伏脆蜜果實(shí)吸水途徑及吸水后結(jié)構(gòu)力學(xué)的變化

潘周昆 楊芯芳 張忠鑫 王振磊 林敏娟*

（1南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

（2新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

棗（Ziziphus jujubaMill.），又稱作大棗，刺棗等，鼠李科棗屬植物，可在沙地和鹽堿地栽培[1]。紅棗生長(zhǎng)期由于受雨季影響，裂果、爛果的現(xiàn)象發(fā)生普遍[2-4]，尤其在果實(shí)膨大期，大量或突然降雨造成果肉吸水膨脹速度高于果皮，導(dǎo)致果皮開裂[5-7]。

裂果的最直接因素是水分的吸收，果實(shí)可從雨水、空氣、土壤等不同途徑吸收水分。水分通過果梗和果面進(jìn)入果實(shí)內(nèi)部，且水分進(jìn)入果實(shí)后的時(shí)期和分布部位不一致，水分通過果梗先進(jìn)入果實(shí)維管束中部，進(jìn)入后由維管束逐漸向邊緣擴(kuò)散；果實(shí)表面的水分通過果皮氣孔進(jìn)入果實(shí)內(nèi)部，最終分布在氣孔周圍淺層細(xì)胞中[8]。張鵬飛等[9]研究發(fā)現(xiàn)水分由葉表面及果面皮孔進(jìn)入，葉片對(duì)水分吸收更能使果肉吸水膨脹，葉片的吸收速率遠(yuǎn)大于果實(shí)。杜巍等[10]從棗果皮、果實(shí)不同部位及果肉細(xì)胞的吸水速度等方面對(duì)棗裂果機(jī)制進(jìn)行了初步的闡釋。許多果樹如蘋果、桃、李、荔枝、葡萄、石榴等也會(huì)發(fā)生裂果現(xiàn)象，Galindo等[11]研究發(fā)現(xiàn)降雨對(duì)水分虧缺條件下的石榴果實(shí)皮裂的影響，在果實(shí)生長(zhǎng)和成熟末期，由于木質(zhì)部作為水進(jìn)入果實(shí)的途徑，水分的虧缺對(duì)石榴果實(shí)的影響更明顯。目前，關(guān)于果實(shí)不同部位吸水量，吸水速率的差異以及果實(shí)吸水后表面結(jié)構(gòu)和力學(xué)變化等方面的研究不多。因此，本研究通過室內(nèi)對(duì)棗果實(shí)不同部位浸水并進(jìn)行紅墨水追蹤同時(shí)配合質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行穿刺實(shí)驗(yàn)，揭示不同部位吸水速率和吸水量的差異及吸水后果實(shí)的結(jié)構(gòu)力學(xué)變化，為防治裂果現(xiàn)象的發(fā)生提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于新疆維吾爾自治區(qū)阿拉爾市塔里木大學(xué)園藝試驗(yàn)站內(nèi)棗種質(zhì)資源圃，北緯40°32′50″，東經(jīng)81°18′5″，海拔974.5 m，年降水量50 mm，年均氣溫10.7℃，溫帶大陸性氣候，土壤類型為沙土，棗種質(zhì)資源圃管理水平中等。選取棗種質(zhì)資源圃內(nèi)樹齡為三年的伏脆蜜品種，管理水平一致，果樹處于盛果期，果實(shí)性狀比較穩(wěn)定。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 果梗和果面的水分吸收調(diào)查

從樹冠外圍中部選取綠熟期、白熟期、半紅期和全紅期果實(shí)大小、成熟度一致的完好果實(shí)，保留果梗，置于泡沫箱中冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室。記錄果實(shí)初重W0，分別將果梗、果面浸入蒸餾水中，處理10 h，每隔2 h擦干稱重，為Wt。設(shè)置對(duì)照組，分別用對(duì)果梗、梗洼封蠟的方式控制變量，果實(shí)在相同的溫度和濕度條件下進(jìn)行自然失水。在人工氣候箱進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)置環(huán)境條件為：T=25 ℃，RH=60%。果實(shí)絕對(duì)吸水量W=Wt–W0；果實(shí)對(duì)照失水量Wi=Wt′–W0′（Wt′為未封蠟果實(shí)浸水后的重量，W0′為未封蠟果實(shí)浸水前的重量）；果實(shí)相對(duì)吸水量Wr=（W–Wi）/W0；果實(shí)相對(duì)吸水速率Vr=Wr/t（t為浸水處理時(shí)間）。

