外源赤霉素、氨基酸钙处理对‘明日见’柑橘裂果的影响

2024-04-23代琳张伦德周志扬陈泓臻黄康马晴晴孙孝贤熊博

中国农学通报 2024年7期

代琳，张伦德，周志扬，陈泓臻，黄康，马晴晴，孙孝贤，熊博

（1泸州市经济作物站，四川泸州 646000；2四川农业大学园艺学院，成都 611130）

0 引言

柑橘为芸香科柑橘亚科多年生植物[1]，是世界第一大果树，喜温暖湿润气候，全世界有140 多个国家和地区对柑橘进行了种植，但主要是集中在中国、巴西、美国以及地中海沿岸的国家[2]。柑橘市场广阔，也是中国南方最重要的果树之一。‘明日见’柑橘是由‘兴津46 号’和‘春见’杂交培育而来，其果实颜色艳丽、果皮光滑，肉质细嫩化渣、汁多味浓，品质十分优良，可溶性固形物含量高，具有极高的商业价值和市场竞争力。但‘明日见’皮薄且硬，果肉饱满，故在果实膨大期极易裂果，特别是在连续干旱或暴雨时，其平均裂果率在75%以上，甚至更高，最高可达90%，严重制约了其产业的发展。因此‘明日见’柑橘裂果问题亟待解决。

大量研究表明，裂果是指果皮机械断裂的一种生理性病害或者失调现象[3]，樱桃[4]、梨[5]、油桃[6]等果实也多有发生，而对于柑橘裂果的研究多集中于橙类，对于晚熟杂柑类在裂果方面研究较少[7]。郭中富[8]的研究表明，一般柑橘裂果多发生在果实膨大期或转色期，品种遗传特性、果实组织特性、器官组织结构、生理生化因素、栽培管理措施等均是造成裂果的重要因素。目前，学者普遍认为，水分状态的变化是引起果实裂果的首要因素[9-11]，而没有对果皮细胞壁代谢组分进行深度研究。但裂果的发生与果皮的发育状态直接相关[12-13]。果皮所受膨压、果皮力学强度和果皮延伸性3个因素共同调控，影响果实裂果。植物细胞壁是一种复杂的网状结构，其成分包含纤维素、半纤维素、果胶和结构蛋白等，这些成分及其相互交联是果皮强度的重要物质基础[14]。果皮强度是重要因子，故可以用来衡量果实裂果的易发性[15]。

果实在生长过程中会不断吸收各种营养元素来满足细胞分裂、生长和碳水化合物合成与运输的需求，其中的钙在果实生长发育及应对环境变化过程中起着中心调控作用，参与细胞分裂和生长。陈辉惶等[16-18]研究表明钙能够与果胶酸结合，从而减少裂果的发生。果实膨大期果皮和果肉钙含量呈下降趋势，外源喷施钙肥能显著提高果皮钙含量，增大果皮硬度，减少裂果[19]。赤霉素是一种植物生长调节剂[4]，影响植株生长发育过程，外源赤霉素处理可降低裂果的发生[19]。柑橘裂果是生理失调的表现，可能是随着果实的生长发育，果皮内各组分的相互代谢转化，使细胞壁物质含量发生变化，从而降低果皮强度，在外界不良环境的刺激下，导致果皮裂果。因此，探究果皮细胞壁物质的成分代谢对预防柑橘裂果有重要意义。

笔者以红橘为基础砧高换5年生‘明日见’柑橘为试验材料，在果实快速膨大期对‘明日见’进行外源赤霉素以及氨基酸钙处理，测定裂果率、果皮细胞超微结构观察、细胞壁物质含量、3 种不同类型果胶含量（包括水溶性果胶、离子结合性果胶、共价结合型果胶）、半乳糖醛酸含量、纤维素和半纤维素含量、木质素含量、果实外观品质，并利用方差分析进行综合评价。研究不同处理对果实裂果的影响，探究其对果实发育过程中果皮细胞壁物质含量的影响，揭示钙对‘明日见’裂果及果实发育过程中相关细胞壁物质代谢的变化规律，为防止‘明日见’裂果提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021—2022年进行，以四川省南充市嘉陵区高换5年生‘明日见’柑橘为试验材料，基砧为红橘，中间砧为‘卡拉卡拉’脐橙，参试植株树高、冠径、坐果率、生长势、负载量基本一致，生长状况良好，无病虫害。

