庫爾勒香梨不同類型果柄差異比較

曹藝潔,艾沙江·買買提,仙米斯婭·塔依甫,史智勇,玉蘇甫·阿不力提甫

(1.新疆農業大學園藝學院,烏魯木齊 830052;2.新疆農業科學院園藝作物研究所,烏魯木齊 830091;3.新疆維吾爾自治區農藥檢定所,烏魯木齊 830049)

0 引 言

【研究意義】庫爾勒香梨是薔薇科(Rosaceae)梨屬(Pyrus)新疆梨系統(PyrussinkiangensisYü)植物,是瀚海梨與鴨梨的雜交品種,原產于新疆庫爾勒地區[1],其味甜爽滑、香氣濃郁、皮薄肉細、酥脆爽口、汁多渣少、耐久貯藏、營養豐富[2]。庫爾勒香梨主要種植于新疆巴音郭楞蒙古自治州(庫爾勒市、輪臺縣和尉犁縣)和阿克蘇地區,2017年巴州地區香梨產值為1.739×105萬元[3]。庫爾勒香梨耐干旱和耐鹽堿性,但香梨果柄屬于肉質果柄,韌性差,抗風能力弱。而庫爾勒地區每年5級以上大風頻發,8級以上的大風幾乎每年都有發生,并且每年臨近香梨采收期都會發生不同程度的風災,導致香梨減產[4]。通常年份因風災造成的落果占香梨總產量的5%,庫爾勒香梨果柄的柔韌性較差易斷裂,采收時易導致香梨落果嚴重。比較研究庫爾勒香梨不同類型果柄差異,對培育果柄抗機械損傷能力高的香梨品種有重要意義。【前人研究進展】孫昊琪等[5]研究表明,梨果柄的粗度與可溶性固形物、縱徑、橫徑、單果重呈正相關,與果實硬度負相關。柑橘果實最終的大小與果梗粗度呈顯著正相關[6]。【本研究切入點】目前國內外對果柄的研究主要集中在采后貯藏和機械采摘方面[7-9],對果柄肉質化文獻報道幾乎沒有,需找出庫爾勒香梨正常果柄與肉質化果柄兩者在形態指標、細胞壁物質、營養物質的差異,研究庫爾勒香梨果柄肉質化形成的原因。【擬解決的關鍵問題】以成熟期(花后130 d)香梨正常果柄、香梨肉質化果柄和碭山酥梨果柄(果柄沒有肉質化現象)為材料,田間調查成熟期香梨肉質化果柄的取值范圍,觀察顯微結構,比較3種果柄在形態結構上的差異;分析3者細胞壁物質含量(纖維素、木質素、半纖維素)和營養物質含量(可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉、礦物質元素)的差異。研究香梨果柄肉質化原因,提高庫爾勒香梨的產量和質量,為培育果柄抗機械損傷能力高的香梨品種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 香梨樹

香梨樹采自于新疆農業科學院輪臺國家果樹資源圃(N 41°47′2″,E 84°13′32″),株行距5 m×3 m、15年里,試驗園內梨樹長勢良好,試驗對照材料(碭山酥梨)為授粉樹栽培。于2021年9月10日(花后140 d)左右,試驗園隨機取50個香梨正常果柄、50個香梨肉質化果柄、50個碭山酥梨果柄,果柄表面清洗干凈,擦干水分,一半使用液氮速凍,存于-80℃冰箱,另一半使用FAA(70%)保存后續試驗使用。圖1

注：A為香梨正常果柄(ZC),B為香梨肉質化果柄(RZ),C為碭山酥梨果柄(DS)

1.1.2 主要儀器

數顯游標卡尺、分光光度計、萬分之一天平(ML240,梅特勒)、電感耦合等離子質譜儀(7700X,Agilent)、全波長酶標儀(MD SpectraMax 190)、離心機(LG16-WA,北京京立)、研磨儀(JXSTPRP-24),濃硫酸(70%)、鹽酸、高氯酸等溶液。

1.2 方 法

田間果柄形態指標測定使用數顯游標卡尺測定,于成熟期梨園隨機取500個庫爾勒香梨和50個碭山酥梨測量果柄粗度,田間測量過程中果柄上下部具有明顯差異的定義為肉質化果柄。庫爾勒香梨不同類型果柄礦物質元素含量測定使用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)儀測定。分析送檢平臺:ICP-MS(7700X,Agilent)由南京鐘鼎生物科技有限公司測定,果柄細胞壁物質(纖維素、木質素、半纖維素)和營養物質(可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉)含量測定參照王學奎[10]、熊素敏[11]等方法,元素分類方法參照張小雪[12]標準,果柄細胞壁結構物質,營養物質的測定均設置3組重復。

