喷施钙肥对梨果实品质和石细胞代谢的影响*

张 伟，刘 畅，杜国栋，汪晓谦

（1 沈阳农业大学园艺学院，辽宁 110866）（2 辽宁省果树科学研究所）

南果梨（Pyrus ussuriensisMaxim.）作为秋子梨系统中的优良品种，具有果实香气浓郁，抗寒力强等特点，在辽宁省鞍山、辽阳等地区大面积栽培。但因其果实石细胞较多，严重影响了果实品质[1]。石细胞是梨果实发育过程中形成的一类特殊结构物质，由薄壁组织细胞在其初生壁上沉积木质素等而形成，其数目、大小、密度等对梨果实食用品质有明显的影响[2]。木质素的聚合过程是石细胞发育过程的关键点，钙素可能在这一过程中起着关键作用[3]。钙作为植物生长所必需的营养元素之一，与细胞壁的代谢和发育过程关系密切，对保持果实细胞壁的完整性和延缓果实的衰老有重要意义[4]。李疆等[5]报道，叶面喷钙可以降低库尔勒香梨石细胞的大小、密度和含量，对其他果实品质也有积极影响。沙守峰等[6]研究发现，在早金酥梨树生长季节叶面喷施钙肥，可显著提高果实糖酸比，效果明显。汪晓谦等[7]研究表明，PBO＋钙硼合剂处理可以提高南果梨脱萼率，降低石细胞含量，对果实品质有明显的提升。

此外，钙作为细胞功能调节的第二信使，能够参与植物体内各种生理生化反应，调节植物细胞对各种胁迫信号的转导过程[8]。生产中，很多不良环境条件都会导致梨石细胞含量增多、果实品质下降，比如低温、营养不足等，而这些环境因素都与钙离子存在联系。因此，筛选合理的外源钙肥处理，可为梨产业发展提供具体的果实品质提升调控技术措施，对于梨优质高效生产有重要意义。目前，有关钙肥对梨果品质的研究报道较多，但缺乏对石细胞形成过程中木质素代谢的影响机制研究，且针对南果梨的研究较少。本研究以南果梨为材料，通过不同时期喷施不同形态、不同浓度的外源钙肥，分析其对果实品质、石细胞含量及木质素代谢的影响，可为南果梨的果实品质调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择生长健壮、树势一致、能够正常开花结果的南果梨树作为试验材料，树形为基部三主枝疏散分层形，树体花量中等且生长状况良好，每个花序留果2 个，供试材料定植于沈阳农业大学科研基地，并按照常规栽培措施管理。外源钙肥为氯化钙（国药集团）和糖醇螯合钙（连云港福隆农业公司，Ca≥180 g/L）。

1.2 试验方法

分别于盛花期、盛花期后20 d 喷施不同浓度的氯化钙（2.5、5.0 g/L）及糖醇螯合钙（1 000、2 000倍液）溶液，以喷清水为对照（CK），共9 个处理（表1），每处理3 次重复，喷施花序部位及幼果，以药剂附着并滴落为止。分别于花后30、60、90、120、150 d 取样，每次随机选取果实15 个，测定其基本品质指标，其余果肉于-80 ℃冰箱中保存。

表1 试验处理

1.3 测定指标及方法

单果重使用电子天平（E5500S，Sartorius，德国）进行称量；果实横纵径采用电子游标卡尺进行测量，并计算果形指数；可溶性固形物含量使用阿贝折光仪PAL-1（Atago，日本）进行测定；果实硬度使用果实硬度计测定；石细胞含量的测定采用盐酸处理法，具体参考Lee 等[9]的方法；总钙含量的测定采用火焰原子吸收分光光度法，具体参考于会丽等[10]的方法。

木质素代谢相关基因表达分析使用实时荧光定量PCR 仪（Applied Biosystems 7500 Real-Time）进行，使用ddCT 法进行结果分析。所用引物使用Primer 3 进行设计，序列如表2 所示。

表2 实时荧光定量所用引物

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010 进行统计和处理，采用SPSS 23.0 软件进行差异显著性分析，采用Sigma Plot 10.0 版作图软件作图。

2 结果与分析

2.1 喷施钙肥对南果梨果实品质的影响

由表3 可知，分别于盛花期和盛花期后20 d 喷施不同钙肥，对南果梨果实品质均有显著影响。钙处理后，南果梨单果重显著高于对照。除T8 处理外，其他处理的果实横径均显著高于对照。T1、T3、T4、T5、T6、T7 处理的果实纵径分别为55.15、55.93、59.75、54.89、55.40、58.73 mm，均显著高于对照，其他处理与对照差异不显著。经过钙肥处理后，可溶性固形物含量与对照相比差异均不显著。T2、T4、T7 处理的果实硬度分别为16.16、16.79、16.20 kg/cm2，均显著高于对照，其他处理与对照相比差异不显著。从整体上看，喷施外源钙肥对南果梨果实品质指标有所改善，不同程度上提高了南果梨的单果重。

表3 喷施钙肥对南果梨成熟期果实品质的影响

2.2 喷施钙肥对南果梨钙含量动态变化的影响

由表4 可以看出，随着南果梨的发育，果实总钙含量逐渐下降。而经过不同钙肥处理的南果梨的总钙含量均高于对照，其中花后30 d 时，T1、T6处理的总钙含量较高，分别为739.98、764.41 μg/g；而花后150 d 时，除T1 处理外，其他处理的总钙含量均显著高于对照。这表明，外源钙肥处理可显著提升南果梨果实总钙含量，其中T6 处理效果较好。

