‘板棗’果皮特性與裂果關(guān)系探索*

張曉萍，趙旗峰，李六林，薛曉芳

（1 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所，果樹種質(zhì)創(chuàng)制和利用山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原030031）（2 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院）

棗（Ziziphus jujubaMill.）是原產(chǎn)于我國的特色經(jīng)濟(jì)林樹種[1]，2018 年我國棗果產(chǎn)量約735.76 萬t，占世界首位[2]。山西省紅棗產(chǎn)量占全國紅棗產(chǎn)量的8%左右，近年來山西省棗裂果嚴(yán)重，裂果損失約占總產(chǎn)量的46.30%。開裂的果實(shí)失去商品性，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，裂果已成為‘壺瓶棗’樹產(chǎn)業(yè)興盛的桎梏[3]。

目前已有大量研究表明，裂果受到如品種[4-6]、果實(shí)組織結(jié)構(gòu)[1,5,7-9]、發(fā)育時(shí)期[1,7,10-11]、礦質(zhì)營養(yǎng)[9,12-17]、內(nèi)源激素[18]、果皮結(jié)構(gòu)[19]等諸多因素的影響。棗果皮破裂是由于果皮機(jī)械力的產(chǎn)生，這種機(jī)械力來源于果皮無法協(xié)調(diào)果實(shí)的內(nèi)部生長和外界環(huán)境的壓力[20]。角質(zhì)膜主要由角質(zhì)及填充在角質(zhì)中的蠟質(zhì)組成，覆蓋在植物各種器官的表面，是植物與外界環(huán)境接觸的保護(hù)層[21]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，角質(zhì)膜對荔枝、櫻桃果實(shí)裂果有顯著的影響[22-24]。王惠聰?shù)萚22]研究發(fā)現(xiàn)，角質(zhì)層是植物體的保護(hù)屏障，能降低果實(shí)表面水分的過分吸收和散失、減少果皮機(jī)械損傷和病原菌侵入。角質(zhì)膜厚度越大，果實(shí)越能抵抗外界不良環(huán)境，表現(xiàn)為裂果率降低。高中山等[19]研究發(fā)現(xiàn)，易裂的品種果肉彈性和可塑性大于抗裂品種，且棗果向陽面果皮的開裂與較低的果皮韌性相關(guān)。馬雯彥等[10]研究發(fā)現(xiàn)，裂果正相關(guān)于果皮強(qiáng)度和果皮延伸性。

目前果蔬質(zhì)地檢測常用的方法是質(zhì)構(gòu)儀穿刺法[25-26]，整果穿刺能反映果實(shí)的流變特征，客觀且準(zhǔn)確地評價(jià)果皮的生物力學(xué)性。本研究采用‘板棗’作為研究材料，通過對角質(zhì)膜生長特性及力學(xué)特性的研究，探索角質(zhì)膜與裂果的關(guān)系，為棗裂果研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所國家棗種質(zhì)資源圃的‘板棗’?！鍡棥瘶潴w健壯，常規(guī)水平管理。從幼果期開始，在膨大期、白熟期、轉(zhuǎn)色期、半紅期和全紅期等6 個(gè)時(shí)期摘取無病蟲害、果實(shí)表面無損傷的100 個(gè)棗果實(shí)進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測定。

1.2 果實(shí)形態(tài)特征指標(biāo)的測定

采用游標(biāo)卡尺測量果實(shí)的縱橫徑（精度到0.02 mm），用萬分之一天平稱量果實(shí)重量（精確到0.001 g），用排水法測定果實(shí)體積（精確到0.1 mL），表面積的測定采用模型估算法。

1.3 裂果率的統(tǒng)計(jì)