果柄石蠟切片的制作方法參照不同類型梨果柄石蠟切片的厚度為8～10 μm,使用植物番紅固綠對果柄切片進行染色,并在OLYMPUS 顯微鏡下拍照,并采用 DP Controler 軟件進行圖片采集,Motic plus 2.0 軟件分析圖片。使用CaseViewer軟件測量果柄解剖結構(果柄維管束數量、木質部面積、韌皮部面積、果柄橫截面積等)。

1.3 數據處理

數據分析使用Excle 2010、使用Prism 7.0作圖、石蠟切片測量使用 CaseViewer圖片處理軟件。

2 結果與分析

2.1 庫爾勒香梨不同類型果柄形態指標比較

研究表明,庫爾勒香梨正常果柄和肉質化果柄分別占調查總數的16%、84%。庫爾勒香梨果柄直徑符合正態分布的規律,香梨正常果柄平均值μ=3.04 mm,標準差σ=0.332 mm,根據正態分布定理95%置信區間為μ-2σ≤X≤μ+2σ。香梨正常果柄的取值范圍分別為2.38 mm≤香梨正常≤3.70 mm。而香梨肉質化果柄平均值μ=6.32 mm,標準差為σ=1.40 mm,香梨肉質化果柄的取值范圍為3.52 mm≤香梨肉質化≤9.12 mm(95%置信區間)。香梨果柄的直徑≥3.70 mm為香梨肉質化果柄。圖2

注：A為香梨肉質化果柄的正態分布,B為香梨正常果柄粗度的正態分布,-2σ≤樣本均值≤2σ,σ為標準差(95%置信區間)

2.2 不同類型梨果柄形態解剖結構比較

研究表明,3種果柄解剖結構均是由表皮、皮層、維管束三部分組成。3種類型梨果柄中香梨肉質化果柄橫截面積(15.8 mm2)明顯大于碭山酥梨與香梨正常果柄,并且香梨肉質化果柄中表皮細胞相比其他兩種果柄排列不規則細胞壁厚度不均勻。香梨肉質化果柄皮層厚度小于香梨正常和碭山酥梨果柄,但薄壁細胞數量較多,碭山酥梨果柄皮層中所含纖維細胞數量較多,但相比香梨正常和香梨肉質化果柄來說染色較淺,香梨正常果柄中薄壁細胞體積大于香梨肉質化果柄。3種類型梨果柄中碭山酥梨果柄維管束數量比香梨正常和香梨肉質化果柄多,而香梨正常、香梨肉質化果柄中維管束數量相同,無差異。3種梨果柄中的維管束都屬于無限外韌型維管束,碭山酥梨果柄排列比較規則具有明顯的束間形成層,維管束之間相距較短且維管束周圍的韌皮纖維比香梨正常和香梨肉質化果柄發達(韌皮纖維都為厚壁組織),維管束占果柄橫截面積的比例(17.7%)和木質部面積(0.47 mm2)在3種梨中最高,但木質部在維管束中的占比小于香梨肉質化果柄。香梨肉質化果柄中的維管束面積、韌皮部面積、木質部占比均大于香梨正常果柄,而維管束面積占果柄橫截面積的比例在3種類型梨果柄中最小(4.09%)。3種類型梨果柄中,香梨肉質化果柄的維管束組織發育比香梨正常和碭山酥梨較好。表1,圖3

表1 成熟期不同類型梨果柄顯微結構比較

注：A、B、C分別為香梨正常果柄、香梨肉質化果柄、碭山酥梨果柄解剖結構圖

2.3 不同類型果柄細胞壁物質含量比較

研究表明,3種類型梨果柄中的纖維素含量由高到低依次為香梨肉質化>香梨正常>碭山酥梨,木質素含量比較由高到低依次為香梨正常>碭山酥梨>香梨肉質化; 半纖維素含量由高到低依次為碭山酥梨>香梨正常>香梨肉質化,香梨正常果柄和碭山酥梨果柄細胞壁中纖維素、半纖維素總量高于香梨肉質化果柄,細胞壁增厚,香梨肉質化果柄的細胞木質化程度低于香梨正常和碭山酥梨果柄,果柄中薄壁細胞較多厚壁組織發育不發達,香梨肉質化果柄的柔韌性低于其他2種類型果柄,抗風災能力遠低于香梨正常和碭山酥梨果柄。圖4

注：A、B、C分別為3種果柄中纖維素、半纖維素、木質素含量差異圖;數據(平均值±標準差)后用不同小寫字母表示在P<0.05差異顯著

2.4 不同類型梨果柄營養物質含量比較

研究表明,不同類型梨果柄中的可溶性蛋白含量由高到低依次為碭山酥梨>香梨正常>香梨肉質化,淀粉的含量由高到低依次為香梨正常>碭山酥梨>香梨肉質化,可溶性糖的含量由高到低依次為香梨肉質化>碭山酥梨>香梨正常,香梨正常含水量為0.67,而香梨肉質化果柄的含水量為2.57,香梨肉質化果柄的含水量明顯高于正常果柄,香梨肉質化果柄中的薄壁細胞較多,香梨正常果柄中的薄壁細胞細胞壁加厚,水分低于香梨肉質化果柄。香梨肉質化果柄中的可溶性糖和淀粉總量高于香梨正常果柄,其細胞壁中的纖維素含量高于香梨正常果柄。圖5

