苹果(Malus domestica Boukh.)是深受大众喜爱的水果之一,研究不同苹果基因型果实中糖类和有机酸的组成以及苹果酸代谢机理对于苹果品质评价和改良有重要价值。本研究使用气相色谱-质谱联用法测定了不同苹果基因型各发育阶段果实中主要糖类和有机酸的含量,用实时定量聚合酶链式反应检测了与苹果酸代谢相关基因的相对表达水平,克隆了苹果液泡膜苹果酸转运体基因和苹果酸通道1/2基因,并将苹果液泡膜苹果酸转运体基因转入液泡膜苹果酸转运体缺失的拟南芥突变体植株中进行功能互补试验,主要研究结果如下:1. GoldRush、Red Delicious、Dabinett、Chisel Jersey、McIntosh等5种不同酸度的苹果品种在不同发育阶段果实中主要糖类和有机酸组分及其含量的变化趋势类似。发育初期的果实中主要糖类为果糖、山梨(糖)醇、葡萄糖、蔗糖和半乳糖。果实发育过程中,各种糖在总糖含量中所占比重均有所变化,变化趋势分别为:蔗糖所占比重持续增加,果糖所占比重持续增长至成熟期略有回落,葡萄糖所占比重先升高后降低,山梨醇所占比重持续降低,降低速率逐渐减小,半乳糖所占比重一直保持稳定,成熟期突然降低。成熟果实中可溶性糖主要为果糖,其次为蔗糖和葡萄糖。随着果实发育,单位质量鲜重果实中蔗糖含量持续增加,成熟期增加速度更快;果糖、葡萄糖含量波动上升;山梨醇含量降低;半乳糖含量上下波动。发育初期的果实中主要有机酸为奎尼酸,其次为苹果酸;随果实成熟,奎尼酸所占总有机酸的比重骤减,苹果酸所占比重持续增加,抗坏血酸和柠檬酸所占比重波动上升,马来酸所占比重持续增加后在果实成熟期骤减。苹果酸是成熟苹果果实中最主要的有机酸。随着果实发育,单位质量鲜重果实中苹果酸的含量在盛花后44天左右上升至最高峰后持续下降,柠檬酸、奎尼酸含量降低,抗坏血酸含量上下波动。5个不同品种果实中总糖含量在盛花后71天之前持续增加,盛花后71至110天缓慢降低,盛花后110天之后迅速升高;果实中总有机酸含量随果实发育持续降低;果实中总糖/总有机酸含量比值随果实发育持续上升,低酸品种Dabinett和Chisel Jersey糖酸比上升速度比其它几个中、高酸品种中的快。2.GoldRush、Red Delicious、Dabinett、Chisel Jersey、McIntosh、Honeycrisp、NY 752、Line1、apple 214、apple 118、apple 109、apple 056、apple 017、Crabapple 1、Crabapple 2、Crabapple 3等不同苹果基因型采摘期果实中主要有机酸均为苹果酸,占总有机酸质量百分比的88%~94%;主要可溶性糖为果糖和蔗糖,其次为葡萄糖,三者之和占可溶性糖总量的90%以上(crabapple 1、crabapple 2、crabapple3例外,山梨醇也是其成熟果实中主要糖类之一)。不同苹果基因型成熟果实中总糖/总有机酸含量比值为2.7~56.2不等,糖酸比值由大到小的次序与育种和食用评价中苹果酸度由低至高的次序基本对应,可见不同苹果基因型果实酸甜口感主要由糖酸比决定。3.分析从苹果中克隆所得液泡膜苹果酸转运体基因(GenBank序列号HM641021,HM641022)、苹果酸通道1/2基因(GenBank序列号HM641021/HM641022)序列得知它们均与苹果酸等二羧酸/柠檬酸的转运相关。将苹果液泡膜苹果酸转运体基因全长转入拟南芥液泡膜苹果酸转运体基因缺失的拟南芥突变体后,植株表型从低矮、生长较缓慢恢复到与野生型基本相同,植株叶片中苹果酸和柠檬酸的含量分别从野生型的37%和22%上升为134%和201%,三羧酸循环代谢物含量增加,此外,苹果液泡膜苹果酸转运体基因的引入大幅提高了叶片中马来酸和海藻糖的积累。4.随着发育进行,苹果果实中质子腺苷三磷酸水解酶、无机焦磷酸水解酶、苹果酸脱氢酶、苹果酸通道2等基因表达水平呈上升趋势;磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、苹果酸酶、苹果酸通道1等基因表达水平先降低后上升;GoldRush、Chisel Jersey果实中液泡膜苹果酸转运体基因表达水平指数上升,Mclntosh、Dabinett、Red Delicious果实中液泡膜苹果酸转运体基因表达水平上下波动。果实发育过程中泡膜苹果酸转运体苹果酸通道1基因的表达水平始终远远高于苹果酸通道2。在不同苹果基因型成熟果实中,液泡膜苹果酸转运体基因、苹果酸通道1基因表达水平均与苹果酸含量呈正相关,苹果酸含量较高的果实中苹果酸通道1基因表达明显升高,线性关系良好,因此认为苹果酸通道1基因和液泡膜苹果酸转运体基因一样,在苹果果实积累苹果酸过程中发挥重要作用,它们的基因表达水平可以作为衡量苹果成熟果实积累苹果酸和柠檬酸能力的一个重要指标。