叶面喷施钾镁钙肥对桃果实着色、品质及着色相关基因表达的影响

何平, 李林光, 王海波, 常源升

(山东省果树研究所, 山东 泰安 271000)

桃(Prunuspersica) 属于蔷薇科(Rosaceae)李属(Prunus)。中国是世界桃的第一生产大国，面积和产量均居世界首位。 桃是我国为数不多的具有明显国际竞争力的果品之一。桃生产中, 存在病虫害严重、着色不良、外观品质差等问题, 降低了果实的商品性。为了促进桃果实着色, 改善果实品质, 生产上常通过加强肥水管理、减少负载量等手段以促进果实着色。前人已在多种园艺作物上开展了叶面喷施肥料促进果实着色的研究。关军锋等[1]研究表明, 在甜樱桃果实成熟前施用Ca肥可显著提高果实中花色苷含量。周开兵[2]、高丹[3]等一致认为, 在荔枝果实膨大期喷施P、K和Ca肥可促进果皮着色。于忠范等[4]在苹果上喷施Ca肥, 明显改善果实色泽；而金会翠[5]、姜学玲[6]等在苹果上喷施K肥，增加了果皮花色苷含量, 促进果实着色。另有研究发现, 在葡萄[7，8]和温州蜜柑[9]上叶面施用Mg肥, 可提高果实花色素含量。由些可见, 施用K、Mg、Ca肥可促进果实着色, 改善果实品质, 但目前有关K、Mg和Ca元素营养对桃果皮着色的机理研究较少。本试验以生产上广泛栽培的‘春雪’桃为材料, 在果实转色期进行叶面喷施K、Mg、Ca肥, 研究其对果实色泽、品质及着色相关基因表达的影响, 以期为科学、合理使用叶面肥料改善桃果实品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年在山东省果树研究所天平湖实验基地进行。果园土质为砂壤土, 管理水平较好, 株行距为2 m×4 m, 主干型整枝。以6年生‘春雪’桃为材料, 选择生长、结果、干周、冠径及树势等基本一致健壮树进行。

1.2 试验设计及方法

选择长势基本一致的树体作为试材, 于5月15日(转色期)、5月20日分别用K、Mg、Ca肥整株喷施。参照高丹等[3]的方案, 设置7个肥料处理: Mg(1.5% MgCl2溶液)、K(0.5% KCl溶液)、Ca(0.3% CaCl2溶液)、K+Mg(0.5% KCl溶液与1.5%MgCl2溶液按7∶4混合)、K+Ca(0.5% KCl溶液与0.3%CaCl2溶液按7∶1混合)、Mg+Ca(1.5% MgCl2溶液与0.3% CaCl2溶液按4∶1混合)和K+Mg+Ca(0.5% KCl溶液、1.5% MgCl2溶液与0.3% CaCl2溶液按7∶1∶ 4混合), 以叶面喷清水为对照(CK)。单株小区,重复3次。第二次处理后, 每隔5 d取一次样, 直至果实成熟。分别于5月25日(S1)、5月30日(S2)、6月5日(S3)、6月10日(S4)和6月15日(S5)沿树冠外围距地面1.5～2.0 m处随机采收10个果实,重复3次。采后带回实验室, 检测各项果皮色泽、果实品质指标。果皮用液氮迅速冷冻, -80℃保存备用。

1.3 测定指标及方法

果皮色泽参照高丹等[3]的方法采用全自动色差计测定，根据分布均匀的测定点果皮a、b值换算出色度角[h=tan-1(b/a)]，h值越小果皮综合色泽越红。花色苷含量参照李合生[10]的比色法测定。叶绿素含量参照Arnon等[11]的方法测定。类黄酮含量参考 Meyers等[12]的提取方法, 采用 NaNO2-Al(NO3)3比色法测定。

果肉可溶性固形物含量用蒽酮比色法于620 nm波长下测定, 根据蔗糖的标准曲线计算可溶性固形物含量。

单果质量检测: 每次采果后随机选取30个果, 用游标卡尺(0.02 mm)测量果实的纵、横、侧径, 用天平(0.01 g)称重, 计算平均单果重。

1.4 样品RNA提取、cDNA合成及荧光定量PCR分析

采用天根Trizol Universal总RNA提取试剂(DP424)提取桃果实表皮的RNA, 步骤参考其说明书。采用TransScript Ⅱ All-in-One First-Strand cDNA Synthesis SuperMix for qPCR(北京全式金)试剂盒对提取的RNA进行反转录; 用SYBRGreen染料进行荧光定量PCR(qRT-PCR)分析, 以2-ΔΔCt法计算基因的差异倍数。每个样品重复3次。选用PpN1(ppa009483m)为内参基因, 引物序列如表1 所示。

