果实品质调控

韩守安 王敏 钟海霞 谢辉 张付春 周晓明 张心语 张雯 潘明启

 

 

  摘　要：为研究新疆主栽鲜食葡萄品种裂果特性差异和引起裂果的主要生理原因，以无核白、无核紫、无核白鸡心、新郁等12个鲜食葡萄品种为研究对象，通过成熟期浸水诱导裂果，对不同鲜食葡萄品种的裂果特性进行调查分析，通过石蜡切片对果皮细胞结构特征进行测定，同时对果皮强度、果胶、原果胶、纤维素等细胞壁结构物质含量及代谢关键酶活性进行测定。分析造成鲜食葡萄品种裂果特性差异的生理原因，为生产过程中降低裂果发生率生产调控措施的选择提供理论依据。

  研究结果表明：不同鲜食葡萄品种裂果特性存在显著差异，浸水水24h裂果率分布在0-80%范围内，12个品种可以分成4个裂果特性差异类群，其中极易裂果类群包括里扎玛特1个品种，易裂果类群包括新郁、无核白2个品种；较易裂果品种包括火州黑玉、新雅、无核白鸡心、无核紫4个品种，耐裂果类群包括红地球、京亚、夏黑、维多利亚、火焰无核5个品种。果皮角质层完整性，果皮、亚果皮细胞大小和排列紧密度与果实易裂程度密切相关；水溶性果胶含量、水溶性果胶与原果胶比值与鲜食葡萄品种易裂性呈极显著的正相关关系；果皮强度、纤维素含量均与鲜食葡萄品种易裂性呈极显著负相关关系。

  关键词：鲜食葡萄；裂果；果皮细胞结构；细胞壁结构物质

  新疆是驰名中外的“葡萄之乡”，凭借得天独厚的气候条件和自然资源优势，在我国葡萄产业中占有重要地位。2017年新疆葡萄栽培总面积约215万亩，总产量252万吨（统计年鉴），均位列全国第一，新疆光热资源丰富、昼夜温差大、气候干燥，综合生态环境良好，是葡萄生产的最佳生态区域之一，葡萄品质优、口味佳受到消费市场的广泛欢迎。新疆主栽葡萄品种以欧亚种起源为主，多数欧亚种葡萄果皮薄，果肉质地脆且果皮不易剥离，比欧美种葡萄更易发生裂果，个别年份成熟期遇到降雨会造成大量裂果，对果实品质和种植效益造成严重影响。大量研究表明裂果受品种遗传特性和环境因素共同影响，裂果具有相对稳定的遗传性，果皮发育状态和力学性能均与裂果形成关系密切。对葡萄、红枣等研究结果均表明表皮细胞结构与抗裂果能力密切相关，果皮细胞小且排列紧密的品种较抗裂。同时果皮的弹性和强度与抗裂性强弱也有密切联系，细胞壁组成修饰会影响果皮强度和韧性，与裂果密切相新疆不同鲜食葡萄品种裂果特性及原因分析关，果实细胞壁是由纤维素、半纤维素网状结构构成主要的细胞强度骨架，包埋在可与其共同延伸的果胶网状物质中间，果胶和纤维素是细胞壁的重要组成部分，其含量和存在形式与果皮抗张力强弱关系密切。因此对主栽品种和极具发展潜力的优良品种的裂果特性进行评价，分析其裂果形成的内在生理因素，对不同区域主栽品种的选择和配套栽培措施的应用具有重要意义。

  本实验以12个新疆鲜食葡萄主栽品种和具有发展潜力的优良品种为试材，通过对其裂果特性进行评价分级结合果皮细胞结构显微观察，果皮强度测定，果胶、原果胶、纤维素、及PG、PEP、CE和PL等指标的测定，分析影响不同品种裂果特性的生理生化原因，以期为新疆不同产区适宜品种的选择和栽培调控措施的应用提供理论依据。

  1　材料与方法

  1.1　材料与生长环境

  选择新疆主栽鲜食品种和具有发展潜力的优良葡萄品种共计12个，分别为火焰无核、红地球、火州黑玉、京亚、里扎马特、木纳格、维多利亚、无核白、无核白鸡心、无核紫、夏黑、新雅、新郁。供试品种均采自新疆农业科学院安宁区综合试验场，生产管理措施一致，所有品种均未进行激素膨大处理。

