貴州高海拔區(qū)糖心蘋果果實品質特征及成因分析

馮建文 韓秀梅 宋莎 王紅林 解璞 楊華 李順雨 吳亞維

摘要：【目的】研究糖心蘋果的品質特征，旨在明確貴州高海拔區(qū)蘋果糖心現象形成特點和機制，為糖心蘋果生產提供理論依據?！痉椒ā恳郧x3號蘋果為試材，比較貴州高海拔區(qū)4個發(fā)育時期（果實膨大前期S1、可采成熟期S2、食用成熟期S3和生理成熟期S4）果實品質指標，以及果實糖心組織與非糖心組織的糖組分含量、礦質元素和山梨醇代謝相關酶活性差異，并對果肉組織石蠟切片進行分析?！窘Y果】蘋果果實縱徑和橫徑在S1～S3時期顯著增加（P<0.05，下同），S3時期較S1時期分別增加22.37%和22.67%;S1時期無糖心形成，S2時期后56%以上的果實均有糖心，S3和S4時期的糖心果率差異不顯著（P>0.05，下同），但糖心指數差異顯著;果實糖心果率和糖心指數與采摘時期、單果質量、果實含水率、可溶性固形物（SSC）含量及果皮a*值呈極顯著正相關（P<0.01，下同），與去皮硬度呈顯著負相關，與L*值和b*值呈極顯著負相關。S2～S4時期糖心組織中果糖、葡萄糖和蔗糖含量均低于非糖心組織，而山梨醇含量顯著高于非糖心組織，其含量是非糖心組織的1.10～1.92倍;S2～S4時期糖心組織中SDH活性呈波動降低的趨勢，僅S3時期糖心組織與非糖心組織差異達顯著水平，非糖心組織中SDH活性也逐漸降低;SOX活性在非糖心組織呈降低趨勢，S2～S4時期糖心組織與非糖心組織間均差異顯著;成熟果實糖心組織中Ca含量顯著高于非糖心組織，是非糖心組織的1.80～2.79倍，K含量除S4時期外，也表現為糖心組織含量高于非糖心組織;Fe和Zn含量除S4時期外，糖心組織含量均低于非糖心組織;Mg含量除S2時期外，糖心組織含量均高于非糖心組織;Cu含量在糖心組織和非糖心組織中均呈下降趨勢，但糖心組織Cu含量低于非糖心組織;生理成熟期果實糖心組織和非糖心組織細胞完整，未出現細胞組織破碎現象;2016—2018年9—11月晝夜溫差18.43～23.34 ℃。【結論】貴州高海拔區(qū)域蘋果成熟期晝夜溫差大，葉片輸送的山梨醇不能及時轉化，從而在果心部位大量積聚，是導致糖心現象的主要原因。

