‘板棗’果皮特性與裂果關系探索*

張曉萍，趙旗峰，李六林，薛曉芳

（1 山西農業大學果樹研究所，果樹種質創制和利用山西省重點實驗室，太原030031）（2 山西農業大學園藝學院）

棗（Ziziphus jujubaMill.）是原產于我國的特色經濟林樹種[1]，2018 年我國棗果產量約735.76 萬t，占世界首位[2]。山西省紅棗產量占全國紅棗產量的8%左右，近年來山西省棗裂果嚴重，裂果損失約占總產量的46.30%。開裂的果實失去商品性，造成巨大的經濟損失，裂果已成為‘壺瓶棗’樹產業興盛的桎梏[3]。

目前已有大量研究表明，裂果受到如品種[4-6]、果實組織結構[1,5,7-9]、發育時期[1,7,10-11]、礦質營養[9,12-17]、內源激素[18]、果皮結構[19]等諸多因素的影響。棗果皮破裂是由于果皮機械力的產生，這種機械力來源于果皮無法協調果實的內部生長和外界環境的壓力[20]。角質膜主要由角質及填充在角質中的蠟質組成，覆蓋在植物各種器官的表面，是植物與外界環境接觸的保護層[21]。近年來研究發現，角質膜對荔枝、櫻桃果實裂果有顯著的影響[22-24]。王惠聰等[22]研究發現，角質層是植物體的保護屏障，能降低果實表面水分的過分吸收和散失、減少果皮機械損傷和病原菌侵入。角質膜厚度越大，果實越能抵抗外界不良環境，表現為裂果率降低。高中山等[19]研究發現，易裂的品種果肉彈性和可塑性大于抗裂品種，且棗果向陽面果皮的開裂與較低的果皮韌性相關。馬雯彥等[10]研究發現，裂果正相關于果皮強度和果皮延伸性。

目前果蔬質地檢測常用的方法是質構儀穿刺法[25-26]，整果穿刺能反映果實的流變特征，客觀且準確地評價果皮的生物力學性。本研究采用‘板棗’作為研究材料，通過對角質膜生長特性及力學特性的研究，探索角質膜與裂果的關系，為棗裂果研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為山西農業大學果樹研究所國家棗種質資源圃的‘板棗’。‘板棗’樹體健壯，常規水平管理。從幼果期開始，在膨大期、白熟期、轉色期、半紅期和全紅期等6 個時期摘取無病蟲害、果實表面無損傷的100 個棗果實進行相關指標測定。

1.2 果實形態特征指標的測定

采用游標卡尺測量果實的縱橫徑（精度到0.02 mm），用萬分之一天平稱量果實重量（精確到0.001 g），用排水法測定果實體積（精確到0.1 mL），表面積的測定采用模型估算法。

1.3 裂果率的統計

田間裂果率統計對象為10 株常規水平管理、無病蟲害的50 年生棗樹，果實表皮有肉眼可見裂紋則判斷為裂果。

裂果率（%）=（裂果總數/調查總果數）×100

在2017 年8—10 月期間對浸水試驗裂果率進行統計，取樣時要求保留好棗果實的果梗，共分4組進行處理，每個處理分別有30 個果實：A.用蠟把果梗封住；B.用蠟封果梗的同時需將果實在氯仿（氯仿作為化學溶液可以除去果實表面的角質膜蠟質）中浸泡30 s；C.蠟封果梗后用棉柔紙輕輕地擦拭果實（用物理去除的方法擦掉蠟質）；D.對照組（不作任何處理）。將處理后的果實浸泡在去離子水中，每隔2 h 計算1 次裂果率，開裂的果實不重復統計。

1.4 角質膜質量的測定

采用酶解法測定棗果實表面單位面積角質膜的含量，棗果實大小需基本一致且表面無損傷。酶解之前需采用包裹法測定出每個棗果實表面積。將挑選好的果實用蒸餾水沖洗后削皮，將與果實脫離的果皮浸沒在檸檬酸緩沖液中（0.05 mol/L，pH 值3.8），檸檬酸緩沖液含有果膠酶（0.20 g/L，Solarbio，北京）、纖維素酶（0.60 g/L，Solarbio，北京）、NaN3（0.13 g/L，將來實業，上海），防止微生物滋生。每處理5 個果實，重復3 次。在果肉與角質全部分離前每隔12 h 更換1 次酶液，更換酶液時，用蒸餾水沖洗角質膜4～5 次，將脫離的果肉組織沖洗掉。待完全分離并用蒸餾水沖洗后，將酶解得到的角質膜在30 ℃條件下烘干、稱重，保存備用。

