氯吡脲对不同基因型西瓜果肉质地的影响
2024-10-25张继文朱红菊何楠赵永袁路明刘文革路绪强
摘 要:为研究氯吡脲(CPPU)辅助授粉对西瓜果肉质地的影响,以100 mg·L-1的CPPU对4种基因型西瓜品种进行辅助授粉,对成熟西瓜果肉质地(硬度、脆度、胶着性、咀嚼性)及细胞壁多糖物质(粗纤维、纤维素、半纤维素、木质素、原果胶、可溶性果胶)含量进行检测和相关性分析。结果表明,不同基因型间西瓜果肉质地有所不同,且CPPU处理对西瓜果肉质地的影响与品种基因型密切相关;果肉质地差异分析表明,与人工授粉相比,CPPU处理后硬度、脆度、胶着性和咀嚼性4个TPA指标均有所提高,酥脆基因型及黄枚的两个处理方式间差异显著,而硬脆基因型蜜枚的两个处理方式间差异不显著。细胞壁多糖物质分析表明,与人工授粉相比,CPPU处理显著增加了硬脆基因型的粗纤维与纤维素含量,而酥脆基因型的趋势与之相反。此外,与人工授粉相比,CPPU处理可以导致西瓜果肉原果胶含量显著降低而可溶性果胶含量显著增加。相关性分析结果表明,酥脆型西瓜果肉质地更易受到CPPU处理的影响。研究结果为CPPU在西瓜生产中的应用提供了参考。
关键词:西瓜;果肉质地;人工授粉;CPPU
中图分类号:S651 文献标志码:A 文章编号:1673-2871(2024)10-038-09
收稿日期:2024-05-06;修回日期:2024-07-16
基金项目:河南省科技攻关项目(242102110242);中国农业科学院科技创新工程专项经费项目(CAAS-ASTIP-2021-ZFRI);国家现代农业产业技术体系(CARS-25-03);河南省重大科技专项(221100110400)
作者简介:张继文,男,在读硕士研究生,研究方向为西瓜果实质地研究。E-mail:zjw7900@163.com
通信作者:路绪强,男,副研究员,研究方向为西瓜遗传育种。E-mail:luxuqiang@caas.cn
Effects of forchlorfenuron on flesh texture of watermelon fruit in different genotypes
ZHANG Jiwen1, ZHU Hongju1, HE Nan1, ZHAO Yong1, YUAN Luming1, LIU Wenge1, LU Xuqiang1,2
(1. Zhengzhou Fruit Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450009, Henan, China; 2. Zhongyuan Research Center, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453500, Henan, China)
Abstract: The objective of this study was to investigate the impact of forchlorfenuron(CPPU)assisted pollination on the texture of watermelon flesh. Four genotypes of watermelon variety were assisted pollinated with 100 mg·L-1 of CPPU. The effects of CPPU-assisted pollination on flesh texture(hardness, fracturability, gelatinousness, chewability)and cell wall polysaccharide substance content(crude 2wBF4tq4lOe6vDtWgnW46m5htG0EDrQOmYLRUYQyDoQ=fibre, cellulose, hemicellulose, lignin, protopectin, soluble pectin)were investigated through the application of correlation analysis. The results indicate that there are significant difference in the texture of watermelon flesh among different genotypes. Moreover, the effect of CPPU treatment on the texture of watermelon flesh is closely related to the genotype of the variety. The analysis of the difference in flesh texture revealed that the four TPA indicators of hardness, fracturability, stickiness and chewiness were all enhanced following CPPU treatment in comparison to that of artificial pollination. Moreover, the difference was statistically significant among the treatments for the crispy genotypes. However, no significant difference was observed among the treatments for the hard and crunchy genotypes. The analysis of cell wall polysaccharide substances demonstrated that the CPPU treatment resulted in an increase in the crude fibre and cellulose content of the crunchy genotypes, while the opposite trend was observed in the crispy genotypes. Additionally, the CPPU treatment resulted in a reduction in watermelon flesh protopectin content and an increase in soluble pectin content. Correlation analyses demonstrated that the texture of the watermelon flesh of the crisp genotypes was more susceptible to the effects of the CPPU treatment. The findings of this study provide reference for the potential application of CPPU in watermelon production.
