细胞代谢酶活性、碳水化合物及内源激素与枣裂果关系

2020-10-14王建宇高秋玲王振磊林敏娟

新疆农业科学 2020年9期

王建宇，高秋玲，王振磊，林敏娟

(塔里木大学植物科学学院/南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室/新疆生产建设兵团南疆特色果树生产工程实验室/新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护与利用重点实验室，新疆阿拉尔 843300)

0 引言

【研究意义】裂果属于一种生理病害，是果实对内部生长和外界环境不协调作出的反应。裂果大多发生于番茄[1]，荔枝[2]、梨[3]、西瓜[4]、枣[5]等。裂果的发生降低了果实的品质和产量，严重制约了产业链条的发展。【前人研究进展】果实裂果的最初应激反应是果皮，裂果的发生致使果皮开裂，之后再是果肉的开裂；细胞壁主要是由果胶、半纤维素和纤维素构成，细胞壁组分含量的变化与果皮发育状态密切相关。果实的内含物质主要由碳水化合物、矿质元素和水分等构成，内含物组分和含量的变化与果肉发育状态紧密相关。对番荔枝研究中发现，与果皮开裂相关性最高的是原果胶含量，其次是果皮中的PG、Cx和PME活性；而与果肉开裂相关的主要是淀粉、原果胶含量，果肉中的PG、Cx活性[6]。对“壶瓶枣”裂果的研究发现，在果实发育过程中，果皮中原果胶和纤维素含量降低，水溶性果胶含量增加[7]。锦橙裂果的果皮中可溶性果胶含量高于正常果，而原果胶含量则低于正常果[8]。关于糖酸含量与裂果间关系的报道，目前主要集中在可溶性糖含量的研宄上，可溶性糖是果实生长发育的基础物质，目前研究仅进行了糖分含量最基本的测定和比较。一般认为，枣果含糖量越高裂果率就越高[9]，随着果实成熟含糖量随之增高，果皮韧性降低，果实过多地吸收水分，果肉膨压加大，果皮承受不住果肉膨压而致使表皮破裂[10]。糖含量与品种间的裂果敏感性无明显相关性，红枣裂果与红枣可溶性固形物含量无关[11]，同一品种糖分含量高的枣果，枣裂果越严重，不同品种的枣果即便是同一糖分含量，其裂果指数也不尽统一[12]。GA3和6-BA植物生长激素的使用可以降低壶瓶枣的裂果[13-14]。在番荔枝果实迅速生长期，喷施萘乙酸可以减少裂果的发生[15]。开裂石榴果皮中ABA含量明显高于健康果实果皮中ABA含量[16]。易裂品种骏枣果实发育后期果皮中的GA3含量、果肉中的IAA含量明显高于抗裂品种“圆铃枣”[17]。【本研究切入点】目前关于裂果的研究主要是侧重于不同品种间形态解剖特征、生理特性、遗传因素、环境条件、栽培措施以及防裂试剂等措施。但是在有关枣果糖积累、细胞壁物质含量、内源激素方面的研究仍不够深入，缺乏系统性研究，三者与枣裂果关系的作用不是十分清楚，并且关于在裂果部位和非裂果部位的研究少有报道。研究细胞代谢酶活性、碳水化合物及内源激素与枣裂果关系。【拟解决的关键问题】以易裂果枣品种“伏脆蜜”为材料，对裂果果实的裂果部位和非裂果部位以及正常果的果皮和果肉中的细胞壁物质、碳水化合物、细胞代谢酶活性以及内源激素指标进行测定，分析细胞壁物质、碳水化合物、内源激素和细胞代谢酶活性与裂果的关系，为枣裂果发生的机制及为防止枣裂果提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

材料为塔里木大学枣种质资源圃易裂果品种“伏脆蜜”。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

采用田间试验方法，在果实半红期，采摘100个裂果的果实和60个正常果实，进行裂果部位和非裂果部位及正常果的果皮和果肉分离，用液氮冷冻后装入自封袋中，置于-80℃超低温冰箱保存，用于测定细胞壁物质、碳水化合物、细胞代谢酶活性以及内源激素(试验指标各3次生物学重复)。

1.2.2 测定指标1.2.2.1 细胞代谢酶

过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚氧化法测定；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑光化还原法测定；多酚氧化酶(PPO)活性采用紫外吸收法测定；果胶酶活性和纤维素酶活性采用DNS终止反应的方法测定[17-20]。

