授粉液中添加幾丁聚糖對庫爾勒香梨樹坐果率及果實品質的影響

姬 瑞,王 蘭,王 喆,茍長青,郝海婷,馮宏祖

(塔里木大學農學院/南疆農業有害生物綜合治理兵團重點實驗室/農業部阿拉爾作物有害生物科學觀測實驗站/南疆特色果樹高效優質栽培與深加工技術國家地方聯合工程實驗室,新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】庫爾勒香梨(PyrussinkiangensisYü)(以下簡稱香梨),屬薔薇科(rosaceae)、梨亞科(Pomoideae)梨屬(Pyrus)植物,異花授粉結實[1]。在生產中,由于香梨花期授粉時間較短,研究在春季短時間內提高授粉花粉的坐果率,以實現大面積香梨園的高產穩產顯得尤為重要。香梨授粉期間易受到高低溫等各種環境因素的影響[2],授粉時花粉需即配即施[3],但仍不可避免地會造成花粉活力的下降,導致香梨坐果率受到影響。分析調控對授粉時花粉活力的影響,對提高香梨坐果率及改善果實品質以及實現香梨高效授粉具有重要意義。【前人研究進展】幾丁聚糖,又名殼聚糖,是幾丁質脫乙酰基后生物降解的產物。幾丁聚糖作為一類植物生長調節物質能不同程度提高種子發芽率、調節植株生長以及改良果實品質[4]。Liu Hai等[5]研究發現,用不同濃度的幾丁聚糖浸泡桔梗種子對提高產量,改善其光合作用、抗性和品質效果顯著。E.Barka等[6]研究發現較高濃度的幾丁聚糖對葡萄植株生長有負面影響,低劑量的幾丁聚糖促進植株生長,低濃度的幾丁聚糖在促進營養生長方面是有益的。劉扣生等[7]研究發現,在青花菜不同生長期噴施幾丁聚糖能顯著增加類黃酮、可溶性總糖、可溶性蛋白等品質平均含量。劉峰等[8]發現以幾丁聚糖對采后臍橙進行涂膜,能一定程度的抑制果實呼吸作用及VC含量的降解,減緩總糖升高和可滴定酸降低。羊堅等[9]研究結果表明,鴨梨花粉液中添加適當濃度的幾丁聚糖能夠促進花粉萌發,而較高濃度的幾丁聚糖能抑制花粉的離體萌發。【本研究切入點】幾丁聚糖作為一種新型的植物誘抗劑,在農業領域的研究雖然已有報道,但主要集中在果蔬采后保鮮、植物病害防治及抗性作用機理等方面,而在果樹生產中用于提高果樹坐果率和果實品質改良的研究相對較少,尤其是在香梨花期施用幾丁聚糖的研究尚鮮見報道。需研究花粉授粉液中添加不同濃度幾丁聚糖對授粉花粉活力及香梨果實品質等指標的影響。【擬解決的關鍵問題】在香梨授粉液中添加幾丁聚糖,研究植物免疫誘抗劑幾丁聚糖對花粉活力、香梨樹坐果率及果實品質的影響,篩選出最佳的幾丁聚糖施濃度,為生產上合理利用幾丁聚糖提高香梨坐果率及改善果實品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年4月9日在新疆生產建設兵團阿拉爾市塔里木大學庫爾勒香梨園(40°32′26″N,81°17′17″E,海拔1 011 m)進行,供試梨樹為23年生庫爾勒香梨樹,南北向種植,株行距2 m×4 m,果園常規水肥管理。

試驗材料為塔里木大學梨園的庫爾勒香梨,授粉花粉為鴨梨花粉由中國農業科學院蜜蜂研究所提供,花粉伴侶由中國農業科學院蜜蜂研究所提供,0.5%幾丁聚糖水劑(太抗)由成都特普生物科技股份有限公司生產。

花粉離體萌發試驗材料配方:基礎培養液(10%蔗糖+100 mg/L硼酸);萌發培養基(10%蔗糖+100 mg/L硼酸+1%瓊脂);花粉液(1 mL基礎培養液+10 mg花粉)。

田間液體授粉具體配方:花粉營養液(花粉伴侶∶白砂糖∶水=1∶50∶500),授粉液(花粉伴侶∶花粉∶白砂糖∶水=1∶1∶50∶500)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