Key words: Watermelon; Flesh texture; Artificial pollination; CPPU
西瓜是葫芦科西瓜属植物,因其具有味甜多汁、富含多种维生素等特性,已经成为了一种重要的园艺作物。作为全球最大的西瓜生产与消费国,2022年我国西瓜生产面积139万hm2,其中设施栽培面积占比50%左右(FAO)。西瓜栽培模式主要包括设施栽培和露地栽培,其中设施栽培由于隔绝了外界环境,无法依靠蜜蜂等昆虫进行授粉,西瓜授粉必须借助一定的人工辅助坐果技术来确保西瓜的坐果率,高昂的人工授粉费用是限制西瓜现代化规模栽培的主要因素之一[1]。而氯吡脲(CPPU)作为一种合成的新型细胞分裂素,可以促进西瓜坐果,目前已在西瓜产业中大面积应用,但其对西瓜果实质地的影响至今仍存在一定争议[2]。因此,研究CPPU对西瓜果肉质地的影响,对提高西瓜的市场竞争力具有重要意义。
果实质地常常用来综合评价果实品质,它是果实商品性的重要指标。西瓜果肉质地不仅影响其食用品质,也关系到消费者的购买意愿。此前,西瓜果肉质地评价主要依靠感官评价,该方法存在明显的主观偏差以及无法定量等缺点。利用水果硬度计,通过测量水果硬度用于评价果实质地则忽略了果实脆度、咀嚼性等其他感官参数[3]。近年来,前人致力于通过使用质构仪(TPA)等仪器来确保水果质构评估参数的客观性,与感官评价相比,其操作更加简单方便,评价结果也更加客观和精准[4]。目前,关于果实质地与CPPU辅助授粉的相关研究有很多,Brummell[5]研究发现,果实细胞壁组分代谢是果实软化的主要因素,在其成熟和软化过程中,细胞壁多糖组分(粗纤维、纤维素、半纤维素和果胶)在一系列酶的催化作用下发生裂解,从而导致了细胞壁结构丧失和细胞壁黏附性减弱,从而影响果实质地。沈泰[6]用CPPU处理、人工授粉、蜜蜂授粉等3种坐果技术对甜瓜果实质地进行分析,结果表明,CPPU处理后的果实质地与蜜蜂授粉处理的效果相似,并且显著高于人工授粉。李佳桐等[7]研究发现,CPPU处理对西瓜的产量和果实质地具有显著的促进作用,能够提高产量并增加含糖量,该技术已被广泛采纳并应用于西瓜的栽培生产之中。黄远等[8]研究发现,CPPU处理能够增加西瓜果肉硬度、维生素C含量等从而影响口感。此外,纤维素和半纤维素含量较高可能会使果肉更加紧实,而果胶含量和状态则会影响果肉的多汁性和口感[9-11]。综上可知,当前的研究大多集中在CPPU处理下的坐果机制与单一品种果实质地的评价上,而关于不同基因型西瓜品种在CPPU处理下的果肉质地变化的研究尚缺乏深入探讨。因此,笔者以不同基因型西瓜果实为研究对象,测定CPPU处理后西瓜果肉质地参数变化及果肉细胞壁多糖含量,以期明确CPPU处理对西瓜果实质地的具体影响,为实现西瓜优质高效栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试材料由中国农业科学院郑州果树研究所多倍体西瓜遗传育种课题组提供,所有品种均为自交系,具体品种名称及性状特征见表1。供试药剂氯吡脲(CPPU)由四川省兰月科技有限公司提供,其原液浓度(φ)为0.1%,分子式为C12H10ClN30。
1.2 试验地概况
试验于2023年3-7月在中国农业科学院郑州果树研究所新乡综合试验基地进行,土质为砂壤土,每667 m2施用优质农家肥2000 kg,硫酸钾型复合肥50 kg。该地区属温带大陆性季风气候,年平均气温14.0 ℃,年平均降水量656.3 mm,气候温和,光照充沛。