注：A、B、C、D分別為3種果柄可溶性蛋白、可溶性蛋白、淀粉、含水量差異圖;數據(平均值±標準差)后用不同小寫字母表示在P<0.05差異顯著

兩種類型果柄中均檢測出33種植物元素,按其含量的平均值可分為中量元素1種(Se)、微量元素5種(分別為Sr、V、Mo、Co、Na)、極微量元素26種(分別為Ti、Ni、Cd、Fe、Ca、Pb、Al、Ga、Mn、Sb、Nb、B、Be、As、Mg、P、La、Sc、Zn、Cr、Zr、Y、Tl、Cu、Ag、K、Ba)。其2種果柄在元素種類上沒有差異,香梨正常果柄中的礦物質總量高于香梨肉質化果柄,其中香梨正常、香梨肉質化2種果柄具有顯著性差異的元素有25種(篩選條件為VIP大于1且P<0.05),其種異倍數為0.54～4.41倍,其中不同類型果柄中差異倍數較大的元素為Mo、Sr、Fe、Ca、Ti。Se元素在香梨2種類型果柄礦質元素中含量最高,其中P、B、Na元素在香梨肉質化果柄中含量高,其余22種具有顯著差異的元素均在香梨正常果柄中含量高。2種類型香梨果柄中未達到顯著差異的元素有8種,分別為Cr、Zr、Y、Tl、Cu、Ag、K、Ba。表2

表2 同類型庫爾勒香梨果柄元素含量差異

3 討 論

不同類型梨品種的果柄粗度不同,梨果柄的粗度與果園水肥管理、花芽類型、梨園田間管理相關[8,13-15]。碭山酥梨果柄與香梨肉質化果柄的形態指標與生理指標存在差異,與孫昊琪等[5]研究結果一致。香梨正常果柄與香梨肉質化果柄為同一品種,并非生物學遺傳特質導致的差異。維管束主要分為木質部和韌皮部兩部分,對植物體具有長距離運輸和機械支撐的重要作用[16]。研究觀察發現,香梨兩種類型果柄中維管束數量沒有差異,而香梨肉質化果柄中的維管束面積大于香梨正常果柄,并且維管束中木質部占的比例也明顯高于正常果柄,但是香梨肉質化果柄中的維管束分布密度確低于香梨正常果柄和碭山酥梨果柄。錦橙上也有類似的報道,即果柄越粗其維管束組織越發達[6]。果樹生長所需要的水分、營養物質及植物激素都是通過維管束運輸到其他器官[17-19],香梨肉質化果柄維管束較發達,果柄中的營養物質含量高于香梨正常果柄,且果柄的維管束系統相較于香梨正常果柄發達,養分運輸能力高于香梨正常果柄[8],果實大小達到極限后基本停滯增長不發生變化[20],果實不在吸收果柄輸送的營養物質出現營養物質過剩現象,堆積在果柄中導致香梨果柄變粗。

可溶性蛋白與植物纖維素可以促進植物次生壁的加厚[21,22],與研究結果一致,香梨肉質化果柄中的蛋白質含量及木質化程度低于香梨正常和碭山酥梨果柄,香梨正常果柄中薄壁細胞因為維管束系統不發達,養分吸收不充足,導致薄壁細胞細胞壁加厚逐漸分化成維管束周圍的韌皮纖維細胞。外部補充礦質元素可以調高植物莖稈的強度提高植物的抗倒伏能力。噴Ca后花莖中的纖維素、半纖維素、木質素含量會增加并且厚壁組織的細胞壁會加厚[23,24]。試驗發現香梨正常和碭山酥梨果柄中鈣、鉬、鐵等元素含量顯著高于香梨正常,兩種果柄木質素含量也顯著高于香梨正常果柄,Ca等元素的缺失可能會導致香梨果柄發生肉質化現象。庫爾勒香梨果柄肉質化原因及礦物質元素在果柄肉質化過程中可能起到的作用有待進一步研究。

4 結 論

庫爾勒香梨不同類型果柄中形態結構、細胞結構物質和營養物質均存在顯著差異,其中香梨肉質化果柄中的水分含量、維管束的面積、纖維素含量、可溶性糖含量均高于正常果柄,分別為正常果柄的1.40、1.48、1.11、1.42倍且礦物質元素中的P、B、Na元素的含量高于正常果柄,分別為香梨正常果柄1.85、1.06、1.13倍。