田間裂果率統(tǒng)計(jì)對象為10 株常規(guī)水平管理、無病蟲害的50 年生棗樹，果實(shí)表皮有肉眼可見裂紋則判斷為裂果。

裂果率（%）=（裂果總數(shù)/調(diào)查總果數(shù)）×100

在2017 年8—10 月期間對浸水試驗(yàn)裂果率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取樣時(shí)要求保留好棗果實(shí)的果梗，共分4組進(jìn)行處理，每個(gè)處理分別有30 個(gè)果實(shí)：A.用蠟把果梗封住；B.用蠟封果梗的同時(shí)需將果實(shí)在氯仿（氯仿作為化學(xué)溶液可以除去果實(shí)表面的角質(zhì)膜蠟質(zhì)）中浸泡30 s；C.蠟封果梗后用棉柔紙輕輕地擦拭果實(shí)（用物理去除的方法擦掉蠟質(zhì)）；D.對照組（不作任何處理）。將處理后的果實(shí)浸泡在去離子水中，每隔2 h 計(jì)算1 次裂果率，開裂的果實(shí)不重復(fù)統(tǒng)計(jì)。

1.4 角質(zhì)膜質(zhì)量的測定

采用酶解法測定棗果實(shí)表面單位面積角質(zhì)膜的含量，棗果實(shí)大小需基本一致且表面無損傷。酶解之前需采用包裹法測定出每個(gè)棗果實(shí)表面積。將挑選好的果實(shí)用蒸餾水沖洗后削皮，將與果實(shí)脫離的果皮浸沒在檸檬酸緩沖液中（0.05 mol/L，pH 值3.8），檸檬酸緩沖液含有果膠酶（0.20 g/L，Solarbio，北京）、纖維素酶（0.60 g/L，Solarbio，北京）、NaN3（0.13 g/L，將來實(shí)業(yè)，上海），防止微生物滋生。每處理5 個(gè)果實(shí)，重復(fù)3 次。在果肉與角質(zhì)全部分離前每隔12 h 更換1 次酶液，更換酶液時(shí)，用蒸餾水沖洗角質(zhì)膜4～5 次，將脫離的果肉組織沖洗掉。待完全分離并用蒸餾水沖洗后，將酶解得到的角質(zhì)膜在30 ℃條件下烘干、稱重，保存?zhèn)溆谩?/p>

單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量＝所稱角質(zhì)膜質(zhì)量/5 個(gè)棗果實(shí)表面積的總和

1.5 果實(shí)生物力學(xué)的測定

每個(gè)發(fā)育時(shí)期隨機(jī)選取5 個(gè)棗果實(shí)進(jìn)行果實(shí)生物力學(xué)特性的測定，即用質(zhì)構(gòu)儀（Stable Micro Systems，The UK）進(jìn)行穿刺試驗(yàn)，測定果皮破裂力（g）、果皮脆度（g/mm）、果皮韌性（g/mm）、果皮平均硬度（g）等果皮的力學(xué)特性（圖1），具體操作方法參照Li 等[27]。

圖1 ‘板棗’穿刺圖

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 和SAS 8.6 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。用單因素方差分析（ANOVA）評價(jià)樣品間的差異，Duncan’s 多重檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗果實(shí)生長及裂果特性分析

‘板棗’的橫徑和縱徑逐漸增長，幼果期發(fā)育至白熟期橫徑、縱徑增長幅度最大（圖2、圖3）；轉(zhuǎn)色期到全紅期間橫徑、縱徑的增長幅度開始變緩，但仍增長；‘板棗’的橫徑和縱徑在全紅期時(shí)達(dá)到了最大值，分別為2.41 cm 和2.98 cm，相較于幼果期分別增長了1.20 cm 和1.22 cm?！鍡棥瘑喂爻尸F(xiàn)S 形增長，在幼果期到膨大期之間單果重增長較慢，在果實(shí)膨大期到白熟期增長速度較快，增長率達(dá)到了101.00%，轉(zhuǎn)色期后增長幅度開始減小。棗單果體積和表面積的增長趨勢與單果重的增長趨勢基本相同。從幼果期到全紅期‘板棗’的體積增長量達(dá)到了8.71 cm3，而表面積的增長量則達(dá)到了22.69 cm2（圖3）。

圖2 棗果實(shí)發(fā)育進(jìn)程

圖3 棗果實(shí)生長發(fā)育動(dòng)態(tài)

