番茄綠熟期果實(shí)硬度與果皮結(jié)構(gòu)及果膠含量的關(guān)系

李 艷 田冉文 鄭 偉 張廷艷 張余洋，*

（1 駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南駐馬店 463000；2 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430070；3 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楚為現(xiàn)代種業(yè)研究院，湖北武漢 430070）

番茄（Solanum lycopersicum）是世界各地廣泛種植的蔬菜作物（李景富，2011）。在大流通以及機(jī)械化采收、運(yùn)輸?shù)母窬窒?，番茄果?shí)硬度成為影響果實(shí)品質(zhì)的重要因素（Chapman et al.，2012）。果實(shí)硬度是果實(shí)耐貯運(yùn)性的重要指標(biāo)，果實(shí)較軟容易出現(xiàn)裂果、貨架期短等問題，影響番茄的運(yùn)輸，降低了經(jīng)濟(jì)效益。提高果實(shí)硬度、適時(shí)采收、改善運(yùn)輸條件和貯藏保鮮技術(shù)都可以延長(zhǎng)番茄貨架期（杜永臣，2002）。

番茄果實(shí)硬度為數(shù)量性狀，受果實(shí)自身發(fā)育和環(huán)境因子影響（李慧，2006）。羅靜等（2011）對(duì)影響加工番茄果實(shí)硬度的14 個(gè)指標(biāo)與果實(shí)硬度進(jìn)行相關(guān)分析及通徑分析，結(jié)果表明果肉硬度和耐壓力與果實(shí)硬度呈極顯著正相關(guān)，果肉厚度和VC 含量與果實(shí)硬度呈極顯著負(fù)相關(guān)，可溶性固形物含量與果實(shí)硬度呈顯著負(fù)相關(guān)。

果膠是一種天然多糖類高分子化合物，天然存在于番茄果實(shí)的細(xì)胞壁中。在番茄果實(shí)4.3%～7.7%的干物質(zhì)中，果膠物質(zhì)含量為1.3%～2.5%（張德權(quán)和艾啟俊，2003）。果實(shí)成熟過程中，細(xì)胞壁中果膠和纖維素降解，結(jié)構(gòu)破壞并導(dǎo)致細(xì)胞壁明顯變薄，果實(shí)變軟（駱蒙 等，1997；文穎強(qiáng)，2002；闞娟 等，2012）。因此，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)及成分的改變，尤其是果膠和纖維素含量的變化，影響番茄果實(shí)硬度。自然條件下，果膠以不溶性果膠、可溶性果膠以及果膠酸3 種形式存在。綠熟番茄果實(shí)因?yàn)椴蝗苄怨z的大量存在而呈現(xiàn)較硬狀態(tài)，隨著果實(shí)后熟，不溶性果膠開始轉(zhuǎn)化為可溶性果膠，果實(shí)質(zhì)地變軟。

藍(lán)莓果實(shí)硬度的降低伴隨著可溶性果膠含量的升高、碳酸鈉可溶性果膠、半纖維素以及纖維素含量的降低（Chen et al.，2015）。番茄果實(shí)在青果期平均硬度較高，至轉(zhuǎn)色期和紅熟期果實(shí)硬度明顯下降（尹慶珍 等，2016）。在果實(shí)成熟過程中，多聚半乳糖醛酸酶（PG）起重要作用，是降解細(xì)胞壁的主要水解酶，可催化果膠分子中α-（1，4）-多聚半乳糖醛酸的裂解，將果膠長(zhǎng)鏈降解為半聚乳糖醛酸，使細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)解體，果肉失去粘性，進(jìn)而使果實(shí)硬度下降（楊凌，2001）。降解果膠的另外一種酶—果膠甲酯酶（PME）可以使酯化的果膠變成果膠酸。番茄生長(zhǎng)期葉面噴施硅和鈣，可降低PG、PME 和纖維素酶（Cx）的活性，提高果實(shí)硬度（蘇敬 等，2016）。

番茄果實(shí)硬度遺傳符合加性-顯性遺傳模型，加性效應(yīng)較大，顯性效應(yīng)較?。ü姷?，2013；何艷龍，2016），并由多個(gè)基因位點(diǎn)控制（穆欣，2004）。劉磊等（2015）初步定位了5 個(gè)番茄果實(shí)硬度相關(guān)QTL。已經(jīng)鑒定的與果實(shí)硬度與細(xì)胞壁降解有關(guān)的基因有細(xì)胞壁果膠酯酶基因PME、多聚半乳糖醛酸酶基因PG等（寇曉紅，2003）。

