不同品種棗內(nèi)果皮發(fā)育過程中木質(zhì)素沉積的觀察比較

孟澤，余佳，楊愛珍，師光祿，張鐵強(qiáng)，王有年

（1北京農(nóng)學(xué)院植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京102206；2北京農(nóng)學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院，北京102206；3農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京102206）

不同品種棗內(nèi)果皮發(fā)育過程中木質(zhì)素沉積的觀察比較

孟澤1，余佳1，楊愛珍2，師光祿2，張鐵強(qiáng)3，王有年3

（1北京農(nóng)學(xué)院植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京102206；2北京農(nóng)學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院，北京102206；3農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京102206）

為了解木質(zhì)素含量在不同品種不同時期的變化過程，以‘金絲小棗’和‘金絲無核小棗’為試驗(yàn)材料，利用Klason法測定棗果實(shí)內(nèi)木質(zhì)素含量和木質(zhì)素的顯色反應(yīng)，研究棗果實(shí)內(nèi)木質(zhì)素沉積的動態(tài)變化。結(jié)果顯示：棗果實(shí)中內(nèi)果皮的木質(zhì)素沉積過程是從基部開始，完成內(nèi)果皮最內(nèi)側(cè)的木質(zhì)化，再由內(nèi)至外，逐漸完成；在花后15～25天期間，‘金絲小棗’與‘金絲無核小棗’果實(shí)內(nèi)果皮木質(zhì)素含量基本相同，從花后40天開始，‘金絲小棗’內(nèi)木質(zhì)素含量開始上升并超過‘金絲無核小棗’?！鸾z無核小棗’果實(shí)內(nèi)木質(zhì)素含量在全果實(shí)發(fā)育時期內(nèi)變化總體趨勢平緩，而在‘金絲小棗’內(nèi)木質(zhì)素含量的在15～75天期間變化增加明顯，在75天后出現(xiàn)跳躍式增長現(xiàn)象，增加更為明顯。試驗(yàn)選用的2個品種棗在內(nèi)果皮木質(zhì)化過程中存在著明顯的差異，可以用來進(jìn)行棗果實(shí)內(nèi)果皮木質(zhì)化的相關(guān)研究。

棗果實(shí)；內(nèi)果皮；木質(zhì)素沉積

0 引言

棗(Ziziphus jujuba Mill.)是起源于中國并被栽培過3000多年的鼠李科棗屬果樹，由于棗在發(fā)育過程中會有柱基分生組織和花盤分生組織參與到果實(shí)的發(fā)育過程中，這使棗果實(shí)的發(fā)育過程有別于其他的核果類果實(shí)，所以棗屬于擬核果[1]。棗果實(shí)的果皮分為內(nèi)、中、外3層，其中果核，即內(nèi)果皮是由子房室內(nèi)壁發(fā)育而來[2-3]。棗果實(shí)內(nèi)果皮的發(fā)育與木質(zhì)素的沉積有著極其密切的聯(lián)系，棗果實(shí)內(nèi)果皮的發(fā)育過程就是其木質(zhì)素沉積的過程。棗果實(shí)中內(nèi)果皮木質(zhì)化程度高且不易去除，導(dǎo)致后期加工處理復(fù)雜。因此研究棗果實(shí)內(nèi)果皮發(fā)育過程中木質(zhì)素的沉積變化可以為棗果實(shí)內(nèi)果皮木質(zhì)化機(jī)理的闡明奠定理論基礎(chǔ)，為提高果實(shí)品質(zhì)及改良品種提供有價值的信息。

