外源赤霉素、氨基酸鈣處理對‘明日見’柑橘裂果的影響

代琳，張倫德，周志揚(yáng)，陳泓臻，黃康，馬晴晴，孫孝賢，熊博

（1瀘州市經(jīng)濟(jì)作物站，四川瀘州 646000；2四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，成都 611130）

0 引言

柑橘為蕓香科柑橘亞科多年生植物[1]，是世界第一大果樹，喜溫暖濕潤氣候，全世界有140 多個國家和地區(qū)對柑橘進(jìn)行了種植，但主要是集中在中國、巴西、美國以及地中海沿岸的國家[2]。柑橘市場廣闊，也是中國南方最重要的果樹之一?！魅找姟涕偈怯伞d津46 號’和‘春見’雜交培育而來，其果實(shí)顏色艷麗、果皮光滑，肉質(zhì)細(xì)嫩化渣、汁多味濃，品質(zhì)十分優(yōu)良，可溶性固形物含量高，具有極高的商業(yè)價(jià)值和市場競爭力。但‘明日見’皮薄且硬，果肉飽滿，故在果實(shí)膨大期極易裂果，特別是在連續(xù)干旱或暴雨時(shí)，其平均裂果率在75%以上，甚至更高，最高可達(dá)90%，嚴(yán)重制約了其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此‘明日見’柑橘裂果問題亟待解決。

大量研究表明，裂果是指果皮機(jī)械斷裂的一種生理性病害或者失調(diào)現(xiàn)象[3]，櫻桃[4]、梨[5]、油桃[6]等果實(shí)也多有發(fā)生，而對于柑橘裂果的研究多集中于橙類，對于晚熟雜柑類在裂果方面研究較少[7]。郭中富[8]的研究表明，一般柑橘裂果多發(fā)生在果實(shí)膨大期或轉(zhuǎn)色期，品種遺傳特性、果實(shí)組織特性、器官組織結(jié)構(gòu)、生理生化因素、栽培管理措施等均是造成裂果的重要因素。目前，學(xué)者普遍認(rèn)為，水分狀態(tài)的變化是引起果實(shí)裂果的首要因素[9-11]，而沒有對果皮細(xì)胞壁代謝組分進(jìn)行深度研究。但裂果的發(fā)生與果皮的發(fā)育狀態(tài)直接相關(guān)[12-13]。果皮所受膨壓、果皮力學(xué)強(qiáng)度和果皮延伸性3個因素共同調(diào)控，影響果實(shí)裂果。植物細(xì)胞壁是一種復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其成分包含纖維素、半纖維素、果膠和結(jié)構(gòu)蛋白等，這些成分及其相互交聯(lián)是果皮強(qiáng)度的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[14]。果皮強(qiáng)度是重要因子，故可以用來衡量果實(shí)裂果的易發(fā)性[15]。

果實(shí)在生長過程中會不斷吸收各種營養(yǎng)元素來滿足細(xì)胞分裂、生長和碳水化合物合成與運(yùn)輸?shù)男枨螅渲械拟}在果實(shí)生長發(fā)育及應(yīng)對環(huán)境變化過程中起著中心調(diào)控作用，參與細(xì)胞分裂和生長。陳輝惶等[16-18]研究表明鈣能夠與果膠酸結(jié)合，從而減少裂果的發(fā)生。果實(shí)膨大期果皮和果肉鈣含量呈下降趨勢，外源噴施鈣肥能顯著提高果皮鈣含量，增大果皮硬度，減少裂果[19]。赤霉素是一種植物生長調(diào)節(jié)劑[4]，影響植株生長發(fā)育過程，外源赤霉素處理可降低裂果的發(fā)生[19]。柑橘裂果是生理失調(diào)的表現(xiàn)，可能是隨著果實(shí)的生長發(fā)育，果皮內(nèi)各組分的相互代謝轉(zhuǎn)化，使細(xì)胞壁物質(zhì)含量發(fā)生變化，從而降低果皮強(qiáng)度，在外界不良環(huán)境的刺激下，導(dǎo)致果皮裂果。因此，探究果皮細(xì)胞壁物質(zhì)的成分代謝對預(yù)防柑橘裂果有重要意義。

