不同鮮食葡萄品種裂果特性分析

韓守安，王 敏，鐘海霞，謝 輝，張付春，周曉明，張心語，張 雯 ，潘明啟

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所/農(nóng)業(yè)部新疆地區(qū)果樹科學(xué)觀測試驗站，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】2017年新疆葡萄栽培總面積約14.3×104hm2(215萬畝)，總產(chǎn)量252×104t，均位列全國第一，新疆光熱資源豐富、晝夜溫差大、氣候干燥，綜合生態(tài)環(huán)境良好，是葡萄生產(chǎn)的最佳生態(tài)區(qū)域之一，葡萄品質(zhì)優(yōu)、口味佳。新疆主栽葡萄品種以歐亞種起源為主，多數(shù)歐亞種葡萄果皮薄，果肉質(zhì)地脆且果皮不易剝離，比歐美種葡萄更易發(fā)生裂果[1]，個別年份成熟期遇到降雨會造成大量裂果，對果實品質(zhì)和種植效益造成嚴(yán)重影響。對主栽品種和極具發(fā)展?jié)摿Φ膬?yōu)良品種的裂果特性進(jìn)行評價，分析其裂果形成的內(nèi)在生理因素，對不同區(qū)域主栽品種的選擇和配套栽培措施的應(yīng)用具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】裂果受品種遺傳特性和環(huán)境因素共同影響，裂果具有相對穩(wěn)定的遺傳性[2]，果皮發(fā)育狀態(tài)和力學(xué)性能均與裂果形成關(guān)系密切。對葡萄[3]、紅棗[4]等研究結(jié)果均表明，表皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)與抗裂果能力密切相關(guān)，果皮細(xì)胞小且排列緊密的品種較抗裂。果皮的彈性和強度與抗裂性強弱也有密切聯(lián)系[5]?！颈狙芯壳腥朦c】細(xì)胞壁組成修飾會影響果皮強度和韌性，與裂果密切相關(guān)，果實細(xì)胞壁是由纖維素、半纖維素網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成主要的細(xì)胞強度骨架，包埋在可與其共同延伸的果膠網(wǎng)狀物質(zhì)中間，果膠和纖維素是細(xì)胞壁的重要組成部分，其含量和存在形式與果皮抗張力強弱關(guān)系密切[6]。研究分析影響不同品種裂果特性的生理生化原因?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以12個新疆鮮食葡萄主栽品種和具有發(fā)展?jié)摿Φ膬?yōu)良品種為試材，通過對其裂果特性進(jìn)行評價分級結(jié)合果皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)顯微觀察，果皮強度測定，果膠、原果膠、纖維素、及PG、PEP、CE和PL等指標(biāo)的測定，為降低新疆葡萄生產(chǎn)過程中裂果的發(fā)生率，不同產(chǎn)區(qū)適宜品種的選擇和栽培調(diào)控措施的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

選擇新疆主栽鮮食品種和具有發(fā)展?jié)摿Φ膬?yōu)良葡萄品種共計12個，分別為火焰無核、紅地球、火州黑玉、京亞、里扎馬特、木納格、維多利亞、無核白、無核白雞心、無核紫、夏黑、新雅、新郁。供試品種均采自新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院烏魯木齊市安寧渠綜合試驗場，樹齡7年，樹形為順溝傾斜龍干樹形，生產(chǎn)管理措施一致，所有品種均未用植物生長調(diào)節(jié)劑進(jìn)行膨大處理。

1.2 方 法

1.2.1 樣品采集與保存

2017年于果實成熟期采集供試樣品，各品種選擇結(jié)果部位一致無病蟲害的完整成熟果穗，各品種隨機(jī)剪取果粒300粒，放入冰盒中帶回實驗室，其中150粒立即進(jìn)行浸泡誘導(dǎo)裂果處理；120粒液氮速凍后-40℃冰箱保存，用于生理指標(biāo)的測定；10粒，使用鋒利刀片切成0.5×0.5×0.5 (cm)大小組織塊(果實中間帶果皮部分),使用FAA固定液進(jìn)行固定，用于石蠟切片制作；20粒用于果皮強度測定。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 裂果率