1.3 试验设计
试验采用双因素完全随机设计,分别为4种不同基因型西瓜和不同坐果处理方式(人工授粉与CPPU处理)。试验选取土壤理化性质相对一致的塑料大棚种植,为避免外界昆虫带来的影响,棚两侧的通风处和出入口均采用60目的纱网封闭,株行距为0.5 m×2.5 m,小区面积25 m2,3次重复。试验材料采用32孔穴盘育苗,选取长势健壮一致的3叶1心期的幼苗定植,采用地爬栽培、地膜覆盖、双蔓整枝,每株留1果,采用膜下滴灌水肥一体化方式进行管理,上午7:30-9:00进行授粉处理。人工授粉选取当日开放的雄花与主蔓第二、第三雌花节位的雌花进行人工辅助授粉;CPPU处理需提前将CPPU可溶剂液稀释100倍(100 mg·L-1),用微型喷雾剂喷施于当日开放的主蔓第二、第三雌花节位雌花子房上,授粉期温度30 ℃左右,使用吊牌记录授粉类型与授粉日期。判断西瓜是否成熟采取授粉日期计算法,成熟后选用授粉日期、坐果节位一致且外观相近的3个果实,带回试验室进行取样处理,用于质地剖面分析(TPA)与细胞壁多糖物质含量测定。
1.4 试验指标测定方法
1.4.1 果实质地的测定 参考Lu等[12]和唐睿[13]利用TAXT Plus物理特性分析仪进行质地剖面分析(TPA)的测量方法。将西瓜纵向切为2半,按照剖面的上(果柄端)、下(花痕端)、左(向阳面)、右(向阴面)、中(果实中心)的顺序,分别切成1 cm×1 cm×1 cm的小方块。将样品放置在TPA测试板上,使用P/100探针(φ100 mm压板)进行。预压速度、下压速度、压后上行速度分别设定为2.0、1.0、1.0 mm·s-1。果肉的压缩变形率为70%,压缩停止时间为5.0 s,触发力为10.0 g。使用质地剖面分析仪系统软件计算质构参数[14-15]。
1.4.2 细胞壁多糖物质含量的测定 粗纤维含量的测定参考Oyeyinka等[16]的方法。称取5.0 g的样品加入100 mL 0.25 mol·L-1的硫酸溶液中煮沸30 min,然后过滤。使用沸水将不溶物连续清洗4次,以排出残留的硫酸。用100 mL 0.31 mol·L-1的氢氧化钠处理残留物,然后用蒸馏水洗涤最终残留物的碱物质。然后将样品置于100 ℃条件下烘干,冷却后称质量(C1)。将样品在550 ℃条件下焚烧2 h,冷却后再次称质量(C2)。粗纤维含量计算公式如下:
w(粗纤维)/%=(C2-C1)/样品质量×100。
果胶和纤维素含量的测定参考Zhou等[17]的方法稍作改进。采用咔唑法测定果胶含量,采用蒽酮法测定半纤维素含量,采用质量分析法测定纤维素含量。步骤如下:将1.0 g的果肉进行液氮处理并在冻干机中冻干48 h。然后,加入10 mL 80%乙醇,煮20 min。快速离心后(8000 r·min-1,8 min),弃去上清液。用20 mL乙醇和丙酮重新离心2次后获得粗细胞壁。称质量干燥后的细胞壁(50 mg)按如下顺序提取不同成分:使用10 mL 50 mmol·L-1乙酸钠(pH 6.5)提取可溶性果胶,使用10 mL 50 mmol·L-1 Na2CO3(含2 mmol·L-1 CDTA)提取原果胶,4 mol·L-1 KOH(含1% NaBH4)振荡5 h得到半纤维素,将剩余部分用去离子水冲洗2次,得到纤维素。采用重量分析法测定木质素含量,将5 g果肉在72%的硫酸中加热降解,使糖类化合物为可溶性状态而溶解,难溶解的固体为木质素。然后,用滤纸过滤,蒸馏水洗涤3次后进行干燥、称重。
