授粉液中添加几丁聚糖对库尔勒香梨树坐果率及果实品质的影响

姬 瑞,王 兰,王 喆,苟长青,郝海婷,冯宏祖

(塔里木大学农学院/南疆农业有害生物综合治理兵团重点实验室/农业部阿拉尔作物有害生物科学观测实验站/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,新疆阿拉尔 843300)

0 引 言

【研究意义】库尔勒香梨(PyrussinkiangensisYü)(以下简称香梨),属蔷薇科(rosaceae)、梨亚科(Pomoideae)梨属(Pyrus)植物,异花授粉结实[1]。在生产中,由于香梨花期授粉时间较短,研究在春季短时间内提高授粉花粉的坐果率,以实现大面积香梨园的高产稳产显得尤为重要。香梨授粉期间易受到高低温等各种环境因素的影响[2],授粉时花粉需即配即施[3],但仍不可避免地会造成花粉活力的下降,导致香梨坐果率受到影响。分析调控对授粉时花粉活力的影响,对提高香梨坐果率及改善果实品质以及实现香梨高效授粉具有重要意义。【前人研究进展】几丁聚糖,又名壳聚糖,是几丁质脱乙酰基后生物降解的产物。几丁聚糖作为一类植物生长调节物质能不同程度提高种子发芽率、调节植株生长以及改良果实品质[4]。Liu Hai等[5]研究发现,用不同浓度的几丁聚糖浸泡桔梗种子对提高产量,改善其光合作用、抗性和品质效果显著。E.Barka等[6]研究发现较高浓度的几丁聚糖对葡萄植株生长有负面影响,低剂量的几丁聚糖促进植株生长,低浓度的几丁聚糖在促进营养生长方面是有益的。刘扣生等[7]研究发现,在青花菜不同生长期喷施几丁聚糖能显著增加类黄酮、可溶性总糖、可溶性蛋白等品质平均含量。刘峰等[8]发现以几丁聚糖对采后脐橙进行涂膜,能一定程度的抑制果实呼吸作用及VC含量的降解,减缓总糖升高和可滴定酸降低。羊坚等[9]研究结果表明,鸭梨花粉液中添加适当浓度的几丁聚糖能够促进花粉萌发,而较高浓度的几丁聚糖能抑制花粉的离体萌发。【本研究切入点】几丁聚糖作为一种新型的植物诱抗剂,在农业领域的研究虽然已有报道,但主要集中在果蔬采后保鲜、植物病害防治及抗性作用机理等方面,而在果树生产中用于提高果树坐果率和果实品质改良的研究相对较少,尤其是在香梨花期施用几丁聚糖的研究尚鲜见报道。需研究花粉授粉液中添加不同浓度几丁聚糖对授粉花粉活力及香梨果实品质等指标的影响。【拟解决的关键问题】在香梨授粉液中添加几丁聚糖,研究植物免疫诱抗剂几丁聚糖对花粉活力、香梨树坐果率及果实品质的影响,筛选出最佳的几丁聚糖施浓度,为生产上合理利用几丁聚糖提高香梨坐果率及改善果实品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2021年4月9日在新疆生产建设兵团阿拉尔市塔里木大学库尔勒香梨园(40°32′26″N,81°17′17″E,海拔1 011 m)进行,供试梨树为23年生库尔勒香梨树,南北向种植,株行距2 m×4 m,果园常规水肥管理。

试验材料为塔里木大学梨园的库尔勒香梨,授粉花粉为鸭梨花粉由中国农业科学院蜜蜂研究所提供,花粉伴侣由中国农业科学院蜜蜂研究所提供,0.5%几丁聚糖水剂(太抗)由成都特普生物科技股份有限公司生产。

花粉离体萌发试验材料配方:基础培养液(10%蔗糖+100 mg/L硼酸);萌发培养基(10%蔗糖+100 mg/L硼酸+1%琼脂);花粉液(1 mL基础培养液+10 mg花粉)。

田间液体授粉具体配方:花粉营养液(花粉伴侣∶白砂糖∶水=1∶50∶500),授粉液(花粉伴侣∶花粉∶白砂糖∶水=1∶1∶50∶500)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