參考王旭旭等[1]方法，將150粒成熟果粒，隨機(jī)分為3組裝入紗網(wǎng)袋內(nèi)，浸泡于清水中，分別與浸泡后4、8、12和24 h統(tǒng)計裂果情況，每次調(diào)查之后將開裂果實取出后更換清水繼續(xù)浸泡，裂果率=(裂果粒數(shù)/總粒數(shù))×100%。

1.2.2.2 果皮強度

采用Hg-10數(shù)顯式推拉力計進(jìn)行測定，測定果實中部，測定部位與石蠟切片取樣部位保持一致，每個果粒測定3個部位，共測定20個果粒。

1.2.2.3 生理指標(biāo)

果膠原果膠含量采用咔唑比色法測定，纖維素含量采取蒽酮法測定，多聚半乳糖醛酸酶PG、果膠酯酶PEP、纖維素酶CE、果膠裂解酶PL等果膠、纖維素降解關(guān)鍵酶活性采用酶聯(lián)免疫法測定。石蠟切片的制作具體參照賀冰等方法[7]，OLYMPUS光學(xué)顯微鏡下觀察、成像，使用Imagej軟件進(jìn)行測量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析及作圖，采用Ducan新復(fù)極差法(SSR)進(jìn)行結(jié)果差異顯著性檢驗，利用一元線性回歸分析各指標(biāo)同裂果率間的線性關(guān)系，使用不同時段裂果率統(tǒng)計數(shù)據(jù)和果皮強度數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析。統(tǒng)計分析過程通過SAS9.4軟件實現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種裂果差異性

研究表明，不同品種清水誘導(dǎo)裂果率存在較大差異，其中紅地球、京亞和夏黑3個品種浸水24 h均未出現(xiàn)裂果，里扎瑪特、新郁、無核白、無核白雞心、無核紫裂果率較高，浸水24 h裂果率依次為80.67%、61.00%、48.33%、28.33%、26.33%和20.67%，前3個品種差異均達(dá)到極顯著性水平；另外從不同浸水時間段的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出里扎瑪特對浸水特別敏感，浸水時長4 h裂果率就高達(dá)31.67%，其次為新郁和無核白，新郁浸水至8 h時裂果率達(dá)到20.33%，無核白浸水12 h時裂果率達(dá)到19.00%；其它幾個裂果品種裂果大量發(fā)生與浸水12 h之后。聚類分析結(jié)果也能較好的將12個品種分為4類，其中第一類包括紅地球、京亞、夏黑、維多利亞、火焰無核5個品種為不易裂果品種，其中第二類包括火州黑玉、新雅、無核白雞心、無核紫4個品種為較易裂果品種，其中第三類包括無核白和新郁2個品種為對水分敏感易裂果品種，第四類僅里扎瑪特1個品種，為對水分極敏感極易裂果品種。表1，表2

表1 不同鮮食葡萄品種清水浸泡誘導(dǎo)累計裂果率差異Table 1 The fruit cumulative cracking rate of different kinds of fresh grape fruit after submerging test

表2 不同鮮食葡萄品種裂果特性聚類Table 2 The results of cluster analysis on the cracking characteristics of different Table grape varieties

2.2 不同品種果皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)差異

研究表明，不同葡萄品種角質(zhì)層厚度存在較大差異，其中新雅角質(zhì)層最厚為6.88 μm，達(dá)到其它品種的2～5倍，其次為京亞和夏黑依次為3.67和3.35 μm，角質(zhì)層最薄的3個品種為新郁、火州黑玉和無核白雞心，厚度依次為1.20、1.46和1.63 μm，其它品種的角質(zhì)層厚度相似均在2 μm左右；另一方面不同品種角質(zhì)層的完整性存在較大差異，其中里扎瑪特角質(zhì)層極不平整，存在明顯的斷裂缺口，無核紫和新郁2個品種均存在少量斷裂缺口，其它品種角質(zhì)層均較完整光滑。表3