1.2 试验设计

选择27 株树，每个处理3 株，设置3 个重复。设0.3 g/L 螯合态钙肥、30 mg/L 赤霉素、清水(CK)3 个处理，分别在花后60、75、90 d（第二次生理落果后即果实膨大期）于晴天上午进行试验处理，以叶面、果面滴水为度，用量为2 L/株，供试钙肥为螯合态钙肥（钙≥30 g/L，氨基酸≥65 g/L）。

1.3 样品采集及项目测定

从花后100 d 开始采样，每隔15 d 采样一次，共采样5 次。采取‘明日见’树冠外围中上层果实，于东西南北中5个方位，随机选取中等大小、无病虫害且无机械损伤的果实，及时带回实验室进行处理。洗净后分别测定果形指数、果皮厚度等外观指标；再把果皮果肉分离，各处理样品混合后，样品于60℃烘箱中烘干至恒重，并贮藏于干燥器中，用于测定果皮细胞超微结构观察、细胞壁物质含量、3 种不同类型果胶含量、半乳糖醛酸含量、纤维素和半纤维素含量、木质素含量、果实外观品质。裂果发生率的调查方法为统计每株树的总果数(C1)和裂果数(C2)，裂果发生率(C0)计算如式(1)；游标卡尺测定果实纵横径、果皮厚度；细胞壁物质含量参考王秀[20]的方法测定；3种不同类型果胶含量测定参照Wang等[21]的方法；利用咔唑比色法测定半乳糖醛酸含量；纤维素与半纤维素含量测定参照Wang等[21-22]和熊庆娥[23]的方法；参照古湘等[24-25]的方法对果皮的木质素含量进行测定；利用荧光显微镜观察果皮细胞形态，扫描电子显微镜观察果皮细胞状态。

1.4 数据分析及处理

用IBM SPSS 26.0软件P<0.05为显著水平对试验数据进行方差分析。用Excel 2016进行数据整理和绘图。

2 结果与分析

2.1 果实裂果率变化

由表1 可知，‘明日见’在花后115 d 左右开始裂果，裂果率随着果实生长发育逐渐上升，在花后130 d骤然升高，花后145 d明显持续升高，花后145 d对照组裂果率高达69.81%，推测该时期的裂果高峰期。在开始裂果至裂果高峰期，处理组裂果率均显著低于对照组。同一时期赤霉素处理组裂果率都低于氨基酸钙处理组，在花后160 d赤霉素处理组裂果率显著低于氨基酸钙处理组，说明赤霉素处理可以降低裂果率。

表1 不同处理在不同时期‘明日见’的裂果率 %

2.2 果实外观品质测定

由图1 可知，‘明日见’裂果与果实果形指数显著相关。处理组与对照组果实果形指数整体呈下降趋势，在裂果高峰期，果实果形指数显著降低。由图2可知，果皮厚度整体呈下降趋势，在裂果高峰期，果皮厚度明显降低，说明果皮厚度越低越容易裂果。果皮厚度赤霉素处理组显著高于氨基酸钙处理组和对照组，说明赤霉素能促进细胞分裂从而增大果实果皮厚度。