1.2.1.1 室内不同浓度几丁聚糖处理下鸭梨花粉离体萌发

取100 mL萌发培养基于锥形瓶中加热至琼脂融化,待温度下降至50℃以下,分别加入不同浓度0.5%几丁聚糖(0.00、0.25、0.50、1.00、1.25、2.50、5.00 mL/L),以不加几丁聚糖为对照CK,将配制好的培养基倒入直径10 cm的培养皿中放凉作为萌发培养基;取200 μL花粉液均匀分布于萌发培养基上,每个浓度设3次重复。培养皿置于25℃恒温暗培养2 h,培养2 h后在体式显微镜下统计各处理的花粉萌发数量,记录数据在Excel中计算萌发率。

1.2.1.2 授粉液中添加不同浓度几丁聚糖进行田间授粉

选取树龄树势基本一致、树体生长结果良好的植株,分别全树喷施加入0、0.25、0.50、1.00、1.25、2.50、5.00 mL/L几丁聚糖的授粉液(分用CK、J1、J2、J3、J4、J5、J6表示),3株为1次重复,各处理重复3次,共7个处理。授粉后随机选40簇花序,每簇花序留5朵花并标记。授粉2周后对标记的授粉香梨树进行调查,统计花序坐果率和花朵坐果率。于9月上旬香梨成熟期采收不同浓度处理的果实样品,每个处理选取3棵香梨树,在每棵香梨树上随机选取果树不同方位15个香梨鲜果,低温贮存用于各样品品质的测定。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 花粉活力

培养皿置于25℃恒温暗培养2 h后,每个培养皿选取3个大小一样的视野在显微镜下观测并用LAS V4.10软件系统拍照,各拍照视野要求50粒以上的花粉粒,统计花粉萌发数,花粉粒长出花粉管即为花粉萌发。花粉萌发率=萌发花粉数/总花粉数×100%。

1.2.2.2 坐果率

于授粉2周后调查标记的授粉香梨树,花序坐果率=结实花序/花序数×100%,花朵坐果率=结实数/开花数×100%。

1.2.2.3 果实品质

于9月上旬香梨成熟期采取果实样品,预处理后-80℃低温贮存用于各品质指标的测定。用0.01 g电子天平测量单果重,7个果作为1次重复;用GY-3手握式果实硬度计测定硬度;游标卡尺测定果实纵横径,并计算果形指数=果实纵径/果实横径;用PAL-1数显糖度计测定可溶性固形物含量;采用蒽酮比色法测定[10]可溶性总糖含量;参照国标法(GB/T 12456-2021)酸碱指示剂滴定法测定可滴定酸含量;采用钼蓝比色法[11]测定VC含量;糖酸比=可溶性总糖含量/可滴定酸含量;固酸比=可溶性固形物含量/可滴定酸含量。

1.3 数据处理

运用Excel 2019进行数据分析与制图,SPSS 25进行显著差异性分析、主成分分析及果实品质综合评价。

2 结果与分析

2.1 不同浓度几丁聚糖处理对授粉花粉活力的影响

研究表明,0.5 mL/L处理的花粉萌发率显著高于CK,为最大值41.26%;当浓度增加到1.0 mL/L时花粉萌发率显著下降,2.5和5 mL/L处理的花粉萌发率显著低于对照,其余处理与对照无显著性差异。适当浓度的几丁聚糖可以促进花粉的萌发,而几丁聚糖浓度过高均会抑制花粉的萌发。与不添加几丁聚糖CK相比,添加不同浓度几丁聚糖处理下的花粉萌发率表现出不同程度的影响,其中以0.5 mL/L处理对提高香梨花粉的萌发效果最佳。图1,图2

注:同列不同字母表示差异显著 (P<0.05),下同

注:A.0 mL/L;B.0.25 mL/L;C.0.50 mL/L;D.1.00 mL/L;E.1.25 mL/L;F.2.50 mL/L;G.5.00 mL/L

