成熟期不同品種棗果肉微觀組織結構特征

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（1.新疆大學 資源與環(huán)境科學學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆農(nóng)業(yè)大學 a.林業(yè)研究所；b.新疆紅棗工程技術研究中心，新疆 烏魯木齊 830052；3.新疆維吾爾自治區(qū)科技項目服務中心，新疆 烏魯木齊 830001；4.中國林業(yè)科學研究院 林業(yè)科技信息研究所，北京 100091）

棗Ziziphus jujuba果實是中國特色的經(jīng)濟果品之一[1-3]。質(zhì)地是棗果的一個重要質(zhì)量指標，直接影響其食用價值，也是影響其口感的一個重要因素[4-6]。棗果質(zhì)地變化的內(nèi)在原因是微觀結構發(fā)生了變化[7]。由于細胞類型、排列方式以及孔隙特征的差異，果肉組織會表現(xiàn)出不同的質(zhì)地特性[8-9]，可以說組織的微觀結構在一定程度上決定著果品質(zhì)地的多樣性。近年來，關于果實組織解剖結構的研究已有一些報道，魏欽平等[10-11]報道了不同生態(tài)區(qū)喬納金和富士蘋果果皮角質(zhì)膜厚度、質(zhì)地均一程度各異，表皮細胞的大小、形狀和排列方式等影響角質(zhì)膜厚度和質(zhì)地；李治梅[12]以鴨梨和黃金梨為試材研究了果實結構與耐貯藏性的關系；侯聚敏[13]通過對果肉組織微觀結構形態(tài)學參數(shù)進行主成分分析，實現(xiàn)了不同品種蘋果的有效識別。關于棗果肉組織結構的研究多集中于保鮮、貯藏和加工等方面[14-17]。肖程順[18]就不同品種紅棗果肉細胞的內(nèi)含物進行了比較；潘青華等[19]通過對棗解剖結構及其變化規(guī)律的研究，探討了棗果的裂果機理；梁小娥等[20]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)鮮棗的貯藏伴隨著棗果的軟化，果肉中薄壁細胞的超微結構變化顯著；于靜靜等[21]指出采用不同干燥方式制得的干棗產(chǎn)品的細胞組織結構差異較大；韋玉龍等[22-23]研究了熱風干制溫度對棗果微觀組織結構及表皮角質(zhì)層的影響。在以往的研究中，大多涉及果實結構與采后制干特性[24]及耐貯藏性間的關系，且多局限于對單一品種的研究，對不同品種及不同成熟期（根據(jù)棗果皮色和果肉質(zhì)地變化，可將棗成熟期分為白熟期、脆熟期和完熟期[25]）棗果肉組織結構差異性的研究鮮見報道，缺乏詳盡的資料。文中通過對不同品種及不同成熟期棗果肉的微觀組織結構進行定量分析，比較果實形態(tài)學參數(shù)的差異，旨在從微觀尺度（細胞組織結構）揭示不同品種、不同成熟期棗果肉組織結構的差異性及變化規(guī)律，定量地表征和解析棗果肉結構特征，為分析比較不同品種棗果肉微觀組織結構的差異提供數(shù)據(jù)支持，在微觀組織結構層面為不同品種棗果品質(zhì)差異對比及棗果食用和加工過程中適時采收提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料采自新疆農(nóng)業(yè)大學林業(yè)研究所博湖南山試驗基地，試驗地立地條件和管理水平一致，試驗樹均為正常生長的成年結果樹[26]。試驗樣樹為馬牙棗、駿棗、灰棗3 個新優(yōu)品種，均為該試驗基地的優(yōu)選品系，果大，果實屬于不同質(zhì)地類型且具各自感官品相。

1.2 試驗方法

1.2.1 取 樣

每個品種選擇生長狀況基本一致的3 株植株，分白熟前期（果實體積不變）、白熟期（果柄處稍紅）、脆熟半紅期、脆熟全紅期、完熟期5 個時期（依次以I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ表示），每個時期選取果形端正、大小一致、無病蟲害、無傷痕和壞點的果實，分別在樣樹的東、西、南、北、中5 個方位采摘棗果樣品，每個方位2 個樣，每個時期采摘30 個，共計150 個棗果樣品。由于品種間成熟期所處時間略有不同，根據(jù)果實的硬度和可溶性固形物指標，結合淀粉染色結果，判定各品種的成熟期進行采收。