图1 不同处理在不同时期‘明日见’果实的果形指数

图2 不同处理在不同时期‘明日见’果实的果皮厚度

2.3 细胞壁物质含量的测定

由图3 可知，处理组与对照组的细胞壁物质含量无显著差异，都在69%左右。说明裂果与细胞壁物质总含量无关。

图3 不同处理在不同时期‘明日见’果皮的细胞壁物质含量

2.4 3种不同类型果胶含量的检测

由图4 可知，同一处理裂果高峰期果皮细胞壁中水溶性果胶含量高于其他时期，整体呈现先上升后降低的趋势。裂果高峰期对照组水溶性果胶含量最高达到134.04 mg/(g·DW)，其次氨基酸钙处理组为125.40mg/(g·DW)，赤霉素处理最低为115.89mg/(g·DW)。在裂果高峰期，氨基酸钙处理组水溶性果胶含量显著低于对照组，而在其他时期差异并不显著。在各个时期，赤霉素处理组水溶性果胶含量都显著低于氨基酸钙处理组和对照组。

图4 不同处理在不同时期‘明日见’果皮的细胞壁中水溶性果胶含量

由图5 可知，同一处理在不同时期‘明日见’果皮细胞壁离子结合性果胶含量整体呈现先下降后上升的趋势，特别是在裂果高峰期果皮细胞壁中离子结合性果胶含量明显低于其他时期。裂果高峰期氨基酸钙组离子结合性果胶含量达到最高为42.57 mg/(g·DW)，其含量约为赤霉素处理组和对照组离子结合性果胶含量最低值的1.5倍。在各个时期，氨基酸钙处理组离子性果胶含量显著高于对照组和赤霉素处理组。在花后160 d 赤霉素处理组离子结合性果胶含量显著高于对照组，而在其他时期两者差异并不显著。

图5 不同处理在不同时期‘明日见’果皮的细胞壁离子结合性果胶含量

由图6 可知，同一处理在不同时期‘明日见’果皮细胞壁中共价结合型果胶整体呈先下降后上升的趋势，与离子结合性果胶变化趋势一致；其含量在裂果高峰期明显低于其他时期，在裂果高峰期对照组共价结合型果胶含量最低为29.66 mg/(g·DW)，其次氨基酸钙处理组为32.46 mg/(g·DW)，赤霉素处理组最高达37.51 mg/(g·DW)。在各个时期，共价结合型果胶含量赤霉素处理组显著高于对照组和氨基酸钙处理组。在开始裂果至裂果高峰期（即花后115 d 至花后145 d），共价结合型果胶含量氨基酸钙处理组与对照组差异不显著。

图6 不同处理在不同时期‘明日见’果皮的细胞壁中共价结合型果胶含量

2.5 纤维素与半纤维素含量的测定

由图7 可知，同一处理在不同时期‘明日见’果皮细胞壁中纤维素含量整体呈现先下降后上升的趋势。其中裂果高峰期明显低于其他时，对照组纤维素含量降至最低为47.76 mg/(g·DW)。在各个时期，纤维素含量赤霉素处理组>氨基酸钙处理组>对照组。说明‘明日见’果皮细胞壁中纤维素含量变化受赤霉素和氨基酸钙影响，其中赤霉素影响最大。由表2可知，不同处理在不同时期半纤维素含量差异均不显著。

表2 不同处理在不同时期‘明日见’果皮中半纤维素的含量 mg/(g·DW)

图7 不同处理在不同时期‘明日见’果皮中的纤维素含量

2.6 木质素含量的测定

由表3 可知，不同处理在不同时期‘明日见’果皮中木质素含量差异均不显著。说明木质素含量对‘明日见’裂果的影响不大，木质素不受赤霉素与氨基酸钙影响。

表3 不同处理在不同时期‘明日见’果皮中木质素的含量 mg/(g·DW)

2.7 果皮细胞超微结构观察

由图8 可知，不同处理在不同时期‘明日见’未裂果时期（花后100 d）薄壁细胞排列紧密，细胞间粘合力强，裂果高峰期（花后145 d）薄壁细胞排列较为松散，细胞间粘合力弱，细胞间空隙较大。

图8 解剖结构图

3 讨论

裂果是果实发育过程中的生理失调症[26-27]，在各柑橘产地均有发生[28]。当前，对裂果的研究主要集中在苹果[29]、葡萄[30-31]、枣[32-34]等作物上。钙在防治裂果方面研究较多[35]，但赤霉素与钙作为对比研究的案例较少，本试验可为赤霉素与钙处理柑橘裂果机制提供理论依据。

