植物生长调节剂对枣果皮细胞壁多糖的影响研究

2014-03-25张鹏飞张燕巩磊纪薇高美英刘亚令郝晓娟

山西农业大学学报（自然科学版） 2014年2期

张鹏飞，张燕，巩磊，纪薇，高美英，刘亚令，郝晓娟

(1.山西农业大学园艺学院，山西太谷 030801；2.信阳农林学院，河南信阳 464000;3.山西农业大学生命科学学院，山西太谷 030801；4.山西农业大学农学院，山西太谷 030801)

枣(ZizyphusjujubaL.)是我国重要的干果树种，但近年来秋季降雨引起的裂果率高达25.4%～95.0%，研究枣裂果过程中细胞壁多糖及其降解酶的变化规律，找出合适的调节物质，对揭示枣裂果机理和提出防治措施具有重要的指导意义。

许多人通过显微观察发现枣裂果过程中细胞壁发生降解[1]，果实表皮厚度和裂果率呈显著负相关[2]，有关细胞壁多糖及其降解酶的代谢研究则主要集中在枣贮藏过程[3～5]，对枣果实发育及成熟过程中细胞壁多糖代谢的研究鲜有报道，枣果皮细胞壁组分代谢与枣裂果发生的关系未能明确。植物细胞壁中的多糖主要有纤维素、半纤维素和果胶类，果胶在枣果皮中的代谢变化直接影响枣果皮对果肉挤压的应变力，而纤维素和半纤维素在枣果皮中的含量变化可反映果皮强度的变化。彭坚等[6]研究表明，随着荔枝果实成熟，原果胶分解，水溶性果胶增加，果皮应变力降低，裂果容易发生，对裂果过程中纤维素、半纤维素含量变化研究相对较少。

目前植物生长调节剂多被用于提高枣的坐果率，在枣果防裂试验中只有初步应用[7]，对枣裂果的调控机理并不十分清楚。6-苄基氨基嘌呤(6 Benzylaminopurine，6-BA)是人工合成的细胞分裂素，具有促进细胞分裂和非分化组织分化，抑制植物呼吸和乙烯的合成，防止老化，提高植物各种抗伤害性等功能[8]。6-糠氨基嘌呤(Kinetin，KT)能够促进植物组织内细胞的分裂和分化，可延缓植物组织中蛋白质和叶绿素的降解，延迟植物的衰老[9]。邻羟基苯甲酸(水杨酸Salicylic acid，SA)是一种新的植物內源激素，其主要生理作用是促进生根，抑制乙烯的生物合成，延迟果实的后熟和衰老等[10]。6-BA、KT及SA等植物生长调节剂通过调节果实发育进程影响裂果率，但其对果皮细胞壁组分代谢的影响研究较少。

裂果现象在许多植物中存在，如葡萄、苹果、樱桃、枣、桃、柑橘、荔枝等果树[11]以及番茄[12]、西瓜[13]等蔬菜，裂果造成的损失巨大。造成植物的裂果原因多种多样，生产中的防治方法也不尽相同，但都没有达到理想的效果，主要是因为裂果发生的机理还未研究清楚。本研究通过在枣果实膨大期到白熟期的过渡时期喷施6-BA、KT-30、SA等植物生长调节剂，研究其对枣果实中细胞壁多糖及裂果率的影响，为探讨植物生长调节剂防治枣裂果的可能性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2012 年在山西省林业科学研究院清徐基地进行，供试品种为“壶瓶枣(Z.jujubacvHuping)”，6 年生，改良疏散分层形整枝，第一层4个主枝，第二层2个主枝，树高1.8～2.0 m，生长势和结果一致，管理良好。室内测定在山西农业大学园艺学院中心实验室进行。

1.2 试验设计

试验设3个处理，分别为10 mg·kg-16-BA、10 mg·kg-1KT-30和5 mmol·kg-1SA，以喷等量清水为对照。于8月9日枣果进入白熟期时喷施处理，单株小区，5次重复。

果实样品采集时间为果实发育的白熟期、脆熟期至完熟期，具体采样时间为8月16日至9月20日，每7 天采样1次。采样对象为第一层主枝上，发育期一致的果实，注意避开调查裂果率的枝子。样品采集后放入冰盒立即带回实验室，放入-80℃超低温保存，用于各项指标的测定。总果胶、纤维素、半纤维素的取样测定部位是果肩部位的果皮。