筆者以紅橘為基礎(chǔ)砧高換5年生‘明日見’柑橘為試驗(yàn)材料，在果實(shí)快速膨大期對‘明日見’進(jìn)行外源赤霉素以及氨基酸鈣處理，測定裂果率、果皮細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察、細(xì)胞壁物質(zhì)含量、3 種不同類型果膠含量（包括水溶性果膠、離子結(jié)合性果膠、共價(jià)結(jié)合型果膠）、半乳糖醛酸含量、纖維素和半纖維素含量、木質(zhì)素含量、果實(shí)外觀品質(zhì)，并利用方差分析進(jìn)行綜合評價(jià)。研究不同處理對果實(shí)裂果的影響，探究其對果實(shí)發(fā)育過程中果皮細(xì)胞壁物質(zhì)含量的影響，揭示鈣對‘明日見’裂果及果實(shí)發(fā)育過程中相關(guān)細(xì)胞壁物質(zhì)代謝的變化規(guī)律，為防止‘明日見’裂果提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021—2022年進(jìn)行，以四川省南充市嘉陵區(qū)高換5年生‘明日見’柑橘為試驗(yàn)材料，基砧為紅橘，中間砧為‘卡拉卡拉’臍橙，參試植株樹高、冠徑、坐果率、生長勢、負(fù)載量基本一致，生長狀況良好，無病蟲害。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇27 株樹，每個處理3 株，設(shè)置3 個重復(fù)。設(shè)0.3 g/L 螯合態(tài)鈣肥、30 mg/L 赤霉素、清水(CK)3 個處理，分別在花后60、75、90 d（第二次生理落果后即果實(shí)膨大期）于晴天上午進(jìn)行試驗(yàn)處理，以葉面、果面滴水為度，用量為2 L/株，供試鈣肥為螯合態(tài)鈣肥（鈣≥30 g/L，氨基酸≥65 g/L）。

1.3 樣品采集及項(xiàng)目測定

從花后100 d 開始采樣，每隔15 d 采樣一次，共采樣5 次。采取‘明日見’樹冠外圍中上層果實(shí)，于東西南北中5個方位，隨機(jī)選取中等大小、無病蟲害且無機(jī)械損傷的果實(shí)，及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。洗凈后分別測定果形指數(shù)、果皮厚度等外觀指標(biāo)；再把果皮果肉分離，各處理樣品混合后，樣品于60℃烘箱中烘干至恒重，并貯藏于干燥器中，用于測定果皮細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察、細(xì)胞壁物質(zhì)含量、3 種不同類型果膠含量、半乳糖醛酸含量、纖維素和半纖維素含量、木質(zhì)素含量、果實(shí)外觀品質(zhì)。裂果發(fā)生率的調(diào)查方法為統(tǒng)計(jì)每株樹的總果數(shù)(C1)和裂果數(shù)(C2)，裂果發(fā)生率(C0)計(jì)算如式(1)；游標(biāo)卡尺測定果實(shí)縱橫徑、果皮厚度；細(xì)胞壁物質(zhì)含量參考王秀[20]的方法測定；3種不同類型果膠含量測定參照Wang等[21]的方法；利用咔唑比色法測定半乳糖醛酸含量；纖維素與半纖維素含量測定參照Wang等[21-22]和熊慶娥[23]的方法；參照古湘等[24-25]的方法對果皮的木質(zhì)素含量進(jìn)行測定；利用熒光顯微鏡觀察果皮細(xì)胞形態(tài)，掃描電子顯微鏡觀察果皮細(xì)胞狀態(tài)。

1.4 數(shù)據(jù)分析及處理

用IBM SPSS 26.0軟件P<0.05為顯著水平對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)裂果率變化

