柑橘果實(shí)浮皮的研究與展望

莫小榮，陳傳武，胡承孝

1.園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/新型肥料湖北省工程實(shí)驗(yàn)室/華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心，武漢 430070；

2.北部灣大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，欽州 535011；

3.廣西特色作物研究院/廣西柑橘育種與栽培工程技術(shù)研究中心，桂林 541004

1 柑橘果實(shí)浮皮癥狀和衡量

柑橘“浮皮”是一種在寬皮類柑橘果實(shí)成熟后期常發(fā)生的生理性病害，主要表現(xiàn)為果皮表面粗糙、油胞大，果皮浮起發(fā)泡、粗厚，海綿層組織松散、結(jié)構(gòu)軟弱、排列無序甚至塌陷，海綿層和外果皮連接疏松［1］，果皮與囊瓣膜隔層變大甚至分離［2］；溫州蜜柑浮皮果果皮和果肉之間的空隙約占整果橫切面寬度1/20［3］；與不易發(fā)生浮皮的雜柑類、橙類、柚類相比，易浮皮的寬皮柑橘白皮層組織浮皮程度高，細(xì)胞密度低，細(xì)胞結(jié)構(gòu)松散［4］。如圖1所示，柑橘浮皮程度可分為4個等級，0級：果面無浮皮；1級：輕度浮皮，浮皮斑≤1/3 果面；2級：中度浮皮，1/3 果面＜浮皮斑＜2/3 果面；3 級：重度浮皮，浮皮斑≥2/3 果面［5-6］。浮皮程度用浮皮指數(shù)即［Σ（浮皮級果數(shù)×代表級值）/（調(diào)查總果數(shù)×最高浮皮等級代表值）］表示，還可以采用浮皮空間率和比重測定法來衡量［7］。

圖1 浮皮程度分級［5］Fig.1 Classification of the peel puffing

2 柑橘浮皮果實(shí)的品質(zhì)特征

浮皮果多呈粗皮大果，果實(shí)質(zhì)量降低且易受傷腐爛，果實(shí)耐貯運(yùn)性下降［1，5，8］。浮皮果常伴有果皮表面凹凸不平、色澤泛黃甚至發(fā)生異臭，囊瓣膜增厚、咀嚼性差，汁胞失水、干硬，營養(yǎng)物質(zhì)缺乏，果實(shí)整體風(fēng)味寡淡，食之無味，甚至失去食用價值［9-11］。浮皮果有機(jī)酸、糖和維生素C（vitamin C，VC）含量等均明顯減少，尤其是可溶性糖和有機(jī)酸［3，12］；隨著南豐蜜橘果實(shí)浮皮程度加重，果實(shí)可溶性固形物（total soluble solid，TSS）、可滴定酸（total acid，TA）和VC含量迅速降低，果實(shí)浮皮與TSS、TA 和VC呈負(fù)相關(guān)［13］；脅山特早熟溫州蜜柑果實(shí)在出現(xiàn)輕微浮皮癥狀后果皮率增加、可溶性糖含量下降［14］。VC含量下降是果實(shí)衰老的表現(xiàn)，果實(shí)浮皮表明其已衰老［15］。浮皮果糖酸含量下降，有人認(rèn)為是浮皮果呼吸作用強(qiáng)而導(dǎo)致可溶性糖、有機(jī)酸類物質(zhì)被大量消耗［11，16］，也有人認(rèn)為是浮皮果果肉營養(yǎng)物質(zhì)和水分通過果皮與果肉間維管束（橘絡(luò)）傳輸給果皮而誘發(fā)果皮二次生長［17］，還有學(xué)者認(rèn)為是果實(shí)聚合多糖轉(zhuǎn)化為可溶性碳水化合物的過程受阻所致［18］。相反，浮皮果棉子糖含量不降反升［19］。

