鹽脅迫對美國山核桃果實品質的影響

章建紅，焦云，沈登鋒，洪春桃，魏斌，潘存德

（1.寧波市農業科學研究院，浙江 寧波 315040；2.新疆農業大學，新疆 烏魯木齊 830052）

鹽脅迫通常會對植物的生長發育造成一定的影響，并且隨著鹽濃度的升高，山核桃Carya cathayensis和美國山核桃C.illinoensis幼苗的根、莖、葉干鮮質量以及植株高、地徑、側枝數、葉片數等生長量均呈下降趨勢[1-5]；同時對果實品質亦有一定的影響。有關研究表明，特定濃度水平鹽脅迫可促進番茄Lycopersicon esculentum果實可溶性固形物、可溶性糖含量提升；并且，NaCl 比KCl 更能提高櫻桃番茄果實的Vc 含量，有利于改善其口感和營養價值[6-7]。類似的研究結果表明，中、低濃度的鹽可顯著提高‘巨峰’葡萄Vitis labruscana花青素積累以及果實可溶性固形物含量和發育后期的固酸比，而高濃度的鹽不利于其果實著色和可溶性固形物含量積累，并降低了果實固酸比[8]。由此可見，不同濃度的鹽脅迫對果實品質的影響是不盡相同的。但前期相關研究主要針對模式植物葉片等器官光合指標及酶活性開展鹽脅迫實驗，并且主要以幼苗為實驗材料[9-13]，關于鹽脅迫對成年美國山核桃堅果品質指標的影響的相關研究報道尚屬空白。有鑒于此，本研究首先以澆灌鹽脅迫的方式，探討美國山核桃可耐受的NaCl 濃度水平；為了解鹽脅迫對美國山核桃果實品質指標的影響效應，以10 年生美國山核桃為實驗材料，通過人工模擬NaCl 脅迫環境，對果實品質指標進行測定與統計分析，綜合評價不同濃度水平NaCl 對美國山核桃果實品質的影響，以期為美國山核桃在濱海鹽堿地上的綠化及生態應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

美國山核桃幼苗澆灌鹽脅迫試驗始于2019 年4 月在寧波市農業科學研究院農業高新技術園區溫室大棚內開展。另外，鹽脅迫對美國山核桃果實品質的影響實驗于浙江農林大學（浙江省杭州市臨安區）校園內美國山核桃種質資源圃（119°43′38′′ E，30°15′16′′ N；海拔約為50 m）內開展，該地屬中亞熱帶季風氣候區南緣，年平均氣溫為16.4 ℃，年均降水量為1 613.9 mm，年日照時數為1 847.3 h，無霜期為237 d。

1.2 材料

美國山核桃幼苗澆灌鹽脅迫試驗材料取自健康美國山核桃品種‘波尼’C.illinoensis‘Pawnee’ 種子育苗的實生苗。‘波尼’為美國農業部農業研究服務中心公布的高產優質美國山核桃品種，適宜合理密植、矮化栽培等果樹種植模式，其堅果橢圓形，出仁率達58%，果仁為金黃色，自花結實能力較強[14]。于2018 年9 月在云南省楚雄彝族自治州（102°4′ E，25°11′ N）采集種子，置于陰涼干燥處陰干20 天后開始采用低溫層積處理。于2019年2 月進行高溫催芽處理，即使用光照培養箱將采集的種子首先在28 ℃下催芽一周，然后將萌發后的種子播種在珍珠巖和泥炭土中（體積比為1∶1）。在溫室中生長到三葉期后，小心收集生長勢一致的幼苗移栽至塑料盆中（直徑×高為18 cm×16 cm），基質采用泥炭土、珍珠巖和蛭石（體積比為6∶2∶2），定植30 天后用于澆灌鹽脅迫處理。

