庫爾勒香梨及其芽變品種沙01的果實組織結構差異分析

陳湘穎，?，摤?，丁 想，曼蘇爾·那斯爾，尤璐瑤，廖 康

(新疆農業(yè)大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】庫爾勒香梨以其肉質細嫩酥脆、味甜多汁等特點深受各地消費者的喜愛，但果個小、果形不一致等缺點影響了其品質。芽變選種是果樹選育優(yōu)良新品種的重要途徑之一[1]，目前已選育出的庫爾勒香梨芽變品種有芽變6號、芽變10號、沙01、新梨1號、新梨2號、早美香等，綜合比較沙01的性狀表現良好，其果個明顯增大、石細胞少、VC含量更加豐富且多為脫萼果，但果實硬度較低[2-4]，造成該品種不耐儲運且易發(fā)生機械損傷，在一定程度上限制了沙01的推廣。果實的硬度大小主要由細胞間的結合力、細胞結構物質的機械強度以及細胞膨壓等因素決定[5]，研究庫爾勒香梨和沙01果實組織結構的差異，對進一步改良庫爾勒香梨芽變品系的品質有重要意義。【前人研究進展】張娟等[6]通過觀察發(fā)現，果肉細胞的大小隨果實的增長而呈現增長趨勢，且硬度較大的‘秦冠’相較于硬度較小的‘富士’其果肉細胞的長寬增幅小。Konstankiewicz[7]等通過研究不同品種馬鈴薯塊莖的細胞結構發(fā)現，細胞較大的植物組織越易斷裂，即細胞越大，其抗機械損傷性能越小。阿拉木薩等[8]通過觀察43個梨品種的果實組織結構發(fā)現，角質膜較厚、果皮細胞層數多且細胞狹長、果肉細胞小且間隙小的品種，果實硬度高，耐運輸機械性能好。李三培等[9]研究發(fā)現，不同質地的甜瓜受果肉細胞大小的影響，硬度越小的果實，其果肉細胞越大，細胞排列越疏松。目前，關于庫爾勒香梨和沙01的比較研究多集中在物候期、生長結果特性、果實品質等方面[10-12]?！颈狙芯壳腥朦c】庫爾勒香梨和沙01果實硬度存在明顯差異，對于導致這兩品種果實硬度差異的原因未見研究。采用石蠟切片法，對兩品種的果皮和果肉組織進行觀察比較，研究分析果實組織結構與硬度之間的關系?！緮M解決的關鍵問題】比較兩個品種果皮和果肉兩部分的硬度及顯微結構的差異，分析導致兩品種果實硬度差異的主要因素，為庫爾勒香梨芽變新品種的選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗材料采自新疆庫爾勒市沙依東園藝場，果園栽植密度5 m×6 m，樹齡30年生。分別選取栽培管理技術條件基本一致，樹勢中庸，無病蟲害的植株，在成熟期每個品種隨機選取30個成熟度一致的果實，測量其帶皮和去皮硬度后，沿果實赤道部位垂直果皮方向，切取靠近果皮部位約0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm(帶皮)和果肉中心部位0.5 cm×0.5 cm×1 cm的小塊，置于FAA固定液(70%乙醇∶福爾馬林∶冰乙酸=90∶5∶5)中，每隔1 d更換FAA固定液，直至其不再變色為止。

1.2 方 法

1.2.1 果實硬度測定

采用GY-4型數顯果實硬度計于室溫條件下，每個品種取10個果實，用直徑為7.9 mm的壓頭垂直果實赤道部位測定果實帶皮和去皮的硬度，結果取平均值(kg/cm2)。

