曹藝潔,艾沙江·買買提,仙米斯婭·塔依甫,史智勇,玉蘇甫·阿不力提甫

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,烏魯木齊 830052;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所,烏魯木齊 830091;3.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)藥檢定所,烏魯木齊 830049)

0 引 言

【研究意義】庫爾勒香梨是薔薇科(Rosaceae)梨屬(Pyrus)新疆梨系統(tǒng)(PyrussinkiangensisYü)植物,是瀚海梨與鴨梨的雜交品種,原產(chǎn)于新疆庫爾勒地區(qū)[1],其味甜爽滑、香氣濃郁、皮薄肉細(xì)、酥脆爽口、汁多渣少、耐久貯藏、營養(yǎng)豐富[2]。庫爾勒香梨主要種植于新疆巴音郭楞蒙古自治州(庫爾勒市、輪臺(tái)縣和尉犁縣)和阿克蘇地區(qū),2017年巴州地區(qū)香梨產(chǎn)值為1.739×105萬元[3]。庫爾勒香梨耐干旱和耐鹽堿性,但香梨果柄屬于肉質(zhì)果柄,韌性差,抗風(fēng)能力弱。而庫爾勒地區(qū)每年5級以上大風(fēng)頻發(fā),8級以上的大風(fēng)幾乎每年都有發(fā)生,并且每年臨近香梨采收期都會(huì)發(fā)生不同程度的風(fēng)災(zāi),導(dǎo)致香梨減產(chǎn)[4]。通常年份因風(fēng)災(zāi)造成的落果占香梨總產(chǎn)量的5%,庫爾勒香梨果柄的柔韌性較差易斷裂,采收時(shí)易導(dǎo)致香梨落果嚴(yán)重。比較研究庫爾勒香梨不同類型果柄差異,對培育果柄抗機(jī)械損傷能力高的香梨品種有重要意義。【前人研究進(jìn)展】孫昊琪等[5]研究表明,梨果柄的粗度與可溶性固形物、縱徑、橫徑、單果重呈正相關(guān),與果實(shí)硬度負(fù)相關(guān)。柑橘果實(shí)最終的大小與果梗粗度呈顯著正相關(guān)[6]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前國內(nèi)外對果柄的研究主要集中在采后貯藏和機(jī)械采摘方面[7-9],對果柄肉質(zhì)化文獻(xiàn)報(bào)道幾乎沒有,需找出庫爾勒香梨正常果柄與肉質(zhì)化果柄兩者在形態(tài)指標(biāo)、細(xì)胞壁物質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)的差異,研究庫爾勒香梨果柄肉質(zhì)化形成的原因。【擬解決的關(guān)鍵問題】以成熟期(花后130 d)香梨正常果柄、香梨肉質(zhì)化果柄和碭山酥梨果柄(果柄沒有肉質(zhì)化現(xiàn)象)為材料,田間調(diào)查成熟期香梨肉質(zhì)化果柄的取值范圍,觀察顯微結(jié)構(gòu),比較3種果柄在形態(tài)結(jié)構(gòu)上的差異;分析3者細(xì)胞壁物質(zhì)含量(纖維素、木質(zhì)素、半纖維素)和營養(yǎng)物質(zhì)含量(可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉、礦物質(zhì)元素)的差異。研究香梨果柄肉質(zhì)化原因,提高庫爾勒香梨的產(chǎn)量和質(zhì)量,為培育果柄抗機(jī)械損傷能力高的香梨品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 香梨樹

香梨樹采自于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院輪臺(tái)國家果樹資源圃(N 41°47′2″,E 84°13′32″),株行距5 m×3 m、15年里,試驗(yàn)園內(nèi)梨樹長勢良好,試驗(yàn)對照材料(碭山酥梨)為授粉樹栽培。于2021年9月10日(花后140 d)左右,試驗(yàn)園隨機(jī)取50個(gè)香梨正常果柄、50個(gè)香梨肉質(zhì)化果柄、50個(gè)碭山酥梨果柄,果柄表面清洗干凈,擦干水分,一半使用液氮速凍,存于-80℃冰箱,另一半使用FAA(70%)保存后續(xù)試驗(yàn)使用。圖1

注：A為香梨正常果柄(ZC),B為香梨肉質(zhì)化果柄(RZ),C為碭山酥梨果柄(DS)