表1 用于qRT-PCR分析的基因及其引物

1.5 数据分析

试验数据用SPSS软件统计分析, 每个数据分析重复5次, 用Microsoft Excel软件制作图表。

2 结果与分析

2.1 叶面喷肥处理对果皮着色的影响

由表2看出, 随着桃果实成熟,着色增加，果皮色度角h 值呈下降趋势。不同喷肥处理在果实转色期对色度角h 值产生明显的影响。在S1期, 不同喷肥处理的h值与CK无显著差异; 在S2期, K、K+Mg和K+Ca处理的h值与CK差异不显著, 其余喷肥处理的h值均显著低于CK; 在S3期, 各喷肥处理的h值均显著低于CK, 其中Mg、Ca和Mg+Ca处理的h值降低幅度较大; 在S4期, Mg、Ca、Mg+Ca和K+Mg+Ca处理的h值显著低于CK, 其余处理的h值与CK无显著差异; 在S5期, Ca处理的h值显著低于CK, 其余处理的h值与CK差异不显著。可见, 各处理在果实转色期对果皮着色均有一定影响, 但Mg+Ca处理可以显著地促进果皮提前着色。

2.2 叶面喷肥处理对果皮花色苷、叶绿素含量的影响

由表3看出, 随着果实成熟, 果皮中花色苷含量均逐渐升高, 不同喷肥处理对春雪桃果皮花色苷含量有明显影响。在S1、S2期, 各喷肥处理的果皮花色苷含量与同期CK差异不显著; 在S3期, Ca、Mg+Ca、K+Mg+Ca处理的果皮花色苷含量显著高于CK, 其余各喷肥处理的果皮花色苷含量与CK差异不显著; 在S4期，除K、Mg处理外，其它处理均显著高于对照；S5期, 各喷肥处理的果皮花色苷含量均显著高于CK。可见, 不同喷肥处理可促进果皮花色苷积累。

表2 不同喷肥处理对桃果皮色度角h值的影响

注: 同列数据后不同小写字母表示差异达5%显著水平。下同。

表3 不同喷肥处理对桃果皮花色苷含量的影响

如图1所示, 在果实发育过程中, 果皮中叶绿素含量总体呈现下降趋势。在S1和S2期, 各喷肥处理与同期对照差异不显著; S3期Mg处理和S4期Mg+Ca处理的果皮中叶绿素含量显著低于CK, 其余各处理差异不显著; 在S5期, Ca、Mg+Ca处理的果皮叶绿素含量显著低于CK, 其余各处理与CK差异不显著。Ca与Mg+Ca处理在果实采收期(S5期)，果皮中叶绿素含量分别为对照果实的43.3%与48.1%。

2.3 叶面喷肥处理对果实可溶性固形物、类黄酮含量的影响

如图2所示, 随着春雪桃果实成熟, 可溶性固形物含量逐渐升高, 不同处理对果肉可溶性固形物含量产生一定影响。在S1期, 不同喷肥处理与CK差异不显著; 在S2期, K处理优于Ca处理, 且两个处理均显著高于CK; 在S3期, Ca处理效果最好, K处理次之, K+Mg+Ca处理略好于CK, 其余各处理低于CK; 在S4期, Ca处理效果最佳, Mg+Ca处理次之, 随后为Mg处理和K处理, 且均显著高于CK; 在S5期, Ca处理效果最佳, K处理次之, 随后为Mg+Ca、K+Mg+Ca处理, 且均显著高于CK, 其余处理与CK差异不显著。在果实采收期, Ca处理果实中可溶性固形物含量比对照高29.3%。