2.2 棗果實(shí)裂果特性分析

‘板棗’果實(shí)在轉(zhuǎn)色期和半紅期產(chǎn)生裂果，裂果率分別為3.30%和1.70%。通過觀察在浸水試驗(yàn)中不同處理下‘板棗’裂果發(fā)生率（表1），發(fā)現(xiàn)在化學(xué)溶劑溶解表皮蠟質(zhì)處理下的‘板棗’在果實(shí)發(fā)育過程中均未發(fā)生裂果，而在機(jī)械去除果實(shí)表面角質(zhì)膜的處理下‘板棗’在轉(zhuǎn)色期、半紅期和全紅期均發(fā)生裂果，裂果率分別為3.78%、3.40%、3.60%。

表1 ‘板棗’裂果情況 %

2.3 棗果面角質(zhì)膜質(zhì)量變化

由圖4 可知，隨著果實(shí)的發(fā)育，單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量也呈逐漸上升的趨勢。在白熟期后單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量迅速增長，至全紅期時(shí)達(dá)到最大（5.11×10-3g/cm2）。除轉(zhuǎn)色期和半紅期間單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量無顯著差異外，其他各時(shí)期單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量均差異顯著。單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量的增長趨勢呈現(xiàn)W 形。在幼果期到膨大期間階段增長速率降低，在膨大期到白熟期間階段增長速率開始升高，在轉(zhuǎn)色期到全紅期階段增長速率繼續(xù)增加。

圖4 ‘板棗’不同發(fā)育時(shí)期單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量

2.4 不同發(fā)育時(shí)期棗果實(shí)生物力學(xué)分析

由圖5 可知，幼果期和轉(zhuǎn)色期的第一峰值（果皮破裂力）分布在1.0～1.5 kg 范圍內(nèi)，而全紅期峰值則分布在1.0 kg 左右。通過對棗果實(shí)生物力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，‘板棗’發(fā)育過程中出峰時(shí)間都在1 s 以內(nèi)，可計(jì)算出3 個(gè)時(shí)期的果皮破裂深度在2.0 mm 內(nèi)，幼果期出峰時(shí)間分布在0.7～0.9 s，轉(zhuǎn)色期、全紅期出峰時(shí)間在0.5 s 左右。

圖5 ‘板棗’不同發(fā)育時(shí)期生物力學(xué)比較

從幼果期到轉(zhuǎn)色期曲線第一峰值變化并不明顯，計(jì)算得出其破裂深度由1.4 mm 左右（幼果期）降低至1.0 mm（轉(zhuǎn)色期）左右，轉(zhuǎn)色期果皮脆度大于幼果期，全紅期果皮破裂力由1.0～1.5 kg 降至1.0 kg 左右（圖5），而破裂深度沒有太大變化。

由圖6 可知，果實(shí)發(fā)育期間從幼果期到白熟期果皮破裂力增長，在白熟期達(dá)到最大，為1.5 kg，之后逐漸降低；‘板棗’果皮破裂深度在果實(shí)發(fā)育期間先升高，在白熟期達(dá)到最大后降低；果皮韌性先升高后降低，在白熟期達(dá)到最大，為1.39 kg/mm；果皮脆度增長趨勢呈“升高—降低—再升高”的趨勢，在全紅期達(dá)到最大，為1.13 kg/mm。

圖6 棗果實(shí)果肩部位生物力學(xué)特性比較

2.5 果實(shí)生物力學(xué)特性與角質(zhì)膜質(zhì)量的相關(guān)性

由表2 可知，棗裂果率與果皮破裂力、果皮破裂深度和果皮韌性均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量和果皮脆度均呈正相關(guān)，相關(guān)性均不顯著。單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量與果皮韌性和果皮破裂深度均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.825 和-0.890；與果皮脆度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.931。果皮破裂力與果皮破裂深度和果皮韌性均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.946和0.983。果皮破裂深度和果皮韌性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.989；與果皮脆度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.847。