1.2.2 果實(shí)不同部位吸水差異測(cè)定

從樹冠外圍中部選取果實(shí)大小、成熟度一致的成熟期果實(shí)，平均分為3組，分別進(jìn)行如下處理：A組：蠟封果梗，B組：蠟封果梗和梗洼，C組：CK，無(wú)蠟封。在人工氣候箱進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)置與1.2.1中相同環(huán)境。通過下面的公式計(jì)算：整果吸水量Ww=Wc；果梗吸水量Wst=WC-WA；梗洼吸水量Wcd=WA-WB；果面吸水量Wsur=WB。（Wc為對(duì)照組的吸水量，WA為梗洼和果面的相對(duì)吸水量，WB為果面相對(duì)吸水量）

1.2.3 紅墨水示蹤試驗(yàn)

取半紅期伏脆蜜果實(shí)10個(gè)，在恒溫箱中，在滴入紅墨水的蒸餾水中浸泡10 h，將果實(shí)橫剖面在體視顯微鏡下觀察紅墨水進(jìn)入棗果實(shí)的分布狀況，得到棗果實(shí)水分吸收狀況。

1.2.4 果實(shí)浸水試驗(yàn)

分別于白熟期，綠熟期，半紅期，全紅期各取30個(gè)未開裂果實(shí)，裝入尼龍網(wǎng)袋中，扎緊袋口，浸入自來(lái)水中，2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、22 h、28 h、34 h、46 h、48 h計(jì)算裂果率。

1.2.5 棗果穿刺試驗(yàn)

分別于白熟期，綠熟期，半紅期，全紅期各取18個(gè)棗果實(shí)進(jìn)行浸水處理，3次重復(fù)，用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)浸水0 h、2 h、4 h、6 h、8 h和10 h的果實(shí)進(jìn)行穿刺試驗(yàn)，穿刺試驗(yàn)采用整果帶皮穿刺。

2 結(jié)果與分析

2.1 伏脆蜜果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期吸水量和吸水速率的變化

2.1.1 果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期果梗相對(duì)吸水速率變化

如圖1所示，伏脆蜜果實(shí)果梗維管束的相對(duì)吸水速率半紅期最大，浸水10 h果梗相對(duì)吸水速率為1.50%，綠熟期、白熟期、全紅期果實(shí)浸水10 h，果梗的相對(duì)吸水速率分別為0.55%、0.79%、0.75%，比半紅期分別低0.95%、0.71%、0.75%。綠熟期和白熟期伏脆蜜果梗的相對(duì)吸水速率，隨著浸水處理時(shí)間的延長(zhǎng)變化較小，綠熟期果梗相對(duì)吸水速率有小幅度上升趨勢(shì)；白熟期果梗相對(duì)吸水速率呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)，半紅期果梗相對(duì)吸水速率整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，全紅期相對(duì)吸水速率呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。

圖1 不同果實(shí)發(fā)育期果梗相對(duì)吸水速率

2.1.2 果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期果梗相對(duì)吸水量的變化

如圖2所示，隨著浸水時(shí)間的延長(zhǎng)，伏脆蜜果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期相對(duì)吸水量均呈上升趨勢(shì)。浸水時(shí)間相同時(shí)，果實(shí)半紅期果梗相對(duì)吸水量最多，浸水10 h，半紅期果梗相對(duì)吸水量最大，為12.01%，白熟期果梗相對(duì)吸水量最小，為6.86%。

圖2 不同果實(shí)發(fā)育期果梗相對(duì)吸水量

2.1.3 伏脆蜜果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期果面相對(duì)吸水速率變化

如圖3所示，伏脆蜜果實(shí)果面平均相對(duì)吸水速率全紅期最大（1.85%），果實(shí)綠熟期白熟期和半紅期相對(duì)吸水速率分別為0.69%、0.51%、1.17%，較全紅期低1.16%、1.34%和0.68%。伏脆蜜果實(shí)綠熟期，白熟期，半紅期，隨著浸水時(shí)間的延長(zhǎng)，相對(duì)吸水速率變化較小。全紅期果面相對(duì)吸水速率變化幅度較大，2 h時(shí)最大，8 h時(shí)最小，相對(duì)吸水速率相差1.28%。

圖3 不同果實(shí)發(fā)育期果面相對(duì)吸水速率

2.1.4 伏脆蜜果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期果面相對(duì)吸水量的變化

如圖4所示，隨著浸水時(shí)間的延長(zhǎng)，不同發(fā)育時(shí)期伏脆蜜果實(shí)果面相對(duì)吸水量逐漸增加。半紅期和全紅期果面相對(duì)吸水量高于綠熟期和白熟期果面相對(duì)吸水量，果實(shí)綠熟期，白熟期，半紅期和全紅期果面平均相對(duì)吸水量分別為3.97%、3.28%、6.96%、9.10%，全紅期果面相對(duì)吸水量最大，白熟期果面相對(duì)吸水量最小。

