‘庫爾勒香梨’及其芽變品種‘沙01’果實硬度差異的相關因素分析

陳湘穎，丁 想，牛瑩瑩，尤璐瑤，廖 康

(新疆農業(yè)大學 林學與園藝學院， 新疆 烏魯木齊 830052)

【研究意義】‘庫爾勒香梨’為薔薇科(Rosaceae)梨亞科(Pomoideae)梨屬(Pyrus)植物，是新疆名優(yōu)的地方梨品種之一，其香味濃郁，肉質細嫩酥脆[1]，但‘庫爾勒香梨’有果個小，可食率低，果形不一致等不良品質。20世紀初，芽變育種就已經成為選育優(yōu)良梨品種的一項手段，現(xiàn)已被廣泛應用于‘庫爾勒香梨’新品種的選育工作中[2]，其中‘沙01’就是從‘庫爾勒香梨’中選育出的優(yōu)良芽變品種，在果個大小方面有很大的突破，且果形端正，商品性良好，但‘沙01’果實硬度小，易受機械損傷。果實硬度不僅可以作為判斷果實成熟和果實品質的重要指標，也可影響果實儲運期和貨架期的長短[3]。目前，‘沙01’果實的硬度已成為影響運營成本和限制其發(fā)展的主要因素之一。研究‘庫爾勒香梨’和‘沙01’果實硬度差異的影響因素，對‘庫爾勒香梨’芽變新品種的改良和貯藏等具有重要的參考價值。【前人研究進展】相關研究結果表明，果實質地的變化是由果肉細胞壁的結構及細胞壁組分含量的所決定，如果膠、纖維素的含量等[4-5]。高婧斐等[6]通過對清見雜柑的細胞壁物質含量及相關酶活性的研究發(fā)現(xiàn)，決定囊衣綿韌的關鍵因素是多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶的活性。穆欣[7]通過對5個不同番茄品系相關性狀的研究表明，果形指數和平均單果重與果實硬度具有一定的相關性。目前，關于梨果實硬度的研究多集中在果實后熟軟化及采后貯藏等生理變化方面[8-9]，而關于不同梨品種果實硬度差異因素的研究卻鮮見報道。【本研究切入點】對‘庫爾勒香梨’和‘沙01’成熟期的果實帶皮和去皮硬度進行測定，比較兩品種果實硬度的差異，同時測定兩品種果實性狀、細胞壁組分含量及相關酶活性，比較‘庫爾勒香梨’和‘沙01’果實性狀及生理生化指標的不同，并分析這些指標與兩品種果實硬度差異的相關性。【擬解決的關鍵問題】探討影響‘庫爾勒香梨’和‘沙01’果實硬度差異可能的因素，為‘庫爾勒香梨’新品種的改良和選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究以樹齡為30年生的‘庫爾勒香梨’和‘沙01’為試材。選擇栽培管理相近，樹勢基本一致的梨樹，于果實成熟期各品種隨機采集具有代表性、無機械損傷、大小和成熟度基本一致的果實為樣本。采樣地點位于新疆巴州庫爾勒市沙依東園藝場。

1.2 方法

1.2.1 果實硬度測定 取10個果實，采用型號為GY-4的數顯果實硬度計，用直徑為7.9 mm的測頭垂直果實赤道部位，于室溫條件下測定硬度。

1.2.2 果實基本性狀測定 參考曹玉芬等[10]《梨種質資源描述規(guī)范和數據標準》。取10個果實，對單果重、果實縱徑及果實橫徑進行測定，并計算果形指數。

1.2.3 果實含水量測定 取10個果實，將果實置于60 ℃烘箱中烘干，烘干后稱量，果實組織中減少的重量占其鮮重的百分比即為果實含水量[11]。

1.2.4 果實可溶性固形物含量和酸度測定 取10個果實，每個果取陰、陽兩面的果肉。采用型號為PAL-Easy ACID5的酸度計測定酸度，采用型號為PAL-1的糖度計測定可溶性固形物含量。