3 柑橘果實(shí)浮皮發(fā)生的條件

3.1 果實(shí)大小、成熟期與浮皮發(fā)生

果實(shí)浮皮主要發(fā)生在溫州蜜柑、椪柑、沙糖橘等易剝皮的寬皮類柑橘，而果皮硬、緊實(shí)難剝的甜橙、檸檬等柑橘則不易發(fā)生。浮皮果主要發(fā)生于果實(shí)成熟后期［20］，但特早熟溫州蜜柑在果實(shí)成熟期前已經(jīng)出現(xiàn)輕微浮皮［21］。細(xì)胞學(xué)動態(tài)變化特征分析結(jié)果顯示浮皮發(fā)生的關(guān)鍵時期為花后85 ～110 d［22］，而花后7 ～28 d 是粗皮大果的溫州蜜柑果皮增厚的關(guān)鍵時期［23］。四川紅桔浮皮率在12 月中旬、1 月中旬、2月中旬分別達(dá)到25%、85%和100%［17］；沙糖橘橫徑M 級（45 ～50 mm）果實(shí)浮皮率在12 月中旬、1 月中旬、2 月中旬分別為42.22%、55.56%和100%［24］，而延時采收容易因果皮老化而出現(xiàn)浮皮加重，采收越遲，浮皮率越高、浮皮程度越重［25］。近年來，為了提高溫州蜜柑、椪柑等寬皮柑橘果實(shí)糖度，很多地區(qū)推出完熟栽培技術(shù)，增加了果實(shí)TSS，但也提高了果實(shí)浮皮的發(fā)生率，降低果皮硬度和貯藏性［26-28］。強(qiáng)旺樹、幼樹、小年樹果實(shí)及朝天果、頂果、大果、粗柄果容易發(fā)生浮皮，形成粗皮大果［10，28］，早熟溫州蜜柑果實(shí)浮皮程度隨果實(shí)增大而加重［1］。沙糖橘橫徑2L（55～60 mm）、L（50～55 mm）、M（45～50 mm）、S（40～45 mm）和2S（35～40 mm）果實(shí)的浮皮指數(shù)依次為91.67、43.70、21.11、5.56和0.00，果實(shí)越大，浮皮發(fā)生時期越早、程度越重，浮皮率、浮皮指數(shù)越高［24，29］，因此，生產(chǎn)上要多保留中、小形果實(shí)而盡早疏除2L級以上大果。

3.2 礦質(zhì)營養(yǎng)對浮皮發(fā)生的影響

不科學(xué)施用壯果肥會加重果實(shí)浮皮程度，延遲施用壯果肥會導(dǎo)致樹體氮過多而促進(jìn)果實(shí)增大，轉(zhuǎn)色延遲，助長果皮二次生長，易誘發(fā)浮皮［30］。鈣作為植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，能穩(wěn)定細(xì)胞壁和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，決定著果實(shí)硬度，果實(shí)膨大期鈣不足會導(dǎo)致果皮細(xì)胞排列松散、韌性降低，易發(fā)生浮皮［20］；鈣在細(xì)胞壁的分布與溫州蜜柑內(nèi)果皮細(xì)胞壁的生長或變形密切相關(guān)，并直接影響浮皮的形成［31］，而紅桔浮皮果果皮鈣的含量明顯降低并與浮皮現(xiàn)象呈顯著負(fù)相關(guān)［32］；浮皮果實(shí)經(jīng)鈣化合物處理后細(xì)胞間隙變小，細(xì)胞壁纖維物質(zhì)致密，細(xì)胞壁腫脹少，未發(fā)生細(xì)胞分離［33］，因此，噴施鈣肥可改善果皮物理性質(zhì)，提高果皮鈣含量和果實(shí)品質(zhì)，一定程度上能抑制浮皮的發(fā)生［4，6，34］。柑橘缺硼也容易造成樹體缺鈣從而誘發(fā)浮皮［26］。浮皮果常伴隨果實(shí)枯水和粒化，Mosambi和紅血甜橙?；^程中葉片鋅和銅含量升高［35］，?；g溪蜜柚果肉有較高的銅鋅含量［36］，鋅和銅在柑橘浮皮發(fā)生過程中也起到一定作用。