表2 棗裂果率與單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量及果皮特性的關(guān)系

3 討 論

李偉才等[28]認(rèn)為裂果的發(fā)生與發(fā)育中果實(shí)的特性有關(guān)，大多數(shù)棗品種在接近成熟時(shí)裂果發(fā)生嚴(yán)重，而有的棗品種在生長早期或在整個(gè)發(fā)育期都可以觀察到裂果。王長柱等[29]將25 個(gè)棗品種的果實(shí)浸泡統(tǒng)計(jì)裂果率發(fā)現(xiàn)，有一些棗品種半紅期的果實(shí)裂果程度大于全紅期的果實(shí)，有一些棗品種半紅期的裂果率小于全紅期的果實(shí)，還有一些品種半紅期與全紅期果實(shí)裂果無差異。而大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為轉(zhuǎn)色期至全紅期的棗果實(shí)遇雨更易發(fā)生裂果，只在個(gè)別品種觀察到白熟期有裂果現(xiàn)象[7,10-11]。本研究發(fā)現(xiàn)‘板棗’裂果從果實(shí)轉(zhuǎn)色期開始，這與品種特性和發(fā)育時(shí)期均存在一定關(guān)系。

關(guān)于櫻桃、李和葡萄的研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)育過程中單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量下降且表面積增長速度最快的時(shí)期是單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量降低最快的時(shí)期[25,30-32]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著棗果實(shí)成熟，單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量與櫻桃、李和葡萄的變化趨勢不同，但單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量也在果實(shí)發(fā)育膨大期降低。

馬慶華等[26]對‘冬棗’進(jìn)行穿刺發(fā)現(xiàn)，果皮破裂力、破裂深度和果皮脆度會(huì)隨著‘冬棗’果實(shí)的發(fā)育而逐漸降低。果皮表面的蠟質(zhì)層可能會(huì)影響果皮破裂力。唐巖[33]測定了‘木棗’‘龍須棗’‘馬牙棗’和‘美蜜棗’生物力學(xué)發(fā)現(xiàn)，‘木棗’與其他3個(gè)棗品種果實(shí)果肩、果胴和果頂?shù)墓?qiáng)度、果皮破裂特性等有差異。本研究發(fā)現(xiàn)‘板棗’果實(shí)發(fā)育的不同時(shí)期，果皮的生物力學(xué)特性也有差異。

4 結(jié) 論

‘板棗’的橫徑和縱徑在全紅期達(dá)到最大，分別為2.41、2.98 cm；單果重增長趨勢呈現(xiàn)S 形；幼果期到全紅期體積增長量為8.71 cm3，而表面積的增長量為22.69 cm2?！鍡棥麑?shí)轉(zhuǎn)色期和半紅期裂果率分別為3.30%、1.70%。單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量的增長趨勢呈W 形，隨果實(shí)的發(fā)育呈逐漸上升的趨勢，全紅期各部位單位面積角質(zhì)膜質(zhì)量達(dá)到最大，達(dá)到5.11×10-3g/cm2。

‘板棗’生物力學(xué)特性分布曲線分析，幼果期和轉(zhuǎn)色期第一峰值（果皮破裂力）分布在1.0～1.5 kg范圍內(nèi)，全紅期峰值主要分布在1.0 kg 左右，不同發(fā)育時(shí)期出峰時(shí)間均在1 s 以內(nèi)，轉(zhuǎn)色期和全紅期出峰時(shí)間在0.5 s 左右，而在幼果期出峰時(shí)間主要分布在0.7～0.9 s。因此，轉(zhuǎn)色期果皮脆度大于幼果期和全紅期；不同發(fā)育時(shí)期果皮韌性從大到小依次為：幼果期＞轉(zhuǎn)色期＞全紅期。

‘板棗’果實(shí)發(fā)育期間果皮破裂力從幼果期到白熟期逐漸增長，在白熟期增長達(dá)到最大，為1.5 kg。果皮破裂深度在果實(shí)發(fā)育期間先升高后下降，在白熟期達(dá)到最大。果實(shí)發(fā)育期間果皮韌性先升高后降低，在白熟期達(dá)到最大，為1.39 kg/mm。果皮脆度增長趨勢呈先升高后降低再升高的趨勢，在全紅期達(dá)到最大，為1.13 kg/mm。