1.2.2 石蠟切片制作與觀測

將固定好的組織樣品置于70%的乙醇中過夜，用濃度為80%至100%的乙醇逐級進行脫水6 h，再用濃度比為1∶1、1∶2的乙醇和二甲苯進行透明4 h，石蠟包埋。切片厚度為10～14 μm，番紅固綠對染，中性樹膠封片。用顯微鏡及顯微成像系統(tǒng)進行觀察并拍照(Nikon C-SHG1+Nis Elements 3.0)。觀測梨果實的角質膜厚度，表皮層、單寧細胞的縱橫徑，果肉薄壁細胞的長度和寬度，團圍薄壁細胞的長度及石細胞團直徑。

1.3 數據處理

經Excel 2016軟件對數據進行均值和標準誤的計算，用SPSS19.0軟件進行ANOVA方差分析，采用Pearson法對兩品種果皮組織測定數據與果實帶皮硬度、果肉組織測定數據與果實去皮硬度進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 果實硬度

研究表明，沙01果實帶皮硬度和去皮硬度分別為6.34和4.83 kg/cm2，庫爾勒香梨果實帶皮硬度和去皮硬度分別為7.99和6.16 kg/cm2，庫爾勒香梨均高于沙01，存在極顯著水平差異(P<0.01)，果皮和果肉組織是影響兩品種果實硬度差異的因素。表1

表1 庫爾勒香梨和沙01果實硬度差異
Table 1 Difference in the fruit firmness between Korla fragrant pear and Sha 01

品種Variety果實硬度Fruit firmness(kg/cm2)帶皮With pericarp去皮Without pericarp沙01 Sha 016.34±0.16aA4.83±0.08aA庫爾勒香梨 Korla fragrant pear7.99±0.26bB6.16±0.12bB

注：表中數據代表平均值±標準誤；同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。下同

Note: Data in the table represent the mean ± standard error; The different lowercase in the same column indicate significant differences at 0.05 level, and the different uppercase indicate significant differences at 0.01 level.The same as below

2.2 果皮組織結構

2.2.1 角質膜

兩個品種果實表皮細胞最外圍均有一層透明的角質膜，但沙01的角質膜比庫爾勒香梨的角質膜薄，并且光滑平整；庫爾勒香梨的角質膜較厚，且隨著表皮細胞的起伏而呈現出不同程度的波狀并深入到表皮細胞的間隙中，沙01的角質膜平均厚度為5.44 μm，與庫爾勒香梨的角質膜厚度9.44 μm達到極顯著水平差異(P<0.01)。角質膜越厚，果皮的硬度越高。表1，圖1

2.2.2 表皮層

庫爾勒香梨和沙01果實的表皮層細胞層數、排列、形狀和大小等均存在一定的差異。沙01的表皮細胞層數為1層，且表皮細胞多為長橢圓形或近長方形，排列較緊湊；庫爾勒香梨的表皮細胞層數為1～2層，表皮細胞多為橢圓形或近圓形，細胞間隙較大且排列較疏松，沙01的表皮細胞橫徑顯著大于庫爾勒香梨(P<0.05)，但二者的表皮細胞縱徑差異不顯著(P>0.05)，通過對表皮細胞的縱橫徑比進行測定發(fā)現，沙01的表皮細胞縱橫徑比為0.60，細胞形狀表現為細長，而庫爾勒香梨的表皮細胞縱橫徑比為0.67，細胞形狀表現為短粗，二者存在顯著差異(P<0.05)。庫爾勒香梨和沙01果皮硬度的差異受表皮細胞層數、排列和形狀的影響。圖1，表2

表2 庫爾勒香梨和沙01果實角質膜和表皮細胞結構差異
Table 2 Differences in the cuticle and epidermal cells betweenKorla fragrant pear and Sha 01

品種Variety角質膜厚度Thickness of cuticle(μm)表皮細胞Epidermal cells縱徑Vertical diameter(μm)橫徑Horizontal diameter(μm)縱橫比Aspect ratio細胞層數Layers of cells沙01Sha 015.44±0.13aA13.78±0.28aA23.52±0.55aA0.60±0.02aA1庫爾勒香梨Korla fragrant pear9.44±0.15bB14.39±0.25aA21.96±0.52bA0.67±0.02bA1～2

