細胞代謝酶活性、碳水化合物及內(nèi)源激素與棗裂果關(guān)系

王建宇，高秋玲，王振磊，林敏娟

(塔里木大學植物科學學院/南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團南疆特色果樹生產(chǎn)工程實驗室/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團塔里木盆地生物資源保護與利用重點實驗室，新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】裂果屬于一種生理病害，是果實對內(nèi)部生長和外界環(huán)境不協(xié)調(diào)作出的反應(yīng)。裂果大多發(fā)生于番茄[1]，荔枝[2]、梨[3]、西瓜[4]、棗[5]等。裂果的發(fā)生降低了果實的品質(zhì)和產(chǎn)量，嚴重制約了產(chǎn)業(yè)鏈條的發(fā)展。【前人研究進展】果實裂果的最初應(yīng)激反應(yīng)是果皮，裂果的發(fā)生致使果皮開裂，之后再是果肉的開裂；細胞壁主要是由果膠、半纖維素和纖維素構(gòu)成，細胞壁組分含量的變化與果皮發(fā)育狀態(tài)密切相關(guān)。果實的內(nèi)含物質(zhì)主要由碳水化合物、礦質(zhì)元素和水分等構(gòu)成，內(nèi)含物組分和含量的變化與果肉發(fā)育狀態(tài)緊密相關(guān)。對番荔枝研究中發(fā)現(xiàn)，與果皮開裂相關(guān)性最高的是原果膠含量，其次是果皮中的PG、Cx和PME活性；而與果肉開裂相關(guān)的主要是淀粉、原果膠含量，果肉中的PG、Cx活性[6]。對“壺瓶棗”裂果的研究發(fā)現(xiàn)，在果實發(fā)育過程中，果皮中原果膠和纖維素含量降低，水溶性果膠含量增加[7]。錦橙裂果的果皮中可溶性果膠含量高于正常果，而原果膠含量則低于正常果[8]。關(guān)于糖酸含量與裂果間關(guān)系的報道，目前主要集中在可溶性糖含量的研宄上，可溶性糖是果實生長發(fā)育的基礎(chǔ)物質(zhì)，目前研究僅進行了糖分含量最基本的測定和比較。一般認為，棗果含糖量越高裂果率就越高[9]，隨著果實成熟含糖量隨之增高，果皮韌性降低，果實過多地吸收水分，果肉膨壓加大，果皮承受不住果肉膨壓而致使表皮破裂[10]。糖含量與品種間的裂果敏感性無明顯相關(guān)性，紅棗裂果與紅棗可溶性固形物含量無關(guān)[11]，同一品種糖分含量高的棗果，棗裂果越嚴重，不同品種的棗果即便是同一糖分含量，其裂果指數(shù)也不盡統(tǒng)一[12]。GA3和6-BA植物生長激素的使用可以降低壺瓶棗的裂果[13-14]。在番荔枝果實迅速生長期，噴施萘乙酸可以減少裂果的發(fā)生[15]。開裂石榴果皮中ABA含量明顯高于健康果實果皮中ABA含量[16]。易裂品種駿棗果實發(fā)育后期果皮中的GA3含量、果肉中的IAA含量明顯高于抗裂品種“圓鈴棗”[17]。【本研究切入點】目前關(guān)于裂果的研究主要是側(cè)重于不同品種間形態(tài)解剖特征、生理特性、遺傳因素、環(huán)境條件、栽培措施以及防裂試劑等措施。但是在有關(guān)棗果糖積累、細胞壁物質(zhì)含量、內(nèi)源激素方面的研究仍不夠深入，缺乏系統(tǒng)性研究，三者與棗裂果關(guān)系的作用不是十分清楚，并且關(guān)于在裂果部位和非裂果部位的研究少有報道。研究細胞代謝酶活性、碳水化合物及內(nèi)源激素與棗裂果關(guān)系?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以易裂果棗品種“伏脆蜜”為材料，對裂果果實的裂果部位和非裂果部位以及正常果的果皮和果肉中的細胞壁物質(zhì)、碳水化合物、細胞代謝酶活性以及內(nèi)源激素指標進行測定，分析細胞壁物質(zhì)、碳水化合物、內(nèi)源激素和細胞代謝酶活性與裂果的關(guān)系，為棗裂果發(fā)生的機制及為防止棗裂果提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料為塔里木大學棗種質(zhì)資源圃易裂果品種“伏脆蜜”。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

