显微镜技术在果实质地方面的研究进展

李红光，刘俊灵，赵政阳，郝贝贝，韩立新，勾真真

(1.三门峡市农业科学研究院/河南省苹果栽培工程技术研究中心，河南 三门峡 472000；2.西北农林科技大学 园艺学院，陕西 杨凌 712100)

水果是生活中必备的食品，它为人体提供了维生素等营养成分。在市场中，质地是果实的重要属性[1〗，直接决定着消费者的选择[2]，同时也影响着果实的贮藏性和运输性等[3]。果实的质地特征包括：硬度、脆度、多汁性等[4]。果实质地是一个复杂的性状，其取决于果实的细胞形态、膨压以及细胞壁的机械强度等[5]。果实的微观结构是影响质地的重要内在因素[6]，因此，分析果实组织的微观结构，将有利于解释果实质地和果肉细胞的关系。

近年来，随着显微镜技术的飞速发展，其在生物学应用的越来越广泛，已经成为了一项重要的技术手段。在园艺作物研究中，显微镜多运用于研究果实微观结构的二维或三维成像，作为连接微观结构和宏观质地的桥梁。光学显微镜和扫描电子显微镜用于观察果实的形态特征，透射电子显微镜多用于观察细胞壁，而原子力学显微镜主要用于分析细胞壁多糖的纳米结构。

因此，笔者结合国内外最新的研究进展，就显微镜技术在果实的微观结构方面的应用和作用等方面展开了综述，以期为果实质地研究提供理论依据。

1 光学显微镜技术(LM)

1.1 光学显微镜的制片种类

在果实质地结构的研究中，通常通过光镜观察果实的组织切片，而目前常用的技术有石蜡切片和半薄切片。两种切片相比，半薄切片厚度更薄，成像更清晰，图像效果更好。通过光学显微镜，可以观察到果实的大小、形状、排列等。

1.2 光学显微镜的应用

李红光等[7]通过观察苹果果实的半薄切片，发现质地松脆的富士细胞明显大于质地粗糙的秦冠，也有研究表明不同品种苹果的形状、排列存在显著差异，可能与果实的硬度和失重率有关[8～9]，Nieto等[10]观察到苹果切片在脱水过程中的微观结构出现巨大的变化。另外，相关研究表明，浆果类果实的质地和细胞形态密切相关。对硬度不同的3个黑莓果肉细胞观察，发现品种之间细胞的排列紧密程度、大小等差异较大，即果肉的硬度和解剖结构有一定关系[11]。此外，通过比较几个葡萄品种的组织结构，贮藏性好的品种细胞排列较密，大小一致，不同品种间表皮细胞和果肉细胞均存在明显差异[12]。李三培等[13]观察了不同口感的甜瓜果实的切片，并采用图像处理软件统计细胞参数，发现了质地不同的甜瓜果实在成熟过程中的微观结构变化，明确了甜瓜果实质地和细胞参数之间的关系。上述结果表明，果实的细胞形态特征和质地存在一定关系。通过光学显微镜可以清楚地观察到果实的组织结构，同时结合图像分析软件，把细胞的形态特征量化，更加具有科学性。

2 扫描电子显微镜(SEM)

2.1 扫描电子显微镜(SEM)的种类

扫描电子显微镜有三种类型：常规扫描电子显微镜，冷冻扫描电子显微镜和环境扫描电子显微镜。常规扫描电镜的样品一旦干燥，样品较为坚固，适合于长时间的检查，可以分装或储存，但是果肉组织必须固定，干燥过程中显著改变了细胞壁的自然状态，导致细胞壁收缩，使细胞发生变形；冷冻电子显微镜的样品固定快速，有助于保持细胞结构原始形态，适合于水含量较高的样品；环境扫描电子显微镜使用新鲜的样品，其最接近于自然状态的，操作步骤简单，但样品只能在相对较低的放大倍数内观察，且样品比较脆弱，不稳定，因此不适合长时间观察[14]。

2.2 扫描电子显微镜(SEM)的应用

运用扫描电子显微镜可以清晰地观察到果实的超微结构。例如：杨生宝等[15]研究表明，不同番茄品种的果实由于硬度差异，它们的扫描电镜结果也存在明显的差异；也有研究发现，在番茄果实成熟中，果肉的细胞间发生了分离[16]。在苹果的研究中，通过对不同品种苹果果肉的切面观察，研究发现质地较好的品种果肉细胞较大，排列更加紧密[7]；冷冻电子显微镜观察到两个不同苹果品种在贮藏过程中果肉组织结构的变化可能与果肉的宏观结构有关[17]。