圖4 不同果實(shí)發(fā)育期果面相對(duì)吸水量

2.1.5 伏脆蜜果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期梗洼相對(duì)吸水速率的變化

如圖5所示，隨著浸水時(shí)間的增加，梗洼的相對(duì)吸水速率有所減小，果實(shí)全紅期相對(duì)吸水速率顯著高于綠熟期、白熟期和全紅期，其中全紅期在2 h時(shí)的相對(duì)吸水速率最大為1.06%。

圖5 不同果實(shí)發(fā)育期梗洼的相對(duì)吸水速率

2.1.6 伏脆蜜果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期梗洼相對(duì)吸水量的變化

如圖6所示，不同發(fā)育時(shí)期伏脆蜜梗洼的相對(duì)吸水量，全紅期>半紅期>白熟期>綠熟期，果實(shí)的成熟度越高，相對(duì)吸水量也就越大，隨著浸水時(shí)間的增長(zhǎng)，果實(shí)梗洼的相對(duì)吸水量也在增加，全紅期的果實(shí)相對(duì)吸水量先降低后增加，在6 h時(shí)相對(duì)吸水量達(dá)到了最低值1.53%。

圖6 不同果實(shí)發(fā)育期梗洼的相對(duì)吸水量

2.2 果實(shí)紅墨水示蹤處理

如圖7所示，伏脆蜜果實(shí)整果浸水后，由紅墨水在伏脆蜜果實(shí)內(nèi)留下的紅色色斑，可以看出水分主要通過果面進(jìn)入果實(shí)內(nèi)部，果梗和梗洼是水分進(jìn)入果實(shí)的次要途徑，浸泡時(shí)間相同的情況下，隨著果實(shí)成熟度的提高，通過果面進(jìn)入果實(shí)的水分呈上升趨勢(shì)。水分進(jìn)入果實(shí)后導(dǎo)致伏脆蜜果實(shí)出現(xiàn)裂隙，致使水分由裂隙處大量進(jìn)入果實(shí)內(nèi)部，裂隙附近的果肉出現(xiàn)紅色色斑，當(dāng)果實(shí)開裂后果實(shí)表面裂隙是水分進(jìn)入果實(shí)內(nèi)部的主要方式。

圖7 果實(shí)紅墨水吸收途徑（放大2倍）

2.3 浸水處理對(duì)伏脆蜜果實(shí)裂果率的影響

如圖8所示，隨著浸水時(shí)間的增長(zhǎng)，伏脆蜜果實(shí)裂果率逐漸增大。各個(gè)時(shí)期對(duì)水分的敏感程度不同，在48小時(shí)浸水的前提下綠熟期的裂果率為4%，白熟期的裂果率為44%，半紅期裂果率為89%，全紅期裂果率為93%。

圖8 果實(shí)不同發(fā)育期浸果裂果率

2.4 棗果實(shí)浸水過程中結(jié)構(gòu)力學(xué)的變化

如圖9、圖10所示破裂力和硬度是果實(shí)破裂時(shí)外界所產(chǎn)生的破裂壓力，隨著浸果時(shí)間的增加，果實(shí)的硬度和果實(shí)裂開所需的破裂力逐漸下降，在10 h時(shí)基本達(dá)到最低值。隨著浸水時(shí)間的延長(zhǎng)，水分通過果面和果面上的裂隙進(jìn)入，使果肉變軟，果實(shí)硬度和破裂力都開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。半紅期與全紅期的變化幅度大，白熟期和綠熟期的變化幅度小，與半紅期和全紅期的相對(duì)吸水量和相對(duì)吸水速率高表現(xiàn)出一定的聯(lián)系。

圖9 不同發(fā)育時(shí)期果實(shí)浸水后破裂力的變化

圖10 不同發(fā)育時(shí)期果實(shí)浸水后硬度的變化

如圖11所示，果肉組織彈性對(duì)棗果的裂果敏感性有重要影響。隨著浸水時(shí)間的增長(zhǎng)，果實(shí)的彈性總體呈上升趨勢(shì)，其中10 h時(shí)果實(shí)的彈性達(dá)到最大值，果實(shí)浸水時(shí)間越長(zhǎng)，此時(shí)果實(shí)的裂果率越高。