采用田間試驗方法，在果實半紅期，采摘100個裂果的果實和60個正常果實，進行裂果部位和非裂果部位及正常果的果皮和果肉分離，用液氮冷凍后裝入自封袋中，置于-80℃超低溫冰箱保存，用于測定細胞壁物質(zhì)、碳水化合物、細胞代謝酶活性以及內(nèi)源激素(試驗指標各3次生物學重復(fù))。

1.2.2 測定指標1.2.2.1 細胞代謝酶

過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚氧化法測定；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑光化還原法測定；多酚氧化酶(PPO)活性采用紫外吸收法測定；果膠酶活性和纖維素酶活性采用DNS終止反應(yīng)的方法測定[17-20]。

1.2.2.2 細胞壁物質(zhì)

用咔唑硫酸比色法測定水溶性果膠(WSP)、離子結(jié)合果膠(ISP)和共價結(jié)合果膠(CSP)含量，用蒽酮比色法測定半纖維素含量和纖維素含量[19-20]。

1.2.2.3 糖物質(zhì)

葡萄糖，果糖和蔗糖采用高效液相色譜法測定；淀粉的測定采用蒽酮硫酸法；可滴定酸含量采用滴定法測定[19-21]。

1.2.2.4 內(nèi)源激素

內(nèi)源激素測定：利用液質(zhì)聯(lián)用(HPLC-MS)的方法檢測IAA、ABA和GA3的含量并在北京諾和公司完成。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS進行數(shù)據(jù)的處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 果皮不同部位細胞代謝酶活性的比較

研究表明，棗果果皮的細胞代謝酶活性在不同部位存在顯著差異，裂果部位的POD活性顯著高于正常果和非裂果部位的POD活性，高12.5%和14%；裂果部位的SOD活性極顯著高于正常果和非裂果部位的SOD活性，高20%和41.5%，正常果的SOD活性極顯著高于非裂果部位的SOD活性，高17.9%；裂果部位的PPO活性顯著低于非裂果部位，極顯著低于正常果的PPO活性，分別低75.1%和84.4%，非裂果部位的PPO活性顯著低于正常果的酶活性，低37.3%；裂果部位的果膠酶活性極顯著低于正常果和非裂果部位的果膠酶活性，低12.2%和37.4%，正常果的果膠酶活性極顯著低于非裂果部位的果膠酶活性，低28.8%；正常果的纖維素酶活性極顯著低于裂果部位和非裂果部位的酶活性，低17%和40.9%，裂果部位的纖維素酶活性極顯著低于非裂果部位的活性，低28.8%。表1

表1 果皮不同部位細胞代謝酶活性差異

2.2 果皮不同部位細胞壁物質(zhì)含量的比較

研究表明，棗果果皮的細胞壁物質(zhì)含量在不同部位存在顯著差異，正常果和裂果部位果皮中的纖維素含量極顯著高于非裂果部位，高96.3%和106.1%；裂果部位果皮的半纖維素含量顯著低于非裂果部位，極顯著低于正常果果皮中的半纖維素含量，分別低50%和64.4%，非裂果部位果皮中的半纖維素含量顯著低于正常果果皮中的半纖維素含量，低28.9%。

非裂果部位果皮中的WSP和CSP含量極顯著高于裂果部位和正常果果皮中的WSP和ISP含量，分別高81%和125.1%，284.3%和275.9%；裂果部位和正常果果皮中ISP含量極顯著低于非裂果部位果皮中的ISP含量，分別低44.4%和41.6%。表2