1.2.5 細胞壁組分及相關酶活性測定 組織樣本的處理：取10個果實，切取果皮和果肉部分，其中果皮厚度約為1 mm，分別混合均勻后放入液氮中充分研磨。準確稱取0.5 g組織樣品，加入4.5 mL 0.01 mol/L PBS(pH 7.4)，并于8000 r/min、4 ℃條件下離心30 min，收集上清液待檢測。原果膠(PP)含量、可溶性果膠(SP)含量、纖維素(cellulose)含量、半纖維素(hemicellulose)含量、木質素(lignin)含量、多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性、果膠甲酯酶(PE)活性、果膠裂解酶(PL)活性、纖維素酶(cellulase)活性、木聚糖酶(xylanase)活性、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性、過氧化物酶(POD)活性、多酚氧化酶(PPO)活性，按照上海酶聯(lián)生物科技有限公司的試劑盒說明書進行測定。以上指標均重復3次。

1.3 數據處理

試驗數據使用Microsoft Excel 2016進行平均值和標準誤的計算，用SPSS19.0進行ANOVA方差分析及Duncan多重比較，并采用Pearson法對兩品種測定的果實性狀及生理生化指標與果實硬度進行相關分析。

2 結果與分析

2.1 果實硬度及果實性狀

由表1可知，其中‘沙01’果實的帶皮硬度和去皮硬度分別為6.43和4.83 kg/cm2，而‘庫爾勒香梨’果實的帶皮硬度和去皮硬度分別為7.99和6.16 kg/cm2，二者果實硬度均達極顯著水平差異(P<0.01)，說明果皮和果肉都會影響果實硬度。

由表1可見，‘沙01’單果重和果形指數分別為146.19 g和0.95，而‘庫爾勒香梨’單果重和果形指數分別為114.83 g、1.12，與‘沙01’達極顯著水平差異(P<0.01)。‘沙01’果實含水量、可溶性固形物含量以及酸度指標與‘庫爾勒香梨’均無顯著差異。

2.2 果皮中細胞壁組分含量及相關酶活性

由表2可知，‘沙01’果皮中，可溶性果膠含量顯著高于‘庫爾勒香梨’(P<0.05)；半纖維素含量極顯著高于‘庫爾勒香梨’(P<0.01)，而原果膠含量、纖維素含量及木質素含量與‘庫爾勒香梨’均無顯著差異。

表1 ‘庫爾勒香梨’和‘沙01’的果實硬度及果實性狀比較

注：表中數值代表平均值±標準誤；同列肩標不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。下同。

由表2可見，‘沙01’果皮中的多聚半乳糖醛酸酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性和木聚糖酶活性均顯著高于‘庫爾勒香梨’(P<0.05)；果膠裂解酶活性、果膠甲酯酶活性及纖維素酶活性均高于‘庫爾勒香梨’，且與‘庫爾勒香梨’達到極顯著水平差異(P<0.01)；‘沙01’果皮中的多酚氧化酶活性極顯著低于‘庫爾勒香梨’(P<0.01)，但過氧化物酶活性與‘庫爾勒香梨’無顯著差異。通過以上結果發(fā)現(xiàn)，‘庫爾勒香梨’和‘沙01’的果實帶皮硬度與果皮中細胞壁組分含量及相關酶活性具有一定相關性。

2.3 果肉中細胞壁組分含量及相關酶活性

由表3可見，‘沙01’果肉中的原果膠含量極顯著低于‘庫爾勒香梨’(P<0.01)，半纖維素含量極顯著高于‘庫爾勒香梨’(P<0.01)，而可溶性果膠含量、纖維素含量以及木質素含量與‘庫爾勒香梨’均無明顯差異。

由表3可知，‘沙01’果肉中的多聚半乳糖醛酸酶活性、果膠甲酯酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性以及木聚糖酶活性均顯著高于‘庫爾勒香梨’(P<0.05)；纖維素酶活性高于‘庫爾勒香梨’，多酚氧化酶活性低于‘庫爾勒香梨’，且均與‘庫爾勒香梨’達極顯著水平差異(P<0.01)，而果膠裂解酶活性和過氧化物酶活性與‘庫爾勒香梨’無顯著差異。以上結果說明，2個品種果肉硬度的差異與細胞壁組分含量及相關酶活性有很大的相關性。