關鍵詞： 貴州高海拔區(qū);蘋果;糖心;品質特征;成因

中圖分類號： S661.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2021）05-1273-09

Abstract：【Objective】To study the quality characteristics of the watercore apples，to clarify the characteristics and mechanisms of the watercore phenomenon of apples in the high altitude region and provide a theoretical basis for watercore apple production. 【Method】Qianxuan 3 apple from Guizhou high altitude area was used as experimental material. The fruit quality indexes at four growth periods（early stage of fruit enlargement S1， harvesting mature stage S2， edible mature stage S3 and? physiology mature stage S4） were compared， difference in glucose component content， mineral elements， and sorbitol metabolism related enzyme activity between watercore and non-watercore tissues were analyzed and the paraffin sections of pulp tissue were studied. 【Result】The results showed that the longitudinal diameter and transverse diameter of the fruit increased significantly from S1 to S3（P<0.05， the same below），and the growth rates of S3 were 22.37% and 22.67% respectively compared to S1. There was no watercore in the S1 period，and more than 56% of the fruits after the S2 period had watercore，there was no significant difference in watercore rate between S3 and S4 periods（P>0.05， the same below），but the difference in watercore index was significant. The watercore fruit rate and watercore fruit index were extremely positively correlated with picking period，single fruit weight，fruit moisture content，soluble solid content（SSC） and peal a* value（P<0.01， the same below），whereas，were extremely negatively correlated with L* value and b* value of peel. During S2-S4，the contents of fructose，glucose and sucrose in watercore tissue were lower than those in non-watercore tissue，while the content of sorbitol in watercore tissue was significantly higher than that in non-watercore tissue，reached 1.10-1.92 times of that in non-watercore tissue. SDH activity in watercore tissue at S2-S4 period had decreasing trend in fluctuation，only S3 period had significant difference between watercore tissue and non-watercore tissue，and SDH activity in non-watercore tissues was gradually reduced. SOX activity in non-watercore tissue was reduced，difference between watercore tissue and non-watercore tissue at S2 and S4 periods was significant. Ca content in mature fruit in watercore tissue was significantly higher than that of non-watercore tissue，and was 1.80 to 2.79 times of non-watercore tissue. Except S4 period， K content manifested as a watercore tissue content higher than the non-watercore tissue. Except for S4， Fe and Zn content in watercore tissue was lower than the non-watercore tissue. Except for S2， Mg content in watercore tissue content was higher than the non-watercore tissue. Cu content decreased in watercore tissue and non-watercore tissue，but the watercore tissue Cu content was lower than the watercore tissue. In the physiological maturity stage，the cells were intact and no fragmentation occurred in both of the two tissues. In addition，from the year of 2016 to 2018， the diurnal temperature from September to November were ranged from 18.43 to 23.34 ℃. 【Conclusion】The apparent diurnal temperature at mature stage results in the inhibition of transformation process of sorbitol in time，hence，sorbitol from leaves accumulation in the core of the flesh，which may be responsible for the formation of the watercore in Guizhou high altitude area.

Key words： Guizhou high altitude areas; apple; watercore; quality characters; causes

Foundation item：Guizhou High-level Innovative Talent Cultivation Project（QKHPTRC〔2016〕4024）; Youth Fund Project of Guizhou Academy of Agricultural Sciences（〔2018〕41）

0 引言

【研究意義】蘋果成熟時，果肉細胞間隙充滿半透明的水漬狀物質，且隨著果實成熟水漬狀物質會沿蘋果心室射線由內向外擴展（劉小勇等，2008），這種現象被稱為水心，也稱為糖心、蜜果和糖蜜，而這種水漬狀的物質主要由山梨醇高度積累所形成的表象，這一現象在蘋果（Yamada et al.，2004）和梨（Drazeta et al.，2004）上均有發(fā)生。糖心現象多發(fā)生在成熟度較高的果實中，果實因品質好、口感佳而深受消費者喜愛，品牌效益及市場價值顯著。在我國及日本等國家，消費者常把糖心作為成熟蘋果的選購標準（Zupan et al.，2016）。糖心蘋果在我國西南高海拔蘋果產區(qū)和新疆阿克蘇蘋果產區(qū)較為普遍，目前，這2個區(qū)域已將糖心蘋果作為區(qū)域特色進行宣傳（魯興凱等，2017;周小魏，2019）。因此，研究貴州高海拔區(qū)糖心蘋果果實品質特征及成因，對于該區(qū)域糖心蘋果的優(yōu)質生產具有重要意義。【前人研究進展】對糖心一詞的描述最早見于德國教科書《Handbuch der Planzen-Krankheiten》中，蘋果糖心形成原因也一直備受研究者關注。以往很多研究認為蘋果糖心的成因主要是果實缺鈣（Ca）導致的生理性病害（劉小勇，2005;Nxumalo et al.，2019;Serban et al.，2019），且嚴重影響其耐貯性（劉小勇，2005）。Beau-dry（2014）研究發(fā)現，采收成熟度、良好的光照、過度或旺盛的生長、良好的耕作土壤、過度的降水或灌溉、極端的溫度或濕度、成熟前的嚴重修剪以及收獲前的低溫（尤其是霜凍）等能促進淀粉快速轉化為糖的因素均會促進糖心形成。已有研究表明，糖心組織與非糖心組織在山梨醇含量、相關酶活性及Ca等礦質元素和細胞膜透性等方面均存在差異（Kanayama and Kochetov，2015）。Gao等（2005）研究發(fā)現糖心組織中山梨醇轉運蛋白（SOT）基因表達下降，轉運效率降低，從基因層面解釋糖心的形成。魯興凱等（2017）認為，云貴高原蘋果產區(qū)糖心現象與高原冷涼自然環(huán)境有關。周小魏（2019）研究了新疆阿克蘇地區(qū)不同果園的糖心富士，認為氣溫是阿克蘇地區(qū)蘋果糖心形成的主要因素之一，對于蘋果糖心現象的形成有了新的認識?！颈狙芯壳腥朦c】盡管關于糖心品質形成的研究較多，但對西南高海拔區(qū)蘋果糖心現象的研究鮮見報道。蘋果糖心現象是果實糖組分變化的呈現，而蘋果果實糖代謝是一個過程，以往的研究多集中在成熟果實（Zupan et al.，2016），因此，研究蘋果果實糖分代謝有助于進一步闡明蘋果糖心現象。果糖、葡萄糖和蔗糖是蘋果的主要糖組分（Li et al.，2018），而山梨醇積累和Ca含量是影響蘋果果實是否出現糖心的關鍵因子（Sharples，1967;Kollas，1968;Tanaka et al.，2020）。【擬解決的關鍵問題】系統(tǒng)分析比較不同成熟時期糖心蘋果糖心組織與非糖心組織中主要糖組分含量、礦質元素、山梨醇代謝相關酶活性和細胞組織結構差異，旨在明確貴州高海拔區(qū)蘋果糖心現象形成特點和機制，為糖心蘋果生產提供理論依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