由表1 可知，‘明日見’在花后115 d 左右開始裂果，裂果率隨著果實(shí)生長發(fā)育逐漸上升，在花后130 d驟然升高，花后145 d明顯持續(xù)升高，花后145 d對照組裂果率高達(dá)69.81%，推測該時(shí)期的裂果高峰期。在開始裂果至裂果高峰期，處理組裂果率均顯著低于對照組。同一時(shí)期赤霉素處理組裂果率都低于氨基酸鈣處理組，在花后160 d赤霉素處理組裂果率顯著低于氨基酸鈣處理組，說明赤霉素處理可以降低裂果率。

表1 不同處理在不同時(shí)期‘明日見’的裂果率 %

2.2 果實(shí)外觀品質(zhì)測定

由圖1 可知，‘明日見’裂果與果實(shí)果形指數(shù)顯著相關(guān)。處理組與對照組果實(shí)果形指數(shù)整體呈下降趨勢，在裂果高峰期，果實(shí)果形指數(shù)顯著降低。由圖2可知，果皮厚度整體呈下降趨勢，在裂果高峰期，果皮厚度明顯降低，說明果皮厚度越低越容易裂果。果皮厚度赤霉素處理組顯著高于氨基酸鈣處理組和對照組，說明赤霉素能促進(jìn)細(xì)胞分裂從而增大果實(shí)果皮厚度。

圖1 不同處理在不同時(shí)期‘明日見’果實(shí)的果形指數(shù)

圖2 不同處理在不同時(shí)期‘明日見’果實(shí)的果皮厚度

2.3 細(xì)胞壁物質(zhì)含量的測定

由圖3 可知，處理組與對照組的細(xì)胞壁物質(zhì)含量無顯著差異，都在69%左右。說明裂果與細(xì)胞壁物質(zhì)總含量無關(guān)。

圖3 不同處理在不同時(shí)期‘明日見’果皮的細(xì)胞壁物質(zhì)含量

2.4 3種不同類型果膠含量的檢測

由圖4 可知，同一處理裂果高峰期果皮細(xì)胞壁中水溶性果膠含量高于其他時(shí)期，整體呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢。裂果高峰期對照組水溶性果膠含量最高達(dá)到134.04 mg/(g·DW)，其次氨基酸鈣處理組為125.40mg/(g·DW)，赤霉素處理最低為115.89mg/(g·DW)。在裂果高峰期，氨基酸鈣處理組水溶性果膠含量顯著低于對照組，而在其他時(shí)期差異并不顯著。在各個時(shí)期，赤霉素處理組水溶性果膠含量都顯著低于氨基酸鈣處理組和對照組。

圖4 不同處理在不同時(shí)期‘明日見’果皮的細(xì)胞壁中水溶性果膠含量

由圖5 可知，同一處理在不同時(shí)期‘明日見’果皮細(xì)胞壁離子結(jié)合性果膠含量整體呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，特別是在裂果高峰期果皮細(xì)胞壁中離子結(jié)合性果膠含量明顯低于其他時(shí)期。裂果高峰期氨基酸鈣組離子結(jié)合性果膠含量達(dá)到最高為42.57 mg/(g·DW)，其含量約為赤霉素處理組和對照組離子結(jié)合性果膠含量最低值的1.5倍。在各個時(shí)期，氨基酸鈣處理組離子性果膠含量顯著高于對照組和赤霉素處理組。在花后160 d 赤霉素處理組離子結(jié)合性果膠含量顯著高于對照組，而在其他時(shí)期兩者差異并不顯著。

圖5 不同處理在不同時(shí)期‘明日見’果皮的細(xì)胞壁離子結(jié)合性果膠含量

由圖6 可知，同一處理在不同時(shí)期‘明日見’果皮細(xì)胞壁中共價(jià)結(jié)合型果膠整體呈先下降后上升的趨勢，與離子結(jié)合性果膠變化趨勢一致；其含量在裂果高峰期明顯低于其他時(shí)期，在裂果高峰期對照組共價(jià)結(jié)合型果膠含量最低為29.66 mg/(g·DW)，其次氨基酸鈣處理組為32.46 mg/(g·DW)，赤霉素處理組最高達(dá)37.51 mg/(g·DW)。在各個時(shí)期，共價(jià)結(jié)合型果膠含量赤霉素處理組顯著高于對照組和氨基酸鈣處理組。在開始裂果至裂果高峰期（即花后115 d 至花后145 d），共價(jià)結(jié)合型果膠含量氨基酸鈣處理組與對照組差異不顯著。