‘金絲小棗’是國內(nèi)目前栽培最為廣泛的優(yōu)良棗樹品種之一[4]，口感優(yōu)良[5-7]，‘金絲無核小棗’是其在長期的栽培過程中產(chǎn)生的許多品種類型之一[8-12]。這2個品種間除果實(shí)核層硬化程度的差異外，其他植物學(xué)特征基本相同[13]。近年來對無核棗的研究相對較少，僅譚洪花[14]、彭建營[15]、韓斌[16]、賈彥麗[17]等對無核棗的分子標(biāo)記及解剖學(xué)有過初步研究。筆者測定了‘金絲無核小棗’和‘金絲小棗’2個品種的生長曲線，并采用Klason法和間苯三酚染色法分別對2個棗品種不同發(fā)育時期的木質(zhì)素含量及木質(zhì)素沉積情況進(jìn)行觀察檢測。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

材料均取自北京市豐臺區(qū)中華名棗博覽園，每個品種隨機(jī)選取長勢良好的棗樹3棵，分別在盛花期后15、25、40、55、75、100天采集樣品。采樣完成后馬上運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室測定生理指標(biāo)，之后將每個品種所有同期果實(shí)放在一起，隨機(jī)均分為5個重復(fù)，置于4℃冰箱中準(zhǔn)備試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 生長曲線的測定用十分度游標(biāo)卡尺測量各時期果實(shí)樣品的橫縱徑，然后再用1/100的電子天平稱量果實(shí)的濕重；將3個果實(shí)單獨(dú)放入逐一編號的培養(yǎng)皿中，放入烘箱中烘干，每隔2 h將樣品取出，逐一在1/100的電子天平上稱量其質(zhì)量，直至恒重。

1.2.2 木質(zhì)素含量測定測定木質(zhì)素含量所采用的Klason法是利用重量分析測定木質(zhì)素含量的經(jīng)典方法，其原理是用72%硫酸除去纖維素，難溶的木質(zhì)素經(jīng)過濾、洗滌、干燥稱重、計(jì)算等步驟可得到其含量[18]。選取適量內(nèi)果皮進(jìn)行研磨，使其完全粉碎后稱取1.0 g的內(nèi)果皮置于試管中，加入70%的濃硫酸6 mL；在35℃的條件下恒溫保存7 h后，使用100 mL雙蒸水將其沖洗到三角瓶中并進(jìn)行密封，然后在高壓滅菌鍋里進(jìn)行滅菌，之后將滅菌好的溶液倒入到G4砂芯漏斗抽濾，再用熱的雙蒸水進(jìn)行沖洗；將沖洗后的渣子置于烘箱中，60℃烘干至恒重，用式(1)計(jì)算木質(zhì)素含量[19]。

1.2.3 木質(zhì)素沉積染色觀察使用間苯三酚-鹽酸（1%的間苯三酚溶于95%的乙醇中）染色法檢測棗果實(shí)木質(zhì)素沉積動態(tài)[20]，間苯三酚與木質(zhì)素的反應(yīng)是具有特異性的，在酸性條件下，木質(zhì)素中的肉桂醛基團(tuán)能夠與間苯三酚發(fā)生顯色反應(yīng)，生成的化合物呈粉紅色[21-22]。分別對不同發(fā)育時期的果實(shí)樣品進(jìn)行橫切和縱切，向切面滴加間苯三酚溶液至完全覆蓋切面，靜置3 min左右再滴加38%濃鹽酸至完全覆蓋切面，其中的木質(zhì)素組織即刻呈現(xiàn)出粉紅色，完全顯色后，放置在體視顯微鏡下進(jìn)行拍照記錄[23]。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗果實(shí)生長曲線

‘金絲無核小棗’果實(shí)縱徑在花后15～40天期間增長速率較快，40～100天期間增長變緩；果實(shí)橫徑在果實(shí)發(fā)育全時期增長速率平穩(wěn)；果實(shí)濕重在花后15～25天期間增長不明顯，25～55天期間增長速率加快，55～100天增長速率再次加快；果實(shí)干重在花后15～25天增長平穩(wěn)，增長速率基本與濕重保持一致，25～55天期間加快，但是略低于果實(shí)濕重增長速率，55～75天期間增長速率再次加快，仍低于濕重增長（圖1）?！鸾z小棗’果實(shí)縱徑在花后15～55天期間增長速率較快，55～100天期間增長變緩；果實(shí)橫徑在果實(shí)發(fā)育全時期增長速率平穩(wěn)；果實(shí)濕重在花后15～25天期間增長不明顯，25～75天期間增長速率加快，75～100天增長速率再次加快；果實(shí)干重在花后15～75天增長較為平穩(wěn)，75～100天期間增長速率明顯加快（見圖1）。兩者比較而言，發(fā)育過程生長趨勢基本相同。