試驗園位于貴州省畢節(jié)市威寧縣黑石頭鎮(zhèn)河壩村（東經103°59′47″，北緯26°45′21″），海拔2120 m，蘋果品種為6年生黔選3號（長富2號單株變異，2011年由貴州省果樹科學研究所審定），砧木為麗江山荊子，不套袋常規(guī)管理喬化栽植，株行距2 m×4 m，隨機選取9棵樹勢較一致的植株作為試驗株，每3株樹為1個重復。

1. 2 試驗方法

2019年果樹盛花期為4月10日，分別于果實膨大前期（果實花后154 d，9月11日）、可采成熟期（果實花后172 d，9月29日）、食用成熟期（果實花后189 d，10月16日）和生理成熟期（果實花后209 d，11月5日）采摘蘋果果實，4個時期依次標識為S1、S2、S3和S4。每次每株樹于樹冠中上部沿東、南、西、北4個方向隨機摘取4個果實，每時期36個果實樣品于當天運回貴州省果樹科學研究所實驗室進行果實品質指標測定和糖心發(fā)生情況調查。

1. 3 測定指標及方法

1. 3. 1 果實外觀品質指標測定 果實單果質量和縱橫徑分別利用托盤天平和游標卡尺測定;果皮色差利用CR-400色差儀（日本柯尼卡美能達控股株式會社）測定，L*代表明亮度，表示從黑暗（L*=0）到明亮（L*=100）之間變化，a*表示顏色從綠色（-a*）到紅色（+a*）之間變化，b*表示顏色從藍色（-b*）到黃色（+b*）之間變化;可溶性固形物（Soluble solids content，SSC）含量采用TD-45手持折光儀（浙江托普儀器有限公司）測定;果實去皮硬度采用GY-1型果實硬度計測定蘋果的陽面和陰面;含水率采用烘箱干燥法測定。

1. 3. 2 糖心果率和糖心指數統(tǒng)計 將糖心級別分為0～3級（圖1）。0級：無糖心現象發(fā)生;1級：只發(fā)生在心皮組織和附近維管束區(qū)域;2級：在果核周圍呈放射狀分布，細長放射狀寬度不超過5 mm，長度不超過20 mm，不連片;3級：在果核周圍呈放射狀分布，細長放射狀水心寬度超過5 mm，少量連片，未延伸到果皮（張鴻，2010）。