3.3 氣候因素對浮皮發(fā)生的影響

新鮮果蔬作物的產(chǎn)量和質(zhì)量直接或間接地受高溫的影響，溫度升高直接影響植物光合作用，引起糖、有機(jī)酸、類黃酮含量，硬度和抗氧化活性的改變［37］。溫州蜜柑從花后至生理落果期及成熟期的溫度升高2 ℃時顯著增加果實(shí)浮皮率，降低果實(shí)TSS 和TA 含量［38］。柑橘壯果期遇到干旱、降雨少，或在果實(shí)轉(zhuǎn)色期和成熟期遇到大雨、高溫高濕天氣、土壤濕度大均容易發(fā)生浮皮［13］；克里曼丁和椪柑采收后果實(shí)浮皮加重且含水量顯著增加［39］，為避免果實(shí)枯水而采用高濕環(huán)境貯藏溫州蜜柑、椪柑等寬皮柑橘加重了果實(shí)浮皮的發(fā)生，貯藏過程發(fā)現(xiàn)果肉通過發(fā)達(dá)的維管束系統(tǒng)將大量水分運(yùn)輸至果皮，導(dǎo)致果皮吸水膨大，果皮和囊瓣膜之間產(chǎn)生空隙而加劇了果皮浮皮［40-41］。

3.4 其他因素對浮皮發(fā)生的影響

高CO2和低O2的貯藏條件下溫州蜜柑果實(shí)浮皮率顯著提高和浮皮程度加深［17］，這可能與果實(shí)發(fā)生無氧呼吸有關(guān)。病蟲危害下，柑橘果實(shí)會發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)從而進(jìn)行自我保護(hù)，果皮細(xì)胞迅速分裂和增大，從而形成浮皮果［42］。

4 柑橘果實(shí)浮皮發(fā)生的機(jī)制

4.1 細(xì)胞形態(tài)與結(jié)構(gòu)變化

柑橘果實(shí)浮皮主要是指果皮和囊瓣膜間隙增大的現(xiàn)象，空隙變大的原因可能是由于果皮細(xì)胞胞間層的崩解而導(dǎo)致的細(xì)胞間連接松散及細(xì)胞壁腫脹所致［43］。浮皮形成過程中，油胞層細(xì)胞分裂時間最長，細(xì)胞數(shù)量增多和體積增大較快；海綿層外側(cè)細(xì)胞次之；海綿層內(nèi)側(cè)最短，海綿層受油胞層牽制和拉扯，最終出現(xiàn)海綿層與油胞層空隙擴(kuò)大、疏松甚至斷裂，也就是果皮不同部位生長發(fā)育不同步造成浮皮［44］。花后85 d 浮皮果的海綿層細(xì)胞出現(xiàn)輕微疏松、邊緣細(xì)胞分離、細(xì)胞間隙變大，而靠近油胞層周邊細(xì)胞則排列整齊緊密；反之，耐浮皮的芽變果海綿層細(xì)胞排列緊密，直至果實(shí)發(fā)育成熟才開始出現(xiàn)較大間隙，由此推測果實(shí)浮皮形成過程和細(xì)胞生長發(fā)育密切相關(guān)，主要由海綿層和油胞層生長發(fā)育不同步造成［22］。張世怡［45］研究發(fā)現(xiàn)花后88～113 d宮川溫州蜜柑果實(shí)內(nèi)果皮處的薄壁細(xì)胞較其芽變果排列混亂、細(xì)胞間隙大；花后113 d，白皮層細(xì)胞開始出現(xiàn)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)疏松，質(zhì)壁分離，細(xì)胞內(nèi)容物降解，細(xì)胞核結(jié)構(gòu)不完整，葉綠體體積增大，基粒結(jié)構(gòu)松散、無序甚至完全降解，類囊體衰退，葉綠體中部出現(xiàn)嗜餓體或油體等；花后165 d，白皮層細(xì)胞壁解體、原生質(zhì)體降解、質(zhì)壁完全分離及葉綠體降解等，其芽變果細(xì)胞膜呈現(xiàn)輕微質(zhì)壁分離而細(xì)胞核結(jié)構(gòu)相對完整。