1.2.2 切 片

將棗果切成長和寬均為0.5 cm、高為棗果橫徑長度的類長方體小塊，每棗果3 個重復。將切好的樣品塊浸入4%多聚甲醛固定液中，用真空泵抽氣后固定24 h。脫水、透明與浸蠟、包埋、切片、展片與烤片、脫蠟、染色、封片參照文獻[27-29]中的方法，并稍改進：烤片過程中水溫設置為40 ～42 ℃，烤片溫度設置為50 ～55 ℃，番紅染液染色35 min、固綠染液染色5 s。

1.2.3 參數(shù)采集

使用Nikon Ci-L 數(shù)碼生物顯微鏡進行觀察拍照，采用配套NIS-Elements D 軟件進行相關數(shù)據(jù)采集。采集相關數(shù)據(jù)時選取棗果赤道部位皮下10 mm處同樣大?。?9 300 μm2）的封閉區(qū)域（約10 個完整細胞），從封閉區(qū)域依據(jù)形狀選取細胞（細胞邊緣光滑，孔隙邊緣呈“之”字形且具有銳角）。位于圖像邊緣的細胞形態(tài)學信息不完整，不能反映果肉組織的微觀結構特征，因此忽略矩形圖片邊緣具有直線的細胞（半細胞）[13]。選取細胞后自動生成基本參數(shù)：細胞面積（A）、周長（C）、橫徑、縱徑、等效直徑。每個切片選取3個封閉區(qū)域，提取平行參數(shù)，得其平均值。圓形率（γ）和間隙率（R隙）用以下公式進行計算。

γ=C2/4πA；

R隙=(S封-S胞)/S封。

式中，S封表示封閉區(qū)域面積；S胞表示細胞面積。

相鄰成熟期（Ⅰ—Ⅱ、Ⅱ—Ⅲ、Ⅲ—Ⅳ、Ⅳ—Ⅴ）間各形態(tài)參數(shù)的變化率即當前時期參數(shù)與前一時期參數(shù)的差值占前一時期參數(shù)的百分比；各形態(tài)參數(shù)的整個果熟期（Ⅰ—Ⅴ）的變化率為Ⅴ與I期參數(shù)的差值占I期參數(shù)的百分比。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Origin Pro 9.1、Excel 2010 軟件進行數(shù)據(jù)的初步統(tǒng)計分析，使用SPSS 19.0 軟件進行相關分析。

2 結果與討論

2.1 不同品種脆熟期棗果肉組織顯微結構的比較

灰棗、駿棗、馬牙棗3 個品種脆熟期（Ⅴ）棗果肉組織顯微結構如圖1所示。由圖1可見，灰棗、駿棗和馬牙棗的果肉組織形態(tài)存在差異。細胞通過細胞壁彼此相聯(lián)，其間隨機夾雜多邊形區(qū)域[30]。灰棗果肉組織（圖1A）細胞明顯比駿棗（圖1B）和馬牙棗（圖1C）小，而駿棗和馬牙棗果肉組織細胞面積相當。另外，駿棗果肉組織內(nèi)孔隙分布比其他2 個品種多。

2.2 不同品種不同成熟期棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)的比較

2.2.1 棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)值的比較

對灰棗、駿棗、馬牙棗3 個品種在不同成熟期的果肉組織細胞的形態(tài)學參數(shù)進行量化及分析，其結果見表1。由表1可知，在不同成熟期，不同品種棗果肉組織細胞的形態(tài)學參數(shù)存在相同特征。3 個品種在Ⅱ期的細胞面積、周長、等效直徑、橫徑、縱徑和圓形率均顯著高于其他時期，間隙率在Ⅱ期均最小，在Ⅲ期均最大。