2.2 授粉液中添加不同浓度几丁聚糖授粉对香梨坐果率的影响

研究表明,授粉液添加几丁聚糖影响香梨树坐果率,随几丁聚糖浓度的升高,花序坐果率及花朵坐果率均呈现出先逐渐增加后降低的趋势,即J2>J1>CK>J3>J4>J5>J6。与未添加几丁聚糖的CK相比,J2和J1的花序坐果率分别增加了14.26%和22.83%,花朵坐果率分别增加了16.64%和22.64%,J3和J4与对照组差异不显著,而J5、J6显著低于对照。授粉液中添加适当浓度的几丁聚糖授粉能够提高香梨的坐果率,其中以J2处理的提高效果最为明显。图3

图3 不同浓度几丁聚糖处理下 库尔勒香梨坐果率变化

2.3 授粉液中添加不同浓度几丁聚糖授粉对香梨果实外在品质的影响

研究表明,授粉液中添加不同浓度的几丁聚糖授粉均可增加香梨果实的单果重,J2>J3>J1>J4>J5>J6>CK,其中J1、J2、J3处理的单果重增长较为明显,以J2单果重最大,达到了136.25g,与对照相比增长了6.42%。与对照相比,J2、J3处理的纵径和横径均显著增加,J2、J3处理能增加香梨果实体积。各处理的果形指数,除J5、J6与对照没有明显差异外,其余处理均显著大于对照,果实形状为卵圆形,以J2处理的果形指数最大为1.21。

J1、J2及J3处理的果实硬度均显著小于对照,J6处理的果实硬度稍大于对照,适当浓度的几丁聚糖会降低果实硬度,而过高浓度的几丁聚糖会引起果实硬度的增加,J4、J5、J6处理的果实硬度与对照相比没有明显差异。

J2处理后果实的单果重、果形指数均显著增加,果实硬度较对照显著变小,J2处理可以有效地改善果实外观品质。表1

表1 不同浓度几丁聚糖处理下库尔勒香梨外在品质变化

2.4 授粉液中添加不同浓度几丁聚糖授粉对香梨果实内在品质的影响

研究表明,授粉液中添加不同浓度几丁聚糖授粉后,果实中的可溶性固形物、糖酸比、固酸比、VC的含量随着几丁聚糖浓度的增大均表现出先上升后下降的趋势,其中J3的可溶性固形物含量最高,为13.21%,较CK有显著提高,而当几丁聚糖浓度增加到J5、J6处理浓度时,可溶性固形物含量有不同程度的降低;糖酸比、固酸比是衡量风味品质的主要指标,各处理中,J2处理的糖酸比、固酸比显著增加,较CK分别增加了64.77%、71.91%;喷施添加不同浓度几丁聚糖授粉液均可不同程度的提高果实中VC含量,其中J5处理的VC含量最高,为6.41 mg/100g,较CK增加了13.45%;可溶性糖含量也有所改善,除J5、J6外,其余处理均使可溶性糖含量提高;J6处理下的可滴定酸含量显著上升,达到了0.67%,而J1、J2及J3可显著减少可滴定酸含量,其中以J2处理后的可滴定酸含量最低为0.36%,较对照降低了37.93%。

J1及J2处理显著提高可溶性固形物与VC含量,使可滴定酸含量下降,有效改善了果实的品质与风味。 表2

表2 不同浓度几丁聚糖处理下库尔勒香梨内在品质变化

2.5 授粉液中添加不同浓度几丁聚糖授粉处理的香梨果实品质综合评价

研究表明,前3个因子的累计贡献率达到了95.017%,前3个主成分包含了绝大部分的原始信息,可以作为有效成分对果实品质实行进一步评价,并将上述的11个指标减少成3个各自不关联的主成分。主成分1在单果重、果形指数、可溶性固形物、VC、固酸比及糖酸比上具有较高载荷量;主成分2在纵径、横径上具有较高载荷量;主成分3在硬度、可溶性糖、可滴定酸上具有较高载荷量。

表3 各果实品质指标主成分 分析的特征向量

以前3个主成分对应的特征值比前3个特征值之和为权重结合特征向量得到3个主成分的函数表达式。表3

F1=0.291X1+0.261X2+0.228X3+0.327X4-0.319X5+0.332X6+0.215X7-0.338X8+0.284X9+0.343X10+0.342X11

F2=-0.274X1+0.537X2+0.615X3-0.239X4+0.076X5-0.004X6-0.022X7-0.048X8-0.437X9+0.015X10+0.031X11

F3=-0.095X1-0.043X2-0.045X3+0.022X4+0.319X5+0.190X6+0.905X7+0.092X8-0.080X9-0.083X10-0.093X11

上述表达式中的11个未知数分别代表果实品质的11个指标。结合3个主成分函数加权求和可以得出综合评分的函数表达式:

综合得分F=(8.279/10.452)F1+(1.423/10.452)F2+(0.749/10.452)F3

综合排名依次为J2>J3>J1>J4>CK>J6>J5。表4

表4 不同浓度几丁聚糖处理的品质综合评价

3 讨 论

3.1 几丁聚糖对授粉花粉活力及坐果率的影响

花粉作为植物有性生殖过程中的雄配子体,其活力的强弱在授粉过程中起到关键作用[12],已有大量研究发现花粉活力与坐果率之间具有一定相关性[13]。李黎等[14]的研究结果表明,花粉萌发率与坐果率之间具有正相关关系,花粉活力较强时香梨坐果率也相对较高。研究发现,几丁聚糖对授粉花粉萌发有较大的影响,较高浓度的几丁聚糖(2.5、5 mL/L)显著抑制花粉萌发,但在适当范围内(0～0.5 mL/L)浓度增加与花粉萌发率、坐果率呈正比,当浓度达到(0.5 mL/L)时花粉萌发率和坐果率达到最大值,随后呈下降趋势,适当浓度的几丁聚糖具有提高花粉萌发的效果,而过高浓度会使花粉萌发率下降,原因可能是由于过高浓度导致部分花粉细胞结构受损,导致花粉正常萌发受到影响。

3.2 授粉液中添加不同浓度几丁聚糖授粉对果实品质的影响

品质的优劣对果实商品性起着至关重要的作用[15],其中可溶性固形物含量、糖酸比是影响果实口感和风味的重要指标[16]。刘扣生等[7]在青花菜上研究表明,花序分化期喷施不同浓度的几丁聚糖能显著增加可溶性糖、多酚等品质指标含量,有效改善青花菜的品质。研究发现,各浓度几丁聚糖对香梨可溶性固形物、糖、酸含量有不同程度的影响,具体表现为在适宜浓度范围内果实品质优劣与几丁聚糖浓度成正比,其中以J2处理下果实品质改善效果最好,但过高浓度的几丁聚糖会导致果实品质的下降。随着几丁聚糖浓度的增加果实品质中的多数指标含量呈现出先增加后降低的趋势,表现为过高浓度的几丁聚糖会导致果实中可溶性固形物含量及可溶性糖含量的减少、可滴定酸含量的增加,致使果实品质降低。该种结果可能是由于授粉时较高浓度的几丁聚糖喷施到枝叶上,刺激枝叶生长,导致花朵营养不足,影响果实发育及品质。

通过对授粉液中添加不同浓度几丁聚糖处理的各果实品质指标进行主成分分析,得到单果重、果形指数、可溶性固形物、VC、固酸比及糖酸比为第一主成分的主要指标,且第一主成分的贡献率达到了75.265%。在品质综合评价过程中,果实中的外观因子及果实风味品质占据主导地位,这与赵丹等[17]对香梨品质主成分分析中的结果相似。根据主成分分析的结果,综合评价各处理的果实品质,得到排名依次为J2>J3>J1>J4>CK>J6>J5。J2处理可以有效提高香梨产量和显著改善果实品质,授粉液中添加适当浓度的几丁聚糖有利于提高香梨的商品性价值,几丁聚糖在改善香梨果实品质上的应用还需进一步研究。

4 结 论

库尔勒香梨授粉液中添加不同浓度的几丁聚糖对授粉花粉活力、坐果率及品质表现出很大的差异。筛选出几丁聚糖浓度在0.25～1.25 mL/L时能够在提高花粉萌发率、坐果率及很好的改善果实品质,其中以0.5 mL/L浓度为最佳。当几丁聚糖浓度达到2.50～5.00 mL/L时会导致花粉萌发率、坐果率及果实品质的下降。0.5 mL/L几丁聚糖浓度处理后改善果实品质效果最好,在提高花粉萌发率和坐果率的同时又能提高果实品质。