糖心果率（%）=糖心果數/調查總數×100

糖心指數=Σ（糖心果數×級別）/（調查總數×最高級）

將S1、S2、S3和S4時期采摘的果實沿果實中間部位橫切厚度為5 mm的薄片，用小刀分別取出糖心組織（標識為T）和非糖心組織（標識為F），一部分立即放入液氮速凍，稍微搗碎混勻于-80 ℃冰箱中保存，用于山梨醇相關酶活性和糖組分的高效液相色譜（HPLC）測定，另一部分放入烘箱烘干用于組織含水率及礦質元素含量的測定。

1. 3. 3 糖組分測定 糖組分的HPLC測定參照王靜等（2001）、胡志群等（2005）的方法，準確稱取S1、S2、S3、S4時期T和F組織各2 g，加入5 mL 90%乙醇勻漿，10000 g離心15 min，殘渣加入5 mL 90%乙醇再提取1次，合并上清液于90 ℃水浴鍋蒸干，用超純水定容至10 mL，取1 mL經0.45 μm濾膜過濾后待測，3次測定重復。使用儀器為1100LC高效液相色譜儀（美國Agilent公司），配有RID示差檢測器，色譜柱為Agilent ZORBAX Carbohydrate柱（150 mm×4.6 mm），流動相為乙腈∶水=75∶25，流速1 mL/min，柱溫35 ℃，進樣量10 μL。標樣為Sigma色譜純級果糖、山梨醇、葡萄糖和蔗糖。

1. 3. 4 山梨醇脫氫酶（SDH）和山梨醇氧化酶（SOX）活性測定 S1、S2、S3、S4時期T和F組織SDH活性采用試劑盒（北京索萊寶科技有限公司）測定， SOX活性采用酶聯(lián)免疫（ELISA）試劑盒（江蘇晶美生物科技有限公司）測定。

1. 3. 5 礦質元素含量測定 Ca、鉀（K）、鐵（Fe）、鎂（Mg）、鋅（Zn）和銅（Cu）礦質元素含量采用WFX-120A原子吸收分光光度計，參考GB 5009.268—2016《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》進行測定。

1. 3. 6 組織石蠟切片觀察 采用石蠟切片法觀察S4時期T和F組織，FAA固定液中取出材料，軟化，脫水，二甲苯透明，浸蠟，切片（厚度10 μm），番紅—固綠染色，中性樹脂封片，在OLYMPUSBX-53光學顯微鏡下觀察并拍照。

1. 3. 7 氣溫數據收集 試驗園氣候溫濕度數據采用L95-4溫濕度記錄儀（上海發(fā)泰精密儀器儀表有限公司）收集記錄，每30 min記錄一次數據。

1. 4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2010處理試驗數據，SPSS 19.0進行顯著性分析和相關分析，所有數據均為3次重復的平均值。

2 結果與分析

2. 1 蘋果果實品質及其與糖心相關分析結果

由表1可知，S1～S4時期的單果質量和糖心指數均逐漸增加，各時期間存在顯著差異（P<0.05，下同）;果實縱徑和橫徑在S1～S3時期顯著增加，S3時期較S1時期分別增加22.37%和22.67%，但S3與S4時期間的差異不顯著（P>0.05，下同）;果實去皮硬度呈減小趨勢，但各時期差異不顯著;果實含水率在S1～S2時期顯著增加，S2～S4時期果實含水率差異不顯著;糖心果率指標說明S1時期無糖心形成，S2時期后56%以上的果實均有糖心，S3與S4時期的糖心果率差異不顯著，說明掛樹晚采對糖心果率的影響不大，但S3與S4時期的糖心指數差異顯著;果實SSC含量S1～S2時期降低，但變化不顯著，S3時期顯著增加;S1～S4時期果實亮度逐漸下降，果皮紅色度增加，黃色度降低。

從表2可看出，糖心果率和糖心指數與采摘時期、單果質量、果實含水率、SSC含量和a*值呈極顯著正相關（P<0.01，下同），果實采摘越晚，SSC含量越高，果皮著色越紅，糖心果率和糖心指數越高;而糖心果率和糖心指數與去皮硬度呈顯著負相關，與L*值和b*值呈極顯著負相關。