鹽脅迫對美國山核桃果實品質的影響實驗材料與上述澆灌鹽脅迫試驗品種一致。選擇相同樹齡的‘波尼’成年果樹，均栽植于同一實驗區塊內，其日常撫育管理措施一致。選擇生長勢一致無病蟲害的9 株10 年生美國山核桃進行鹽脅迫實驗，采用小樣本實驗，分3 個處理，每個處理3 株，每個處理分3 個重復，每個重復1 株，NaCl 處理濃度水平分別為0（CK）、0.3%和0.6%（質量百分數），計9 株，樹盤做圍堰處理。

試驗所用NaCl 為分析純，500 g·瓶-1，上海國藥集團生產。

1.3 方法

1.3.1 鹽脅迫對美國山核桃生長的影響試驗 美國山核桃幼苗澆灌鹽脅迫試驗于2019 年4—11 月實施：用濃度分別為0（CK）、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%（質量百分數）的NaCl 溶液對‘波尼’容器苗進行鹽脅迫處理，在當年落葉前，視土壤干濕情況每隔2～5 d 澆1 次鹽水；按“不干不澆、澆則澆透”的原則，保持盆土濕潤，每次澆鹽水定量為1.5 倍容器的容量，以便鹽分能充分淋溶，以避免造成鹽分累積，每組處理設置3個重復，每個重復含有30 株植株，觀察并記錄不同處理下的樣品落葉期、開始萎蔫時間、開始死亡時間和最終的存活率。在當年生長期內進行植株生長情況及物候期的統計，以10%葉片先端枯萎達1/3 時作為萎蔫時間，以60%的植株落葉量達80%時作為落葉期，至落葉期整株枯死或頂芽枯死及頂芽下第1 個側芽枯死的植株作為死亡植株，當年生長期結束后統計各處理的最終存活率。

1.3.2 鹽脅迫對美國山核桃果實品質的影響實驗 10 年生美國山核桃人工模擬鹽脅迫環境試驗于2019 年6 月1 日至2019 年9 月28 日實施：每7 d 澆鹽水1 次，共計18 次；NaCl 濃度水平分別為0（CK）、0.3%和0.6%（質量百分數）；澆鹽水量為75 kg·株-1·次-1，CK 處理澆等量的清水。于10 月中上旬‘波尼’果實成熟后，在每一樣株的東、南、西、北4 個方向隨機均勻采摘成熟果實30 個，每一單株的30 個果實樣品為1 個重復，每處理3 個重復，共9 個樣品。去除果實青皮，將堅果自然風干，然后測定相關指標。用游標卡尺（0.01 mm）分別對每一份堅果材料的縱徑、橫徑、種皮厚度進行測定，用電子天平測量單果質量、果仁質量。剝去果實的果皮及種皮，得到果仁。果仁的蛋白質、脂肪、可溶性糖、還原糖、單寧的含量分別采用凱氏定氮法[15]、銅還原碘量法[16]、分光光度法[17]、索氏抽提法[18]進行測定；脂肪酸組成采用國家標準[19]進行測定。

1.4 數據分析

所有相關數據使用Excel 2016 進行匯總，并利用DPS v 14.10 軟件[20]對其進行統計分析，并采用鄧肯氏新復極差檢驗法進行多重比較，在α=0.05 水平進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同濃度NaCl 對美國山核桃幼苗生長發育物候期及果實形態特征的影響

由表1 可知，不同濃度鹽脅迫對美國山核桃的生長發育物候期有較大的影響，其中，鹽濃度越高其落葉時間越早。0.7% NaCl 處理的美國山核桃落葉時間最早在9月25 日，比CK 提前了2 個月，同時，其開始萎蔫時間和死亡時間也最早，分別為7 月25 日和8 月15 日。另外，在0.3%、0.4% NaCl 處理的美國山核桃存活率均為97.1%，與CK 無顯著差異（P＞0.05）；當NaCl 濃度為0.5%時，其存活率為86.7%；當NaCl 濃度上升為0.6%時，其存活率為71.4%，顯著低于CK 和0.3%、0.4%濃度NaCl 處理（P＜0.05）；而當NaCl 濃度達到0.7%時，其存活率僅為49.5%，顯著低于其他處理（P＜0.05）。有鑒于此，在后續鹽脅迫對美國山核桃果實品質影響實驗中宜選用低于0.7%濃度作為其可耐受鹽濃度水平。