  1.2　方法

  1.2.1　样品采集与保存

  2017年于果实成熟期采集供试样品，各品种选择结果部位一致无病虫害的完整成熟果穗，各品种随机剪取果粒300粒，放入冰盒中带回实验室，其中150粒立即进行浸泡诱导裂果处理；120粒液氮速冻后-40℃冰箱保存，用于生理指标的测定；10粒，使用锋利刀片切成0.5×0.5×0.5cm大小组织块（果实中间带果皮部分），使用FAA固定液进行固定，用于石蜡切片制作；20粒用于果皮强度测定。

  1.2.2　测定指标

  1.2.2.1　裂果率测定

  参考王旭旭等人试验方法，将150粒成熟果粒，随机分为3组装入纱网袋内，浸泡于清水中，分别与浸泡后4h、8h、12h和24h统计裂果情况，每次调查之后将开裂果实取出后更换清水继续浸泡，裂果率=（裂果粒数/总粒数）×100%。

  1.2.2.2　果皮强度测定

  采用Hg-10数显式推拉力计进行测定，测定果实中部，测定部位与石蜡切片取样部位保持一致，每个果粒测定三个部位，共测定20个果粒。

  1.2.2.3　生理指标测定

  果胶原果胶含量采用咔唑比色法测定，纤维素含量采取蒽酮法测定，PG、PEP、CE、PL等果胶、纤维素降解关键酶活性采用酶联免疫法测定。石蜡切片的制作具体参照贺冰等的方法，OLYMPUS光学显微镜下观察、成像，使用imageJ软件进行测量。

  1.3　数据处理

  采用Excel 2010软件对数据进行处理分析及作图，采用Ducan新复极差法（SSR）进行结果差异显著性检验，利用一元线性回归分析各指标同裂果率间的线性关系，使用不同时段裂果率统计数据和果皮强度数据进行聚类分析。统计分析过程通过SAS9.4软件实现。

  2　结果与分析

  2.1　不同品种裂果差异性分析

  由表1中可以看出不同品种清水诱导裂果率存在较大差异，其中红地球、京亚和夏黑三个品种浸水24h均未出现裂果，里扎玛特、新郁、无核白、无核白鸡心、无核紫裂果率较高，浸水24h裂果率依次为80.67%、61.00%、48.33%、28.33%、26.33%和20.67%，前三个品种差异均达到极显著性水平；另外从不同浸水时间段的统计数据可以看出里扎玛特对浸水特别敏感，浸水时长4h裂果率就高达31.67%，其次为新郁和无核白，新郁浸水至8h时裂果率达到20.33%，无核白浸水12h时裂果率达到19.00%；其它几个裂果品种裂果大量发生与浸水12h之后。聚类分析结果也能较好的将12个品种分为4类，其中第一类包括红地球、京亚、夏黑、维多利亚、火焰无核5个品种为不易裂果品种，其中第二类包括火州黑玉、新雅、无核白鸡心、无核紫4个品种为较易裂果品种，其中第三类包括无核白和新郁2个品种为对水分敏感易裂果品种，第四类仅里扎玛特一个品种，为对水分极敏感极易裂果品种。

  2.2　不同品种果皮细胞结构差异分析

  由表3中可以看出不同葡萄品种角质层厚度存在较大差异，其中新雅角质层最厚为6.88μm，达到其它品种的2-5倍，其次为京亚和夏黑依次为3.67和3.35μm，角质层最薄的三个品种为新郁、火州黑玉和无核白鸡心，厚度依次为1.20、1.46和1.63μm，其它品种的角质层厚度相似均在2μm左右；另一方面不同品种角质层的完整性存在较大差异，其中里扎玛特角质层极不平整，存在明显的断裂缺口，无核紫和新郁两个品种均存在少量断裂缺口，其它品种角质层均较完整光滑。

  由表4中可以看出不同葡萄品种表皮细胞形状、大小和排列紧密度之间均存在较大差异，其中新雅的表皮细胞结构比较特殊呈菱形，维多利亚和新郁呈长条形，无核白和无核白鸡心呈多边形，其它品种均呈椭圆至长椭圆形；细胞截面积差异明显，其中里扎玛特表皮细胞截面积最大为1353.52μm2，达到其它品种的2至12倍，其次为新雅和夏黑较依次为1353.52、518.01和406.75μm2；无核白、维多利亚和火焰无核的细胞截面较小；无核紫和新郁表皮细胞较松散，火焰无核、火州黑玉、京亚和无核白鸡心表皮细胞排列紧密。