2. 2 糖心組織與非糖心組織糖組分含量差異

由圖2可看出，從糖心形成S2時期開始，糖心組織與非糖心組織中果糖、山梨醇、葡萄糖和蔗糖含量均呈上升趨勢;糖心組織中果糖和蔗糖含量均顯著低于非糖心組織，葡萄糖在S2時期糖心組織含量也顯著低于非糖心組織，但糖心組織中山梨醇含量在S2～S4時期均顯著高于非糖心組織，其含量是非糖心組織的1.10～1.92倍。從圖3可看出4種主要可溶性糖出峰時間及峰面積大小，其中，可明顯看出T組織中山梨醇的峰面積大于F組織。

2. 3 糖心組織與非糖心組織山梨醇代謝相關酶活性差異

從圖4看出，S2～S4時期糖心組織SDH活性呈波動降低的趨勢，僅S3時期糖心組織與非糖心組織差異達顯著水平，非糖心組織SDH活性也逐漸降低;糖心組織SOX活性呈先升高后降低的變化趨勢，非糖心組織SOX活性呈降低趨勢，S2～S4時期糖心組織的SOX活性與非糖心組織間均顯著差異，而山梨醇含量逐漸累積，推測SDH和SOX活性的降低與山梨醇含量的積累關系密切。

2. 4 糖心組織與非糖心組織礦質元素含量差異

由圖5看出，從形成糖心的S2時期開始，糖心組織的Ca含量均顯著高于非糖心組織，分別是非糖心組織Ca含量的1.80、2.79和2.43倍;K含量除S4時期外，也表現為糖心組織含量高于非糖心組織;Fe和Zn含量除S4時期外，糖心組織含量均低于非糖心組織;Mg含量除S2時期外，糖心組織含量均高于非糖心組織;Cu含量在糖心組織和非糖心組織中均呈下降趨勢，但糖心組織Cu含量低于非糖心組織。

2. 5 糖心組織與非糖心組織的石蠟切片觀察結果

由圖6可看出，生理成熟期（S4時期）果肉非糖心組織細胞形態(tài)大小均一，排列規(guī)律，未出現細胞連片破碎的情況;與非糖心組織細胞相比，糖心組織細胞體積小、排列緊密，可能與其更靠近心室附近，帶有果心的疏導組織有關，且糖心組織細胞也未見破碎現象。

2. 6 2016—2018年蘋果果實采摘期的氣溫特征

從表3可看出2016—2018年蘋果果實采收期9—11月的氣溫特征，月平均晝夜溫差分別為18.43、21.67和23.33 ℃，均在18.42 ℃以上，而果實糖心果率和糖心指數迅速升高，說明較大晝夜溫差有利于果實糖心的形成。

3 討論

3. 1 糖心果實組織主要糖組分特征

山梨醇是蘋果主要運輸的碳水化合物（梁東等，2004），糖心形成的原因與蘋果果實中流經維管組織韌皮部細胞中富含光合作用的液體有關，正常的山梨醇代謝受損，即糖轉運蛋白轉運效率降低，導致糖心組織山梨醇大量積累（Gao et al.，2005），因此與非糖心組織相比，糖心組織具有較高的山梨醇含量和較低的果糖、蔗糖和葡萄糖含量（Bowen and Watkins，1997;Gao et al.，2005;Melado-Herreros et al.，2013;Zupan et al.，2016）。杜艷民等（2015）研究發(fā)現糖心果實和組織中的山梨醇含量分別是正常果實和組織的2.19和2.86倍;Kanayama和Kochetov（2015）研究發(fā)現同期采收的果實中，糖心果實的山梨醇含量是正常果實的2倍。本研究結果表明，從S2時期開始，糖心組織中果糖、葡萄糖和蔗糖含量均低于非糖心組織，而山梨醇含量顯著高于非糖心組織，與杜艷民等（2015）、Zupan等（2016）的研究結果基本一致。