表1 不同濃度NaCl 對美國山核桃幼苗生長發育物候期的影響Table 1 Effect of different concentrations of NaCl on growth of pecan seedlings

由表2 可知，經不同濃度NaCl 脅迫處理后，0.3%和0.6% NaCl 處理的美國山核桃堅果的縱徑、橫徑、單果質量、果仁質量和種皮厚度均高于CK；但是，僅見0.3%和0.6% NaCl 處理的美國山核桃單果質量顯著高于CK（P＜0.05），其余果實形態特征指標之間均沒有發現顯著差異（P＞0.05）。總體而言，隨著鹽脅迫濃度的增加，果實縱徑、橫徑、單果質量和種子殼厚度均呈現為上升趨勢。由此可見，鹽脅迫對美國山核桃果實形態特征具有一定的影響。

表2 不同濃度NaCl 脅迫對美國山核桃果實形態特征的影響Table 2 Effect of different concentration NaCl on seed morphological characteristics of pecan

2.2 不同濃度NaCl 脅迫對美國山核桃果仁營養成分的影響

由表3 可知，鹽脅迫對美國山核桃果仁營養成分含量的影響均未達到差異顯著水平（P＞0.05）。但是，隨著鹽脅迫濃度的增加，果仁中蛋白質和還原糖的含量呈現上升趨勢，這意味著一定濃度的NaCl 處理能夠促進美國山核桃果仁蛋白質、還原糖的合成與積累。然而，脂肪和可溶性糖含量則相反，隨著鹽脅迫濃度的增加呈現出緩慢下降的趨勢。值得注意的是，隨著鹽脅迫濃度的增加，果仁中單寧含量的變化趨勢沒有明顯的規律。由此可見，鹽脅迫對美國山核桃果仁營養成分含量的影響具有一定的差異。

表3 不同濃度NaCl 脅迫對美國山核桃果仁營養成分的影響Table 3 Effect of different concentration NaCl on the nutrient components of kernel in pecan

2.3 不同濃度NaCl 對美國山核桃果仁中主要脂肪酸構成的影響

由表4 可知，鹽脅迫對美國山核桃果實中主要脂肪酸構成產生了一定程度的影響，但各濃度NaCl 處理間未達到差異顯著水平（P＞0.05）。值得注意的是，隨著鹽脅迫濃度的增加，果仁中棕櫚酸、α-亞麻酸和順-11-二十碳烯酸的含量均呈現下降趨勢，其余脂肪酸含量變化規律則不明顯。例如，0.3% NaCl 處理的美國山核桃果仁中硬脂酸的含量高于CK 和0.6% NaCl 處理。由此可見，鹽脅迫對果仁中脂肪酸組分構成的影響不明顯。

表4 不同濃度NaCl 脅迫對美國山核桃果仁脂肪酸相對含量的影響Table 4 Effect of different concentration NaCl on the relative content of fatty acid in pecan kernel