  由表5中可以看出不同品种亚表皮细胞层数、性状和排列规则程度间均存在一定差异，其中京亚和夏黑亚表皮细胞层数较多分别为6-7和5-6层，红地球、里扎马特、无核紫和新郁的层数较少为3-4层，其它品种为4-5层；里扎玛特、无核白鸡心和新郁细胞排列较松散，维多利亚、无核白、无核紫和新雅排列较紧密，其它品种果肉细胞排列紧密整齐。

  2.3　不同品种细胞壁代谢相关物质与关键酶活性的差异性分析

  由表6可以看出不同品种果皮强度和细胞壁代谢相关物质的含量之间存在较大差异，其中里扎玛特果粒中水溶性果胶含量最高为0.85mg/g，极显著高于其他各品种，新郁、无核紫、火州黑玉可溶性果胶的含量也较高，维多利亚、火焰无核和红地球的含量较低；红地球原果胶含量最高为1.74mg/g，极显著高于其它品种；纤维素含量最高的4个品种依次是红地球、新雅、维多利亚和夏黑，含量均大于100mg/g，极显著高于其它各品种，含量最低的两个品种依次是新郁和里扎玛特，含量分别为34.84和35.73mg/g，除火焰无核外与其它品种的差异均达到极显著水平；果皮强度较高的3个品种依次为夏黑、红地球和京亚，较低的三个品种依次为里扎玛特、无核白和新郁。

  由表7中可以看出不同品种与细胞壁结构物质相关的关键酶活性间存在一定差异，PG酶活性最高的2个品种为里扎玛特和火焰无核，活性最低的为新雅；PEP酶活性最高的品种为夏黑与活性最低的无核白的差异达到极显著性水平，其它各品种间的差异均为达到极显著性水平；CE酶活性夏黑最高，与部分品种之间的差异达到极显著水平，新雅、新郁最低与其它10个品种的差异均达到极显著性水平；PL酶活性无核白最高，与其它品种见的差异均达到极显著性水平。

  2.4　生理代谢指标与裂果率的相关性分析

  从生理代谢指标与不同浸水时间的累计裂果率的相关性分析结果可以看出水溶性果胶含量、水溶性果胶/原果胶和PG酶活性与果粒裂果的发生呈正相关关系，其中水溶性果胶/原果胶与不同时段的累计裂果率的相关性均达到极显著性水平，水溶性果胶含量与不同时段的累计裂果率的相关性达到显著或极显著的正相关性。原果胶、纤维素含量、果皮强度、PEP、CE和PL酶活性与裂果率呈负相关关系，其中纤维素含量与0-8h、0-12h裂果率相关性达到显著性水平，与0-24h裂果率的相关性达到极显著性水平；果皮强度与0-8h、0-12h和0-24h的裂果率均达到极显著性水平，与0-4h的裂果率的相关性达到显著性水平；几个关键酶活性与不同时段的裂果率均为达到显著性水平。

  3　讨论

  3.1　不同鲜食葡萄品种果实裂果特性的差异

  有关葡萄、杏、红枣、柑橘等果品裂果特性的研究结果均表明不同品种的裂果特性存在较大差异，Opara等研究表明裂果具有相对稳定的遗传性，Young指出番茄裂果由隐性基因控制，不开裂的品种是隐性纯合基因控制，而开裂为多基因控制。苑赞等人通过连续5年的观察调查从165个枣品种中筛选出16个抗裂品种。王旭旭等人通过清水浸泡诱导对255个鲜食葡萄品种裂果性状进行了调查，结果表明不同葡萄品种的裂果倾向性存在较大差异，欧亚种葡萄比欧美杂种葡萄裂果严重，不同葡萄品种发生裂果的部位也存在一定差异。庞洪翔等人通过对6个品种裂果特性的生产调查指出红木纳格、白木纳格和无核白易裂果。本文获得了与前人一致的研究结果，供试12个品种浸水诱导裂果率存在很大差异，京亚、夏黑2个欧美品种浸水24h均未出现裂果；10个欧亚种中除红地球未出现裂果外，其它9个品种均不同程度的出现裂果，里扎玛特裂果率高达80.67%；同时研究发现欧亚种品种对浸水时间的响应程度存在较大差异，其中里扎玛特最敏感短时间浸水就大量裂果，其次为新郁、无核紫和无核白。

