扁桃果实发育过程内果皮中糖及木质素含量变化规律

杨 波,郭春苗,木巴热克·阿尤普,肖 丽,许 娟,龚 鹏,徐叶挺

(新疆农业科学院园艺作物研究所, 乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】扁桃又名巴旦木，其食用部位是种仁，具有很高的营养价值和经济价值[1]，其种仁发育的充分与否很大程度上决定于果肉组织及内果皮的糖分代谢。且内果皮薄，出仁率高，价值高，反之则出仁率低，经济价值低[2]。木质素的主要功能是强固细胞壁，增强抗病性的作用，内果皮木质化程度对果核有重要意义。研究内果皮的发育及其形成机制可为品种选育提供解决途径。【前人研究进展】内果皮木质化加厚是由于酚类物质的聚集和木质素沉积，木质素作为植物生长发育过程中主要的次生代谢产物与内果皮形成紧密相关[7]，杨爱珍等[8]在核果类桃上面研究得出糖类物质的积累量直接影响着内果皮发育的好坏。Dardick C D[9]研究表明，桃内果皮硬核生理过程需要消耗大量的营养。Buchanan, Bob B[10]研究表明，木质素碳素骨架主要是由葡萄糖代谢产物所提供，通过糖酵解途径提供磷酸烯醇式丙酮酸和磷酸戊糖途径提供2赤藓糖-4磷酸，再通过莽草酸途径合成苯丙氨酸和酪氨酸，合成不同类型的木质素。木质素积累的主要物质基础是葡萄糖，而其他形态糖类物质需转化成葡萄糖才能参与木质素的合成。扁桃内果皮主要成分为木质素，且在其发育过程中需要消耗大量的碳水化合物作为营养[11]。【本研究切入点】国内外对糖类物质和木质素的积累的影响研究多集中在植物抗性和品质上[3-6]，但糖类物质的积累和木质素次生代谢对扁桃薄厚壳的形成差异影响的研究尚未报道。研究扁桃内果皮中木质素及糖类物质的动态变化规律，分析糖类物质的积累对内果皮木质化程度的影响。【拟解决的关键问题】测定和分析扁桃内果皮不同发育时期木质素和糖类物质，研究扁桃内果皮发育及其形成机制，为扁桃内果皮适宜厚度和果实品质研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验材料采于喀什地区莎车县扁桃种质资源保存圃，2个供试品种 纸皮(Amygdaluscommuniscv. Zhipi)和长石头(Amygdaluscommuniscv. Changshitou) 树龄均为40年。纸皮内果皮(核壳)厚度约0.45 mm，长石头内果皮厚度约4.55 mm。

1.2 方 法

每个品种3株树作为试验采样株，作为3个生物学重复，于2016年4月25日(花后25 d)开始采集发育正常果实20个，每隔15 d采样1次，至果实成熟为止，共计7次(采样时间分别为花后25、40、55、70、85、100和115 d)。立即带回实验室，去除种仁和外果皮，留取内果皮液氮中保存待用。

1.2.2 测试指标

电子天平称量单果重，10个重复，取平均值；游标卡尺分别测量中内果皮厚度，10个重复，取平均值；木质素含量测定参照陶书田[12]巯基乙酸法，还原性糖测定参照DNS比色法[13-14]，可溶性总糖、淀粉测定参照蒽酮比色法[13-14]，纤维素含量测定采用72%H2SO4酸解洗涤法[13-14]，各3个重复 ，取平均值。

1.2.3 提取分离

称取内果皮0.5 g于10 mL离心管中，加入8 mL 80%乙醇溶液，80℃水浴30 min，每隔2 min搅拌1次。用少量80%乙醇冲洗玻璃棒，并将溶液冷却室温后4 000 r/min离心取上清液倒入25 mL离容量瓶；如上述方法重复提取2次，将上清液合并至25 mL的容量瓶，并定容至刻度线。该提取液用于测定还原性糖和可溶性糖的测定。

向上述的沉淀中加入2 mL蒸馏水，在沸水中水浴15 min，冷却后加入2 mL 9.2 mol/L高氯酸，搅拌后加蒸馏水4 mL，混匀后4 000 r/min离心10 min，上清液转入50 mL容量瓶中，上述方法重复2遍，将上清液合并，用蒸馏水洗沉淀2次每次5 mL，蒸馏水定容至刻度线。该提取液即为淀粉溶液。

依次用0.1 mol/L NaOH溶液、蒸馏水和丙酮，各洗沉淀2次，每次5 min，用量5 mL，用于去除蛋白和果胶等杂质。离心弃上清，向沉淀中加入5 mL 60%硫酸溶液，搅拌均匀后放置4℃冰箱冷水解12 h，离心取上清，重复上述操作，将2次上清液合并，用60%硫酸溶液定容至25 mL容量瓶中，用于纤维素的测定。