3 結論與討論

3.1 NaCl 脅迫對美國山核桃生長發育物候期及堅果形態特征的影響

鹽脅迫對植物的危害是顯而易見的，其生長發育物候期的改變是其對鹽脅迫的綜合反映，也是評價其抗鹽能力比較可靠的標準之一。與前期研究結果類似，當NaCl 濃度為0.7%時，美國山核桃幼苗的存活率僅為49.5%，高于相關研究結果（22.2%）[2]，這或許是美國山核桃品種差異所致。此外，美國山核桃堅果的品質由多個因素決定，其中堅果質量、種殼厚度、堅果縱橫徑形狀、出仁率等堅果形態特征對堅果品質有較大影響[21]，有學者提出堅果質量和種殼厚度應作為核桃Juglans regia良種選育的標準[22]，而這些特征又受到基因型、地理環境等多種內、外在因素影響[23]。前期的研究結果表明，NaCl 脅迫處理對果實品質具有一定的影響[6-8]，這與本研究結果類似。本研究中NaCl 脅迫提升了美國山核桃堅果的縱徑、單果質量、種殼厚度。由此可見，一定濃度的NaCl 脅迫對美國山核桃堅果品質具有促進作用（表2）。類似地，在草莓Fragaria xananassa[24]、番茄[25]等相關研究中發現，一定濃度的NaCl 可以提高草莓和番茄的果實品質，本研究結果再次印證了這一結論。

3.2 NaCl 脅迫對美國山核桃堅果營養成分含量及主要脂肪酸構成的影響

本研究發現NaCl 處理提高了美國山核桃果仁中蛋白質和還原糖的含量，降低了脂肪和可溶性糖含量，有學者發現，在逆境中植物的可溶性蛋白含量與可溶性糖含量會提高，從而提高植物的抗逆性，這可能與糖類的合成分解會對植物細胞與溶液的滲透勢產生一定影響，從而會影響糖分的運輸、植物水勢及水分的流動，進而影響植物抗脅迫環境的能力[26]。然而，在本研究中，隨著NaCl 濃度的提高，美國山核桃果仁中可溶性糖含量隨之降低，這可能由于上述組分的合成及調控途徑差異所致。并且油酸、亞油酸含量作為評價美國山核桃品質的重要指標，其相對含量可能受環境、基因等多個因素的影響[27-29]。本研究發現，不同濃度NaCl 處理對比CK，油酸含量相對提升（表4）。有關研究結果表明，亞油酸和亞麻酸的相對含量越高，會造成油脂不穩定與氧化變質，直接影響核桃的品質和耐儲性[28]，說明不同濃度NaCl 處理在一定程度上能夠間接影響美國山核桃油的氧化程度，但未達到顯著水平。

此外，不同濃度NaCl 處理對美國山核桃品質指標的影響也具有一定差異。0.3% NaCl 處理美國山核桃果仁的單寧與硬脂酸的含量比例高于CK 和0.6% NaCl 處理，這意味著上述組分的合成可能對鹽脅迫的濃度比較敏感，或許由不同的分子調控機制主導。由此可見，不同的鹽脅迫濃度對同一果實品質指標的影響也具有一定差異，這與相關研究報道類似[24]。目前，相關研究主要集中在模式植物[6-8,29-30]，至于鹽脅迫對成年美國山核桃果實品質的影響效應尚屬首次；總體而言，特定濃度的NaCl 脅迫對美國山核桃果實品質的影響不明顯（除單果質量外），與CK 相比，均未達到顯著水平。

本研究僅通過人工模擬鹽脅迫環境開展相關試驗，其影響因素較為單一，與沿海灘涂鹽堿地實際環境尚有較大距離，其復雜程度及危害性可能會遠高于本研究中的模擬環境。因此，在后續研究中將重點考慮以下三方面內容：（1）開展鹽、堿雙重脅迫模擬試驗，觀測其對美國山核桃果實品質的影響效應；（2）延長鹽、堿雙重脅迫模擬試驗周期，綜合分析其對美國山核桃果實品質的周年影響效應；（3）在沿海灘涂地塊開展相關的美國山核桃果實品質影響效應試驗，并將該試驗結果與人工模擬鹽堿脅迫試驗結果進行對比分析，分析除土壤鹽堿因素外的氣候環境因素對果實品質的多因素影響效應，最終為后期沿海灘涂地區經濟林的栽培技術和綜合開發提供理論依據。