  3.2　果皮细胞结构特性与裂果的关系

  前人研究指出裂果的发生与果皮发育状态和力学性能密切相关。前人有关角质层厚度与裂果的相关性未取得一致结论，有研究认为角质层厚度与裂果发生有一定的相关性，角质层厚的品种不易裂果，辛艳伟等人对红枣的研究认为裂果与角质层并无大的相关性，本文研究认为裂果的发生与角质层厚度关系并不密切，与角质层的完整性关系更密切。对葡萄、红枣等研究结果均表明表皮细胞结构与抗裂果能力密切相关，Li等研究认为外果皮的厚度对果实品种抗裂果能力贡献显著，辛艳伟等研究认为，耐裂和较耐裂品种表皮细胞较小且排列紧密，不耐裂品种表皮细胞较大且排列疏松；耐裂、较耐裂和不耐裂的品种表皮细胞层数区别不明显；耐裂和较耐裂的品种果肉细胞排列紧密，不耐裂的品种果肉细胞排列疏松。本文研究结果与前人一致，易发生裂果的葡萄品种，外表皮和内表皮细胞均较大，形状不规则，排列较松散，不易裂果的葡萄品种表皮细胞较小，排列紧密。

  3.3　细胞壁结构物质及关键酶活性与裂果的关系

  果皮的弹性和强度与抗裂性强弱也有密切联系，细胞壁组成修饰会影响果皮强度和韧性，与裂果密切相关。果皮强度，是影响裂果的重要因子，可以用来衡量果实裂果的易发性，本文研究结果与前人一致，不同葡萄品种果皮强度与裂果率呈负相关关系，相关性达到极显著水平，可以作为评价葡萄果实裂果特性的指标。植物细胞壁是一种复杂的网状结构，其成分包含纤维素、半纤维素、果胶等，细胞壁代谢相关物质含量及其相互交联是果皮强度的重要物质基础，细胞壁组分的变化会影响果皮的机械性能，与果实裂果的发生密切相关。温明霞和石孝均研究表明，在锦橙裂果的果皮中可溶性果胶含量高于正常果，而原果胶含量则低于正常果，杨泽恩研究发现番茄耐裂品种较易裂品种水溶性果胶与原果胶比值低，本文研究结果与前人相似，水溶性果胶含量及水溶性果胶/原果胶均与葡萄果实的易裂程度呈极显著的正相关关系。Huang等发现，在果实发育过程中易裂的‘糯米糕’荔枝果皮细胞壁中纤维素的含量低于耐裂的‘怀枝’，郭红彦等人研究发现补充钙肥后与对照相比纤维素含量显著增加、裂果率明显降低，本研究发现耐裂品种纤维素含量显著高于易裂品种，纤维素含量u与果实裂果率相关性达到极显著性水平，与前人研究结果相符。

  前人研究指出PEP、PG、EG等细胞壁组成物质代谢关键酶活性与裂果的发生密切相关，易裂品种PG活性比耐裂品种高。栗现芳等研究指出易裂枣品种EG活性高于耐裂品种。高美玲等、李建国等在对西瓜和荔枝的研究中也得到相同的结论。本文研究结果表明葡萄不同品种PE、PG、PEP和PL四个酶的活性虽然整体趋势与前人研究结论相符，但相关性分析结果均未达到显著性水平，具体原因有待于进一步挖掘。

  4　结论

  不同鲜食葡萄品种裂果特性和对水分的敏感程度差异显著，果皮角质层完整度、表皮和亚表皮细胞的大小和排列情况与裂果发生密切相关；水溶性果胶含量、水溶性果胶与原果胶比值与鲜食葡萄品种易裂性呈极显著的正相关关系；果皮强度、纤维素含量均与鲜食葡萄品种易裂性呈极显著负相关关系，以上几项指标可以作为鲜食葡萄品种裂果特性评价的参考指标。