表4 喷施不同钙肥后南果梨果实总钙含量变化

2.3 喷施钙肥对南果梨石细胞含量动态变化的影响

由表5 可以看出，南果梨石细胞含量随果实生长发育逐渐下降，部分钙肥处理对石细胞含量有显著的影响。其中，花后90、120 d，不同钙肥处理均降低了果实石细胞含量，而花后150 d，T1、T5、T6、T8 处理的石细胞含量均显著低于对照。这说明，不同钙肥对梨果实石细胞的形成有不同程度的抑制作用，部分处理的效果显著，可有效降低果实石细胞含量。

表5 喷施不同钙肥后南果梨果实石细胞含量变化

2.4 氯化钙处理对南果梨木质素代谢相关基因表达的影响

在前期试验基础上，选择效果较好的T6（盛花期后20 d 喷施5.0 g/L 氯化钙）处理，进一步分析钙肥处理对木质素代谢相关基因表达水平的影响。花后30 d 为果实木质素合成的高峰期，如图1 所示，钙肥处理显著降低了该时期果肉中PuC3H、PuCAD、PuPOD、PuLAC基因的表达水平，显著提高了PuHCT、PuCCoAOMT、PuF5H基因的表达水平，而对PuPAL、PuC4H、PuCCR基因表达的影响不显著。这说明钙肥处理可能通过降低PuC3H、PuCAD、PuPOD、PuLAC基因的表达水平，从而抑制了南果梨木质素的合成和聚合，减少了木质素的积累。

图1 氯化钙处理对南果梨木质素代谢相关基因表达的影响

3 讨论与结论

钙在植物体生长发育过程中起到重要作用，是果树所必需的营养元素，它作为第二信号系统，直接参与植物体代谢反应，对植物生长发育起重要作用。本研究通过喷施不同浓度的氯化钙（2.5、5.0 g/L）及糖醇螯合钙（1 000、2 000 倍液）溶液，结果表明，与对照相比，钙肥处理可使南果梨的果实品质得到有效提升。阚超楠等[11]研究发现，对翠冠梨喷施2.0%氯化钙后果实硬度、可溶性糖含量等果实品质指标均有所提升。张峰等[12]研究发现，通过喷施钙肥提高了库尔勒香梨的单果重、可溶性固形物含量及果实硬度等指标。黄艳等[13]研究发现，通过喷施钙肥可显著提高夏黑葡萄的果实硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量等指标。本研究与前人研究结果一致，经过钙肥处理的南果梨果实钙含量明显高于对照，证明了外源钙处理可有效补充南果梨果实钙含量，并对果实品质提升有积极作用。不同钙肥处理的效果存在差异，可能与其有效钙含量差异有关。

梨果实中石细胞含量会直接影响其品质，石细胞积累增加会导致口感下降[14]。石细胞来源于木质素的合成与沉积，其含量与木质素代谢直接相关[15]。外源喷施CaCl2可以使库尔勒香梨果实石细胞含量降低，对梨果实石细胞代谢产生重要的影响[16]。在莱阳茌梨中，也发现叶面喷施CaCl2可降低石细胞的含量[17]。本研究中，不同外源钙肥均对南果梨石细胞含量产生了不同程度的抑制作用，部分处理的石细胞含量在不同时期中均显著低于对照，可为探索石细胞调控技术提供参考。

木质素代谢途径是苯丙烷代谢途径的分支，合成的木质素单体经聚合形成木质素。研究表明，木质素积累通常与木质素代谢相关基因的表达存在相关性[18]。本研究对钙肥处理后10 个木质素相关基因的表达水平进行了分析，发现PuC3H、PuCAD、PuPOD、PuLAC等基因在氯化钙处理后表达量显著下降，与石细胞含量变化一致。这与已有的部分研究也是一致的，钙处理对肉桂醇脱氢酶（CAD）、过氧化物酶（POD）等酶活性有抑制作用[17,19]。CAD是催化木质素单体生物下游合成的关键酶，而POD和漆酶（LAC）则参与木质素单体的聚合过程[20]。本试验结果表明，钙肥处理后PuCAD、PuPOD、PuLAC等木质素代谢的下游关键基因在石细胞形成的关键时期被显著抑制，可能是外源钙降低石细胞积累的主要原因。另一方面，部分基因（PuHCT、PuF5H、PuCCoAOMT）在氯化钙处理后出现表达量显著升高的现象。PuHCT、PuC3H、PuF5H、PuCCoAOMT均属于木质素合成途径的中游基因，对于G 型和S 型木质素单体的组成比例有重要作用，但对木质素总量影响较小[21]。因此，这可能与钙处理对木质素单体组成产生影响有关，其作用有待进一步验证。

本研究于不同时期对南果梨喷施不同浓度的氯化钙和糖醇螯合钙溶液，发现不同钙处理对南果梨果实品质及石细胞含量均有不同程度的调节作用。其中，盛花期后20 d 喷施5.0 g/L 氯化钙处理可显著增加南果梨单果重和横纵径，提高果实总钙含量，同时有效降低石细胞含量，综合效果较好。进一步分析发现，氯化钙处理降低了南果梨果实木质素代谢相关合成基因PuC3H、PuCAD、PuPOD、PuLAC的表达水平，可能是外源钙降低石细胞积累的主要原因，具体机制亟待进一步的研究。