J]. S China Fruit, 2004, 33(5): 80–82. doi: 10.3969/j.issn.1007-1431.2004.05.045.
朱丽娜, 唐晓兰, 陆春燕, 等. 根域限制对藤稔葡萄生长、果实品质及营养元素含量的影响 [J]. 中国南方果树, 2004, 33(5): 80–82. doi: 10.3969/j.issn.1007-1431.2004.05.045.
[24] XIA H, SHEN Y Q, DENG H H, et al. Melatonin application improves berry coloration, sucrose synthesis, and nutrient absorption in ‘Summer Black’ grape [J]. Food Chem, 2021, 356: 129713. doi: 10.1016/j.food chem.2021.129713.
[25] DEBNATH B, HUSSAIN M, LI M, et al. Exogenous melatonin improves fruit quality features, health promoting antioxidant compounds and yield traits in tomato fruits under acid rain stress [J]. Molecules, 2018, 23(8): 1868. doi: 10.3390/molecules23081868.
[26] LU W P, ZHANG Q T, FAN S T, et al. Effects of different leaves pinching of bearing branches on fruit quality and yieldRupr. [J]. Spec Wild Econ Anim Plant Res, 2014, 36(2): 22–28. doi: 10.3969/j.issn.1001-4721.2014.02.006.
路文鹏, 张庆田, 范书田, 等. 山葡萄结果枝摘心不同留叶数对果实品质和产量的影响 [J]. 特产研究, 2014, 36(2): 22–28. doi: 10. 3969/j.issn.1001-4721.2014.02.006.
[27] NORONHA H, CONDE C, DELROT S, et al. Identification and func- tional characterization of grapevine transporters that mediate glucose- 6-phosphate uptake into plastids [J]. Planta, 2015, 242(4): 909–920. doi: 10.1007/s00425-015-2329-x.
[28] SWIFT J G, BUTTROSE M S, POSSINGHAM J V. Stomata and starch in grape berries [J]. Vitis, 2013(12): 38–45. doi: 10.5073/vitis.1973. 12.38-45.
[29] BREIA R, CONDE A, CONDE C, et al. VvERD6l13 is a grapevine sucrose transporter highly up-regulated in response to infection byand[J]. Plant Physiol Biochem, 2020, 154: 508–516. doi: 10.1016/j.plaphy.2020.06.007.
[30] HUANG T, YU D, WANG X Q. VvWRKY22 transcription factor interacts with VvSnRK1.1/VvSnRK1.2 and regulates sugar accumu- lation in grape [J]. Biochem Biophys Res Commun, 2021, 554: 193– 198. doi: 10.1016/j.bbrc.2021.03.092.
[31] HARBRON S, FOYER C, WALKER D. The purification and pro- perties of sucrose-phosphate synthetase from spinach leaves: The invol- vement of this enzyme and fructose bisphosphatase in the regulation of sucrose biosynthesis [J]. Arch Biochem Biophys, 1981, 212(1): 237– 246. doi: 10.1016/0003-9861(81)90363-5.
[32] LIU L Y. The physiological study on the sugar and acid accumulations and metabolic regulation mechanisms ofRupr. grape [D]. Yangling: Northwest Agricultural & Forestry University, 2016.
刘丽媛. 山葡萄糖酸积累规律及代谢调控机理研究 [D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2016.
[33] LI M G, DENG Q X, LÜ X L, et al. Sugar accumulation and sucrose- metabolizing enzymes activities of ‘Manicure Finger’ grape [J]. J NW Agric For Univ (Nat Sci), 2016, 44(8): 185–190. doi: 10.13207/j.cnki. jnwafu.2016.08.027.
李梦鸽, 邓群仙, 吕秀兰, 等. ‘美人指’葡萄果实糖积累和蔗糖代谢相关酶活性的研究 [J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2016, 44(8): 185–190. doi: 10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.08.027.
[34] ZHAO J T. Advances in research on invertase in plant development and response to abiotic and biotic stresses [J]. J Trop Subtrop Bot, 2016, 24(3): 352–358. doi: 10.11926/j.issn.1005-3395.2016.03.015.
赵杰堂. 蔗糖转化酶在高等植物生长发育及胁迫响应中的功能研究进展 [J]. 热带亚热带植物学报, 2016, 24(3): 352–358. doi: 10. 1926/j.issn.1005-3395.2016.03.015.
[35] YAN M L, WANG Z P, FAN Y, et al. Roles of sucrose-metabolizing enzymes in accumulation of sugars in ‘Cabernet Sauvignon’ grape fruit [J]. J Fruit Sci, 2010, 27(5): 703–707. doi: 10.13925/j.cnki.gsxb.2010. 05.007.
闫梅玲, 王振平, 范永, 等. 蔗糖代谢相关酶在赤霞珠葡萄果实糖积累中的作用 [J]. 果树学报, 2010, 27(5): 703–707. doi: 10.13925/j. cnki.gsxb.2010.05.007.