圖6 不同處理在不同時(shí)期‘明日見’果皮的細(xì)胞壁中共價(jià)結(jié)合型果膠含量

2.5 纖維素與半纖維素含量的測定

由圖7 可知，同一處理在不同時(shí)期‘明日見’果皮細(xì)胞壁中纖維素含量整體呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。其中裂果高峰期明顯低于其他時(shí)，對照組纖維素含量降至最低為47.76 mg/(g·DW)。在各個時(shí)期，纖維素含量赤霉素處理組>氨基酸鈣處理組>對照組。說明‘明日見’果皮細(xì)胞壁中纖維素含量變化受赤霉素和氨基酸鈣影響，其中赤霉素影響最大。由表2可知，不同處理在不同時(shí)期半纖維素含量差異均不顯著。

表2 不同處理在不同時(shí)期‘明日見’果皮中半纖維素的含量 mg/(g·DW)

圖7 不同處理在不同時(shí)期‘明日見’果皮中的纖維素含量

2.6 木質(zhì)素含量的測定

由表3 可知，不同處理在不同時(shí)期‘明日見’果皮中木質(zhì)素含量差異均不顯著。說明木質(zhì)素含量對‘明日見’裂果的影響不大，木質(zhì)素不受赤霉素與氨基酸鈣影響。

表3 不同處理在不同時(shí)期‘明日見’果皮中木質(zhì)素的含量 mg/(g·DW)

2.7 果皮細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察

由圖8 可知，不同處理在不同時(shí)期‘明日見’未裂果時(shí)期（花后100 d）薄壁細(xì)胞排列緊密，細(xì)胞間粘合力強(qiáng)，裂果高峰期（花后145 d）薄壁細(xì)胞排列較為松散，細(xì)胞間粘合力弱，細(xì)胞間空隙較大。

圖8 解剖結(jié)構(gòu)圖

3 討論

裂果是果實(shí)發(fā)育過程中的生理失調(diào)癥[26-27]，在各柑橘產(chǎn)地均有發(fā)生[28]。當(dāng)前，對裂果的研究主要集中在蘋果[29]、葡萄[30-31]、棗[32-34]等作物上。鈣在防治裂果方面研究較多[35]，但赤霉素與鈣作為對比研究的案例較少，本試驗(yàn)可為赤霉素與鈣處理柑橘裂果機(jī)制提供理論依據(jù)。

3.1 柑橘果實(shí)和果皮細(xì)胞壁物質(zhì)變化與裂果的關(guān)系

本試驗(yàn)結(jié)果表明，‘明日見’在花后130～145 d 進(jìn)入裂果高峰期，果皮細(xì)胞壁中水溶性果膠含量明顯升高，和裂果率的變化趨勢相同，說明其含量越高越容易發(fā)生裂果；果皮細(xì)胞壁中離子結(jié)合性果膠和共價(jià)結(jié)合型果膠含量明顯降低，和裂果率的變化趨勢相反，說明其含量越低越容易發(fā)生裂果。共價(jià)結(jié)合型果膠主要為高度酯化的壁果膠；離子結(jié)合性果膠主要為Ca2+交聯(lián)的多聚半乳糖酸鏈，在結(jié)構(gòu)上呈蛋匣模型，可増強(qiáng)細(xì)胞間的粘合力[36]。水溶性果膠主要為可溶性果膠和果膠酸[37-39]，水溶性果膠、離子結(jié)合性果膠、共價(jià)結(jié)合型果膠這3 種類型并非獨(dú)立存在的物質(zhì)，它們之間是可以相互轉(zhuǎn)化的[36]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著果實(shí)的生長發(fā)育，進(jìn)入裂果高峰期，離子結(jié)合性果膠和共價(jià)結(jié)合型果膠轉(zhuǎn)化為水溶性果膠，細(xì)胞間的粘合力下降從而更容易發(fā)生裂果，試驗(yàn)結(jié)果也與3 種類型果膠的變化趨勢相吻合。隨著裂果率的增大，果實(shí)果皮的厚度以及果形指數(shù)逐漸減小。果形指數(shù)越小，果型扁圓，越容易裂果，這與賴呈純等[40]的結(jié)論一致。這可能與不同形狀果實(shí)表面積的膨大速率與采后果實(shí)臨界爆破壓力等有關(guān)[41]。纖維素作為細(xì)胞壁的主要成分，對細(xì)胞起著支持與保護(hù)的作用。在裂果高峰期，細(xì)胞壁中纖維素含量也顯著降低，可能是降低了果皮強(qiáng)度，進(jìn)而導(dǎo)致了裂果的發(fā)生；細(xì)胞壁中的木質(zhì)素與半纖維素含量在裂果進(jìn)程中變化差異不顯著，說明半纖維素含量對‘明日見’柑橘裂果的影響較小，半纖維素不受赤霉素與氨基酸鈣影響，還需進(jìn)一步的研究。