2.3 果肉組織結構

2.3.1 單寧細胞層

研究表明，庫爾勒香梨和沙01果實均有數層緊貼表皮細胞層下的單寧細胞層，細胞內均含有一定的單寧類物質。沙01果實單寧細胞層數為1～2層，細胞排列緊密，細胞排列不整齊，染色不均勻且顏色較淺，而庫爾勒香梨果實單寧細胞層數為2～3層，細胞排列整齊緊密，富含大量的單寧類物質，染色深且呈紫紅色，庫爾勒香梨和沙01單寧細胞的縱徑無顯著差異(P>0.05)，但二者單寧細胞的橫徑達極顯著水平差異(P<0.01)；在單寧細胞的縱橫徑比測定結果中發(fā)現，沙01為0.35，庫爾勒香梨為0.48，差異極顯著(P<0.01)。單寧細胞的層數和形狀對庫爾勒香梨和沙01果肉硬度差異產生了一定的影響。表3，圖1

2.3.2 薄壁細胞

在果肉薄壁細胞的觀察中發(fā)現，沙01果肉薄壁細胞多為近圓形，其薄壁細胞較大且細胞排列較疏松，而庫爾勒香梨果肉薄壁細胞形狀偏扁，薄壁細胞排列緊密且細胞間隙較小，庫爾勒香梨和沙01薄壁細胞的長度無顯著差異(P>0.05)，但薄壁細胞的寬度卻差異極顯著(P<0.01)，并且沙01薄壁細胞的長寬比為1.28，庫爾勒香梨為2.09，差異極顯著(P<0.01)，與庫爾勒香梨的長寬比相比，沙01的比值更接近于1，薄壁細胞越大、形狀越圓的品種，其果肉硬度越低。表3，圖1

2.3.3 石細胞及團圍薄壁細胞

研究表明，沙01果肉中的石細胞團較小，其石細胞團直徑為287.16 μm，而庫爾勒香梨果肉中的石細胞團較大，其石細胞團直徑為362.04，兩品種的石細胞團直徑差異極顯著(P<0.01)。觀察兩品種果肉團圍薄壁細胞發(fā)現，團圍薄壁細胞均呈放射狀長條形分布于石細胞團周圍，沙01的團圍薄壁細胞較長，為343.06 μm，而庫爾勒香梨的團圍薄壁細胞較短，為262.71 μm，二者存在極顯著差異(P<0.01)。石細胞團直徑越大，團圍薄壁細胞越短的果實，其果肉硬度越高。表3，圖1

1.沙01果皮結構(×100)；2.庫爾勒香梨果皮結構(×100)；3.沙01果皮結構(×200)；4.庫爾勒香梨果皮結構(×200)；5.沙01果肉結構(×100)；6.庫爾勒香梨果肉結構(×100)；7.沙01果肉石細胞團及團圍薄壁細胞(×100)；8.庫爾勒香梨果肉石細胞團及團圍薄壁細胞(×100)；C.角質膜；E.表皮細胞；T.單寧細胞；Pc.薄壁細胞；Gs.石細胞團；Ps.團圍薄壁細胞

1.The pericarp structure of the Sha 01 (×100); 2.The pericarp structure of the Korla fragrant pear (×100); 3.The pericarp structure of the Sha 01 (×200); 4.The pericarp structure of the Korla fragrant pear (×200); 5.The pulp structure of the Sha 01 (×100); 6.The pulp structure of the Korla fragrant pear (×100); 7.The sclereids group and the parenchyma cells around sclereids group in the pulp of the Sha 01 (×100); 8.The sclereids group and the parenchyma cells around sclereids group in the pulp of the Korla fragrant pear (×100); C.Cuticle; E.Epidermal cells; T.Tannin cells; Pc.Parenchyma cells; Gs.Sclereids group; Ps.Parenchyma cells around sclereids group