[36] NIE Y D, ZHONG H L, DUN B Q, et al. Expression of soluble acid invertase gene and its relationship with sugar accumulation in sweet sorghum stem [J]. Sci Agric Sin, 2013(21): 4506‒4514. doi: 10.3864/j. issn.0578-1752.2013.21.013.
聂元冬, 钟海丽, 顿宝庆, 等. 甜高粱基因的表达与茎秆糖分积累的相关性分析 [J]. 中国农业科学, 2013(21): 4506‒4514. doi: 10. 3864/j.issn.0578-1752.2013.21.013.
[37] ZEEMAN S C, SMITH S M, SMITH A M. The diurnal metabolism of leaf starch [J]. Biochem J, 2007, 401(1): 13–28. doi: 10.1042/BJ2006 1393.
[38] DENG P R, TANG X M, WEI Q Y, et al. Advance in the decom- position mechanism of starch in plant leaves [J]. Guangxi Agric Sci, 2009, 40(2): 147–152. doi: 10.3969/j.issn.2095-1191.2009.02.009.
邓平壤, 唐向民, 韦清源, 等. 植物叶片淀粉分解机理研究进展 [J].广西农业学报, 2009, 40(2): 147–152. doi: 10.3969/j.issn.2095-1191. 2009.02.009.
Effect of Shoot Pinching on Growth, Sucrose and Starch Metabolism in ‘Kyoho’ Grape
LAI Chengchun1,2, ZHANG Fumin3, LAI Gongti1,2*, PAN Hong1,2, ZHANG Jing1,2, PAN Ruo1,2, QUE Qiuxia1,2, HUANG Xiangui1, FAN Lihua1
(1. Institute of Agricultural Engineering and Technology, Fujian Academy of Agricultural Sciences,Fuzhou 350003, China; 2. Fujian Key Laboratory of Agricultural Products (Food) Processing,Fuzhou 350003, China; 3. Fuan Bureau of Agriculture and Rural Affairs,Fuan 355000, Fujian, China)
To reveal the effects of shoot pinching on the growth, sucrose and starch metabolism in ‘Kyoho’ grape (×) and its mechanism, the phenotype of leaves and stems, accumulation characteristics of soluble solids, sucrose and starch in fruits, and expression of genes related to sucrose and starch metabolism were studied by different ways of shoot pinching. The results showed that shoot pinching inhibited leaf growth and stem enlargement of ‘Kyoho’, but promoted the rapid growth of inflorescence in early stage, and increasing fruit weight, ear weight, plant yield and soluble solid content. The contents of sucrose in leaves, sucrose and starch in stems increased in late stage under 2-leaf pinching, and the expression of,andin sucrose metabolism enhanced, while that ofin starch metabolism inhibited. Therefore, it was suggested that 2-leaf pinching could regulate the expression of,,andgenes, and promoted sucrose synthesis and starch accumulation, laying a nutritional foundation for fruit ripening, germination and flowering.
; Shoot pinching; Sucrose; Starch; Glycometabolism
10.11926/jtsb.4566
2021-11-12
2022-02-24
福建省公益类科研院所专项(2021R10320013)；
福建省农业科学院自由探索科技创新项目(ZYTS2021008)；
福建省农业科学院科研项目(B2017-1)资助
This work was supported by the Special Project for Public Welfare Research Institutes in Fujian (Grant No. 2021R10320013), the Project for Freely Explore Science and Technology Innovation in Fujian Academy of Agricultural Sciences (Grant No. ZYTS2021008), and the Project for Science Research in Fujian Academy of Agricultural Sciences (Grant No. B2017-1).
赖呈纯(1975生)，男，副研究员，研究方向为果树生理与生物技术。E-mail: lccisland@163.com
. E-mail: laigt4769@163.com
猜你喜欢 巨峰茎段蔗糖 电解式臭氧水在“巨峰”葡萄电商物流中的应用研究中国南方果树(2022年4期)2022-08-03HgCl2 和84 消毒液在月季组培中消毒效果的研究现代园艺(2021年23期)2021-12-01顶空气相色谱法测定三氯蔗糖中1，1，2-三氯乙烷含量的研究食品安全导刊(2021年20期)2021-08-30不同激素对甘草带芽茎段诱导丛生芽的影响湖北农业科学(2021年13期)2021-08-04金禾实业：具备成本及产业链优势股市动态分析(2021年8期)2021-04-26蔗糖浓度对微型月季花诱导的影响现代园艺(2020年23期)2020-12-09Attitudes, knowledge levels and behaviors of lslamic religious officials about organ donation in Turkey:National survey studyWorld Journal of Clinical Cases(2020年9期)2020-05-13套袋对龙泉山脉地区“巨峰”葡萄品质及安全的影响安徽农业科学(2019年22期)2019-12-13提高巨峰葡萄经济效益的途径绿色科技(2019年1期)2019-11-29以大豆油与玉米油为原料的“液体皂”的制备科技创新导报(2016年29期)2017-03-15