2.4 果實硬度與果實性狀的相關分析

如表4所示，果實帶皮硬度與果實去皮硬度呈極顯著正相關(P<0.01)，相關系數為0.714；果實帶皮硬度與單果重呈極顯著負相關(P<0.01)，與果形指數呈極顯著正相關(P<0.01)，相關系數分別為-0.553和0.519；果實去皮硬度與單果重呈極顯著負相關(P<0.01)，相關系數為-0.708，與果形指數呈極顯著正相關(P<0.01)，相關系數為0.761；而果實帶皮硬度和去皮硬度與果實含水量、可溶性固形物以及酸度指標均無顯著相關。綜上述結果可知，‘庫爾勒香梨’和‘沙01’果實帶皮硬度和去皮硬度與果實性狀間，相關性存在一定的差異，這進一步說明單果重和果形指數影響著兩品種果實帶皮和去皮硬度的差異。

表2 ‘庫爾勒香梨’和‘沙01’的果皮細胞壁組分含量及相關酶活性比較

表3 ‘庫爾勒香梨’和‘沙01’的果肉細胞壁組分含量及相關酶活性比較

表4 梨果實硬度與果實性狀的相關分析

注：*表示顯著相關(P<0.05)；**表示極顯著相關(P<0.01)，下同。

2.5 果實帶皮硬度與果皮中細胞壁組分含量及相關酶活性的相關分析

由表5可看出，果實帶皮硬度與多聚半乳糖醛酸酶活性和苯丙氨酸解氨酶活性的相關系數分別為-0.832和-0.874，均呈顯著負相關(P<0.05)；果實帶皮硬度與果膠裂解酶活性、果膠甲酯酶活性、纖維素酶活性、木聚糖酶活性、可溶性果膠含量以及半纖維素含量均呈極顯著負相關(P<0.01)，與多酚氧化酶活性呈極顯著正相關(P<0.01)，相關系數依次為-0.981、-0.912、-0.993、-0.924、-0.915、-0.945和0.941。以上結果說明，不同細胞壁組分和酶活性對‘庫爾勒香梨’和‘沙01’果實硬度的作用不同，但綜合比較，半纖維素含量、可溶性果膠含量、與果膠相關酶活性、纖維素酶活性、木聚糖酶活性、多酚氧化酶活性以及苯丙氨酸解氨酶活性對兩品種果實硬度的差異影響較大。

表5 梨果實帶皮硬度與果皮細胞壁組分含量及相關酶活性的相關分析

表6 梨果實去皮硬度與果肉細胞壁組分含量及相關酶活性的相關分析

2.6 果實去皮硬度與果肉中細胞壁組分含量及相關酶活性的相關分析

由表6可知，果實去皮硬度與半纖維素含量、木聚糖酶活性、多聚半乳糖醛酸酶活性、果膠甲酯酶活性、纖維素酶活性和苯丙氨酸解氨酶活性均存在不同程度的負相關，相關系數依次為-0.910、-0.739、-0.884、-0.774、-0.975和-0.827，其中與果膠甲酯酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性及木聚糖酶活性呈顯著負相關關系(P<0.05)，與半纖維素含量、多聚半乳糖醛酸酶活性及纖維素酶活性呈極顯著負相關關系(P<0.01)；與原果膠含量和多酚氧化酶活性呈極顯著正相關(P<0.01)，相關系數分別為0.970和0.963。綜上所述，細胞壁組分含量中，原果膠和半纖維素含量對‘庫爾勒香梨’和‘沙01’的果肉硬度差異起一定作用，同時多聚半乳糖醛酸酶、果膠甲酯酶、纖維素酶、苯丙氨酸解氨酶和木聚糖酶的活性對兩品種果肉硬度的差異也具有一定影響，且相關性均存在不同程度的差異。

3 討 論

本研究通過比較‘庫爾勒香梨’和‘沙01’果實帶皮和去皮硬度發(fā)現(xiàn)，果實帶皮硬度和去皮硬度均存在極顯著差異，說明果皮的機械彈性和果肉硬度共同影響著果實硬度。本研究表明，果形指數和單果重與果實帶皮和去皮硬度均呈極顯著相關，這與穆欣[7]研究結果一致，說明果形指數和單果重與‘庫爾勒香梨’和‘沙01’的果實硬度差異有關。另外本研究發(fā)現(xiàn)，‘庫爾勒香梨’和‘沙01’的果實帶皮和去皮硬度與可溶性固形物含量、果實含水量及酸度指標均無顯著相關，黃麗萍等[12]在桃果實的研究中也發(fā)現(xiàn)類似結果，說明這些指標并不是造成‘庫爾勒香梨’和‘沙01’的果實硬度差異因素。但是，羅靜等[13]通過對4個不同品種加工番茄的相關性狀與其硬度進行研究發(fā)現(xiàn)，可溶性固形物含量與番茄果實硬度存在顯著負相關，造成這種差異的原因可能是不同品種加工番茄的可溶性固形物含量之間存在顯著差異。

