外源鈣對(duì)巨峰葡萄裂果及其代謝物質(zhì)的影響

摘要：為了探究外源鈣在巨峰葡萄裂果中的作用，以6年生巨峰葡萄為試材，在盛花后20、30、40 d整株噴施5 g/L氯化鈣，直至有水滴滴下，以清水為對(duì)照，于盛花后45 d開展每10 d取樣1次，定期測定葡萄裂果率、果實(shí)鈣含量、總果膠、可溶性果膠、原果膠、纖維素含量及多聚半乳糖醛酸酶、β-半乳糖苷酶、果膠裂解酶、果膠酯酶活性的動(dòng)態(tài)變化情況，并進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，噴施氯化鈣后巨峰葡萄果實(shí)裂果率降低，最高降低14.67 百分點(diǎn)，果實(shí)鈣含量最高增加0.68百分點(diǎn)，原果膠含量提升，最高可達(dá)51.6%，可溶性果膠含量最高降低54.1%；原果膠降解成可溶性果膠的過程被阻止或延緩；與細(xì)胞壁降解相關(guān)的多聚半乳糖醛酸酶和果膠裂解酶活性在8月16日明顯降低。相關(guān)性分析表明，巨峰葡萄裂果率與果實(shí)鈣含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.93，與原果膠、總果膠呈負(fù)相關(guān)性，與多聚半乳糖醛酸酶、果膠裂解酶呈顯著正相關(guān)。綜上，在盛花后對(duì)巨峰葡萄噴施外源鈣可有效防治裂果，噴施外源鈣可作為減少巨峰葡萄裂果的重要農(nóng)藝措施。

關(guān)鍵詞：外源鈣；裂果；相關(guān)性分析；酶活性；巨峰葡萄

中圖分類號(hào)：S663.101" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）04-0163-05

收稿日期：2023-04-02

基金項(xiàng)目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（編號(hào)：CARS-29-6）；遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長基金（面上）項(xiàng)目（編號(hào)：2021MS0503）。

作者簡介：朱紹坤（1989—），女，山東煙臺(tái)人，碩士，助理研究員，從事葡萄栽培與育種工作。E-mail：shaokunzhu@163.com。

通信作者：馬 麗，博士，研究員，從事葡萄栽培與育種工作。E-mail：43845590@qq.com。

葡萄是世界上重要的水果之一，因其營養(yǎng)豐富、風(fēng)味多樣而廣受消費(fèi)者的歡迎。葡萄在我國種植范圍廣泛，目前鮮食葡萄的產(chǎn)量與面積已位居世界第一［1］。但一直以來普遍發(fā)生的葡萄裂果問題［2-3］，不僅影響果實(shí)外觀品質(zhì)，還易引發(fā)酸腐病等病蟲害，降低葡萄質(zhì)量與商品性，造成果農(nóng)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失［4］。遼寧為我國葡萄主要產(chǎn)區(qū)之一，截至2021年其葡萄栽培面積4.61萬hm2，產(chǎn)量90.83萬t，其中巨峰葡萄栽培面積與產(chǎn)量分別達(dá)2.59萬hm2、54.39萬t，占全省葡萄的56.18%、59.88%。但近年來巨峰葡萄栽培面積大幅減少，其中裂果嚴(yán)重是重要原因之一，在一般年份巨峰葡萄裂果率可達(dá)10%～20%［5］，特殊年份裂果率甚至高達(dá)50%～60%，裂果問題已成為巨峰葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要阻礙［6］。

