番茄绿熟期果实硬度与果皮结构及果胶含量的关系

李 艳 田冉文 郑 伟 张廷艳 张余洋，*

（1 驻马店市农业科学院，河南驻马店 463000；2 华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室，湖北武汉 430070；3 华中农业大学楚为现代种业研究院，湖北武汉 430070）

番茄（Solanum lycopersicum）是世界各地广泛种植的蔬菜作物（李景富，2011）。在大流通以及机械化采收、运输的格局下，番茄果实硬度成为影响果实品质的重要因素（Chapman et al.，2012）。果实硬度是果实耐贮运性的重要指标，果实较软容易出现裂果、货架期短等问题，影响番茄的运输，降低了经济效益。提高果实硬度、适时采收、改善运输条件和贮藏保鲜技术都可以延长番茄货架期（杜永臣，2002）。

番茄果实硬度为数量性状，受果实自身发育和环境因子影响（李慧，2006）。罗静等（2011）对影响加工番茄果实硬度的14 个指标与果实硬度进行相关分析及通径分析，结果表明果肉硬度和耐压力与果实硬度呈极显著正相关，果肉厚度和VC 含量与果实硬度呈极显著负相关，可溶性固形物含量与果实硬度呈显著负相关。

果胶是一种天然多糖类高分子化合物，天然存在于番茄果实的细胞壁中。在番茄果实4.3%～7.7%的干物质中，果胶物质含量为1.3%～2.5%（张德权和艾启俊，2003）。果实成熟过程中，细胞壁中果胶和纤维素降解，结构破坏并导致细胞壁明显变薄，果实变软（骆蒙 等，1997；文颖强，2002；阚娟 等，2012）。因此，细胞壁结构及成分的改变，尤其是果胶和纤维素含量的变化，影响番茄果实硬度。自然条件下，果胶以不溶性果胶、可溶性果胶以及果胶酸3 种形式存在。绿熟番茄果实因为不溶性果胶的大量存在而呈现较硬状态，随着果实后熟，不溶性果胶开始转化为可溶性果胶，果实质地变软。

蓝莓果实硬度的降低伴随着可溶性果胶含量的升高、碳酸钠可溶性果胶、半纤维素以及纤维素含量的降低（Chen et al.，2015）。番茄果实在青果期平均硬度较高，至转色期和红熟期果实硬度明显下降（尹庆珍 等，2016）。在果实成熟过程中，多聚半乳糖醛酸酶（PG）起重要作用，是降解细胞壁的主要水解酶，可催化果胶分子中α-（1，4）-多聚半乳糖醛酸的裂解，将果胶长链降解为半聚乳糖醛酸，使细胞壁结构解体，果肉失去粘性，进而使果实硬度下降（杨凌，2001）。降解果胶的另外一种酶—果胶甲酯酶（PME）可以使酯化的果胶变成果胶酸。番茄生长期叶面喷施硅和钙，可降低PG、PME 和纤维素酶（Cx）的活性，提高果实硬度（苏敬 等，2016）。

番茄果实硬度遗传符合加性-显性遗传模型，加性效应较大，显性效应较小（郭军等，2013；何艳龙，2016），并由多个基因位点控制（穆欣，2004）。刘磊等（2015）初步定位了5 个番茄果实硬度相关QTL。已经鉴定的与果实硬度与细胞壁降解有关的基因有细胞壁果胶酯酶基因PME、多聚半乳糖醛酸酶基因PG等（寇晓红，2003）。

由于番茄果实硬度由多位点控制，导致在育种中难以选择利用，果实硬度在杂交后代中甚至呈现负向优势（王先裕 等，2010）。为了进一步明确番茄果实硬度的遗传规律和杂交育种利用可行性，本试验初步探讨番茄果实硬度与细胞壁厚度、果胶含量的关系，为培育高硬度、耐贮运番茄提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为硬果型番茄TS330 和软果型番茄A57（Ailsa Craig），以及以TS330 为母本、A57 为父本构建的果实硬度遗传群体F1、F2。亲本材料于2016 年春季种植于国家蔬菜改良中心华中分中心，杂交获得F1，2017 年春季种植亲本及F1、F2，用于果实硬度、果胶及果皮结构分析。

1.2 果实硬度的测定

分别在绿熟期、转色期和红熟期，对TS330、A57 及其F1、F2单株取10 个大小、形状相当、无机械损伤、无病虫害的番茄果实，用GY-4（HANDPI，艾德堡）果实硬度计于番茄果实最大横径处（避开腔室隔）测定果实硬度（kg·cm-2）。测定时硬度计的探针应垂直指向番茄果实施加压力直至果肉被探头顶端压入为止，记录硬度计上显示的数值。每个果实检测最大横径处两个端点。

1.3 果皮结构的观察

在果实绿熟阶段，选取TS330、A57 以及F1生长良好的果实，用于石蜡切片观察。将果实表面用无菌水清洗干净，用消毒过的镊子取1 cm×1 cm大小的果皮置于FAA 固定液中固定24 h，用于果实石蜡切片制作和观察（杨生保 等，2017）。