2.2 棗果實(shí)木質(zhì)素含量的變化

在花后15～25天期間，‘金絲無核小棗’果實(shí)內(nèi)木質(zhì)素含量與‘金絲小棗’基本相同，從花后40天開始，‘金絲小棗’內(nèi)木質(zhì)素含量開始上升并超過‘金絲無核小棗’?！鸾z無核小棗’果實(shí)內(nèi)木質(zhì)素含量在全果實(shí)發(fā)育時期內(nèi)變化總體趨勢平緩，而在‘金絲小棗’內(nèi)木質(zhì)素含量的在15～75天期間增加明顯，在75天后出現(xiàn)跳躍式增長現(xiàn)象，增加更為明顯（圖2）。

圖1 ‘金絲無核小棗’和‘金絲小棗’生長曲線

圖2 內(nèi)木質(zhì)素含量變化曲線

2.3 ‘金絲無核小棗’果實(shí)木質(zhì)素沉積

花后不同時期‘金絲無核小棗’果實(shí)橫縱切后結(jié)果見圖3。從圖3f右上角小圖中觀察到，花后15天時，果實(shí)靠近柱基分生組織部位的部分導(dǎo)管呈現(xiàn)紅色?；ê?5天時，果實(shí)內(nèi)果皮仍無明顯顏色變化，變紅部位主要集中在導(dǎo)管組織。圖3h顯示花后40天時，果實(shí)內(nèi)果皮基部呈紅色，尖部未被染色。花后55天，內(nèi)果皮基本被染為紅色，內(nèi)果皮開始明顯發(fā)生木質(zhì)化沉積過程?；ê?5天時，內(nèi)果皮完全木質(zhì)化，肉眼可見內(nèi)果皮變?yōu)楹谏?/p>

2.4 ‘金絲小棗’果實(shí)木質(zhì)素沉積

圖4a、b、f、g顯示，在花后15～25天時，果實(shí)內(nèi)導(dǎo)管組織含有一定木質(zhì)素?；ê?0天時，內(nèi)果皮種室開始變紅，肉眼已可看到內(nèi)果皮部分開始木質(zhì)化。花后55天時，內(nèi)果皮被染色部位明顯擴(kuò)大，顏色加深?；ê?5天時，內(nèi)果皮完全被染色，染色程度和范圍都有擴(kuò)大。