果膠、纖維素、木質素等是構成植物細胞壁的主要物質，它們不僅對果實起到保護和支撐的作用，同時還可維持果實一定的硬度和良好的形狀[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，果皮中的可溶性果膠含量與果實帶皮硬度呈極顯著負相關，與原果膠含量無顯著相關；果肉中的原果膠含量與果實去皮硬度呈極顯著正相關，與可溶性果膠無顯著相關，這與馬之勝等[15]研究略有出入，說明不同品種以及不同部位之間的細胞壁組分含量與果實硬度的關系存在一定差異。本研究結果發(fā)現(xiàn)，‘庫爾勒香梨’和‘沙01’的果皮和果肉中，纖維素含量和木質素含量均無顯著差異和顯著相關，而劉春香等研究[16]認為，果實越硬，其纖維素含量越高。雖然纖維素和木質素與果實硬度密切相關，但本研究認為，影響‘庫爾勒香梨’和‘沙01’的果實硬度差異并非纖維素和木質素所致。焦云等[17]研究認為，半纖維素含量和其酶活性與果實的硬度并不總呈正相關，與本研究結果一致，這可能是與‘沙01’果實初始半纖維素含量有關。此外，魏建梅等[18]研究認為，相對于纖維素，半纖維素含量對果實硬度變化的影響更大。

細胞壁組分含量的變化是導致硬度變化的因素之一，而細胞壁物質的降解又受到多種酶和酶基因的調控。高利平等[19]通過研究脆肉株系和綿肉株系蘋果，認為在蘋果成熟期間，可能由于多種與細胞壁相關酶基因的上調表達和協(xié)同作用，進而導致綿肉株系果實硬度和脆度低于脆肉株系果實。劉超超等[20]報道，3個不同硬度的蘋果果膠甲酯酶的活性無顯著差異，多聚半乳糖醛酸酶活性和纖維素酶活性與果實硬度均呈顯著負相關，而本研究發(fā)現(xiàn)，‘庫爾勒香梨’和‘沙01’的果實帶皮和去皮硬度與果膠甲酯酶活性、多聚半乳糖醛酸酶活性及纖維素酶活性均存在顯著或極顯著相關，多聚半乳糖醛酸酶活性和纖維素酶活性與果實硬度差異有關，而果膠甲酯酶活性可能不是確定果實硬度差異的原因。張志良等[21]研究發(fā)現(xiàn)，由于多酚氧化酶與液泡中的酚類物質發(fā)生酶促反應，進而加速了果實軟化。另外，張玉星等[22]通過噴施水楊酸發(fā)現(xiàn)，苯丙氨酸解氨酶活性的提高和過氧化物酶活性的降低，抑制了木質素的合成，并認為苯丙氨酸解氨酶活性對木質素的影響無相關性，可能參與了其他物質的合成，這與本研究結果基本一致，但本研究發(fā)現(xiàn)，‘庫爾勒香梨’和‘沙01’果皮和果肉中的過氧化物酶活性無顯著差異且與果實硬度無顯著相關，該結果說明，過氧化物酶可能對兩品種果實硬度差異的影響不大。

4 結 論

影響‘庫爾勒香梨’和‘沙01’的果實硬度差異的因素是多方面的。單果重和果形指數是影響兩品種果實硬度差異的因素；果皮中，可溶性果膠含量、半纖維素含量、多聚半乳糖醛酸酶活性、果膠裂解酶活性、纖維素酶活性、木聚糖酶活性及多酚氧化酶活性與兩品種果實帶皮硬度差異有關；果肉中，原果膠含量、半纖維素含量、多聚半乳糖醛酸酶活性、纖維素酶活性、木聚糖酶活性及多酚氧化酶活性與兩品種果實去皮硬度差異有關。