1.5 数据分析
试验数据采用Microsoft Excel 2016软件整理,采用IBM SPSS Statistics 27.0软件计算平均值和标准差,采用独立样本T检验进行差异显著性分析,并采用Microsoft Excel 2016软件作图。
2 结果与分析
2.1 不同授粉方式对不同基因型西瓜果肉质地的影响
从TPA试验中获得的果肉硬度、脆度、胶着性和咀嚼性指标可以全面地描述西瓜果肉质地的特征。由图1可知,西瓜果肉的硬度、脆度、胶着性、咀嚼性主要影响着果肉质地。
人工授粉处理时,果肉质地参数硬度、脆度、胶着性和咀嚼性的变化规律均符合蜜枚>黄枚>桔王>伊选的趋势,其中蜜枚的硬度、脆度、胶着性和咀嚼性最高,分别可以达到1 064.99 N、405.49 N·s-1、266.14 N、932.46 N,分别是最低伊选的2.3倍、2.7倍、3.1倍、3.1倍。
4种不同基因型西瓜果实在CPPU处理后,果肉的硬度、脆度、胶着性和咀嚼性变化规律均符合黄枚>蜜枚>桔王>伊选的趋势,四者之间的整体质地参数存在较大起伏,黄枚的硬度、脆度、胶着性和咀嚼性最高分别可以达到1 115.19 N、420.45 N·s-1、334.49 N、1 130.68 N,分别是最低伊选的1.9倍、2.1倍、2.8倍、2.5倍。
2种授粉处理方式比较发现,在硬度、脆度、胶着性和咀嚼性4个指标方面,蜜枚差异不显著,但黄枚、伊选和桔王则表现为CPPU处理显著高于人工授粉。
2.2 不同授粉方式对不同基因型果肉细胞壁多糖含量的影响
为了探明多糖组分对西瓜果肉质地的影响,比较了2种授粉处理下不同基因型西瓜果肉的粗纤维、纤维素、半纤维素、木质素、原果胶、可溶性果胶含量。由图2可知,在西瓜果肉细胞壁多糖组分中,粗纤维、纤维素、原果胶及可溶性果胶含量较高,半纤维素及木质素含量极低。
人工授粉处理后,4种基因型西瓜果肉的粗纤维、纤维素与原果胶含量变化均表现为桔王>黄枚>蜜枚>伊选的趋势,果肉瓤质较粗的品种桔王的粗纤维、纤维素与原果胶含量均表现为最高,分别是口感酥脆无渣品种伊选的3.5倍、3.6倍、1.1倍,可溶性果胶含量则与之相反,蜜枚、黄枚、桔王含量基本一致,伊选含量最高,为0.25 g·kg-1,约是其他3个基因型的1.2倍。
CPPU处理后,4种基因型西瓜果肉的粗纤维、纤维素和原果胶含量变化均表现为黄枚>蜜枚>伊选>桔王的趋势,硬脆基因型黄枚的粗纤维和纤维素含量最高,分别是酥脆基因型桔王的4.2倍和4.1倍。而CPPU处理后不同基因型西瓜可溶性果胶含量则与原果胶含量变化趋势相反。
2种授粉处理方式比较发现,不同授粉方式对不同基因型西瓜果肉的粗纤维及纤维素含量的影响差别较大,在蜜枚与黄枚果肉中,CPPU处理可增加其粗纤维与纤维素含量,而伊选与桔王中则趋势相反。同时,CPPU处理对所有基因型西瓜果肉原果胶与可溶性果胶含量影响趋势一致,表现为CPPU处理可以显著降低果肉原果胶含量而显著增加可溶性果胶含量。
2.3 不同西瓜基因型果肉质地与细胞壁多糖含量相关性分析