1.3 研究指标

1.3.1 裂果率调查

分别于9月6日、9月13日和9月20日共3次调查裂果率。以植株东南方向的1个主枝作为调查对象，第一次调查裂果数的同时记录坐果总数，以后只调查记录裂果数，调查后将裂果摘除，裂果率为各次调查的累积裂果数与坐果总数的比值，以百分数记。

1.3.2 细胞壁多糖的测定

果皮果胶的提取与测定按照韩雅姗[14]的方法进行，纤维素、半纤维素含量按照高峻凤等[15]的方法进行，用岛津UV-2450 紫外可见分光光度计进行测定。

1.4 数据的统计与分析

采用SAS统计分析软件对数据进行方差分析和相关性分析，用Excel软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同生长调节剂处理对枣果实裂果率的影响

由图1可见，喷施6-BA,裂果率降低，KT-30和SA使裂果率有所增加。方差分析表明，9月6日SA处理裂果率为45.1 %，与6-BA 处理差异极显著。9月13日6-BA处理裂果率为15.4%，极显著低于KT-30、SA处理和CK。9月20日6-BA处理裂果率26.0%，极显著低于其它处理。这说明喷施10 mg·kg-16-BA具有较好的防裂效果。

图1 不同生长调节剂处理后裂果率的变化Fig.1 The changes of fruit cracking rate after different growth regulators treatments注：不同小写字母表示组间差异显著(P<0.05),不同大写字母表示组间差异极显著(P<0.01)。图2～图4同。Note:Different lowercase leffers indicate different between experiment groups at P<0.05,and different capital letters mean P<0.01.The same as Fig.2～Fig.4.

图2 不同生长调节剂处理后总果胶含量的变化Fig.2 The changes of total pectin content after different growth regulators treatments

图3 不同生长调节剂处理后纤维素含量的变化Fig.3 The changes of cellulose content after different growth regulators treatments

图4 不同生长调节剂处理后半纤维素含量的变化Fig.4 The changes of hemicellulose content after different growth regulators treatments

2.2 不同生长调节剂对枣果皮总果胶含量的影响

由图2可见，从8月16日至9月20日，各处理及CK枣果皮中总果胶含量高峰在8月23日出现，之后呈下降趋势，说明在枣果实成熟过程中果皮总果胶含量会降低。8月23日各处理的平均值极显著高于9月13日和9月20日，其它时期之间差异不显著。将各阶段的果胶含量取平均值，依次为KT-30 9.6 mg·g-1、CK 7.3 mg·g-1、SA 6.0 mg·g-1和6-BA 6.0 mg·g-1，KT-30极显著高于CK，CK极显著高于SA和6-BA处理，SA和6-BA处理间差异不显著。

2.3 不同生长调节剂对枣果皮纤维素含量的影响

由图3可见，6-BA处理使果实中的纤维素含量增加，平均为348.1 mg·g-1，与CK差异极显著；SA处理果实中纤维素含量降低，为236.6 mg·g-1，极显著低于CK，KT-30处理比CK中纤维素含量略低，差异不显著。

2.4 不同生长调节剂对枣果皮半纤维素含量的影响

从图4中可见，枣果白熟期到脆熟期之间，半纤维素含量有一定幅度的升高，脆熟期到完熟期果皮中的半纤维素含量逐渐降低。比较半纤维素的平均值，6-BA 处理后为25.8 mg·g-1，极显著低于CK的32.6 mg·g-1，说明6-BA处理能够降低枣果皮中半纤维素含量；KT-30处理后为42.1 mg·g-1，高于CK，说明KT-30处理能够增加枣果皮中半纤维素含量，SA处理后为31.6 mg·g-1，与CK之间的差异不显著。

2.5 枣果皮中细胞壁多糖与裂果率的相关性分析

将9月6日、9月13日和9月20日的枣果皮细胞壁中的多糖物质总果胶、纤维素和半纤维素含量与同期裂果率进行相关性分析，设裂果率为y，果胶为x1，纤维素为x2，半纤维素为x3，通过SAS软件中的多元线性回归模型，建立了细胞壁多糖与裂果率之间的回归方程:

y=1.97188+0.03202x1-0.00466x2-

0.01129x3

回归模型的显著性检验概率<0.0001，决定系数0.9465，说明回归模型极显著并有较高的拟合精度，在回归模型中各个参数的检验显著，自变量的重要性依次为纤维素、半纤维素和果胶。