1.2.2.2 细胞壁物质

用咔唑硫酸比色法测定水溶性果胶(WSP)、离子结合果胶(ISP)和共价结合果胶(CSP)含量，用蒽酮比色法测定半纤维素含量和纤维素含量[19-20]。

1.2.2.3 糖物质

葡萄糖，果糖和蔗糖采用高效液相色谱法测定；淀粉的测定采用蒽酮硫酸法；可滴定酸含量采用滴定法测定[19-21]。

1.2.2.4 内源激素

内源激素测定：利用液质联用(HPLC-MS)的方法检测IAA、ABA和GA3的含量并在北京诺和公司完成。

1.3 数据处理

采用DPS进行数据的处理。

2 结果与分析

2.1 果皮不同部位细胞代谢酶活性的比较

研究表明，枣果果皮的细胞代谢酶活性在不同部位存在显著差异，裂果部位的POD活性显著高于正常果和非裂果部位的POD活性，高12.5%和14%；裂果部位的SOD活性极显著高于正常果和非裂果部位的SOD活性，高20%和41.5%，正常果的SOD活性极显著高于非裂果部位的SOD活性，高17.9%；裂果部位的PPO活性显著低于非裂果部位，极显著低于正常果的PPO活性，分别低75.1%和84.4%，非裂果部位的PPO活性显著低于正常果的酶活性，低37.3%；裂果部位的果胶酶活性极显著低于正常果和非裂果部位的果胶酶活性，低12.2%和37.4%，正常果的果胶酶活性极显著低于非裂果部位的果胶酶活性，低28.8%；正常果的纤维素酶活性极显著低于裂果部位和非裂果部位的酶活性，低17%和40.9%，裂果部位的纤维素酶活性极显著低于非裂果部位的活性，低28.8%。表1

表1 果皮不同部位细胞代谢酶活性差异

2.2 果皮不同部位细胞壁物质含量的比较

研究表明，枣果果皮的细胞壁物质含量在不同部位存在显著差异，正常果和裂果部位果皮中的纤维素含量极显著高于非裂果部位，高96.3%和106.1%；裂果部位果皮的半纤维素含量显著低于非裂果部位，极显著低于正常果果皮中的半纤维素含量，分别低50%和64.4%，非裂果部位果皮中的半纤维素含量显著低于正常果果皮中的半纤维素含量，低28.9%。

非裂果部位果皮中的WSP和CSP含量极显著高于裂果部位和正常果果皮中的WSP和ISP含量，分别高81%和125.1%，284.3%和275.9%；裂果部位和正常果果皮中ISP含量极显著低于非裂果部位果皮中的ISP含量，分别低44.4%和41.6%。表2

表2 果皮不同部位细胞壁物质含量差异

2.3 果肉不同部位碳水化合物含量及可滴定酸含量的比较

研究表明，枣果果肉的糖含量及可滴定酸含量在不同部位存在显著差异，裂果部位的可溶性总糖含量、蔗糖含量和糖酸比极显著高于非裂果部位和正常果的可溶性总糖含量、蔗糖含量和糖酸比，分别高14.2%和48.4%，21.7%和119.2%，4.9%和105.8%，非裂果部位的可溶性总糖含量、蔗糖含量和糖酸比极显著高于正常果的可溶性总糖含量、蔗糖含量和糖酸比，分别高29.9%、80.1%和96.2%；裂果部位的淀粉含量极显著高于非裂果部位和正常果的淀粉含量，高27.5%和30.8%；裂果部位果肉中的还原性糖和葡萄糖含量极显著低于非裂果部位和正常果果肉中的还原性糖和葡萄糖含量，分别低5.2%和41.5%，7.5%和46.7%，非裂果部位果肉中的还原性糖和葡萄糖含量极显著低于正常果果肉中的还原性糖和葡萄糖含量，分别低38.3%和42.4%；裂果部位果肉中的果糖含量显著低于非裂果部位，极显著低于正常果果肉中的果糖含量，分别低5.7%和36.4%，非裂果部位果肉中的果糖含量极显著低于正常果果肉中的果糖含量，低32.6%；正常果果肉中的可滴定酸含量极显著高于裂果部位和非裂果部位果肉中的可滴定酸含量，高30%和44.4%，裂果部位果肉中的可滴定酸含量极显著高于非裂果部位果肉中可滴定酸含量，高11.1%。表3

表3 果肉不同部位糖含量及可滴定酸含量差异

2.4 不同部位内源激素含量的比较

研究表明，正常果果肉中的IAA和ABA含量极显著高于裂果部位和非裂果部位果肉中的IAA和ABA含量，分别高4和12.8倍，12.9%和37.8%，裂果部位果肉中的IAA和ABA含量极显著高于非裂果部位果肉中的IAA和ABA含量，分别高173.7%和22%；正常果果肉中GA3含量极显著高于裂果部位和非裂果部位果肉中的GA3含量，高75倍。

裂果部位果皮中的IAA和ABA含量极显著高于正常果和非裂果部位果皮中的IAA和ABA含量，分别高1.2和5.1倍，2.8%和37.8%，正常果果皮中的IAA和ABA含量极显著高于非裂果部位果皮中的IAA和ABA含量，分别高180%和34%；非裂果部位果皮中GA3含量极显著高于正常果和裂果部位果皮中的GA3含量，分别高81.3%和190%，正常果果皮中GA3含量极显著高于裂果部位果皮中的GA3含量，高60%。