1.2.1.1 室內不同濃度幾丁聚糖處理下鴨梨花粉離體萌發

取100 mL萌發培養基于錐形瓶中加熱至瓊脂融化,待溫度下降至50℃以下,分別加入不同濃度0.5%幾丁聚糖(0.00、0.25、0.50、1.00、1.25、2.50、5.00 mL/L),以不加幾丁聚糖為對照CK,將配制好的培養基倒入直徑10 cm的培養皿中放涼作為萌發培養基;取200 μL花粉液均勻分布于萌發培養基上,每個濃度設3次重復。培養皿置于25℃恒溫暗培養2 h,培養2 h后在體式顯微鏡下統計各處理的花粉萌發數量,記錄數據在Excel中計算萌發率。

1.2.1.2 授粉液中添加不同濃度幾丁聚糖進行田間授粉

選取樹齡樹勢基本一致、樹體生長結果良好的植株,分別全樹噴施加入0、0.25、0.50、1.00、1.25、2.50、5.00 mL/L幾丁聚糖的授粉液(分用CK、J1、J2、J3、J4、J5、J6表示),3株為1次重復,各處理重復3次,共7個處理。授粉后隨機選40簇花序,每簇花序留5朵花并標記。授粉2周后對標記的授粉香梨樹進行調查,統計花序坐果率和花朵坐果率。于9月上旬香梨成熟期采收不同濃度處理的果實樣品,每個處理選取3棵香梨樹,在每棵香梨樹上隨機選取果樹不同方位15個香梨鮮果,低溫貯存用于各樣品品質的測定。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 花粉活力

培養皿置于25℃恒溫暗培養2 h后,每個培養皿選取3個大小一樣的視野在顯微鏡下觀測并用LAS V4.10軟件系統拍照,各拍照視野要求50粒以上的花粉粒,統計花粉萌發數,花粉粒長出花粉管即為花粉萌發。花粉萌發率=萌發花粉數/總花粉數×100%。

1.2.2.2 坐果率

于授粉2周后調查標記的授粉香梨樹,花序坐果率=結實花序/花序數×100%,花朵坐果率=結實數/開花數×100%。

1.2.2.3 果實品質

于9月上旬香梨成熟期采取果實樣品,預處理后-80℃低溫貯存用于各品質指標的測定。用0.01 g電子天平測量單果重,7個果作為1次重復;用GY-3手握式果實硬度計測定硬度;游標卡尺測定果實縱橫徑,并計算果形指數=果實縱徑/果實橫徑;用PAL-1數顯糖度計測定可溶性固形物含量;采用蒽酮比色法測定[10]可溶性總糖含量;參照國標法(GB/T 12456-2021)酸堿指示劑滴定法測定可滴定酸含量;采用鉬藍比色法[11]測定VC含量;糖酸比=可溶性總糖含量/可滴定酸含量;固酸比=可溶性固形物含量/可滴定酸含量。

1.3 數據處理

運用Excel 2019進行數據分析與制圖,SPSS 25進行顯著差異性分析、主成分分析及果實品質綜合評價。

2 結果與分析

2.1 不同濃度幾丁聚糖處理對授粉花粉活力的影響

研究表明,0.5 mL/L處理的花粉萌發率顯著高于CK,為最大值41.26%;當濃度增加到1.0 mL/L時花粉萌發率顯著下降,2.5和5 mL/L處理的花粉萌發率顯著低于對照,其余處理與對照無顯著性差異。適當濃度的幾丁聚糖可以促進花粉的萌發,而幾丁聚糖濃度過高均會抑制花粉的萌發。與不添加幾丁聚糖CK相比,添加不同濃度幾丁聚糖處理下的花粉萌發率表現出不同程度的影響,其中以0.5 mL/L處理對提高香梨花粉的萌發效果最佳。圖1,圖2

注:同列不同字母表示差異顯著 (P<0.05),下同

注:A.0 mL/L;B.0.25 mL/L;C.0.50 mL/L;D.1.00 mL/L;E.1.25 mL/L;F.2.50 mL/L;G.5.00 mL/L