Yamada等（2006）通過比較早期糖心和非糖心的王林果實，發(fā)現山梨醇在每個隔室的分配率無顯著差異，認為細胞間隙中積累的山梨醇可能由韌皮部主動卸載造成，而不是因細胞滲漏增加引起。本研究發(fā)現，S4時期糖心組織細胞排列緊密完好，也沒有出現細胞破碎導致滲漏的情況，推測糖心組織中較高的山梨醇含量并非細胞滲漏所致。

3. 2 山梨醇代謝相關酶活性與糖心發(fā)生的關系

SDH和SOX是將山梨醇轉化為果糖和葡萄糖的主要酶。SDH有NAD+型和NADP+型2種，前者是山梨醇與果糖相互轉化的關鍵酶，后者主要影響山梨醇與葡萄糖之間的相互轉化;SOX則催化山梨醇向葡萄糖轉化（梁東等，2004）。

Kollas（1968）研究認為，糖心組織代謝轉化山梨醇能力較低的原因可能有2個：一是酶的缺乏或抑制;二是輔酶因子的不可用。本研究發(fā)現從果實可采收成熟期到生理成熟期，糖心組織與非糖心組織中SDH和SOX活性總體均呈降低趨勢，而這2種酶活性的降低可直接導致山梨醇轉化效率的下降。

溫度直接影響酶活性，從而調控果實糖代謝（余芳等，2014）。Sugiura等（2013）研究發(fā)現，高溫下生長的蘋果很少表現出糖心現象，且隨著氣候變暖，蘋果糖心果率呈下降趨勢。周小魏（2019）對新疆阿克蘇地區(qū)不同區(qū)域氣溫與蘋果糖心現象相關性的研究表明，日最低溫度達0 ℃且晝夜溫差大于15 ℃時，隨著采收期的延長，糖心現象較容易出現。本研究中，采果試驗園2016—2018年果實采收期（9—11月）月度晝夜溫差均高于18.42 ℃，且該時期糖心果率和糖心指數較其他時期高。此外，果實成熟期白天溫度較高，葉片光合產物（主要為山梨醇）較豐富;夜間溫度低，相關酶活性下降，導致葉片白天光合作用形成并運輸到果實的山梨醇在果實維管束周圍大量累積，從而導致果實出現糖心現象，這也闡述了蘋果延遲采收，氣溫下降，更容易出現糖心現象的原因。西南高海拔區(qū)這種特殊的氣候環(huán)境可能是該區(qū)域蘋果易出現糖心現象的誘因，該結果與魯興凱等（2017）的報道一致。

3. 3 礦質元素含量與糖心發(fā)生的關系

Ca是影響糖心形成的重要礦質元素，低Ca是引發(fā)蘋果糖心的主要原因之一（Fukuda，1984）。但Nxu-malo等（2019）的研究結果表明，Ca含量高的果實也會在糖心高發(fā)的季節(jié)形成糖心，且夜間低溫對糖心形成的影響較Ca含量的影響大。本研究發(fā)現糖心組織中的Ca含量顯著高于非糖心組織，與Nxumalo等（2019）的研究結果一致。此外，Beaudry（2014）研究發(fā)現外源Ca可抑制糖心癥狀，但低Ca和糖心發(fā)生率之間的聯(lián)系并非十分密切，Ca可能是通過減慢果實成熟來影響糖心形成?？锪W等（2017）對125個蘋果品種的礦質元素含量進行測定，發(fā)現果實中Ca元素含量在0.03～0.14 g/kg范圍內。本研究中，各采摘時期果實糖心組織和非糖心組織Ca元素含量分別為0.39～0.54和0.14～0.30 g/kg，均明顯高于匡立學等（2017）測定的125個品種Ca含量范圍，且糖心組織高于非糖心組織，因此，本研究認為威寧高海拔區(qū)蘋果糖心現象并非缺Ca導致。

4 結論

貴州高海拔區(qū)域蘋果成熟期晝夜溫差大，葉片輸送的山梨醇不能及時轉化，從而在果心部位大量積聚，是導致糖心現象的主要原因。

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（責任編輯 羅 麗）