單位面積角質膜質量＝所稱角質膜質量/5 個棗果實表面積的總和

1.5 果實生物力學的測定

每個發育時期隨機選取5 個棗果實進行果實生物力學特性的測定，即用質構儀（Stable Micro Systems，The UK）進行穿刺試驗，測定果皮破裂力（g）、果皮脆度（g/mm）、果皮韌性（g/mm）、果皮平均硬度（g）等果皮的力學特性（圖1），具體操作方法參照Li 等[27]。

圖1 ‘板棗’穿刺圖

1.6 數據處理

采用Excel 和SAS 8.6 軟件對數據進行統計分析。用單因素方差分析（ANOVA）評價樣品間的差異，Duncan’s 多重檢驗進行差異顯著性分析（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 棗果實生長及裂果特性分析

‘板棗’的橫徑和縱徑逐漸增長，幼果期發育至白熟期橫徑、縱徑增長幅度最大（圖2、圖3）；轉色期到全紅期間橫徑、縱徑的增長幅度開始變緩，但仍增長；‘板棗’的橫徑和縱徑在全紅期時達到了最大值，分別為2.41 cm 和2.98 cm，相較于幼果期分別增長了1.20 cm 和1.22 cm。‘板棗’單果重呈現S 形增長，在幼果期到膨大期之間單果重增長較慢，在果實膨大期到白熟期增長速度較快，增長率達到了101.00%，轉色期后增長幅度開始減小。棗單果體積和表面積的增長趨勢與單果重的增長趨勢基本相同。從幼果期到全紅期‘板棗’的體積增長量達到了8.71 cm3，而表面積的增長量則達到了22.69 cm2（圖3）。

圖2 棗果實發育進程

圖3 棗果實生長發育動態

2.2 棗果實裂果特性分析

‘板棗’果實在轉色期和半紅期產生裂果，裂果率分別為3.30%和1.70%。通過觀察在浸水試驗中不同處理下‘板棗’裂果發生率（表1），發現在化學溶劑溶解表皮蠟質處理下的‘板棗’在果實發育過程中均未發生裂果，而在機械去除果實表面角質膜的處理下‘板棗’在轉色期、半紅期和全紅期均發生裂果，裂果率分別為3.78%、3.40%、3.60%。

表1 ‘板棗’裂果情況 %

2.3 棗果面角質膜質量變化

由圖4 可知，隨著果實的發育，單位面積角質膜質量也呈逐漸上升的趨勢。在白熟期后單位面積角質膜質量迅速增長，至全紅期時達到最大（5.11×10-3g/cm2）。除轉色期和半紅期間單位面積角質膜質量無顯著差異外，其他各時期單位面積角質膜質量均差異顯著。單位面積角質膜質量的增長趨勢呈現W 形。在幼果期到膨大期間階段增長速率降低，在膨大期到白熟期間階段增長速率開始升高，在轉色期到全紅期階段增長速率繼續增加。

圖4 ‘板棗’不同發育時期單位面積角質膜質量

2.4 不同發育時期棗果實生物力學分析

由圖5 可知，幼果期和轉色期的第一峰值（果皮破裂力）分布在1.0～1.5 kg 范圍內，而全紅期峰值則分布在1.0 kg 左右。通過對棗果實生物力學分析發現，‘板棗’發育過程中出峰時間都在1 s 以內，可計算出3 個時期的果皮破裂深度在2.0 mm 內，幼果期出峰時間分布在0.7～0.9 s，轉色期、全紅期出峰時間在0.5 s 左右。

圖5 ‘板棗’不同發育時期生物力學比較

從幼果期到轉色期曲線第一峰值變化并不明顯，計算得出其破裂深度由1.4 mm 左右（幼果期）降低至1.0 mm（轉色期）左右，轉色期果皮脆度大于幼果期，全紅期果皮破裂力由1.0～1.5 kg 降至1.0 kg 左右（圖5），而破裂深度沒有太大變化。

由圖6 可知，果實發育期間從幼果期到白熟期果皮破裂力增長，在白熟期達到最大，為1.5 kg，之后逐漸降低；‘板棗’果皮破裂深度在果實發育期間先升高，在白熟期達到最大后降低；果皮韌性先升高后降低，在白熟期達到最大，為1.39 kg/mm；果皮脆度增長趨勢呈“升高—降低—再升高”的趨勢，在全紅期達到最大，為1.13 kg/mm。