圖11 不同發(fā)育時(shí)期果實(shí)浸水后彈性的變化

3 討論

3.1 果實(shí)吸水的主要途徑

眾所周知，水分是引起裂果的重要原因之一。在降雨條件下，棗果實(shí)易出現(xiàn)裂果現(xiàn)象，但水分的來(lái)源是降雨還是土壤水分目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論。曹一博等[12]通過人工降雨和根部灌水試驗(yàn)作比較，提出根部吸水引起裂果的作用有限，果實(shí)和葉片的直接吸水對(duì)裂果起主導(dǎo)作用，地上部吸水包括葉片吸水和果實(shí)吸水，楊俊強(qiáng)等[13]通過套袋和噴水實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為果實(shí)表面吸水是引起裂果的主要水分來(lái)源。本試驗(yàn)棗果實(shí)浸果試驗(yàn)也表明棗果實(shí)通過果梗，梗洼和果面吸水膨脹，引起裂果。在棗果實(shí)著色過程中，果梗維管束與果實(shí)內(nèi)部維管束連接性能低，果梗老化、堵塞，梗洼部位空腔變大，果梗運(yùn)輸逐漸轉(zhuǎn)向果面橫截運(yùn)輸[14]。前人通過對(duì)葡萄[15]的果梗木質(zhì)部和韌皮部的研究，證實(shí)果梗木質(zhì)部在水分運(yùn)輸作用小，僅僅依靠果梗的韌皮部進(jìn)行水分運(yùn)輸。丁改秀等[16]研究發(fā)現(xiàn)壺瓶棗果實(shí)發(fā)育后期，果梗導(dǎo)管出現(xiàn)斷裂、畸形、退化、堵塞等現(xiàn)象，幾乎失去運(yùn)輸能力，水分很難進(jìn)入果實(shí)，成熟期果梗運(yùn)輸不是果實(shí)吸水的主要方式。本試驗(yàn)通過紅墨水也說明果梗后期吸水能力下降，尤其是隨著果實(shí)的開裂、果實(shí)的成熟，果梗和梗洼的吸水效果不明顯。伏脆蜜果實(shí)浸水試驗(yàn)結(jié)果果面的吸水量均大于果梗、梗洼，成熟期果面吸水占比大，裂果率高，這與付麗嬌等[8]在棗上研究結(jié)果一致。宋宇琴等[17]認(rèn)為果實(shí)吸水的主要途徑是果面吸水。本研究發(fā)現(xiàn)不同發(fā)育時(shí)期棗果實(shí)浸水后，果面吸水量占吸水總量的50%左右，而王艷芳等[18]研究認(rèn)為降雨時(shí)梗洼處積水也可能是導(dǎo)致果實(shí)開裂的原因，隨著果實(shí)的成熟，梗洼處停留的水分運(yùn)輸效率最低。筆者認(rèn)為棗果實(shí)主要通過果面吸水引起裂果，但是在果面吸水和葉片吸水何為主要方式仍然有待研究。

3.2 果實(shí)浸果處理后的結(jié)構(gòu)力學(xué)變化

棗果實(shí)浸水后，隨著浸水時(shí)間的增加，破裂力和硬度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，彈性呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，破裂力的變化表現(xiàn)為半紅期和全紅期的幅度大于綠熟期和白熟期，與浸果裂果率存在一定的關(guān)系，硬度和彈性變化趨勢(shì)表現(xiàn)為半紅期和全紅期相似，綠熟期和白熟期相似。對(duì)于裂果后結(jié)構(gòu)力學(xué)特征的變化的研究在目前來(lái)說，仍是一個(gè)全新的方向，王偉等[19]通過對(duì)果實(shí)硬度的研究，證實(shí)了硬度在果實(shí)成熟中的變化，隨著果實(shí)含水量的增加逐漸降低，與本研究結(jié)果基本一致。高中山等[20]通過對(duì)果實(shí)硬度的研究，發(fā)現(xiàn)果實(shí)的黏彈性越低，果實(shí)的耐裂性越高。王惠聰?shù)萚21]發(fā)現(xiàn)，果實(shí)的機(jī)械強(qiáng)度越大，對(duì)外界壓力有一定的抵抗力，同時(shí)能減少果實(shí)吸水，果肉的彈性和可塑性越大，越容易裂果；果肉的彈性和可塑性越小，果實(shí)越不易發(fā)生裂果，越耐裂，這與本研究果實(shí)隨著浸水時(shí)間增加裂果率上升的結(jié)果一致。

4 結(jié)論

在浸果試驗(yàn)中，棗果實(shí)處于綠熟期、白熟期、半紅期、全紅期的裂果率分別為4%、44%、89%、93%，四個(gè)時(shí)期果梗的相對(duì)吸水量為3.52%～8.06%，果面的性對(duì)吸水量為3.28%～9.10%，梗洼的相對(duì)吸水量為0.15%～2.12%，果面>果梗>梗洼，棗果面是吸收水分的主要途徑。伏脆蜜果實(shí)果面的相對(duì)吸水速率、相對(duì)吸水量以及裂果率在半紅期和全紅期較高。吸水時(shí)，果實(shí)硬度和破裂力下降，果實(shí)的彈性上升。