1.4 果胶含量的测定

参照庞荣丽等（2014）的比色法（硫酸-咔唑法）测定番茄果胶含量，设3 次重复。称取1 g 果实样品磨成匀浆转至50 mL 离心管中，加入25 mL 95%无水乙醇，沸水加热30 min，4 500 r·min-1离心15 min，弃上清液，4 次重复，得沉淀。在沉淀中加入25 mL 0.5 mol·L-1硫酸，在沸水中加热1 h，冷却至室温，12 000 r·min-1冷冻离心15 min，取上清液，定容到100 mL。最后采用比色法进行果胶含量（以半乳糖醛酸含量计）测定。

半乳糖醛酸含量=（m′×V×100%）/（Vs×m×106）

其中，m′为标准曲线所查得半乳糖醛酸的质量（g）；V为样品提取液总体积（mL）；Vs为测定时所取样品液体积（mL）；m为样品质量（g）。

2 结果与分析

2.1 TS330 和A57 果实硬度分析

从图1 可以看出，随着番茄果实成熟，果实硬度逐渐降低。TS330 的果实硬度为16.1～26.9 kg·cm-2，A57 的果实硬度为13.4～19.1 kg·cm-2，TS330 在3 个时期的果实硬度均显著高于A57，在绿熟期二者果实硬度差异最大。

图1 TS330、A57 的果实硬度

2.2 番茄果实硬度与果皮结构的关系

显微结构显示绿熟期TS330 果皮的细胞壁厚度大于A57 及 F1（图2）。由于TS330 的果实硬度依次大于F1和A57（表1），表明果实硬度可能与果皮细胞壁厚度有关。在果实成熟衰老过程中，细胞壁逐渐被降解、变薄，果实也随之变软。

TS330、A57 及其F1的果实表皮细胞排列密度具有显著差异，1.3 mm 厚度果皮内，TS330、F1、A57 细胞层数分别12、9 和6（图2）。相关分析结果表明，果实硬度与果皮细胞致密度（单位厚度的细胞层数）的相关系数为0.96，呈显著正相关。果实表皮细胞排列致密，有助于提高番茄果实硬度。

图2 TS330、F1、A57 绿熟果实表皮石蜡切片观察

表1 绿熟期番茄果实果胶含量和果实硬度

2.3 番茄果实硬度与果胶含量的关系

从表1 可以看出，绿熟期番茄果实果胶含量为TS330＞F1＞A57，果实硬度TS330＞F1＞A57。相关分析结果表明，番茄绿熟期果实硬度与果皮细胞壁果胶含量的相关系数为0.99，呈显著正相关。

2.4 番茄果实硬度的遗传分析

图3 TS330×A57 F2绿熟期果实硬度分布

以高硬度材料TS330 为母本，低硬度番茄材料A57 为父本构建F2遗传群体，分析果实硬度的遗传特性（图3）。208 个F2单株绿熟期果实硬度为9.52～30.90 kg·cm-2，平均为25.74 kg·cm-2，中值为25.70 kg·cm-2，变异系数11%。F1果实硬度接近于F2中值，F2果实硬度的变异范围超出亲本硬度范围，趋向正态分布，表明番茄果实硬度为数量性状。

3 结论与讨论

本试验以TS330 为母本、A57 为父本构建番茄果实硬度F2遗传群体，分析果实硬度的分布状态，认为果实硬度属于数量性状，与李慧（2006）的研究结果一致。番茄果实硬度在绿熟期最大，随着果实的成熟，硬度逐渐下降，与尹庆珍等（2016）的研究结果一致。番茄果实硬度作为数量性状，还受环境的影响。同一番茄品种，因地理环境、田间管理、采摘时间、采后生理因素、贮藏放置等不同而影响果实硬度（李景富 等，2016）。

本试验结果表明，番茄果实硬度与果皮结构和果胶含量有关。一般情况下，细胞壁较厚，番茄果实硬度相对较大，这与细胞壁内存在的纤维素和果胶有一定相关性（骆蒙 等，1997）。在果实成熟过程中，细胞壁中胶层降解，导致结构破坏，细胞壁变薄（饶景萍和任小林，1997）。通过比色法测定TS330、A57 以及F1绿熟期果实中的果胶含量，表明番茄果实硬度与果胶含量显著相关（相关系数为0.99）。万赛罗等（2008）认为果实硬度与不溶性果胶含量呈极显著正相关，与可溶性果胶含量呈负相关。本试验中用于测定果胶含量的样本是绿熟期果实，该阶段果胶主要以不溶性果胶形式存在，可溶性果胶含量较少，因此果实硬度表现出与果胶含量的高度相关性。

本试验中，TS330×A57 的F2果实硬度趋向正态分布，表明果实硬度受多位点控制。前人研究也认为番茄果实硬度为数量性状，遗传模型为多基因混合遗传模型，由复杂的多基因控制（穆欣，2004；郭军 等，2013；何艳龙，2016），今后对果实硬度形成的分子机制需要进一步探究。