经分析发现(表1)，裂果率与纤维素之间的偏相关系数为-0.9710，显著性检验概率<0.0001，说明裂果率与纤维素含量之间呈极显著负相关。裂果率与果胶含量之间呈正相关，与半纤维素之间呈负相关。偏相关系数的分析结果与回归方程计算结果一致，证明此回归方程能够反映裂果率与细胞壁多糖之间的关系。

表1细胞壁多糖与裂果率的偏相关系数

Table1 The partial correlation coefficients between cell wall polysaccharide and fruit cracking rate

果胶Pectin纤维素Cellulose半纤维素Hemicellulose裂果率0.5280-0.9710-0.8212Pr>F0.1167< 0.00010.0036

3 结论和讨论

枣树裂果是一种生理失调症状，主要是由于果实内部水分过多产生向外的应力，果实表皮的应变力无法承受应力而裂开[16]，是果实对内部生长与外界环境不协调作出反应而使果实表面出现开裂的生理现象。裂果主要发生在枣果实发育的白熟期到脆熟期，降雨是引发裂果的重要外因，果实表皮细胞壁多糖的降解导致的细胞壁松弛则是裂果的主要内因。试验过程中调查发现，8月初枣树刚进入白熟期时没有发生裂果，8月底开始出现裂果，降雨会加重裂果的发生，到脆熟期时伴随着降雨发生大量裂果，完熟期后裂果减少。本试验中，在枣果实发育的脆熟期至完熟期，枣果实表皮细胞壁多糖物质总果胶、纤维素和半纤维素含量都呈下降趋势，而裂果率呈上升趋势。不同植物生长调节剂处理后细胞壁多糖物质下降的幅度不同，裂果率也不同。相关性分析显示纤维素、半纤维素含量与裂果率之间呈显著负相关，而果胶含量与裂果率呈正相关。纤维素对裂果率影响最大，显著性检验概率<0.0001，同时裂果率与纤维素之间的偏相关系数为-0.9714，显著性检验概率<0.0001，说明裂果率与纤维素含量之间呈极显著负相关，表皮中的纤维素含量能够反映枣果实发生裂果的难易程度。试验中6-BA处理降低了裂果的发生，其原因可能就在于6-BA处理保持了较高的细胞壁纤维素含量水平。

试验所使用的3种植物生长调节剂，6-BA可以延缓叶绿素的降解，抑制冬枣果实红色素的合成[17]。KT能降低种子核酸和蛋白质分解活性且能促进细胞分裂、阻止衰老，郭晔红等[18]研究表明6 mg·kg-1细胞激动素处理白刺种子1 h，其发芽势、发芽率、发芽指数、种子生活力均最高，而10 mg·kg-1KT处理白刺种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均最低，说明KT的高浓度与低浓度的生理作用不同。作为一种新型植物激素，外源SA处理可延缓苹果、梨、桃、香蕉和猕猴桃等果实的成熟衰老过程，这种效应可能是通过抑制果实组织中乙烯的合成来实现的[19]。本试验发现在8月初枣果实刚进入白熟期时喷施植物生长调节剂能够影响果皮中细胞壁多糖物质果胶、纤维素以及半纤维素的降解过程，从而影响裂果的发生。

试验发现在壶瓶枣果实白熟期喷施10 mg·kg-16-BA有较好的防裂效果，但仍需进一步试验确定最佳的处理时间和喷施次数。宋晓雪等[20]认为不同种类的果实细胞壁结构不同，催化其成熟软化的酶也不尽相同。试验仅分析了植物生长调节剂对细胞壁多糖物质含量变化的影响，未对细胞壁多糖降解酶进行研究，因此需要对枣果实成熟过程中细胞壁多糖降解酶进行进一步的研究，以确定在细胞壁多糖降解过程中的关键酶，并开展相应的酶活性的调控研究，延缓细胞壁多糖的降解，减少裂果的发生。

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