2.2 授粉液中添加不同濃度幾丁聚糖授粉對香梨坐果率的影響

研究表明,授粉液添加幾丁聚糖影響香梨樹坐果率,隨幾丁聚糖濃度的升高,花序坐果率及花朵坐果率均呈現出先逐漸增加后降低的趨勢,即J2>J1>CK>J3>J4>J5>J6。與未添加幾丁聚糖的CK相比,J2和J1的花序坐果率分別增加了14.26%和22.83%,花朵坐果率分別增加了16.64%和22.64%,J3和J4與對照組差異不顯著,而J5、J6顯著低于對照。授粉液中添加適當濃度的幾丁聚糖授粉能夠提高香梨的坐果率,其中以J2處理的提高效果最為明顯。圖3

圖3 不同濃度幾丁聚糖處理下 庫爾勒香梨坐果率變化

2.3 授粉液中添加不同濃度幾丁聚糖授粉對香梨果實外在品質的影響

研究表明,授粉液中添加不同濃度的幾丁聚糖授粉均可增加香梨果實的單果重,J2>J3>J1>J4>J5>J6>CK,其中J1、J2、J3處理的單果重增長較為明顯,以J2單果重最大,達到了136.25g,與對照相比增長了6.42%。與對照相比,J2、J3處理的縱徑和橫徑均顯著增加,J2、J3處理能增加香梨果實體積。各處理的果形指數,除J5、J6與對照沒有明顯差異外,其余處理均顯著大于對照,果實形狀為卵圓形,以J2處理的果形指數最大為1.21。

J1、J2及J3處理的果實硬度均顯著小于對照,J6處理的果實硬度稍大于對照,適當濃度的幾丁聚糖會降低果實硬度,而過高濃度的幾丁聚糖會引起果實硬度的增加,J4、J5、J6處理的果實硬度與對照相比沒有明顯差異。

J2處理后果實的單果重、果形指數均顯著增加,果實硬度較對照顯著變小,J2處理可以有效地改善果實外觀品質。表1

表1 不同濃度幾丁聚糖處理下庫爾勒香梨外在品質變化

2.4 授粉液中添加不同濃度幾丁聚糖授粉對香梨果實內在品質的影響

研究表明,授粉液中添加不同濃度幾丁聚糖授粉后,果實中的可溶性固形物、糖酸比、固酸比、VC的含量隨著幾丁聚糖濃度的增大均表現出先上升后下降的趨勢,其中J3的可溶性固形物含量最高,為13.21%,較CK有顯著提高,而當幾丁聚糖濃度增加到J5、J6處理濃度時,可溶性固形物含量有不同程度的降低;糖酸比、固酸比是衡量風味品質的主要指標,各處理中,J2處理的糖酸比、固酸比顯著增加,較CK分別增加了64.77%、71.91%;噴施添加不同濃度幾丁聚糖授粉液均可不同程度的提高果實中VC含量,其中J5處理的VC含量最高,為6.41 mg/100g,較CK增加了13.45%;可溶性糖含量也有所改善,除J5、J6外,其余處理均使可溶性糖含量提高;J6處理下的可滴定酸含量顯著上升,達到了0.67%,而J1、J2及J3可顯著減少可滴定酸含量,其中以J2處理后的可滴定酸含量最低為0.36%,較對照降低了37.93%。

J1及J2處理顯著提高可溶性固形物與VC含量,使可滴定酸含量下降,有效改善了果實的品質與風味。 表2

表2 不同濃度幾丁聚糖處理下庫爾勒香梨內在品質變化

2.5 授粉液中添加不同濃度幾丁聚糖授粉處理的香梨果實品質綜合評價

研究表明,前3個因子的累計貢獻率達到了95.017%,前3個主成分包含了絕大部分的原始信息,可以作為有效成分對果實品質實行進一步評價,并將上述的11個指標減少成3個各自不關聯的主成分。主成分1在單果重、果形指數、可溶性固形物、VC、固酸比及糖酸比上具有較高載荷量;主成分2在縱徑、橫徑上具有較高載荷量;主成分3在硬度、可溶性糖、可滴定酸上具有較高載荷量。

表3 各果實品質指標主成分 分析的特征向量

以前3個主成分對應的特征值比前3個特征值之和為權重結合特征向量得到3個主成分的函數表達式。表3

F1=0.291X1+0.261X2+0.228X3+0.327X4-0.319X5+0.332X6+0.215X7-0.338X8+0.284X9+0.343X10+0.342X11

F2=-0.274X1+0.537X2+0.615X3-0.239X4+0.076X5-0.004X6-0.022X7-0.048X8-0.437X9+0.015X10+0.031X11

F3=-0.095X1-0.043X2-0.045X3+0.022X4+0.319X5+0.190X6+0.905X7+0.092X8-0.080X9-0.083X10-0.093X11

上述表達式中的11個未知數分別代表果實品質的11個指標。結合3個主成分函數加權求和可以得出綜合評分的函數表達式:

綜合得分F=(8.279/10.452)F1+(1.423/10.452)F2+(0.749/10.452)F3

綜合排名依次為J2>J3>J1>J4>CK>J6>J5。表4

表4 不同濃度幾丁聚糖處理的品質綜合評價

3 討 論

3.1 幾丁聚糖對授粉花粉活力及坐果率的影響

花粉作為植物有性生殖過程中的雄配子體,其活力的強弱在授粉過程中起到關鍵作用[12],已有大量研究發現花粉活力與坐果率之間具有一定相關性[13]。李黎等[14]的研究結果表明,花粉萌發率與坐果率之間具有正相關關系,花粉活力較強時香梨坐果率也相對較高。研究發現,幾丁聚糖對授粉花粉萌發有較大的影響,較高濃度的幾丁聚糖(2.5、5 mL/L)顯著抑制花粉萌發,但在適當范圍內(0～0.5 mL/L)濃度增加與花粉萌發率、坐果率呈正比,當濃度達到(0.5 mL/L)時花粉萌發率和坐果率達到最大值,隨后呈下降趨勢,適當濃度的幾丁聚糖具有提高花粉萌發的效果,而過高濃度會使花粉萌發率下降,原因可能是由于過高濃度導致部分花粉細胞結構受損,導致花粉正常萌發受到影響。

3.2 授粉液中添加不同濃度幾丁聚糖授粉對果實品質的影響

品質的優劣對果實商品性起著至關重要的作用[15],其中可溶性固形物含量、糖酸比是影響果實口感和風味的重要指標[16]。劉扣生等[7]在青花菜上研究表明,花序分化期噴施不同濃度的幾丁聚糖能顯著增加可溶性糖、多酚等品質指標含量,有效改善青花菜的品質。研究發現,各濃度幾丁聚糖對香梨可溶性固形物、糖、酸含量有不同程度的影響,具體表現為在適宜濃度范圍內果實品質優劣與幾丁聚糖濃度成正比,其中以J2處理下果實品質改善效果最好,但過高濃度的幾丁聚糖會導致果實品質的下降。隨著幾丁聚糖濃度的增加果實品質中的多數指標含量呈現出先增加后降低的趨勢,表現為過高濃度的幾丁聚糖會導致果實中可溶性固形物含量及可溶性糖含量的減少、可滴定酸含量的增加,致使果實品質降低。該種結果可能是由于授粉時較高濃度的幾丁聚糖噴施到枝葉上,刺激枝葉生長,導致花朵營養不足,影響果實發育及品質。

通過對授粉液中添加不同濃度幾丁聚糖處理的各果實品質指標進行主成分分析,得到單果重、果形指數、可溶性固形物、VC、固酸比及糖酸比為第一主成分的主要指標,且第一主成分的貢獻率達到了75.265%。在品質綜合評價過程中,果實中的外觀因子及果實風味品質占據主導地位,這與趙丹等[17]對香梨品質主成分分析中的結果相似。根據主成分分析的結果,綜合評價各處理的果實品質,得到排名依次為J2>J3>J1>J4>CK>J6>J5。J2處理可以有效提高香梨產量和顯著改善果實品質,授粉液中添加適當濃度的幾丁聚糖有利于提高香梨的商品性價值,幾丁聚糖在改善香梨果實品質上的應用還需進一步研究。

4 結 論

庫爾勒香梨授粉液中添加不同濃度的幾丁聚糖對授粉花粉活力、坐果率及品質表現出很大的差異。篩選出幾丁聚糖濃度在0.25～1.25 mL/L時能夠在提高花粉萌發率、坐果率及很好的改善果實品質,其中以0.5 mL/L濃度為最佳。當幾丁聚糖濃度達到2.50～5.00 mL/L時會導致花粉萌發率、坐果率及果實品質的下降。0.5 mL/L幾丁聚糖濃度處理后改善果實品質效果最好,在提高花粉萌發率和坐果率的同時又能提高果實品質。