在发育和贮藏过程中，伴随着果实的衰老，其超微结构发生明显改变。常规扫描电镜发现钙处理过的金冠苹果相较于未处理的果实仍然可以保持细胞内断裂[18]；林建成等[19]对枇杷果实结构进行了电镜观察，发现在贮藏中果实的微观结构发生变化；有研究表明，不同品种橄榄果实在发育过程中果肉的断裂方式存在差异，可能与细胞壁多糖的变化有关[20]。上述研究表明，扫描电子显微镜在观察果实的结构变化发挥着重要的作用，同时，其研究手段经常和外界物理或则化学处理相联系。

3 透射电子显微镜(TEM)的应用

透射电子显微镜一般用来研究果实在发育、成熟、贮藏过程中的变化以及不同处理条件下果实超微结构的变化。研究者一般主要以果实的细胞器和细胞壁为主要目标对象。在桃果实的研究中，段玉权等[21]研究发现1-甲基环丙烯处理桃果实，可以保持桃果肉细胞的完整性，延长贮藏时间；成熟程度不同的桃果实在贮藏过程中果肉的细胞壁降解程度不同，成熟程度和桃的耐贮性有关[22]；此外，不同质地类型的桃品种，其果实在成熟过程中果肉细胞的超微结构变化存在着显著差异，硬度大的品种，细胞壁降解较晚[23]，李银等[24]也有类似的研究结果。另外，在南方水果的研究中，辜青青等[25]以化渣性不同的橘子为研究对象，发现三个品种果肉的细胞壁微纤丝存在明显差异；甜橙果实在发育过程中，囊衣细胞细胞壁的超微结构出现了巨大的变化[26]；也有研究表明，不同生长环境条件下，脐橙果肉的超微结构发生了明显变化，尤其表现在瓤囊壁上[27]。

同时，透射电子显微镜在苹果的应用研究也很多。不同品种苹果果实在发育和成熟过程中，果肉细胞的超微结构发生着明显的改变[28]，同时，研究表明不同质地苹果果实在贮藏过程中果实的细胞壁变化也存在一定差异[8]；刘会超等[29]发现在使用钙处理苹果果实以后，明显抑制了果实的生长，果实的超微结构也发生了变化。

4 原子力学显微镜(AFM)

4.1 原子力学显微镜(AFM)的作用

近年来，原子力学显微镜越来越多地被用于果实的微观结构研究。与其他显微镜技术相比，原子力学显微镜的分辨率较高，对环境要求低，适用范围广，且预处理简单方便；它通过扫描得到图的三维结构进行粗糙度、步宽等分析，可以研究组织的纳米结构特征[30]。

4.2 原子力学显微镜(AFM)的应用

近些年，原子力学显微镜作为一种先进的仪器，在园艺作物研究中有着广泛的应用。例如，通过原子力显微镜，Cybulska等[31]研究了6个不同苹果品种细胞壁与质地的关系，发现纤维素的厚度对细胞壁的机械强度有一定的影响。在对2个硬度不同的梨品种的研究中，结果发现果胶分子降解较少，厚度大的品种，果实硬度更高，质地更好；同时，半纤维素的分子结构也影响着果实的质地[32]。此外，杨宏顺[33]研究发现在贮藏中黄桃果肉中果胶的纳米结构发生了显著变化，从微观结构方面解释了黄桃果实的生理变化。在草莓研究中，观察分析了成熟草莓果胶分子的结构特征，揭示了果胶组分中的聚合物在果实软化过程有着重要作用[34]。由于果实质地和细胞壁特征有着密切的关系，而细胞壁包含果胶、纤维素等成分，因此，原子力学显微镜在研究果实质地时，主要集中在研究果胶、纤维素的纳米结构方面。

5 展望

物体的结构决定功能，微观结构的差异决定了果实质地的多样性。在果实质地方面，果实的组织结构和质地特性紧密相关。4种显微镜可以从不同角度和方面探究果实的显微和超微结构，为果实质地研究提供了更为全面的理论依据。

果实质地是一个非常复杂的特征，受很多因素影响。通过对果实质地的微观结构分析，可以从微观层次揭示果实的质地特性，最终为建立果实质地的模型提供依据，以探究微观结构和质地差异的关系，从结构性质出发探究果实质地。目前，多数研究单独地运用一种显微镜观察果实的组织结构，对质地的研究多停留在单一方面，并没有把多种方面联系起来，研究不够深入。因此，在今后的质地研究中，运用多种显微镜技术手段，全面地分析果实质地的组织结构，同时，结合力学和几何学等相关交叉学科知识，建立果实质地的模型，这将是以后的研究重点。