1.3 数据处理

采用Excel 2010软件进行数据统计和图表绘制，SPSS 20.0软件进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 扁桃果实发育过程中单果质量的变化

研究表明，纸皮与长石头果实的生长曲线呈单S型曲线，但是在扁桃在花后25～55 d，中果皮、内果皮均不断加厚生长，单果的质量迅速增加，到花后55～85 d，纸皮扁桃果实质量缓慢增长，内果皮逐渐加厚生长，长石头扁桃中果皮厚度缓慢变薄，内果皮逐渐加厚生长，单果重缓慢下降，即扁桃进入发育的第2时期，为内果皮逐渐木质化和种子逐渐成熟时期。到花后85 d果实质量迅速下降，这是由于扁桃中果皮失水皱缩及内果皮基本形成的原因，花后100～115 d中内果皮厚度、单果重几乎保持不变，种仁成熟。图1，图2

老师在上课的过程中，积极地替学生分析和开导他们，引发学生的思考和想象，让他们在脑海中形成自己的对美的理解，用心去体会和感悟美的标准和真谛。当他们能自己发现美的时候，才是他们真正开始提升的时候。

2.2 扁桃果实发育过程中内果皮可溶性总糖含量的变化

研究表明，纸皮和长石头扁桃内果皮可溶性总糖含量的变化趋势一致，纸皮是在花后40 d达到高峰，长石头是在花后55 d达到高峰，随后逐渐下降。花后85 d 2个扁桃品种可溶性糖含量变化均在7%以下，且两者无明显差异。不同品种扁桃具有相同的总糖变化趋势，但由于薄厚程度不一的扁桃成熟期有一定的差异。图3

2.3 扁桃果实发育过程中内果皮还原性糖、淀粉的变化

研究表明，纸皮和长石头扁桃内果皮淀粉含量的变化均为先上升后下降趋势，且在花后40 d淀粉含量达到高峰。纸皮扁桃内果皮还原性糖含量的变化趋势呈现先上升后下降，且是在花后40 d达到高峰，长石头呈现下降趋势。长石头后期淀粉和还原性糖含量下降速度快于纸皮。图4

2.4 扁桃果实发育过程中内果皮木质素、纤维素含量的变化

研究表明，花后25 d至花后40 d，纸皮和长石头扁桃内果皮木质素含量缓慢积累，且纸皮扁桃内果皮木质素含量高于长石头扁桃；花后40 d，长石头扁桃内果皮木质素含量迅速上升，花后55 d，纸皮扁桃内果皮木质素含量迅速上升，且花后55 d至花后115 d长石头扁桃内果皮木质素含量高于纸皮扁桃。

纸皮扁桃和长石头扁桃内果皮发育过程中纤维素含量均呈现上升趋势，花后25 d纸皮扁桃内果皮中纤维素含量高于长石头扁桃，花后40 d至花后115 d长石头扁桃果实内果皮中纤维素含量迅速积累，高于纸皮扁桃。图5

2.5 扁桃内果皮厚度与木质素含量、糖分含量的相关性

研究表明，纸皮扁桃果实内果皮发育前期内果皮厚度与可溶性糖含量呈负相关，与还原性糖、淀粉呈正相关。后期与可溶性糖、还原性糖、淀粉含量呈负相关；长石头扁桃果实发育前期内果皮厚度与可溶性糖、淀粉呈正相关，与还原性糖呈显著负相关。后期与可溶性糖、淀粉含量呈正相关、与还原性糖呈负相关。扁桃内果皮整个发育过程与木质素、纤维素含量呈正相关。表1

表1 扁桃内果皮厚度与木质素含量及各糖分含量的相关性Table 1 Correlation analysis of the endocarp thickness and sugar content of the almond endocarp

3 讨 论

3.1 扁桃果实内果皮木质素、纤维素与木质化加厚的关系

扁桃内果皮即果壳部分是果实经济性状的重要组成部分，也是评价扁桃品种优良与否的重要指标。前人研究发现[16]果实发育过程中内果皮的发育是不断木质化加厚的过程。曹爱娟等[7]研究表明，内果皮主要成分为木质素，其次为纤维素。木质素、纤维素含量的逐渐积累与内果皮细胞木质化加厚密切相关。研究发现内果皮厚度与木质素、纤维素含量呈正相关，同时木质素与纤维素含量也呈正相关关系，这与文菁等[17]研究一致。