由于番茄果實(shí)硬度由多位點(diǎn)控制，導(dǎo)致在育種中難以選擇利用，果實(shí)硬度在雜交后代中甚至呈現(xiàn)負(fù)向優(yōu)勢(shì)（王先裕 等，2010）。為了進(jìn)一步明確番茄果實(shí)硬度的遺傳規(guī)律和雜交育種利用可行性，本試驗(yàn)初步探討番茄果實(shí)硬度與細(xì)胞壁厚度、果膠含量的關(guān)系，為培育高硬度、耐貯運(yùn)番茄提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為硬果型番茄TS330 和軟果型番茄A57（Ailsa Craig），以及以TS330 為母本、A57 為父本構(gòu)建的果實(shí)硬度遺傳群體F1、F2。親本材料于2016 年春季種植于國(guó)家蔬菜改良中心華中分中心，雜交獲得F1，2017 年春季種植親本及F1、F2，用于果實(shí)硬度、果膠及果皮結(jié)構(gòu)分析。

1.2 果實(shí)硬度的測(cè)定

分別在綠熟期、轉(zhuǎn)色期和紅熟期，對(duì)TS330、A57 及其F1、F2單株取10 個(gè)大小、形狀相當(dāng)、無機(jī)械損傷、無病蟲害的番茄果實(shí)，用GY-4（HANDPI，艾德堡）果實(shí)硬度計(jì)于番茄果實(shí)最大橫徑處（避開腔室隔）測(cè)定果實(shí)硬度（kg·cm-2）。測(cè)定時(shí)硬度計(jì)的探針應(yīng)垂直指向番茄果實(shí)施加壓力直至果肉被探頭頂端壓入為止，記錄硬度計(jì)上顯示的數(shù)值。每個(gè)果實(shí)檢測(cè)最大橫徑處兩個(gè)端點(diǎn)。

1.3 果皮結(jié)構(gòu)的觀察

在果實(shí)綠熟階段，選取TS330、A57 以及F1生長(zhǎng)良好的果實(shí)，用于石蠟切片觀察。將果實(shí)表面用無菌水清洗干凈，用消毒過的鑷子取1 cm×1 cm大小的果皮置于FAA 固定液中固定24 h，用于果實(shí)石蠟切片制作和觀察（楊生保 等，2017）。

1.4 果膠含量的測(cè)定

參照龐榮麗等（2014）的比色法（硫酸-咔唑法）測(cè)定番茄果膠含量，設(shè)3 次重復(fù)。稱取1 g 果實(shí)樣品磨成勻漿轉(zhuǎn)至50 mL 離心管中，加入25 mL 95%無水乙醇，沸水加熱30 min，4 500 r·min-1離心15 min，棄上清液，4 次重復(fù)，得沉淀。在沉淀中加入25 mL 0.5 mol·L-1硫酸，在沸水中加熱1 h，冷卻至室溫，12 000 r·min-1冷凍離心15 min，取上清液，定容到100 mL。最后采用比色法進(jìn)行果膠含量（以半乳糖醛酸含量計(jì)）測(cè)定。

半乳糖醛酸含量=（m′×V×100%）/（Vs×m×106）

其中，m′為標(biāo)準(zhǔn)曲線所查得半乳糖醛酸的質(zhì)量（g）；V為樣品提取液總體積（mL）；Vs為測(cè)定時(shí)所取樣品液體積（mL）；m為樣品質(zhì)量（g）。

2 結(jié)果與分析

2.1 TS330 和A57 果實(shí)硬度分析

從圖1 可以看出，隨著番茄果實(shí)成熟，果實(shí)硬度逐漸降低。TS330 的果實(shí)硬度為16.1～26.9 kg·cm-2，A57 的果實(shí)硬度為13.4～19.1 kg·cm-2，TS330 在3 個(gè)時(shí)期的果實(shí)硬度均顯著高于A57，在綠熟期二者果實(shí)硬度差異最大。

圖1 TS330、A57 的果實(shí)硬度

2.2 番茄果實(shí)硬度與果皮結(jié)構(gòu)的關(guān)系

顯微結(jié)構(gòu)顯示綠熟期TS330 果皮的細(xì)胞壁厚度大于A57 及 F1（圖2）。由于TS330 的果實(shí)硬度依次大于F1和A57（表1），表明果實(shí)硬度可能與果皮細(xì)胞壁厚度有關(guān)。在果實(shí)成熟衰老過程中，細(xì)胞壁逐漸被降解、變薄，果實(shí)也隨之變軟。