3.1 柑橘果实和果皮细胞壁物质变化与裂果的关系

本试验结果表明，‘明日见’在花后130～145 d 进入裂果高峰期，果皮细胞壁中水溶性果胶含量明显升高，和裂果率的变化趋势相同，说明其含量越高越容易发生裂果；果皮细胞壁中离子结合性果胶和共价结合型果胶含量明显降低，和裂果率的变化趋势相反，说明其含量越低越容易发生裂果。共价结合型果胶主要为高度酯化的壁果胶；离子结合性果胶主要为Ca2+交联的多聚半乳糖酸链，在结构上呈蛋匣模型，可増强细胞间的粘合力[36]。水溶性果胶主要为可溶性果胶和果胶酸[37-39]，水溶性果胶、离子结合性果胶、共价结合型果胶这3 种类型并非独立存在的物质，它们之间是可以相互转化的[36]。本试验结果表明，随着果实的生长发育，进入裂果高峰期，离子结合性果胶和共价结合型果胶转化为水溶性果胶，细胞间的粘合力下降从而更容易发生裂果，试验结果也与3 种类型果胶的变化趋势相吻合。随着裂果率的增大，果实果皮的厚度以及果形指数逐渐减小。果形指数越小，果型扁圆，越容易裂果，这与赖呈纯等[40]的结论一致。这可能与不同形状果实表面积的膨大速率与采后果实临界爆破压力等有关[41]。纤维素作为细胞壁的主要成分，对细胞起着支持与保护的作用。在裂果高峰期，细胞壁中纤维素含量也显著降低，可能是降低了果皮强度，进而导致了裂果的发生；细胞壁中的木质素与半纤维素含量在裂果进程中变化差异不显著，说明半纤维素含量对‘明日见’柑橘裂果的影响较小，半纤维素不受赤霉素与氨基酸钙影响，还需进一步的研究。

3.2 GA3对柑橘裂果的影响

一般认为，赤霉素可以显著促进植物生长，主要体现在细胞分裂和细胞增大2 个方面[42]。本试验结果中，赤霉素处理能有效缓解‘明日见’柑橘裂果的发生，在果实生长发育周期内显著降低其裂果率。研究结果表明，在果实外观品质上，赤霉素能显著增大果实果皮的厚度，增强果皮强度，从而预防裂果的发生。这与李三玉等[43]发现玉环柚梨形果果皮GA3含量大于扁圆形果，导致梨形果果皮厚于扁圆形果的结果一致。在果皮细胞壁物质生理代谢过程中，赤霉素主要通过影响水溶性果胶、共价结合型果胶和纤维素的变化来预防裂果的发生。在赤霉素处理组中，水溶性果胶最低含量低至72.09 mg/(g·DW)，即使在裂果高峰期也显著低于对照组，反而共价结合型果胶的含量较高，最高可达51.35 mg/(g·DW)。由此推测，赤霉素可能有利于水溶性果胶向共价结合型果胶转化，从而提高果皮强度。经过赤霉素的处理，果实果皮细胞壁中纤维素的含量也显著多于对照组，表明赤霉素对纤维素的含量变化也有影响较大。

3.3 氨基酸钙对柑橘裂果的影响

根据以上试验数据分析，氨基酸钙能有效缓解‘明日见’裂果的发生，但处理效果要差于赤霉素处理。从各项指标来看，氨基酸钙主要是通过影响离子结合性果胶的含量来预防裂果的发生。在氨基酸钙处理的整个时期中，离子结合性果胶最高含量可达52.68 mg/(g·DW)，最低含量也有42.51 mg/(g·DW)，相比于赤霉素处理组与对照组而言，其变化幅度小，含量比较稳定。可能是氨基酸钙能有效抑制离子结合性果胶进一步向水溶性果胶转化，抑或是氨基酸钙能促进离子结合性果胶的生成，增强细胞间的粘合力。