从3种内源激素的比例，ABA所占的比列在3种激素都是最多的；而IAA在裂果部位果肉内所占比例相对较大；而GA3在非裂果部位果皮中所占比例相对较大。表4

表4 不同部位内源激素含量差异

3 讨论

3.1 果皮细胞代谢酶与裂果的关系

POD能够消解植物体内的生长素以及可以使组织内的所含的某些碳水化合物转变为木质素，增加木质化程度。果皮内POD活性增高，加速了果皮细胞的木质化进程，造成了部分果皮细胞的死亡，果皮的结构遭到破坏，并伴随着降雨，果肉的渗透压加强，吸水膨胀，果皮破裂，发生大量的裂果。果皮细胞壁水解酶活性以及细胞壁结合型的POD活性高的荔枝品种，其裂果率也高[22]，易裂小型西瓜瓜皮中POD活性显著高于抗裂小型西瓜[23]。试验研究发现，裂果部位果皮中的POD活性极显著高于非裂果部位和正常果果皮中的POD活性。

枣果皮中的纤维素酶活性、果胶酶活性影响裂果的发生[17]，在不同品种间易裂性“骏枣”纤维素酶活性高于抗裂性“木枣”和较易裂性“团枣”[24]。在对西瓜研究中发现，SOD 活性越高品种抗裂性越强[23]。抗裂枣品种不同时期不同部位果皮的SOD活性显著或极显著高于易裂枣品种[5]。试验研究表明，裂果部位的纤维素酶活性和果胶酶活性极显著低于非裂果部位的纤维素酶活性和果胶酶活性，裂果部位果皮中的SOD活性极显著高于非裂果部位和正常果果皮中的SOD活性，主要可能的原因是所选材料不同，所选试验材料为裂果部位，组织有损伤，产生应激反应，SOD活性增强，可以有效的消除组织损伤所产生的超氧阴离子，保护膜组织，从而保护防止过多的细胞内含物质流出，可以减缓裂果的进行，但是SOD与裂果的关系还需要进一步的阐释。

3.2 果皮细胞壁物质含量与裂果关系

果皮是果实开裂的直接部位，果皮抗裂性形成与果皮强度和延伸性有关，这与果皮组成物质的成分有着密切的关系。纤维素的排列方式决定细胞壁的致密性，半纤维素形成网络结构加固细胞壁，果胶质的存在能够调节初生壁强度和可塑性。细胞壁中纤维素和原果胶含量的增加，可以提高果皮的抗裂性[25]。研究结果表明，裂果部位果皮半纤维素含量和果胶类物质含量显著低于非裂果部位果皮，但裂果部位果皮的纤维素含量极显著高于非裂果部位果皮。与上述研究不完全一致，可能是由于所选材料不同。

3.3 果肉碳水化合物与裂果的关系

易发生裂果的时期通常是果实接近成熟期，果实中的一系列物质在果实成熟过程中会发生一些生理生化变化。对荔枝果实研究发现，果糖和葡萄糖的含量都显著的高于正常果，但蔗糖的含量却显著的低于正常果[26]。试验研究结果表明，裂果部位果肉中的蔗糖和可溶性糖含量极显著高于非裂果部位和正常果果肉中的蔗糖和可溶性总糖含量；裂果部位的还原性糖含量、果糖含量和葡萄糖含量极显著低于非裂果部位的还原性糖含量、果糖含量和葡萄糖含量。

3.4 内源激素含量与裂果的关系

内源激素的变化是引起裂果的一个重要原因，特别是在果实发育的中后期，促进细胞分化生长的内源激素加快了果肉细胞的生长速度，使果实的内部生长应力增加，但此时果皮细胞基本停长，果肉细胞迅速增长膨胀，导致果实开裂。开裂石榴果皮中ABA含量明显高于健康果实果皮中ABA含量[16]。易裂品种“骏枣”果实发育后期果皮中的GA3含量、果肉中的IAA含量明显高于抗裂品种“圆铃枣”，而“圆铃枣”果肉中的ABA含量高于“骏枣”[17]。试验研究表明，裂果部位果肉中的IAA含量和ABA含量极显著高于非裂果部位果肉；裂果部位果皮中的GA3含量极显著低于非裂果部位果皮；而裂果果皮中IAA含量和ABA含量是最高的并且与其他部位都呈极显著关系。可能形成的原因，果皮开裂致使果皮内产生应激反应，加速了果皮内ABA的产生，加速果实的成熟，也可能造成激素的转移，但在果实内激素是否存在着的极性运输还需要进一步的验证。