表3 不同鮮食葡萄品種果實角質(zhì)層結(jié)構(gòu)觀測及差異性Table 3 Observation results and analysis of different kinds of fresh grape fruit cuticle structure

研究表明，不同葡萄品種表皮細(xì)胞形狀、大小和排列緊密度之間均存在較大差異，其中新雅的表皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)比較特殊呈菱形，維多利亞和新郁呈長條形，無核白和無核白雞心呈多邊形，其它品種均呈橢圓至長橢圓形；細(xì)胞截面積差異明顯，其中里扎瑪特表皮細(xì)胞截面積最大為1 353.52 μm2，達(dá)到其它品種的2～12倍，其次為新雅和夏黑較依次為1 353.52、518.01和406.75 μm2；無核白、維多利亞和火焰無核的細(xì)胞截面較小；無核紫和新郁表皮細(xì)胞較松散，火焰無核、火州黑玉、京亞和無核白雞心表皮細(xì)胞排列緊密。表4

表4 不同鮮食葡萄品種果實表皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)觀測及差異性Table 4 Observation results and analysis of different kinds of fresh grape fruit epithelial cell

不同品種亞表皮細(xì)胞層數(shù)、性狀和排列規(guī)則程度間均存在一定差異，其中京亞和夏黑亞表皮細(xì)胞層數(shù)較多分別為6～7和5～6層，紅地球、里扎馬特、無核紫和新郁的層數(shù)較少為3～4層，其它品種為4～5層；里扎瑪特、無核白雞心和新郁細(xì)胞排列較松散，維多利亞、無核白、無核紫和新雅排列較緊密，其它品種果肉細(xì)胞排列緊密整齊。表5

2.3 不同品種細(xì)胞壁代謝相關(guān)物質(zhì)與關(guān)鍵酶活性的差異性

研究表明，不同品種果皮強度和細(xì)胞壁代謝相關(guān)物質(zhì)的含量之間存在較大差異，其中里扎瑪特果粒中水溶性果膠含量最高為0.85 mg/g，極顯著高于其它各品種，新郁、無核紫、火州黑玉可溶性果膠的含量也較高，維多利亞、火焰無核和紅地球的含量較低；紅地球原果膠含量最高為1.74 mg/g，極顯著高于其它品種；纖維素含量最高的4個品種依次是紅地球、新雅、維多利亞和夏黑，含量均大于100 mg/g，極顯著高于其它各品種，含量最低的2個品種依次是新郁和里扎瑪特，含量分別為34.84和35.73 mg/g，除火焰無核外與其它品種的差異均達(dá)到極顯著水平；果皮強度較高的3個品種依次為夏黑、紅地球和京亞，較低的3個品種依次為里扎瑪特、無核白和新郁。表6

表5 不同鮮食葡萄品種果實亞表皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)觀測Table 5 Observation results of different kinds of fresh grape fruit sub epidermal cell

表6 不同鮮食葡萄品種果實細(xì)胞壁代謝相關(guān)生理指標(biāo)差異Table 6 The differences of physiological indexes related to cell wall metabolism in berry of different fresh grape varieties

研究表明，不同品種與細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)物質(zhì)相關(guān)的關(guān)鍵酶活性間存在一定差異，PG酶活性最高的2個品種為里扎瑪特和火焰無核，活性最低的為新雅；PEP酶活性最高的品種為夏黑與活性最低的無核白的差異達(dá)到極顯著性水平，其它各品種間的差異均為達(dá)到極顯著性水平；CE酶活性夏黑最高，與部分品種之間的差異達(dá)到極顯著水平，新雅、新郁最低與其它10個品種的差異均達(dá)到極顯著性水平；PL酶活性無核白最高，與其它品種間的差異均達(dá)到極顯著性水平。表7