3 結(jié)論

吳延軍[23]對棗果實(shí)發(fā)育過程研究的結(jié)果顯示，棗果實(shí)在發(fā)育中只有一次快速增長的過程，屬于非呼吸躍變型果實(shí)，果實(shí)生長曲線呈單S型，與本研究觀察結(jié)果一致。棗果實(shí)內(nèi)果皮的木質(zhì)化過程在‘金絲無核小棗’和‘金絲小棗’的果實(shí)發(fā)育過程中差異明顯。圖2顯示，‘金絲無核小棗’的內(nèi)果皮木質(zhì)化過程一直比較平穩(wěn)，而‘金絲小棗’的內(nèi)果皮木質(zhì)化則是有2次快速增長的階段，在花后15～40天時增長速率較快；在第2次快速增長期時，木質(zhì)素沉積的量更多。從2個品種的果實(shí)縱切染色圖中可以看出，在花后15天開始，棗果實(shí)內(nèi)的木質(zhì)素都開始發(fā)生沉積，果實(shí)基部的導(dǎo)管最先開始木質(zhì)化，花后15～25天，2個品種果實(shí)內(nèi)果皮木質(zhì)素沉積程度大致相同?；ê?0天的果實(shí)染色結(jié)果顯示，‘金絲小棗’的木質(zhì)化程度超過‘金絲無核小棗’，內(nèi)果皮的表面已經(jīng)全部發(fā)生了木質(zhì)素的沉積，‘金絲無核小棗’則只是在內(nèi)果皮的基部部分發(fā)生木質(zhì)化。在花后55天時，‘金絲小棗’內(nèi)果皮木質(zhì)化厚度增加，其中內(nèi)果皮內(nèi)側(cè)顏色深，木質(zhì)化程度較高，外圍顏色較淺，說明此時外圍的木質(zhì)化程度不高，而‘金絲無核小棗’此時內(nèi)果皮周圍都發(fā)生了木質(zhì)素的沉積現(xiàn)象，但是木質(zhì)化程度低?；ê?5天時，‘金絲小棗’果實(shí)內(nèi)果皮全部顯示為深色，木質(zhì)素的沉積已相當(dāng)明顯，但是此時仍可用刀片割開，‘金絲無核小棗’果實(shí)內(nèi)果皮則已基本完成木質(zhì)素的沉積過程，內(nèi)果皮未經(jīng)染色已呈黑色，但是厚度極小?；ê?00天時，‘金絲小棗’內(nèi)果皮已經(jīng)無法用刀割開，故而沒有進(jìn)行染色試驗(yàn)。從橫切染色結(jié)果則可以看出，‘金絲無核小棗’并不是完全無核，只是核層極薄，木質(zhì)化程度也相對低于‘金絲小棗’。

試驗(yàn)結(jié)果說明，在棗果實(shí)的整個發(fā)育過程中，木質(zhì)素的沉積是一個緩慢的過程。從外觀上看，棗果實(shí)內(nèi)的木質(zhì)素沉積最先發(fā)生于導(dǎo)管組織，之后才會發(fā)生在內(nèi)果皮上，由于包裹導(dǎo)管的韌皮部沒有木質(zhì)素的沉積，不會發(fā)生木質(zhì)化過程，故而不影響導(dǎo)管的運(yùn)輸作用；棗果實(shí)的內(nèi)果皮的木質(zhì)化是從基部開始（圖3h），完成內(nèi)果皮最內(nèi)側(cè)的木質(zhì)化，再由內(nèi)至外，逐漸完成木質(zhì)素的沉積過程。

圖3 ‘金絲無核小棗’內(nèi)果皮木質(zhì)素沉積動態(tài)

4 討論

筆者選取了‘金絲無核小棗’和‘金絲小棗’2個品種對棗果實(shí)內(nèi)果皮發(fā)育過程中發(fā)生的木質(zhì)素沉積進(jìn)行研究，前人尚未曾報道過。本次研究認(rèn)為，‘金絲無核小棗’與‘金絲小棗’在內(nèi)果皮發(fā)育過程中木質(zhì)素沉積差異明顯，‘金絲小棗’木質(zhì)素沉積過程明顯高于‘金絲無核小棗’。本研究只是對棗果實(shí)在發(fā)育過程中的木質(zhì)素沉積變化做了初步研究，要想深入了解發(fā)育過程中木質(zhì)素沉積的規(guī)律以及導(dǎo)致木質(zhì)素沉積差異機(jī)理，從分子水平研究其生長、發(fā)育和木質(zhì)素合成顯得尤為重要。本試驗(yàn)設(shè)定的樣品采集時間范圍存在一定的局限性，采樣密度為2～4周，而對在此期間棗果實(shí)的木質(zhì)素沉積的變化情況，也需要做進(jìn)一步的試驗(yàn)分析。