通过对硬脆型及酥脆型西瓜果肉TPA参数及细胞壁多糖含量进行相关性分析,结果如表2~3所示,所有西瓜果肉的TPA质构参数硬度、脆度、胶着性、咀嚼性均与果肉细胞壁原果胶含量呈负相关,与可溶性果胶含量呈正相关。同时,西瓜果肉的咀嚼性与果肉细胞壁原果胶及可溶性果胶含量间相关性最强。2种授粉处理方式的相关性分析结果比较发现(表4~5),CPPU处理明显改变了西瓜果肉硬度、脆度、咀嚼性等质地参数与果肉细胞壁中粗纤维、纤维素含量的相关性,使得相关性系数达到高度正相关,表明CPPU处理后主要通过引起果肉细胞壁粗纤维、纤维素含量的变化进而影响西瓜果肉的质地。
3 讨论与结论
目前,质构仪(TPA)已能够精准且客观地评估苹果、蓝莓、枣、梨、黄瓜、甜瓜及西瓜[18-24]等园艺作物果实的质地特性,不仅提高了园艺产品品质鉴定的精确性,而且为园艺作物的育种、栽培和采后处理提供了有力的技术支持。本研究结果表明,西瓜果肉的硬度、脆度、咀嚼性、胶着性对果肉质地贡献度较大,同时不同基因型间果肉质地差异明显,这与付伊冉[24]、李钰婷[25]、郭禹[26]的研究结果一致。
近年来,CPPU因合成简便、价格低廉等优点已在多种园艺作物生产中应用。有大量研究报道,CPPU是一种能够促进细胞分裂、分化的植物生长调节剂,喷施后能对园艺作物果实质地有着重要影响[27]。在西瓜生产中,CPPU可以促进西瓜坐果和诱导单性结实及解决三倍体无籽西瓜授粉问题[28-29]。CPPU对西瓜果实品质的影响尚存在争议,之前的研究通常集中在果实质量[30]、果皮厚度[31]、含糖量[32]、果肉颜色[33]等性状方面,对于果肉质地的影响则研究较少。笔者通过对4种基因型不同授粉方式处理后果肉质地指标分析发现,与人工授粉相比,经CPPU处理后,黄枚、伊选、桔王西瓜果肉的TPA指标(硬度、脆度、胶着性、咀嚼性)显著提高,这与王玉倩等[34]、高兆银等[35]、郭会玲等[36]的结果类似,但是在蜜枚西瓜中2种授粉处理方式间差异不显著,这可能与CPPU对不同基因型西瓜的作用差异有关,这在葡萄[37]、草莓[38]等园艺作物中同样得到验证。由此可见,果肉酥脆的西瓜品种果肉质地更容易受到CPPU影响。
细胞壁多糖组分是影响西瓜果实质地的重要因素之一。有研究显示,在花前喷施CPPU可以调节细胞壁多糖组分从而提高果实硬度[39]。笔者通过分析4种西瓜基因型的果肉细胞壁多糖组分发现,与人工授粉处理比较,CPPU处理显著降低了原果胶含量,显著提高了可溶性果胶含量,这与李圆圆[40]、张艳宜[41]的研究结果一致。与人工授粉处理比较,质地酥脆的2种基因型(伊选、桔王)的粗纤维与纤维素在CPPU处理后含量显著增加,与刘铭[42]的研究结果相似,而质地硬脆的基因型(蜜枚、黄枚)则结果相反,这可能仍与所选用的基因型质地特性密切相关。相关性分析结果同样表明,不同基因型西瓜果肉质地与细胞壁多糖含量间相关性存在差异,酥脆型西瓜果肉质地更容易受到CPPU处理的影响。
综上所述,不同基因型间西瓜果肉质地有所不同,与人工授粉处理比较,CPPU处理后西瓜果肉的硬度、脆度、咀嚼性、胶着性均有所增高,其在酥脆基因型及黄枚的两个处理方式间差异显著,而硬脆基因型蜜枚的两个处理方式间差异不显著。与人工授粉处理相比,CPPU处理后西瓜果肉中原果胶含量显著降低而可溶性果胶含量显著升高,果肉粗纤维及纤维素含量在硬脆型品种中显著升高,而在酥脆型品种中显著降低,表明CPPU对果肉质地的影响与品种的基因型有关。
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