4.2 酶活性變化

柑橘果實(shí)浮皮與果皮代謝活動密切相關(guān)。如紅桔浮皮果的果皮原果膠含量顯著低于正常果，主要是因?yàn)楦∑す墓z甲酯酶（pectin methylesterase，PME）活性高，導(dǎo)致浮皮果果膠物質(zhì)分解、細(xì)胞壁降解，PME 活性升高與果實(shí)衰老有關(guān)［32］。果皮中多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG）活性和丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量在特早熟溫州蜜柑脅山浮皮形成過程中不斷上升，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性不斷下降，表明浮皮果果皮活性氧清除能力下降、膜脂過氧化作用加強(qiáng)、果皮衰老加?。?5］。溫州蜜柑浮皮程度加重過程中也伴隨著果皮中原果膠和可溶性果膠含量下降、MDA 積累以及PG、纖維素酶（cellulase，Cx）等細(xì)胞壁水解酶活性升高，即果皮浮皮形成過程也是果皮膜脂過氧化作用加強(qiáng)的衰老過程［46］。宮川浮皮果果皮SOD活性在果實(shí)發(fā)育初期較高，隨果實(shí)成熟而不斷下降，耐浮皮的芽變果SOD 活性高于宮川，表明自由基清除系統(tǒng)失調(diào)［22］。胡柚果實(shí)貯藏中、后期果肉SOD 活性下降與果皮SOD 活性上升同步，即果肉組織衰老和果皮組織再生長同步是果實(shí)枯水（浮皮常伴隨果實(shí)枯水和?；┌l(fā)生的根本原因［47］。噴鈣使南豐蜜橘果皮過氧化氫酶（catalase，CAT）、SOD 活性提高而MDA 含量和過氧化物酶（peroxidase，POD）、多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）、PG、PME、Cx 等細(xì)胞壁水解酶活性降低，對防治果實(shí)浮皮具有一定作用［4］。

4.3 內(nèi)源激素變化

柑橘果實(shí)浮皮的發(fā)生過程也受內(nèi)源激素調(diào)控。乙烯（ethylene，ET）會加劇浮皮的發(fā)生，而吲唑酯的代謝物5-氯-3-吲唑甲酸能夠抑制ET的合成，在果實(shí)著色前期噴施吲唑酯可以減少浮皮的發(fā)生［35，48］。宮川浮皮果白皮層IAA、ABA含量均高于芽變果，但果實(shí)成熟后期浮皮果白皮層ABA 急劇升高，而芽變果則快速下降，說明果實(shí)成熟后期浮皮果白皮層衰老因果皮生長撕拉形成浮皮［49］；克里曼丁和椪柑浮皮果果皮ABA 大量積累且均顯著下調(diào)，與β-胡蘿卜素合成降低及ABA 分解加快有關(guān)，浮皮的發(fā)生可能是果皮衰老延遲所致［39］；本地早柑橘果實(shí)貯藏期間果皮ABA 和IAA 積累增加，果肉ABA 含量卻不斷降低，以此推測果肉組織衰老先于果皮，果皮出現(xiàn)二次生長［50］。因此，浮皮的產(chǎn)生源于白皮層和果肉先衰老、果皮延后衰老并發(fā)生二次生長。噴施外源赤霉素（gibberellin A3，GA3）可以降低外果皮ABA 含量［51］，增加白皮層的致密性而改善果實(shí)浮皮現(xiàn)象［52］；特早熟溫州蜜柑脅山在浮皮至最終汁胞粒化過程中果皮和果肉組織內(nèi)源多胺（polyamine，PA）總量下降、［精胺（spermine，Spm）+亞精胺（spermidine，Spd）］/腐胺（putrescine，Put）比值不斷下降，且果皮先于果肉，噴施外源Spd 可顯著增加內(nèi)源PA 總含量，提高（Spm+Spd）/Put 比值，降低浮皮的發(fā)生［21］。黃果柑果實(shí)浮皮過程中（Spm+Spd）/Put 比值降低，抗氧化酶（SOD、CAT）活性降低，而加速果實(shí)衰老以及浮皮?；?3］，而外源噴施Spd 也使黃果柑果實(shí)枯水（浮皮）率降低［54］。此外，外源添加GA3處理，能提高早熟溫州蜜柑果皮SOD 活性，降低PG活性和MDA含量，減少浮皮的發(fā)生［25］。