表2 果皮不同部位細胞壁物質(zhì)含量差異

2.3 果肉不同部位碳水化合物含量及可滴定酸含量的比較

研究表明，棗果果肉的糖含量及可滴定酸含量在不同部位存在顯著差異，裂果部位的可溶性總糖含量、蔗糖含量和糖酸比極顯著高于非裂果部位和正常果的可溶性總糖含量、蔗糖含量和糖酸比，分別高14.2%和48.4%，21.7%和119.2%，4.9%和105.8%，非裂果部位的可溶性總糖含量、蔗糖含量和糖酸比極顯著高于正常果的可溶性總糖含量、蔗糖含量和糖酸比，分別高29.9%、80.1%和96.2%；裂果部位的淀粉含量極顯著高于非裂果部位和正常果的淀粉含量，高27.5%和30.8%；裂果部位果肉中的還原性糖和葡萄糖含量極顯著低于非裂果部位和正常果果肉中的還原性糖和葡萄糖含量，分別低5.2%和41.5%，7.5%和46.7%，非裂果部位果肉中的還原性糖和葡萄糖含量極顯著低于正常果果肉中的還原性糖和葡萄糖含量，分別低38.3%和42.4%；裂果部位果肉中的果糖含量顯著低于非裂果部位，極顯著低于正常果果肉中的果糖含量，分別低5.7%和36.4%，非裂果部位果肉中的果糖含量極顯著低于正常果果肉中的果糖含量，低32.6%；正常果果肉中的可滴定酸含量極顯著高于裂果部位和非裂果部位果肉中的可滴定酸含量，高30%和44.4%，裂果部位果肉中的可滴定酸含量極顯著高于非裂果部位果肉中可滴定酸含量，高11.1%。表3

表3 果肉不同部位糖含量及可滴定酸含量差異

2.4 不同部位內(nèi)源激素含量的比較

研究表明，正常果果肉中的IAA和ABA含量極顯著高于裂果部位和非裂果部位果肉中的IAA和ABA含量，分別高4和12.8倍，12.9%和37.8%，裂果部位果肉中的IAA和ABA含量極顯著高于非裂果部位果肉中的IAA和ABA含量，分別高173.7%和22%；正常果果肉中GA3含量極顯著高于裂果部位和非裂果部位果肉中的GA3含量，高75倍。

裂果部位果皮中的IAA和ABA含量極顯著高于正常果和非裂果部位果皮中的IAA和ABA含量，分別高1.2和5.1倍，2.8%和37.8%，正常果果皮中的IAA和ABA含量極顯著高于非裂果部位果皮中的IAA和ABA含量，分別高180%和34%；非裂果部位果皮中GA3含量極顯著高于正常果和裂果部位果皮中的GA3含量，分別高81.3%和190%，正常果果皮中GA3含量極顯著高于裂果部位果皮中的GA3含量，高60%。

從3種內(nèi)源激素的比例，ABA所占的比列在3種激素都是最多的；而IAA在裂果部位果肉內(nèi)所占比例相對較大；而GA3在非裂果部位果皮中所占比例相對較大。表4

表4 不同部位內(nèi)源激素含量差異

3 討 論

3.1 果皮細胞代謝酶與裂果的關(guān)系

POD能夠消解植物體內(nèi)的生長素以及可以使組織內(nèi)的所含的某些碳水化合物轉(zhuǎn)變?yōu)槟举|(zhì)素，增加木質(zhì)化程度。果皮內(nèi)POD活性增高，加速了果皮細胞的木質(zhì)化進程，造成了部分果皮細胞的死亡，果皮的結(jié)構(gòu)遭到破壞，并伴隨著降雨，果肉的滲透壓加強，吸水膨脹，果皮破裂，發(fā)生大量的裂果。果皮細胞壁水解酶活性以及細胞壁結(jié)合型的POD活性高的荔枝品種，其裂果率也高[22]，易裂小型西瓜瓜皮中POD活性顯著高于抗裂小型西瓜[23]。試驗研究發(fā)現(xiàn)，裂果部位果皮中的POD活性極顯著高于非裂果部位和正常果果皮中的POD活性。