圖6 棗果實果肩部位生物力學特性比較

2.5 果實生物力學特性與角質膜質量的相關性

由表2 可知，棗裂果率與果皮破裂力、果皮破裂深度和果皮韌性均呈負相關關系，與單位面積角質膜質量和果皮脆度均呈正相關，相關性均不顯著。單位面積角質膜質量與果皮韌性和果皮破裂深度均呈顯著負相關關系，相關系數分別為-0.825 和-0.890；與果皮脆度呈極顯著正相關關系，相關系數為0.931。果皮破裂力與果皮破裂深度和果皮韌性均呈極顯著正相關關系，相關系數分別為0.946和0.983。果皮破裂深度和果皮韌性呈極顯著正相關關系，相關系數為0.989；與果皮脆度呈顯著負相關關系，相關系數為-0.847。

表2 棗裂果率與單位面積角質膜質量及果皮特性的關系

3 討 論

李偉才等[28]認為裂果的發生與發育中果實的特性有關，大多數棗品種在接近成熟時裂果發生嚴重，而有的棗品種在生長早期或在整個發育期都可以觀察到裂果。王長柱等[29]將25 個棗品種的果實浸泡統計裂果率發現，有一些棗品種半紅期的果實裂果程度大于全紅期的果實，有一些棗品種半紅期的裂果率小于全紅期的果實，還有一些品種半紅期與全紅期果實裂果無差異。而大多數學者認為轉色期至全紅期的棗果實遇雨更易發生裂果，只在個別品種觀察到白熟期有裂果現象[7,10-11]。本研究發現‘板棗’裂果從果實轉色期開始，這與品種特性和發育時期均存在一定關系。

關于櫻桃、李和葡萄的研究發現，發育過程中單位面積角質膜質量下降且表面積增長速度最快的時期是單位面積角質膜質量降低最快的時期[25,30-32]。本研究發現，隨著棗果實成熟，單位面積角質膜質量與櫻桃、李和葡萄的變化趨勢不同，但單位面積角質膜質量也在果實發育膨大期降低。

馬慶華等[26]對‘冬棗’進行穿刺發現，果皮破裂力、破裂深度和果皮脆度會隨著‘冬棗’果實的發育而逐漸降低。果皮表面的蠟質層可能會影響果皮破裂力。唐巖[33]測定了‘木棗’‘龍須棗’‘馬牙棗’和‘美蜜棗’生物力學發現，‘木棗’與其他3個棗品種果實果肩、果胴和果頂的果皮強度、果皮破裂特性等有差異。本研究發現‘板棗’果實發育的不同時期，果皮的生物力學特性也有差異。

4 結 論

‘板棗’的橫徑和縱徑在全紅期達到最大，分別為2.41、2.98 cm；單果重增長趨勢呈現S 形；幼果期到全紅期體積增長量為8.71 cm3，而表面積的增長量為22.69 cm2。‘板棗’果實轉色期和半紅期裂果率分別為3.30%、1.70%。單位面積角質膜質量的增長趨勢呈W 形，隨果實的發育呈逐漸上升的趨勢，全紅期各部位單位面積角質膜質量達到最大，達到5.11×10-3g/cm2。

‘板棗’生物力學特性分布曲線分析，幼果期和轉色期第一峰值（果皮破裂力）分布在1.0～1.5 kg范圍內，全紅期峰值主要分布在1.0 kg 左右，不同發育時期出峰時間均在1 s 以內，轉色期和全紅期出峰時間在0.5 s 左右，而在幼果期出峰時間主要分布在0.7～0.9 s。因此，轉色期果皮脆度大于幼果期和全紅期；不同發育時期果皮韌性從大到小依次為：幼果期＞轉色期＞全紅期。

‘板棗’果實發育期間果皮破裂力從幼果期到白熟期逐漸增長，在白熟期增長達到最大，為1.5 kg。果皮破裂深度在果實發育期間先升高后下降，在白熟期達到最大。果實發育期間果皮韌性先升高后降低，在白熟期達到最大，為1.39 kg/mm。果皮脆度增長趨勢呈先升高后降低再升高的趨勢，在全紅期達到最大，為1.13 kg/mm。