在不同成熟期，不同品種棗果肉組織細胞的形態(tài)學參數(shù)也存在一定差異。灰棗果肉細胞間隙率在Ⅲ期達到最大值后無顯著變化，其他參數(shù)值均為在I期最小；整個成熟期細胞面積變化范圍為2 550.90 ～2 781.98 μm2，周長變化范圍為170.27 ～186.62 μm，橫徑變化范圍為48.08 ～56.72 μm，縱徑變化范圍為59.53 ～71.66 μm，等效直徑變化范圍為47.41 ～55.95 μm，間隙率變化范圍為0.12 ～0.17，不同成熟期的圓形率變化不大。駿棗果肉細胞間隙率在Ⅲ期達到最大值后逐漸減小，除縱徑、等效直徑和間隙率外，在I期的其他參數(shù)值均最小；整個成熟期細胞面積變化范圍為4 097.68 ～4 393.03 μm2，周長變化范圍為212.56 ～235.53 μm，橫徑變化范圍為65.69 ～71.49 μm，縱徑在Ⅲ期出現(xiàn)最小值，變化范圍為75.83 ～81.26 μm，等效直徑在Ⅳ期值最小，變化范圍為63.25 ～67.54 μm，間隙率變化范圍為0.23 ～0.29；圓形率在Ⅱ期值最大，Ⅴ期次之，各成熟期間均存在顯著差異，在整個成熟期變化范圍為0.89 ～0.97。馬牙棗果肉細胞間隙率在Ⅲ期達到最大后無顯著變化；除縱徑、等效直徑和間隙率外，在Ⅴ期的其他參數(shù)值均最??；整個成熟期細胞面積變化范圍為3 817.42 ～4 452.92 μm2，周長變化范圍為205.41 ～242.50 μm，橫徑變化范圍為65.34 ～69.89 μm，縱徑和等效直徑均在Ⅲ期最小，變化范圍分別為74.55 ～83.95、61.70 ～67.88 μm；間隙率在Ⅲ期達到最大值0.18后無顯著變化；圓形率在Ⅲ期值最大，在I期次之，在Ⅳ期后無顯著差異，在整個成熟期變化范圍為0.93 ～0.97。

圖1 不同品種棗果肉組織的顯微結構Fig.1 Microscopic tissue structure of different Ziziphus jujuba varieties

表1 不同品種不同成熟期棗果肉組織細胞的形態(tài)學參數(shù)?Table1 Morphological parameters of pulp tissue of different jujube varieties at different maturity stages

2.2.2 棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)變化趨勢的比較

由表1可知，不同成熟期棗果實微觀組織結構的參數(shù)幾乎均發(fā)生了變化，而且不同品種的變化特征幾乎相同。其中，棗果肉細胞面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和間隙率均在Ⅱ、Ⅲ期發(fā)生較大變動。就圓形率而言，不同品種棗果肉細胞變化特征不盡相同，灰棗的圓形率在整個成熟期無顯著變化，而駿棗和馬牙棗在整個成熟期均出現(xiàn)較大波動。

隨著果實生長發(fā)育，棗果肉細胞的面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和圓形率整體上均呈先增大、再減小、后趨于不變的趨勢。其中，細胞面積、周長和等效直徑的變化特征及趨勢幾乎一致，均在I期后以不同速率增長，在Ⅱ期達到峰值后以不同速率減小，在Ⅲ期后趨于平穩(wěn)，變化不明顯；橫徑、縱徑和圓形率的變化趨勢在Ⅲ期前一致，均為先增大，至Ⅱ期后顯著下降，但Ⅲ期后趨勢不一，橫徑和圓形率以較低速率減小，至Ⅳ期后增加，而縱徑增大至Ⅳ期后減??；間隙率的變化趨勢為先減小，至Ⅱ期后增大，至Ⅲ期后則趨于平穩(wěn)。