4.4 基因表達(dá)與代謝途徑變化

對不同柑橘品種的正常果與浮皮果不同部位差異表達(dá)基因的分析結(jié)果表明，浮皮果白皮層大部分CTK、GA3信號傳導(dǎo)基因表達(dá)下調(diào)，糖類轉(zhuǎn)化相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，推測白皮層是浮皮發(fā)生的主要部位，浮皮的發(fā)生與果實(shí)成熟早期參與初始代謝基因表達(dá)差異密切相關(guān)［19］；在白皮層發(fā)育階段，宮川芽變果白皮層的赤霉素信號刺激調(diào)控基因（GA-stimulated in arabidopsis 4，GASA4）和細(xì)胞分裂素受體蛋白基因（cytokin independent1，CKI-1）表達(dá)量高于浮皮果，表明幼果時期芽變果赤霉素和細(xì)胞分裂素代謝旺盛，而浮皮果則處于較低水平［49］；張世怡［45］對浮皮形成關(guān)鍵時期的溫州蜜柑宮川及其芽變果白皮層轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行分析，獲得733個差異表達(dá)基因，與膜組織、脂類相關(guān)合成與代謝、氧化還原酶及催化酶活性等有關(guān)。蔗糖、淀粉代謝途徑以及甘油酯、脂肪酸、戊糖磷酸等初級代謝途徑抑制赤霉素信號刺激調(diào)控基因（GAstimulated in arabidopsis1，GASA1；GA-stimulated in arabidopsis5，GASA5）表達(dá)；一些熱激蛋白（heat shock proteins，HSPs）如HSP70、HSP82 及熱激因子A4 表現(xiàn)為浮皮的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)控樞紐［55］；浮皮果果皮衰老與ABA 在果皮的積累密切相關(guān)，ABA 的積累與ABA 生物合成途徑中β-胡蘿卜素含量下降和番茄紅素β 環(huán)化酶基因（lycopene β-cyclase1，LCYB1）、番茄紅素ε 環(huán)化酶基因（lycopene ε-cyclase，LCYE）、脫落酸8′-羥化酶基因（abscisic acid 8′-hydoxylase，AB1）的表達(dá)密切相關(guān)［39］。姚世響等［56］發(fā)現(xiàn)椪柑浮皮果果皮揮發(fā)性物質(zhì)組分未發(fā)生變化，但總含量降低了82%，其中占比最大的萜烯類物質(zhì)含量降低了81.4%，且萜烯類物質(zhì)合成基因表達(dá)量明顯下降，浮皮果揮發(fā)性物質(zhì)總量下降與萜烯類物質(zhì)合成途徑受抑制密切相關(guān)。由此推測，柑橘果實(shí)浮皮發(fā)生的分子機(jī)制涉及赤霉素和細(xì)胞分裂素信號傳導(dǎo)、萜烯類物質(zhì)合成基因表達(dá)下調(diào)，影響初級代謝及膜脂、蔗糖和淀粉的合成。