葡萄裂果是一種重要的生理性病害，水分供應(yīng)失衡、果皮韌性降低等都是導(dǎo)致裂果的重要因素［7-8］。目前圍繞礦質(zhì)營養(yǎng)、激素等棗裂果原因的探索已較為全面［9］，但對(duì)于葡萄裂果的研究多集中在不同品種裂性與結(jié)構(gòu)差異的比較［10-11］、防裂技術(shù)的探究［5］等方面，有關(guān)葡萄裂果與鈣作用機(jī)制的研究仍需深入化、系統(tǒng)化，同時(shí)研究多圍繞歐亞種等種皮較薄的葡萄品種［12-13］，關(guān)于巨峰葡萄裂果與鈣的關(guān)系的研究尚屬空白。本試驗(yàn)以遼寧露地主栽品種巨峰葡萄為試材，研究噴施外源鈣后葡萄果實(shí)各時(shí)期裂果情況及物質(zhì)變化，探究鈣肥在巨峰葡萄果實(shí)膨大后期與成熟期對(duì)裂果及相關(guān)物質(zhì)的作用規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2022年在遼寧省果樹科學(xué)研究所葡萄試驗(yàn)區(qū)內(nèi)進(jìn)行，以6年生的露地巨峰葡萄為試材，試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理：CaCl2處理（5 g/L CaCl2）、CK（清水），3次重復(fù)，每次重復(fù)5株。在盛花后20（6月21日）、30、40 d（果實(shí)迅速膨大期）對(duì)樹體進(jìn)行3次噴灑處理，從樹體不同方向進(jìn)行噴施，直至葉面、果面自然滴水為準(zhǔn)（每處理噴施用量20 L）。盛花后45～95 d開展取樣調(diào)查，每10 d采果調(diào)查1次，共6次。

1.2 試驗(yàn)方法

裂果率調(diào)查：每個(gè)處理每次重復(fù)隨機(jī)采摘50粒果粒，將其浸沒于3 L蒸餾水中，浸泡24 h調(diào)查果實(shí)裂果數(shù)，并計(jì)算裂果率（裂果率=裂果數(shù)/總果粒數(shù)×100%）。

果實(shí)物質(zhì)含量及酶活性測定：每次處理每個(gè)重復(fù)隨機(jī)采摘80粒果粒，分離果肉與種子，一部分105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干；一部分液氮速凍，用于后續(xù)測定。果實(shí)鈣含量的測定采用干灰化-酸溶-原子吸收法，步驟詳見文獻(xiàn)［14］。果實(shí)纖維素（C）、半纖維素（HC）、總果膠（TP）、原果膠（PP）、可溶性果膠（SP）含量及多聚半乳糖醛酸酶（PG）、β-半乳糖苷酶（β-GAL）、果膠酯酶（PE）、果膠裂解酶（PL）活性的測定參照文獻(xiàn)［15］，委托蘇州格瑞思生物科技有限公司進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016、SPSS 23.0、R語言進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源鈣對(duì)巨峰葡萄裂果情況影響

由圖1可知，鈣處理后巨峰葡萄果實(shí)各階段裂果率較對(duì)照有所降低。巨峰葡萄果粒裂果率呈“S”形增長，在7月26日至8月6日裂果率增長最快，8月26日裂果率增長逐漸變得平緩；隨裂果率增長，CaCl2處理與CK差異增大，9月6日達(dá)到最大，裂果率比對(duì)照降低了14.67 百分點(diǎn)。

2.2 外源鈣對(duì)巨峰葡萄果實(shí)鈣含量的影響

外源鈣處理后，巨峰葡萄果實(shí)鈣含量較對(duì)照增加（圖2）。隨著果實(shí)成熟，CaCl2處理與CK果實(shí)鈣含量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，在7月26日達(dá)到最高值，分別為3.79%、3.11%。噴灑CaCl2處理提升了果實(shí)鈣含量，7月26日與CK差異最大，鈣含量提升了0.68百分點(diǎn)，隨時(shí)間增加，果實(shí)鈣含量差異逐漸縮小，且含量降低趨于穩(wěn)定。

2.3 外源鈣對(duì)巨峰葡萄果實(shí)細(xì)胞成分的影響

鈣處理后巨峰葡萄果實(shí)細(xì)胞成分變化情況詳見圖3。由圖3-A可知，鈣處理后巨峰葡萄果實(shí)總果膠含量較CK明顯升高。噴灑CaCl2后總果膠含量呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，7月26日至8月6日總果膠含量明顯高于CK，8月16日下降并趨于平緩。CK中總果膠含量呈降低趨勢，8月6日含量變化平緩。