從果肉細胞的面積、周長、橫徑、縱徑和等效直徑可知，駿棗和馬牙棗的果肉組織細胞較灰棗大，這與圖1的觀察結果一致。果肉組織細胞的圓形率由大到小依次為灰棗、馬牙棗、駿棗，這表明灰棗果肉組織細胞最圓，駿棗次之，最后是馬牙棗。灰棗和馬牙棗果肉組織細胞間隙率均小于駿棗。

2.3 不同品種不同成熟期棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)變化率的比較

不同品種不同成熟期棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)的變化率見表2。由表2可知，就整個果熟期而言，灰棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)的變化率均呈正值，其細胞面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑、圓形率和間隙率分別增加了11.8%、5.7%、10.0%、3.0%、6.5%、1.0%、13.4%，根據(jù)變化率由高到低排序，各參數(shù)依次為間隙率、面積、等效直徑、周長、縱徑、圓形率、橫徑。除縱徑和等效直徑外，駿棗果肉組織細胞其他參數(shù)的變化率均呈正值，其細胞面積、周長、橫徑、圓形率和間隙率分別增加了0.3%、3.6%、2.6%、2.2%、21.2%，縱徑和等效直徑分別減小了4.8%和1.1%，根據(jù)變化率絕對值由高到低排序，各參數(shù)依次為間隙率、縱徑、周長、橫徑、圓形率、等效直徑、面積。除間隙率外，馬牙棗果肉組織細胞其他參數(shù)的變化率均呈負值，其細胞間隙率增加了7.0%，面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑、圓形率分別減小了14.2%、10.1%、23.0%、3.8%、3.0%、2.0%，根據(jù)變化率絕對值由高到低排序，各參數(shù)依次為面積、間隙率、縱徑、等效直徑、橫徑、周長、圓形率。

表2 不同品種不同成熟期棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)的變化率Table2 Change rate of pulp tissue parameters of different jujube varieties at different maturity stages %

在相鄰成熟期（Ⅰ—Ⅱ、Ⅱ—Ⅲ、Ⅲ—Ⅳ、Ⅳ—Ⅴ）間，除間隙率外，灰棗和駿棗果肉組織細胞其他參數(shù)的變化率均表現(xiàn)為在Ⅰ—Ⅱ階段呈正值且最大，在Ⅱ—Ⅲ階段呈負值，而間隙率表現(xiàn)為在Ⅰ—Ⅱ階段為負值，在Ⅱ—Ⅲ階段為正值且最大，其他階段均無明顯增減的規(guī)律。除間隙率外，馬牙棗果肉組織細胞其他參數(shù)的變化率均表現(xiàn)為在I—Ⅱ階段呈正值，在Ⅱ—Ⅲ階段呈負值且絕對值最大，間隙率在I—Ⅱ階段為負值，在Ⅱ—Ⅲ階段為正值且最大，其他階段均無明顯增減的規(guī)律?？梢姡? 個品種棗果肉組織細胞間隙率的變化率特征一致，而其他參數(shù)變化率特征存在差異。

3 結論與討論

灰棗、駿棗、馬牙棗3 個品種棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)間存在差異?；覘椆饨M織細胞的面積、周長、橫徑、縱徑和等效直徑明顯小于駿棗和馬牙棗，駿棗和馬牙棗相當。各品種果肉組織細胞的圓形率由高到低依次為灰棗、馬牙棗、駿棗。駿棗組織內(nèi)孔隙分布較其他2 個品種多。棗果肉微觀結構的變化與棗果質(zhì)地變化存在一定相關規(guī)律：果肉細胞的圓形率越大、間隙率越小，果肉結構越致密、質(zhì)地越硬。3 個品種棗果肉組織細胞的面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和圓形率均為先增大，在Ⅱ期后減小，至Ⅲ期后趨于平穩(wěn)，間隙率的變化趨勢相反，為先減小，至Ⅱ期后增大，到Ⅲ期后趨于平穩(wěn)。3 個品種棗果肉細胞圓形率的變化特征有較大差異：灰棗果肉細胞的圓形率無顯著變化，駿棗和馬牙棗均出現(xiàn)較大波動。隨著棗果成熟期的發(fā)育進程，灰棗果肉組織細胞的參數(shù)值均增大；駿棗果肉組織細胞的面積、周長、橫徑、圓形率和間隙率均增大，而其縱徑和等效直徑減??；馬牙棗果肉組織細胞的間隙率增大，而其面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和圓形率均減小。棗果肉細胞的面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和圓形率的變化趨勢一致，而間隙率的變化趨勢與之相反。棗果肉微觀組織細胞結構參數(shù)變化主要集中在Ⅰ—Ⅲ期，不同品種各參數(shù)的變化率存在差異。在脆熟半紅期之前，棗果肉組織細胞尚在發(fā)育，應在該時期之后采收棗果，即在脆熟半紅期之后根據(jù)食用和加工等特定需求適時進行采收。