柑橘果實(shí)浮皮形成過程及機(jī)制如圖2所示。柑橘果實(shí)浮皮表現(xiàn)為果皮和囊瓣膜間隙異常增大，一方面是由于果肉糖酸、水分不足，容易出現(xiàn)果肉枯水、干癟，增加果皮和囊瓣膜的間隙；另一方面是果皮結(jié)構(gòu)異常，果皮細(xì)胞間連接松散、細(xì)胞壁腫脹從而增加果皮和囊瓣膜間隙。其中果皮結(jié)構(gòu)異常是關(guān)鍵，其過程大致為：外界作用因子如水分、氣體、養(yǎng)分、生物及干預(yù)等導(dǎo)致果實(shí)內(nèi)源激素（ET、ABA、IAA、CTK 等）失調(diào)，進(jìn)而擾亂果實(shí)代謝相關(guān)酶（Cx、PG、PME 等）活性，果實(shí)內(nèi)源激素和代謝相關(guān)酶活性同時受基因調(diào)節(jié)，引起果皮原果膠降解、膜脂過氧化，出現(xiàn)海綿層細(xì)胞壁解體、質(zhì)壁分離，誘發(fā)海綿層、油胞層再生發(fā)育不同步，形成海綿層松散、間隙大，油胞層整齊、緊密，加劇果皮與囊瓣膜間隙增大，最終形成了浮皮。

圖2 柑橘果實(shí)浮皮形成過程及機(jī)制Fig.2 Formation process and mechanism of citrus fruit peel puffing disorder

5 展 望

柑橘果實(shí)浮皮主要表現(xiàn)為果皮浮起、增厚、凹凸不平、細(xì)胞間隙大，海綿層軟化、崩潰，果皮與囊瓣膜間隙大；浮皮果果皮粗厚、易腐爛，果肉糖、酸含量低，囊瓣膜厚硬、汁胞失水硬化。柑橘果實(shí)浮皮發(fā)生始于花后約3個月，此時海綿層發(fā)生細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)受到破壞，隨著果實(shí)成熟發(fā)展到質(zhì)壁分離、原生質(zhì)降解及細(xì)胞器衰老；果實(shí)偏大、成熟期高溫高濕、晚熟品種以及過量施用氮肥、延遲施用壯果肥、硼和鈣營養(yǎng)失調(diào)等均誘發(fā)或加劇浮皮發(fā)生。已有研究表明，柑橘果皮不同部位發(fā)育不同步及果皮海綿層提前、加速衰老是浮皮發(fā)生的主要機(jī)制，涉及果皮赤霉素和細(xì)胞分裂素信號傳導(dǎo)及萜烯類物質(zhì)合成基因表達(dá)下調(diào)、內(nèi)源激素失調(diào)、抗氧化酶活性降低而細(xì)胞壁水解酶活性增加等過程，意味著柑橘果實(shí)浮皮的發(fā)生和形成是一系列復(fù)雜的生理生化作用的結(jié)果［19，22，32，49，53，56］。簡單而言，柑橘果實(shí)浮皮，一是果皮和囊瓣膜間隙增大，二是海綿層空隙擴(kuò)大，即果皮不同部位生長發(fā)育不同步，因此，“不同步發(fā)育”是關(guān)鍵，尤其是阻止白皮層細(xì)胞壁解體、質(zhì)壁分離。基于此，柑橘果實(shí)浮皮亟需深入研究3個層面的問題：一是“源庫供應(yīng)”上，需要研究揭示“源（葉）”、“庫（果）”光合產(chǎn)物、營養(yǎng)元素傳輸、分配對浮皮發(fā)生、形成的調(diào)節(jié)作用與機(jī)制；二是“競爭抑制”上，需要研究揭示新梢、葉片、果實(shí)間碳、氮等代謝及養(yǎng)分分配的相互制約和聯(lián)系，明確水、肥、氣、熱“靶向調(diào)節(jié)”的作用和機(jī)制；三是“整體協(xié)調(diào)”上，需要研究揭示不同品種、不同區(qū)域柑橘根系活動、新梢（葉片）生長、花芽分化、果實(shí)發(fā)育的相互關(guān)系，明確物候期的生長中心和調(diào)節(jié)要領(lǐng)，通過“整體協(xié)調(diào)”與“靶向調(diào)節(jié)”破解柑橘果實(shí)浮皮難題。