研究发现，薄壳品种纸皮和厚壳品种长石头在果实的发育过程中内果皮的木质素含量的变化规律均一致，呈现上升趋势。这与文菁等[17]研究桃内果皮中木质素含量变化趋势一致。花后25～40 d，纸皮和长石头木质素含量缓慢积累，且纸皮扁桃木质素含量高于长石头扁桃；花后55 d，纸皮和长石头木质素含量迅速上升，且长石头扁桃木质素含量高于纸皮扁桃。前期薄壳扁桃木质素积累量大于厚壳扁桃，后期即硬壳期，薄厚壳扁桃木质素积累速度均迅速，但厚壳扁桃木质素含量积累量更大。纤维素含量的变化规律和木质素相似，内果皮发育前期薄壳比厚壳纤维素积累量高，而内果皮发育前期至硬壳期厚壳扁桃的纤维素含量高于薄壳扁桃。推测在花后40～55 d属内果皮快速发育阶段，为培育适宜薄厚壳，通过在这一时期适当控制内果皮的快速生长，可推断内果皮发育后期木质素、纤维素含量积累量的多少决定了内果皮木质化加厚的程度。

3.2 扁桃果实内果皮糖类物质与木质化加厚的关系

内果皮形成是复杂的细胞壁合成和木质素沉积的过程，其内糖类物质的积累对扁桃种仁的充分发育起着至关重要的作用，且对自身的初生壁的形成和后期木质素、纤维素的形成至关重要[18]。

纸皮与长石头扁桃果实单果重硬壳前期呈单S曲线，这与高启明等[19]研究幼果发育相一致，在花后25～55 d，中果皮、内果皮均不断加厚生长，单果的质量迅速上升，表明扁桃果实发育前期维管束为中内果皮运输光合产物，两者之间有相同的代谢途径，这与申作连等[20]研究一致。花后55至85 d，纸皮扁桃果实质量缓慢增长，中、内果皮逐渐加厚生长，长石头扁桃中果皮厚度缓慢变薄，内果皮逐渐加厚生长，单果重缓慢下降，即扁桃进入发育的第2时期，为内果皮逐渐木质化和种子逐渐成熟时期。形成较厚的内果皮需要向内果皮中运输营养成分更多，这个时期主要是内果皮、种仁在增重。这与杨爱珍等[8]研究桃相反。这主要是扁桃食用仁，桃是食用果肉。研究发现在内果皮的发育过程中，纸皮和长石头扁桃中的淀粉含量呈现先上升后下降变化趋势，而纸皮和长石头中还原性糖含量均呈现下降趋势，可溶性总糖均呈现先上升后下降趋势，纸皮扁桃在花后40 d达到高峰，长石头扁桃在花后55 d达到高峰。吴国良等[11]研究表明，随着内果皮木质化的进程，扁桃果肉组织糖类物质积累降低。研究发现扁桃内果皮木质化过程内果皮中糖类物质也在下降，证实了果肉中糖类物质一部分运输至内果皮，并作为合成木质素的前体物质供内果皮木质化加厚，另一部分通过内果皮中维管束细胞运输至种仁供其发育。由此推断扁桃果实内果皮发育可以分为2个阶段，第1阶段是糖含量积累阶段，为内果皮细胞正常分裂分化生长和后期次生细胞壁木质素沉积提供物质基础，第2阶段内果皮的木质化阶段，这一前体物质通过莽草酸途径合成芳香族氨基酸，在经过一系列的代谢途径合成大量木质素。由此可推断，由于糖类物质参与木质素的合成，导致糖类物质含量的下降，木质素的积累。长石头扁桃糖类物质的起始含量高于纸皮扁桃，而纸皮扁桃木质素积累量高于长石头扁桃。花后25 d，纸皮扁桃比长石头扁桃糖类物质含量的积累多，花后55 d，长石头比纸皮扁桃木质素积累速度更快，进一步证实了糖类物质与木质素合成的前体物质密切相关，其充分积累更有利于后期内果皮木质素成分的积累完全和硬壳的坚实度的形成。糖类物质积累需要达到一个较高的水平之后，形成足够合成木质素所需要的前体物质，木质素才会迅速积累，糖类物质积累量决定了后期木质素的沉积量，这可能是扁桃薄厚壳形成的重要原因之一。

4 结 论

扁桃内果皮发育过程中，木质素、纤维素呈逐渐升高趋势，淀粉、可溶性糖含量呈现先升高随下降趋势，在花后40 d达到峰值。长石头扁桃花后40 d内果皮木质素开始迅速积累，纸皮扁桃花后55 d内果皮木质素开始迅速积累，厚壳扁桃品种长石头木质素开始积累的时间要早于薄壳品种纸皮，长石头木质素速度和积累量要明显高于纸皮。 扁桃内果皮厚度与木质素、纤维素积累量呈显著正相关。糖类物质积累与代谢与扁桃内果皮木质化和加厚密切关联。扁桃内果皮的形成是果实内高水平糖类物质积累与代谢产生木质素合成所需的前体物质，引起木质素的大量积累，进而导致内果皮木质化和加厚。