2.4 生理代謝指標(biāo)與裂果率的相關(guān)性

研究表明，水溶性果膠含量、水溶性果膠/原果膠和PG酶活性與果粒裂果的發(fā)生呈正相關(guān)關(guān)系，其中水溶性果膠/原果膠與不同時段的累計裂果率的相關(guān)性均達(dá)到極顯著性水平，水溶性果膠含量與不同時段的累計裂果率的相關(guān)性達(dá)到顯著或極顯著的正相關(guān)性。原果膠、纖維素含量、果皮強度、PEP、CE和PL酶活性與裂果率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中纖維素含量與0～8 h、0～12 h裂果率相關(guān)性達(dá)到顯著性水平，與0～24 h裂果率的相關(guān)性達(dá)到極顯著性水平；果皮強度與0～8 h、0～12 h和0～24 h的裂果率均達(dá)到極顯著性水平，與0～4 h的裂果率的相關(guān)性達(dá)到顯著性水平；幾個關(guān)鍵酶活性與不同時段的裂果率均為達(dá)到顯著性水平。表8

表8 浸泡誘導(dǎo)各時段累計裂果率與細(xì)胞壁代謝相關(guān)生理指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系Table 8 The correlation between different period cumulative berry cracking rate and physiological indexes related to cell wall metabolism during soaking induction

3 討 論

3.1 不同鮮食葡萄品種果實裂果特性差異

有關(guān)葡萄[1]、杏[8]、紅棗[9]、柑橘[10]等果品裂果特性的研究結(jié)果均表明，不同品種的裂果特性存在較大差異，Opara等[2]研究表明，裂果具有相對穩(wěn)定的遺傳性，Young[11]指出番茄裂果由隱性基因控制，不開裂的品種是隱性純合基因控制，而開裂為多基因控制。苑贊等[12]通過連續(xù)5年的觀察調(diào)查從165個棗品種中篩選出16個抗裂品種。王旭旭等[1]通過清水浸泡誘導(dǎo)對255個鮮食葡萄品種裂果性狀進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明，不同葡萄品種的裂果傾向性存在較大差異，歐亞種葡萄比歐美雜種葡萄裂果嚴(yán)重，不同葡萄品種發(fā)生裂果的部位也存在一定差異。龐洪翔等[3]通過對6個品種裂果特性的生產(chǎn)調(diào)查指出紅木納格、白木納格和無核白易裂果。研究獲得了與前人一致的研究結(jié)果，供試12個品種浸水誘導(dǎo)裂果率存在很大差異，京亞、夏黑2個歐美品種浸水24 h均未出現(xiàn)裂果；10個歐亞種中除紅地球未出現(xiàn)裂果外，其它9個品種均不同程度的出現(xiàn)裂果，里扎瑪特裂果率高達(dá)80.67%；同時研究發(fā)現(xiàn)歐亞種品種對浸水時間的響應(yīng)程度存在較大差異，其中里扎瑪特最敏感短時間浸水就大量裂果，其次為新郁、無核紫和無核白。

3.2 果皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)特性與裂果關(guān)系

前人研究指出裂果的發(fā)生與果皮發(fā)育狀態(tài)和力學(xué)性能密切相關(guān)。前人有關(guān)角質(zhì)層厚度與裂果的相關(guān)性未取得一致結(jié)論，有研究認(rèn)為角質(zhì)層厚度與裂果發(fā)生有一定的相關(guān)性，角質(zhì)層厚的品種不易裂果[3,13-14]，辛艷偉等[15]對紅棗的研究認(rèn)為裂果與角質(zhì)層并無大的相關(guān)性，研究認(rèn)為裂果的發(fā)生與角質(zhì)層厚度關(guān)系并不密切，與角質(zhì)層的完整性關(guān)系更密切。對葡萄[3]、紅棗[4]等研究結(jié)果均表明，表皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)與抗裂果能力密切相關(guān)，Li等[16]研究認(rèn)為外果皮的厚度對果實品種抗裂果能力貢獻(xiàn)顯著，辛艷偉等[15]研究認(rèn)為，耐裂和較耐裂品種表皮細(xì)胞較小且排列緊密，不耐裂品種表皮細(xì)胞較大且排列疏松；耐裂、較耐裂和不耐裂的品種表皮細(xì)胞層數(shù)區(qū)別不明顯；耐裂和較耐裂的品種果肉細(xì)胞排列緊密，不耐裂的品種果肉細(xì)胞排列疏松。研究結(jié)果與前人一致，易發(fā)生裂果的葡萄品種，外表皮和內(nèi)表皮細(xì)胞均較大，形狀不規(guī)則，排列較松散，不易裂果的葡萄品種表皮細(xì)胞較小，排列緊密。