圖1 果實組織顯微結構
Fig.1 Microstructure of fruit histological structure

表3 庫爾勒香梨和沙01果肉細胞結構差異Table 3 Differences in structure of pulp cells between Korla fragrant pear and Sha 01

2.4 果實硬度與組織結構的相關性

研究表明，果實帶皮硬度與果皮角質膜厚度呈極顯著正相關(P<0.01)，與表皮細胞縱橫徑比呈不顯著正相關(P>0.05)，與表皮細胞縱徑和表皮細胞橫徑呈不顯著負相關(P>0.05)。果實去皮硬度與表皮細胞層數、單寧細胞縱橫徑比、單寧細胞層數、石細胞團直徑及薄壁細胞長寬比呈極顯著正相關(P<0.01)，與單寧細胞橫徑和團圍薄壁細胞長度呈極顯著負相關(P<0.01)，與薄壁細胞寬度呈顯著負相關(P<0.05)，與單寧細胞縱徑和薄壁細胞長度均無顯著相關性(P>0.05)。表4 ，表5

表4 果實帶皮硬度與果皮結構Pearson相關性
Table 4 Pearson correlation between the fruit firmness with pericarp and the pericarp structure

項目Items帶皮硬度Fruit firmness with pericarp角質膜厚度Thickness of cuticle表皮細胞Epidermal cells縱徑Vertical diameter橫徑Horizontal diameter縱橫比Aspect ratio細胞層數The number of cell layers帶皮硬度Fruit firmness with pericarp10.696??-0.030-0.3120.2940.545??

注：*表示在0.05水平上顯著相關；**表示在0.01水平上顯著相關。下同

Note:*indicate significant correlation at 0.05 level, and**indicate significant correlation at 0.01 level.The same as below

表5 果實去皮硬度與果肉結構Pearson相關性
Table 5 Pearson correlation between the fruit firmness without pericarp and the pulp structure

項目Items去皮硬度Fruit firmnesswithout pericarp單寧細胞Tannin cells縱徑Vertical diameter橫徑Horizontal diameter縱橫比Aspect ratio細胞層數The number of cell layers石細胞團直徑Diameters of sclereids group薄壁細胞Parenchyma cells長度Length寬度Width長寬比Length-width ratio團圍薄壁細胞長度Length of parenchyma cells around sclereids group去皮硬度Fruit firmness without pericarp10.34-0.769??0.776??0.556??0.625??0.171-0.446?0.662??-0.620??

3 討 論

角質膜的厚度、表皮細胞的形狀和排列對果實品質和抵抗機械損傷的能力具有一定影響，角質膜對果實可起到一定的保護作用，與植物多種生理現象有著密切的關系[13,14]。試驗研究發(fā)現，沙01果皮的角質膜較薄，而庫爾勒香梨果皮的角質膜較厚并深入到表皮細胞中，果實帶皮硬度與角質膜厚度達極顯著正相關，說明角質膜較厚的品種抵抗機械損傷的能力越強，這可能是因為較厚的角質膜可對表皮細胞起到一定的保護和支撐作用，此結論與宮美英等[15]研究結果一致。劉春香等[16]研究發(fā)現，硬度越大的黃瓜，其果皮結構中的表皮細胞越厚，同時發(fā)現過厚的表皮細胞雖影響口感，但更有利于維持果實的商品狀態(tài)，而研究結果發(fā)現，沙01的表皮細胞細長且細胞層數較少，庫爾勒香梨的表皮細胞短粗且細胞層數較多，表皮細胞層數與果實帶皮硬度呈極顯著相關，而表皮細胞縱橫徑與果實帶皮硬度無相關性。因此，果皮組織中，角質膜較薄、表皮細胞層數較少的結構更不利于果實抵抗機械損傷。