图1 不同喷肥处理对桃果皮叶绿素含量的影响

图2 不同喷肥处理对春雪桃果实可溶性固形物含量的影响

如图3所示, 春雪桃果实成熟过程中, 果皮中类黄酮含量整体呈现下降趋势; 不同喷肥处理不同程度地降低春雪桃果皮中类黄酮含量。在S1、S2期, 各喷肥处理的果皮类黄酮含量与同期CK差异不显著; 在S3期，各喷肥处理的类黄酮含量均低于对照，除Mg、K+Mg外均与CK差异显著; 在S4、S5期, 各喷肥处理的果皮类黄酮含量显著低于CK。在果实采收期(S5期), Mg+Ca和K+Mg+Ca处理春雪桃果皮中类黄酮含量分别比对照低30.8%和23.2%。

图3 不同喷肥处理对桃果皮类黄酮含量的影响

2.4 叶面喷肥处理对果实大小及形状的影响

如表4所示, 在果实采收期(S5期)不同喷肥处理对春雪桃果实单果重没有显著影响, 各处理与对照在果实纵、横、侧径及果形指数上也不存在显著差异。由此可知, 叶面喷肥对春雪桃产量影响不大。

表4 不同喷肥处理对桃单果重、果实纵横侧径的影响

2.5 叶面喷肥处理对花色苷代谢相关基因表达的影响

二氢黄酮醇还原酶(DFR)、无色花色素双加氧酶(LDOX)、类黄酮糖基转移酶(UFGT)是花色苷生物合成的关键酶。如图4所示, 转色初期, 基因DFR、LDOX、UFGT表达量较低, 随着春雪桃果实成熟, 基因表达量迅速升高, 均在果实采收前期(S4期)达到峰值, 其后表达量降低。在果实采收期(S5期), Ca与Mg+Ca处理果实着色相关基因DFR、LDOX、UFGT的表达量均高于对照,两处理UFGT基因的表达量分别为对照的2.54倍与2.18倍。

图4 不同喷肥处理对春雪桃基因DFR、LDOX、UFGT表达的影响

3 讨论

果品色泽是果实商品价值的重要体现, 也是果实外观品质的重要指标, 其形成是由于叶绿素降解, 同时形成显现类胡萝卜素或花色苷的结果[13]。研究表明, Ca肥能够有效改善果皮着色[3], 果实成熟前施Ca肥, 可以显著提高花青素含量; Mg肥可以提高果实可溶性糖含量[14], 降低酸度[15], 从而改善果实品质; 陈建等[16]研究得出, Mg2+可以与花色素螯合, 对花色苷具有稳定和保护作用。本试验结果表明, K、Mg和Ca素处理提高了春雪桃果皮中花色苷含量, 降低了叶绿素含量, 改善了果实色泽；对果面色泽参数分析发现, 各处理在果实转色期对果皮色度角h值均有一定影响, 果面色泽得到改善, 且Mg+Ca处理可以显著促进果皮提前着色。这一结果与前人在荔枝[3]、葡萄[7,8]、苹果[4]上的研究结果相一致。

花色苷是在糖代谢基础上形成的, 类黄酮糖基转移酶将糖基从活化的供体分子转移到花色素上, 使不稳定的花色素转变为稳定的花色苷[17], 在葡萄果实中, 只有糖分达到一定浓度时果实方能开始着色[18]; 利用蔗糖处理, 山楂果实花色苷合成酶基因上调表达, 促进花色苷的积累[19]。本研究结果表明, 随着果实可溶性固形物含量的增加, 果皮中花色苷不断积累; 不同喷肥处理可能通过促进果实中糖类积累, 增强类黄酮糖基转移酶活性进而促进花色苷的生物合成, 改善果实色泽。二氢黄酮醇还原酶、无色花色素双加氧酶、类黄酮糖基转移酶在果实着色过程中发挥重要作用。结构基因DFR、LDOX的上调表达能够为花色苷生物合成提供更多的底物物质, 与花色苷含量的增加密切相关[20]。Jeong等[21]研究表明, 花色苷合成途径中关键结构基因VvUFGT的表达与葡萄果皮中总花色苷的积累呈现高度正相关性。本试验中不同喷肥处理上调了春雪桃果实花色苷合成结构基因DFR、LDOX、UFGT的表达, 果皮中花色苷含量增加, Ca与Mg+Ca处理果实着色关键基因UFGT的表达量显著高于对照。这一结果为K、Ca和Mg素营养提高桃果皮着色提供理论支持。

4 结论

叶面喷施K、Ca、Mg肥料改善了春雪桃果实着色，提高了果实品质, 促进了着色相关基因的表达, 其中以Ca与Mg+Ca处理效果最佳。