3.3 細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)物質(zhì)及關(guān)鍵酶活性與裂果關(guān)系

果皮的彈性和強度與抗裂性強弱也有密切聯(lián)系[5]，細(xì)胞壁組成修飾會影響果皮強度和韌性，與裂果密切相關(guān)。果皮強度，是影響裂果的重要因子，可以用來衡量果實裂果的易發(fā)性，研究結(jié)果與前人一致，不同葡萄品種果皮強度與裂果率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，可以作為評價葡萄果實裂果特性的指標(biāo)。植物細(xì)胞壁是一種復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其成分包含纖維素、半纖維素、果膠等，細(xì)胞壁代謝相關(guān)物質(zhì)含量及其相互交聯(lián)是果皮強度的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[17]，細(xì)胞壁組分的變化會影響果皮的機(jī)械性能，與果實裂果的發(fā)生密切相關(guān)。溫明霞[10]研究表明，在錦橙裂果的果皮中可溶性果膠含量高于正常果，而原果膠含量則低于正常果，楊澤恩[18]研究發(fā)現(xiàn)番茄耐裂品種較易裂品種水溶性果膠與原果膠比值低，研究結(jié)果與前人相似，水溶性果膠含量及水溶性果膠/原果膠均與葡萄果實的易裂程度呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。Huang等[19]發(fā)現(xiàn)，在果實發(fā)育過程中易裂的‘糯米糕’荔枝果皮細(xì)胞壁中纖維素的含量低于耐裂的‘懷枝’，郭紅彥等[10]研究發(fā)現(xiàn)補充鈣肥后與對照相比纖維素含量顯著增加、裂果率明顯降低，研究發(fā)現(xiàn)耐裂品種纖維素含量顯著高于易裂品種，纖維素含量與果實裂果率相關(guān)性達(dá)到極顯著性水平，與前人研究結(jié)果相符。

前人研究指出[20]PEP、PG、EG等細(xì)胞壁組成物質(zhì)代謝關(guān)鍵酶活性與裂果的發(fā)生密切相關(guān)，易裂品種PG活性比耐裂品種高。栗現(xiàn)芳等[21]研究指出易裂棗品種EG活性高于耐裂品種。高美玲等[22]、李建國等[17]在對西瓜和荔枝的研究中也得到相同的結(jié)論。研究結(jié)果表明，葡萄不同品種PE、PG、PEP和PL 4個酶的活性雖然整體趨勢與前人研究結(jié)論相符，但相關(guān)性分析結(jié)果均未達(dá)到顯著性水平，具體原因有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

鮮食葡萄品種裂果特性和對水分的敏感程度差異顯著，12個鮮食品種可以分為4個不同的裂果差異類群，24 h浸水誘導(dǎo)裂果率分布在0～80%。果皮角質(zhì)層完整度、表皮和亞表皮細(xì)胞的大小和排列情況與裂果發(fā)生密切相關(guān)；水溶性果膠含量、水溶性果膠與原果膠比值與鮮食葡萄品種易裂性呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.770 7和0.831 2；果皮強度、纖維素含量均與鮮食葡萄品種易裂性呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到-0.923 4和-0.786 7。