棗果皮中的纖維素酶活性、果膠酶活性影響裂果的發(fā)生[17]，在不同品種間易裂性“駿棗”纖維素酶活性高于抗裂性“木棗”和較易裂性“團棗”[24]。在對西瓜研究中發(fā)現(xiàn)，SOD 活性越高品種抗裂性越強[23]?？沽褩椘贩N不同時期不同部位果皮的SOD活性顯著或極顯著高于易裂棗品種[5]。試驗研究表明，裂果部位的纖維素酶活性和果膠酶活性極顯著低于非裂果部位的纖維素酶活性和果膠酶活性，裂果部位果皮中的SOD活性極顯著高于非裂果部位和正常果果皮中的SOD活性，主要可能的原因是所選材料不同，所選試驗材料為裂果部位，組織有損傷，產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，SOD活性增強，可以有效的消除組織損傷所產(chǎn)生的超氧陰離子，保護膜組織，從而保護防止過多的細胞內(nèi)含物質(zhì)流出，可以減緩裂果的進行，但是SOD與裂果的關(guān)系還需要進一步的闡釋。

3.2 果皮細胞壁物質(zhì)含量與裂果關(guān)系

果皮是果實開裂的直接部位，果皮抗裂性形成與果皮強度和延伸性有關(guān)，這與果皮組成物質(zhì)的成分有著密切的關(guān)系。纖維素的排列方式?jīng)Q定細胞壁的致密性，半纖維素形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)加固細胞壁，果膠質(zhì)的存在能夠調(diào)節(jié)初生壁強度和可塑性。細胞壁中纖維素和原果膠含量的增加，可以提高果皮的抗裂性[25]。研究結(jié)果表明，裂果部位果皮半纖維素含量和果膠類物質(zhì)含量顯著低于非裂果部位果皮，但裂果部位果皮的纖維素含量極顯著高于非裂果部位果皮。與上述研究不完全一致，可能是由于所選材料不同。

3.3 果肉碳水化合物與裂果的關(guān)系

易發(fā)生裂果的時期通常是果實接近成熟期，果實中的一系列物質(zhì)在果實成熟過程中會發(fā)生一些生理生化變化。對荔枝果實研究發(fā)現(xiàn)，果糖和葡萄糖的含量都顯著的高于正常果，但蔗糖的含量卻顯著的低于正常果[26]。試驗研究結(jié)果表明，裂果部位果肉中的蔗糖和可溶性糖含量極顯著高于非裂果部位和正常果果肉中的蔗糖和可溶性總糖含量；裂果部位的還原性糖含量、果糖含量和葡萄糖含量極顯著低于非裂果部位的還原性糖含量、果糖含量和葡萄糖含量。

3.4 內(nèi)源激素含量與裂果的關(guān)系

內(nèi)源激素的變化是引起裂果的一個重要原因，特別是在果實發(fā)育的中后期，促進細胞分化生長的內(nèi)源激素加快了果肉細胞的生長速度，使果實的內(nèi)部生長應(yīng)力增加，但此時果皮細胞基本停長，果肉細胞迅速增長膨脹，導致果實開裂。開裂石榴果皮中ABA含量明顯高于健康果實果皮中ABA含量[16]。易裂品種“駿棗”果實發(fā)育后期果皮中的GA3含量、果肉中的IAA含量明顯高于抗裂品種“圓鈴棗”，而“圓鈴棗”果肉中的ABA含量高于“駿棗”[17]。試驗研究表明，裂果部位果肉中的IAA含量和ABA含量極顯著高于非裂果部位果肉；裂果部位果皮中的GA3含量極顯著低于非裂果部位果皮；而裂果果皮中IAA含量和ABA含量是最高的并且與其他部位都呈極顯著關(guān)系?？赡苄纬傻脑?，果皮開裂致使果皮內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，加速了果皮內(nèi)ABA的產(chǎn)生，加速果實的成熟，也可能造成激素的轉(zhuǎn)移，但在果實內(nèi)激素是否存在著的極性運輸還需要進一步的驗證。

4 結(jié) 論

4.1 裂果部位果皮中 POD和SOD活性極顯著高于非裂果部位的POD和SOD活性，裂果部位果肉中的可溶性總糖、蔗糖和淀粉含量極顯著高于非裂果部位中可溶性總糖、蔗糖和淀粉含量。

4.2 非裂果部位果皮中半纖維素、WSP和CSP含量極顯著高于裂果部位的含量，GA3含量極顯著高于正常果皮，裂果部位果皮、果肉和非裂果部位果肉。