由圖3-B可知，可溶性果膠（SP）含量隨巨峰葡萄果實(shí)成熟整體呈上升趨勢，鈣處理降低了可溶性果膠含量；其中7月26日、8月6日、8月26日CaCl2處理可溶性果膠含量與CK存在明顯差異，且8月6日降低最多，為54.10%。

由圖3-C可知，CaCl2處理后果實(shí)原果膠（PP）含量比對(duì)照明顯增多，在果實(shí)膨大后期（7月26日）含量呈增加趨勢，增幅為72.87%，較CK增加51.60%。隨著果實(shí)轉(zhuǎn)色成熟，原果膠含量呈下降趨勢，但原果膠含量依然表現(xiàn)為CaCl2處理＞CK。

由圖3-D、圖3-E可知，在果實(shí)成熟過程中，纖維素和半纖維素含量均呈下降趨勢。但CaCl2處理對(duì)纖維素和半纖維素含量影響趨勢不明顯。

2.4 外源鈣對(duì)巨峰葡萄果實(shí)細(xì)胞酶活性的影響

由圖4可知，巨峰葡萄果實(shí)不同酶對(duì)外源鈣反應(yīng)變化不同。圖4-A可知，隨果實(shí)成熟，多聚半乳糖醛酸酶（PG）活性呈現(xiàn)升高趨勢，CaCl2處理PG活性升高時(shí)間點(diǎn)較CK延后10 d，CK在8月16日多聚半乳糖醛酸酶活性明顯升高，后期呈下降趨勢，CaCl2處理PG活性在8月26日明顯升高。

由圖4-B可知，在巨峰葡萄果實(shí)成熟過程中，β-半乳糖苷酶（β-GAL）活性呈升高趨勢，除8月6日CaCl2處理β-GAL活性略高于CK外，其余時(shí)間酶活性均低于CK，但二者差異不明顯。

圖4-C可知，在果實(shí)成熟過程中， 果膠裂解酶（PL）活性升高，在8月6—26日間酶活性增長較快，之后PL活性變化趨于平緩。8月16日開始PL活性表現(xiàn)為CaCl2處理＜CK，8月16日與CK差異最大，達(dá)27.43%。

由圖4-D可知，果膠酯酶（PE）活性變化隨果實(shí)成熟呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)。在8月16日PE活性均達(dá)到最高，且CaCl2處理的PE活性低于CK。

2.5 葡萄裂果各因素相關(guān)性分析

巨峰葡萄果實(shí)各物質(zhì)相關(guān)性分析（圖5）發(fā)現(xiàn)，裂果率（FC）與果實(shí)多種物質(zhì)具有相關(guān)性，其中與果實(shí)鈣、半纖維素和纖維素含量在0.01水平呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 -0.93、-0.92、-0.91；與PG、PL活性在0.05水平上顯著正相關(guān)，與原果膠（PP）含量顯著負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.76、0.72、-0.72；總果膠（TP）含量在0.10水平上顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.61。說明果實(shí)鈣含量越高，裂果發(fā)生越少；細(xì)胞半纖維素、纖維素、原果膠、總果膠含量越高，或多聚半乳糖醛酸酶、果膠裂解酶活性越低，果實(shí)裂果率越低。果實(shí)鈣含量與C、HC含量在0.01水平上顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.95、0.89；與PG、PL活性在0.05水平上顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 -0.77、-0.74。說明果實(shí)鈣含量對(duì)細(xì)胞纖維素、半纖維素含量以及多聚半乳糖醛酸酶、果膠裂解酶活性產(chǎn)生影響。此外，HC含量與C含量、PG活性與PL活性、PG活性與β-GAL活性在0.01水平上顯著正相關(guān)，PL活性與β-GAL活性在0.05水平上顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.93、0.88、0.77。