3.2 GA3對柑橘裂果的影響

一般認(rèn)為，赤霉素可以顯著促進(jìn)植物生長，主要體現(xiàn)在細(xì)胞分裂和細(xì)胞增大2 個方面[42]。本試驗(yàn)結(jié)果中，赤霉素處理能有效緩解‘明日見’柑橘裂果的發(fā)生，在果實(shí)生長發(fā)育周期內(nèi)顯著降低其裂果率。研究結(jié)果表明，在果實(shí)外觀品質(zhì)上，赤霉素能顯著增大果實(shí)果皮的厚度，增強(qiáng)果皮強(qiáng)度，從而預(yù)防裂果的發(fā)生。這與李三玉等[43]發(fā)現(xiàn)玉環(huán)柚梨形果果皮GA3含量大于扁圓形果，導(dǎo)致梨形果果皮厚于扁圓形果的結(jié)果一致。在果皮細(xì)胞壁物質(zhì)生理代謝過程中，赤霉素主要通過影響水溶性果膠、共價(jià)結(jié)合型果膠和纖維素的變化來預(yù)防裂果的發(fā)生。在赤霉素處理組中，水溶性果膠最低含量低至72.09 mg/(g·DW)，即使在裂果高峰期也顯著低于對照組，反而共價(jià)結(jié)合型果膠的含量較高，最高可達(dá)51.35 mg/(g·DW)。由此推測，赤霉素可能有利于水溶性果膠向共價(jià)結(jié)合型果膠轉(zhuǎn)化，從而提高果皮強(qiáng)度。經(jīng)過赤霉素的處理，果實(shí)果皮細(xì)胞壁中纖維素的含量也顯著多于對照組，表明赤霉素對纖維素的含量變化也有影響較大。

3.3 氨基酸鈣對柑橘裂果的影響

根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，氨基酸鈣能有效緩解‘明日見’裂果的發(fā)生，但處理效果要差于赤霉素處理。從各項(xiàng)指標(biāo)來看，氨基酸鈣主要是通過影響離子結(jié)合性果膠的含量來預(yù)防裂果的發(fā)生。在氨基酸鈣處理的整個時(shí)期中，離子結(jié)合性果膠最高含量可達(dá)52.68 mg/(g·DW)，最低含量也有42.51 mg/(g·DW)，相比于赤霉素處理組與對照組而言，其變化幅度小，含量比較穩(wěn)定?？赡苁前被徕}能有效抑制離子結(jié)合性果膠進(jìn)一步向水溶性果膠轉(zhuǎn)化，抑或是氨基酸鈣能促進(jìn)離子結(jié)合性果膠的生成，增強(qiáng)細(xì)胞間的粘合力。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，赤霉素和氨基酸鈣均能有效緩解‘明日見’柑橘裂果的發(fā)生，且赤霉素的處理效果優(yōu)于氨基酸鈣。同時(shí)與葉正文等[44]使用50 mg/L GA3防控臍橙裂果的研究相比，本試驗(yàn)的結(jié)果降低了赤霉素的使用濃度(30 mg/L)，也可有效地減少裂果。