決定果實硬度差異的因素源于果實細胞壁的一系列不同的物理和生化特性，并且這些特性是定量遺傳的[17]。植物組織結構中，細胞的排列、大小及分布情況等與其質地具有密切的關系[16]。梨果實成熟時，薄壁細胞的間隙會變得非常發(fā)達，細胞多為卵圓形或圓形，一些薄壁細胞會呈現出長橢圓形輻射狀排列于石細胞團周圍，并且果肉細胞體積越大，組織結構越疏松，細胞間隙越大，其果實硬度越低[18]。Allan Wojtas[19]等通過對28個不同品種的蘋果進行了微觀組織結構的觀察及差異性分析，結果顯示，果肉細胞小且排列整齊的品種，其果實硬度高但汁液少，而果肉細胞間隙大的品種，其口感軟綿。Konstankiewicz[7]等通過對不同品種馬鈴薯塊莖的組織力學研究發(fā)現，細胞較大的品種彈性系數小，植物組織易斷裂，即細胞越大，果實抗機械損傷性能越小。試驗研究結果發(fā)現，果實去皮硬度與薄壁細胞長寬比呈極顯著正相關，沙01的果肉薄壁細胞排列疏松且細胞間隙較大，薄壁細胞偏圓且細胞大，而庫爾勒香梨比沙01的果肉薄壁細胞排列更緊密且細胞間隙更小，薄壁細胞偏扁且細胞更小，這可能是因為沙01的果實組織疏松，細胞大易發(fā)生斷裂，因此,沙01果實去皮硬度更小，這與阿拉木薩等[8]研究結果一致，但是，李紅光等[20]研究結果發(fā)現，硬度較小的富士和瑞陽的細胞偏扁并且細胞排列疏松，與試驗研究結果有出入，存在這種差異的原因可能是由于不同品種類型所致。研究發(fā)現，果實去皮硬度與單寧細胞縱橫徑比和單寧細胞層數存在極顯著正相關，于立娜等[21]研究結果發(fā)現，硬度高的病果，其單寧細胞縱橫徑比始終高于硬度小的正常果，這與研究結果基本一致。陶世蓉等[13]研究發(fā)現，果肉細膩、食用感好的梨品種，其石細胞團小且團圍薄壁細胞較長，但于立娜等[21]研究發(fā)現，石細胞團直徑并不是影響黃金梨果實硬化的原因。試驗研究結果發(fā)現，沙01的石細胞團直徑較短且團圍薄壁細胞較長，而庫爾勒香梨的石細胞團直徑較長且團圍薄壁細胞較短，果實去皮硬度與石細胞團直徑存在極顯著正相關，與團圍薄壁細胞長度存在極顯著負相關，這可能是由于較長的團圍薄壁細胞可以對外界機械壓力起緩沖作用[13]，也可能是由于庫爾勒香梨團圍薄壁細胞較短，是其周圍存在的薄壁細胞而影響，因此，團圍薄壁細胞是否是影響庫爾勒香梨和沙01果肉硬度差異的主要因素，還需要進一步驗證。彭永彬等[22]認為影響果實硬度的因素不僅受果實組織結構、細胞壁成分和其他多糖類物質的影響，也受外界環(huán)境因素的影響，它們相互聯(lián)系，共同影響果實質地，從而導致不同品種果實之間硬度的差異，因此，果肉細胞的排列、大小等與硬度之間的關系有待進一步的研究。

4 結 論

庫爾勒香梨和沙01果皮和果肉組織結構存在差異。果皮組織中，角質膜厚度、表皮細胞的層數和形狀是影響庫爾勒香梨和沙01果實帶皮硬度差異的因素，其中角質膜厚度和表皮細胞的層數是影響兩品種果實帶皮硬度差異的主要因素；果肉組織中，單寧細胞的層數和形狀，薄壁細胞的形狀和大小、石細胞團直徑及團圍薄壁細胞長度是影響庫爾勒香梨和沙01果肉硬度差異的因素，其中單寧細胞的層數和形狀、薄壁細胞的形狀和大小及石細胞團直徑是影響兩品種果肉硬度差異的主要因素。