果肉細胞的結構與果實食用品質(zhì)、肉質(zhì)密切相關[31]。通過對參試品種的顯微觀察和分析，結果表明果實肉質(zhì)口感酥脆的品種，如灰棗和馬牙棗，果肉細胞的圓形率較低、間隙率較高；果實肉質(zhì)口感硬韌的品種，如駿棗，果肉細胞的圓形率較高、間隙率較小?？梢?，不同品種棗果肉組織的結構是影響棗果食用品質(zhì)和果肉質(zhì)地的主要因素。陶世蓉[32]經(jīng)研究得出，不同品種梨果實結構的差別表現(xiàn)在果肉細胞結構等的不同，與本研究結果相一致。而且，人們往往喜歡肉質(zhì)硬脆、果汁含量高的棗果，也有研究結果表明果實肉質(zhì)的脆硬程度，除與果實含鈣量、果肉細胞壁厚度、果肉及果皮中原果膠和纖維素的含量有關外，還與果肉細胞的排列和形狀等有關[33]。細胞越圓，意味著細胞間連接越少，果肉組織分離越嚴重，間隙率反映了棗果肉微觀組織結構的緊密度，所以細胞圓形率和間隙率的不同勢必會引起果肉質(zhì)地特征的不同。本研究中，與駿棗和馬牙棗相比，灰棗果肉細胞的間隙率較低、圓形率較大。有研究報道灰棗果肉硬度相對較大[8]，表現(xiàn)出致密的口感，這可能是因為棗果肉微觀結構的變化與棗果質(zhì)地變化存在一定相關規(guī)律：果肉細胞的圓形率越大、間隙率越小，果肉結構越致密、質(zhì)地越硬。

本研究結果表明，在棗果實成熟過程中，不同成熟期棗果肉微觀組織結構的變化也存在一定規(guī)律。就灰棗而言，隨著果實生長發(fā)育，棗果肉細胞的面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和圓形率均在白熟期前顯著增大，白熟期后顯著減小，至脆熟半紅期后趨于平穩(wěn)，而間隙率在白熟期前顯著減小，白熟期后顯著增大，至脆熟半紅期后趨于平穩(wěn)。一方面，說明棗果進入成熟期后，其果肉組織細胞仍在發(fā)育，至脆熟半紅期后發(fā)育逐漸結束，故棗果采收要選擇在其生理發(fā)育期之后進行。另一方面，棗果肉細胞的面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和圓形率的變化趨勢一致，而間隙率的變化趨勢與之相反。與不同品種間棗果肉微觀組織結構差異的規(guī)律相比，除細胞面積外，規(guī)律基本一致，可見棗果細胞面積受品種差異的影響比其受時期變化的影響大，具體差異還應進一步量化研究。

果實生長的中后期，是重要的果肉細胞膨大期[34-35]，在白熟期之前棗果還在增大，棗果肉細胞面積隨之也有增大趨勢，而到了白熟期，棗果體積不再增大，棗果肉細胞面積也不再增大；此外，棗果成熟過程中，果實硬度在前期快速增大，而后期逐漸減小且變化幅度變小[8-9]，與細胞體積前期快速增大而后期減小且變化幅度減小的趨勢相對應，進一步表明果肉細胞變化是影響果實發(fā)育過程中硬度變化的一個重要因素。