3 討論

裂果問題在蘋果、梨、棗、櫻桃、葡萄等許多果樹中均有存在，裂果不僅影響果實(shí)品質(zhì)，還會(huì)產(chǎn)生次生病害，給果農(nóng)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。鈣作為植物生長發(fā)育的必需元素，在果實(shí)防裂中也發(fā)揮著重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，番茄、棗抗裂品種的果實(shí)鈣含量明顯高于易裂品種［16-17］，而補(bǔ)充外源鈣肥可顯著減少棗［18］、枇杷［19］、錦橙［20］、櫻桃［21］、杏［22］的裂果。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，巨峰葡萄隨著果實(shí)成熟，其裂果率逐漸增加，但噴施外源鈣可大幅降低巨峰葡萄裂果率。這與前人關(guān)于鈣與裂果關(guān)系的研究結(jié)論［6，23］一致。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，噴鈣可以大幅增加巨峰葡萄果實(shí)鈣含量，延緩果實(shí)成熟過程中鈣的減少。田慧芳對(duì)駿棗噴施鈣肥后，發(fā)現(xiàn)其果皮、果肉中鈣含量顯著增加［24］；王引等在枇杷中噴鈣使果皮、果肉鈣含量分別較對(duì)照提高1.68、1.69倍［19］。這證實(shí)了本研究結(jié)果。同時(shí)，本研究經(jīng)過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，果實(shí)鈣含量與裂果率呈極顯著負(fù)相關(guān)，這表明噴施外源鈣可通過增加巨峰葡萄果實(shí)鈣含量降低葡萄裂果率。

鈣作為植物生長發(fā)育重要元素，研究發(fā)現(xiàn)其可增加果皮的耐壓性和延展性，提高果實(shí)的抗裂性［25-26］，同時(shí)果膠、纖維素作為細(xì)胞壁主要組分，其含量與代謝也會(huì)影響果皮機(jī)械強(qiáng)度，進(jìn)而影響果實(shí)的抗裂性［27-28］。本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，鈣處理后葡萄果實(shí)原果膠含量升高，可溶性果膠含量降低。說明噴施外源鈣可以提高巨峰葡萄果實(shí)細(xì)胞壁成分含量，尤其顯著提高了原果膠含量，阻止或延緩果膠降解成可溶性果膠。這可能是鈣改善巨峰葡萄裂果的重要原因之一。

另外，Ca2+作為植物細(xì)胞的第二信使，可與細(xì)胞中的鈣調(diào)蛋白結(jié)合調(diào)節(jié)酶的活性，參與調(diào)控植物的生長發(fā)育［29］。Yu等發(fā)現(xiàn)，鈣可能通過降低葡萄中ABA含量而降低細(xì)胞壁中酶活性［6，30］。本研究發(fā)現(xiàn)，鈣處理后葡萄果實(shí)多聚半乳糖醛酸酶活性增強(qiáng)得以延后，果膠裂解酶活性降低。多聚半乳糖醛酸酶和果膠裂解酶主要參與細(xì)胞果膠的降解［31］。由此認(rèn)為，外源鈣可通過增加巨峰葡萄果實(shí)鈣含量，降低果膠相關(guān)降解酶活性，達(dá)到延緩果膠降解、阻止巨峰葡萄裂果的效果。

裂果是一個(gè)復(fù)雜的生理過程，鈣對(duì)裂果各個(gè)生理過程的作用是相互影響的［32］。本研究相關(guān)分析進(jìn)一步證實(shí)了巨峰葡萄裂果率、細(xì)胞鈣含量與總果膠、多聚半乳糖醛酸酶等物質(zhì)的關(guān)系，細(xì)胞鈣含量增加，提高原果膠、總果膠等含量，降低多聚半乳糖醛酸酶、果膠裂解酶活性，有利于防止巨峰葡萄裂果的發(fā)生。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)巨峰葡萄果實(shí)細(xì)胞各物質(zhì)、酶之間以及物質(zhì)與酶之間都存在一定相關(guān)性，但其具體的相互影響、調(diào)控機(jī)制還需要進(jìn)一步細(xì)化研究。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，噴施外源鈣可有效降低巨峰葡萄果實(shí)裂果率，其主要作用途徑是通過增加巨峰葡萄果實(shí)細(xì)胞鈣含量，提高原果膠含量，使多聚半乳糖醛酸酶活性增強(qiáng)得以延后、果膠裂解酶等果膠降解酶活性降低，阻止或延緩果膠降解為可溶性果膠，從而減少巨峰葡萄的裂果。

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