TS330、A57 及其F1的果實(shí)表皮細(xì)胞排列密度具有顯著差異，1.3 mm 厚度果皮內(nèi)，TS330、F1、A57 細(xì)胞層數(shù)分別12、9 和6（圖2）。相關(guān)分析結(jié)果表明，果實(shí)硬度與果皮細(xì)胞致密度（單位厚度的細(xì)胞層數(shù)）的相關(guān)系數(shù)為0.96，呈顯著正相關(guān)。果實(shí)表皮細(xì)胞排列致密，有助于提高番茄果實(shí)硬度。

圖2 TS330、F1、A57 綠熟果實(shí)表皮石蠟切片觀察

表1 綠熟期番茄果實(shí)果膠含量和果實(shí)硬度

2.3 番茄果實(shí)硬度與果膠含量的關(guān)系

從表1 可以看出，綠熟期番茄果實(shí)果膠含量為TS330＞F1＞A57，果實(shí)硬度TS330＞F1＞A57。相關(guān)分析結(jié)果表明，番茄綠熟期果實(shí)硬度與果皮細(xì)胞壁果膠含量的相關(guān)系數(shù)為0.99，呈顯著正相關(guān)。

2.4 番茄果實(shí)硬度的遺傳分析

圖3 TS330×A57 F2綠熟期果實(shí)硬度分布

以高硬度材料TS330 為母本，低硬度番茄材料A57 為父本構(gòu)建F2遺傳群體，分析果實(shí)硬度的遺傳特性（圖3）。208 個(gè)F2單株綠熟期果實(shí)硬度為9.52～30.90 kg·cm-2，平均為25.74 kg·cm-2，中值為25.70 kg·cm-2，變異系數(shù)11%。F1果實(shí)硬度接近于F2中值，F(xiàn)2果實(shí)硬度的變異范圍超出親本硬度范圍，趨向正態(tài)分布，表明番茄果實(shí)硬度為數(shù)量性狀。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)以TS330 為母本、A57 為父本構(gòu)建番茄果實(shí)硬度F2遺傳群體，分析果實(shí)硬度的分布狀態(tài)，認(rèn)為果實(shí)硬度屬于數(shù)量性狀，與李慧（2006）的研究結(jié)果一致。番茄果實(shí)硬度在綠熟期最大，隨著果實(shí)的成熟，硬度逐漸下降，與尹慶珍等（2016）的研究結(jié)果一致。番茄果實(shí)硬度作為數(shù)量性狀，還受環(huán)境的影響。同一番茄品種，因地理環(huán)境、田間管理、采摘時(shí)間、采后生理因素、貯藏放置等不同而影響果實(shí)硬度（李景富 等，2016）。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，番茄果實(shí)硬度與果皮結(jié)構(gòu)和果膠含量有關(guān)。一般情況下，細(xì)胞壁較厚，番茄果實(shí)硬度相對(duì)較大，這與細(xì)胞壁內(nèi)存在的纖維素和果膠有一定相關(guān)性（駱蒙 等，1997）。在果實(shí)成熟過程中，細(xì)胞壁中膠層降解，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，細(xì)胞壁變薄（饒景萍和任小林，1997）。通過比色法測(cè)定TS330、A57 以及F1綠熟期果實(shí)中的果膠含量，表明番茄果實(shí)硬度與果膠含量顯著相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為0.99）。萬賽羅等（2008）認(rèn)為果實(shí)硬度與不溶性果膠含量呈極顯著正相關(guān)，與可溶性果膠含量呈負(fù)相關(guān)。本試驗(yàn)中用于測(cè)定果膠含量的樣本是綠熟期果實(shí)，該階段果膠主要以不溶性果膠形式存在，可溶性果膠含量較少，因此果實(shí)硬度表現(xiàn)出與果膠含量的高度相關(guān)性。

本試驗(yàn)中，TS330×A57 的F2果實(shí)硬度趨向正態(tài)分布，表明果實(shí)硬度受多位點(diǎn)控制。前人研究也認(rèn)為番茄果實(shí)硬度為數(shù)量性狀，遺傳模型為多基因混合遺傳模型，由復(fù)雜的多基因控制（穆欣，2004；郭軍 等，2013；何艷龍，2016），今后對(duì)果實(shí)硬度形成的分子機(jī)制需要進(jìn)一步探究。