在棗果實(shí)中，內(nèi)果皮起著保護(hù)種子等關(guān)鍵作用，其木質(zhì)素的沉積是一個重要的生理過程[24-25]。但是內(nèi)果皮的木質(zhì)化，嚴(yán)重影響著棗果實(shí)的可食行和后期加工過程，制約著國內(nèi)棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。試驗(yàn)結(jié)果證明，棗果實(shí)內(nèi)果皮木質(zhì)素沉積過程分為2個階段，第1階段（花后15～40天）木質(zhì)素沉積程度在2個品種內(nèi)基本相同，第2階段（花后40～100天）時，‘金絲小棗’木質(zhì)素沉積程度明顯高于‘金絲無核小棗’，并且這一階段的木質(zhì)素沉積量占整個果實(shí)內(nèi)果皮木質(zhì)化的大部分，在這個時期適當(dāng)控制內(nèi)果皮木質(zhì)素沉積的碳素來源有可能成為培育無核棗新品種的新途徑。另外，試驗(yàn)選用的2個品種在內(nèi)果皮木質(zhì)化過程中存在著明顯的差異，但具體導(dǎo)致這種差異的原因仍需進(jìn)一步研究。

圖4 ‘金絲小棗’內(nèi)果皮木質(zhì)素沉積動態(tài)

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The Lignin Deposition Process in Fruit Endocarp of Different Jujube Cultivars

Meng Ze1,Yu Jia1,Yang Aizhen2,Shi Guanglu2，Zhang Tieqiang3,Wang Younian3

(1College of Plant Science and Technology,Beijing University of Agriculture,Beijing 102206,China;2College of Biological Science and Engineering,Beijing University of Agriculture,Beijing 102206,China;3Key Laboratory of Urban Agriculture(North)Ministry of Agriculture,Beijing 102206,China)

To understand the change of lignin content and endocarp lignin deposition process in different periods of different cultivars,‘Jinsixiaozao’and‘Jinsiwuhexiaozao’were used as the test materials,the lignin content in jujube fruit was measured by the Klason method and the distribution of lignin was observed by color reaction between the phloroglucinol and lignin for the purpose of researching the dynamic changes of lignin deposition in jujube fruit.The results showed that:in jujube fruit the endocarp lignin deposition process was from the base,after the lignification of medial peel was completed,the lignification was achieved from the inside to the outside until gradually accomplished;during 15-25 days after flowering,the lignin content in‘Jinsixiaozao’and‘Jinsiwuhexiaozao’fruit was basically the same,and starting from the 40 days after flowering,the lignin content in‘Jinsixiaozao’fruit began to rise and exceeded the lignin content in‘Jinsiwuhexiaozao’fruit;the change of the lignin content in‘Jinsiwuhexiaozao’fruit was smooth within all fruit development period,and that in‘Jinsixiaozao’fruit increased obviously during 15-75 days,after 75 days the lignin content showed a leap in growth and increased more significantly.There are significant differences in the process of lignification between the two cultivars of jujube in the experiment,so they can be used forrelated research on jujube fruit endocarp lignification.

Jujube Fruit;Endocarp;Lignin Deposition

S665.1

A論文編號：cjas15070017

北京市2015人才培養(yǎng)質(zhì)量提高經(jīng)費(fèi)（科研）-團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃“植物源農(nóng)藥”(KCT2014001)；北京市2014人才培養(yǎng)質(zhì)量提高經(jīng)費(fèi)（科研）-團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃“植物源農(nóng)藥”(KCT2015007)。

孟澤，男，1989年出生，山西人，碩士研究生，研究方向：果品優(yōu)質(zhì)生態(tài)安全。通信地址：102206北京市昌平區(qū)回龍觀鎮(zhèn)北農(nóng)路7號北京農(nóng)學(xué)院，E-mail：mzwawr@163.com。

師光祿，男，1958年出生，山西人，教授，博士，研究方向：果品優(yōu)質(zhì)生態(tài)安全。通信地址：102206北京市昌平區(qū)回龍觀鎮(zhèn)北農(nóng)路7號北京農(nóng)學(xué)院，Tel：010-80799116，E-mail：glshi@126.com。

2015-07-29，

2015-08-30。