1.1.2 主要儀器

數(shù)顯游標(biāo)卡尺、分光光度計(jì)、萬分之一天平(ML240,梅特勒)、電感耦合等離子質(zhì)譜儀(7700X,Agilent)、全波長酶標(biāo)儀(MD SpectraMax 190)、離心機(jī)(LG16-WA,北京京立)、研磨儀(JXSTPRP-24),濃硫酸(70%)、鹽酸、高氯酸等溶液。

1.2 方 法

田間果柄形態(tài)指標(biāo)測定使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測定,于成熟期梨園隨機(jī)取500個(gè)庫爾勒香梨和50個(gè)碭山酥梨測量果柄粗度,田間測量過程中果柄上下部具有明顯差異的定義為肉質(zhì)化果柄。庫爾勒香梨不同類型果柄礦物質(zhì)元素含量測定使用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)儀測定。分析送檢平臺(tái):ICP-MS(7700X,Agilent)由南京鐘鼎生物科技有限公司測定,果柄細(xì)胞壁物質(zhì)(纖維素、木質(zhì)素、半纖維素)和營養(yǎng)物質(zhì)(可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉)含量測定參照王學(xué)奎[10]、熊素敏[11]等方法,元素分類方法參照張小雪[12]標(biāo)準(zhǔn),果柄細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)物質(zhì),營養(yǎng)物質(zhì)的測定均設(shè)置3組重復(fù)。

果柄石蠟切片的制作方法參照不同類型梨果柄石蠟切片的厚度為8～10 μm,使用植物番紅固綠對果柄切片進(jìn)行染色,并在OLYMPUS 顯微鏡下拍照,并采用 DP Controler 軟件進(jìn)行圖片采集,Motic plus 2.0 軟件分析圖片。使用CaseViewer軟件測量果柄解剖結(jié)構(gòu)(果柄維管束數(shù)量、木質(zhì)部面積、韌皮部面積、果柄橫截面積等)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析使用Excle 2010、使用Prism 7.0作圖、石蠟切片測量使用 CaseViewer圖片處理軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 庫爾勒香梨不同類型果柄形態(tài)指標(biāo)比較

研究表明,庫爾勒香梨正常果柄和肉質(zhì)化果柄分別占調(diào)查總數(shù)的16%、84%。庫爾勒香梨果柄直徑符合正態(tài)分布的規(guī)律,香梨正常果柄平均值μ=3.04 mm,標(biāo)準(zhǔn)差σ=0.332 mm,根據(jù)正態(tài)分布定理95%置信區(qū)間為μ-2σ≤X≤μ+2σ。香梨正常果柄的取值范圍分別為2.38 mm≤香梨正?！?.70 mm。而香梨肉質(zhì)化果柄平均值μ=6.32 mm,標(biāo)準(zhǔn)差為σ=1.40 mm,香梨肉質(zhì)化果柄的取值范圍為3.52 mm≤香梨肉質(zhì)化≤9.12 mm(95%置信區(qū)間)。香梨果柄的直徑≥3.70 mm為香梨肉質(zhì)化果柄。圖2

注：A為香梨肉質(zhì)化果柄的正態(tài)分布,B為香梨正常果柄粗度的正態(tài)分布,-2σ≤樣本均值≤2σ,σ為標(biāo)準(zhǔn)差(95%置信區(qū)間)

2.2 不同類型梨果柄形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)比較

研究表明,3種果柄解剖結(jié)構(gòu)均是由表皮、皮層、維管束三部分組成。3種類型梨果柄中香梨肉質(zhì)化果柄橫截面積(15.8 mm2)明顯大于碭山酥梨與香梨正常果柄,并且香梨肉質(zhì)化果柄中表皮細(xì)胞相比其他兩種果柄排列不規(guī)則細(xì)胞壁厚度不均勻。香梨肉質(zhì)化果柄皮層厚度小于香梨正常和碭山酥梨果柄,但薄壁細(xì)胞數(shù)量較多,碭山酥梨果柄皮層中所含纖維細(xì)胞數(shù)量較多,但相比香梨正常和香梨肉質(zhì)化果柄來說染色較淺,香梨正常果柄中薄壁細(xì)胞體積大于香梨肉質(zhì)化果柄。3種類型梨果柄中碭山酥梨果柄維管束數(shù)量比香梨正常和香梨肉質(zhì)化果柄多,而香梨正常、香梨肉質(zhì)化果柄中維管束數(shù)量相同,無差異。3種梨果柄中的維管束都屬于無限外韌型維管束,碭山酥梨果柄排列比較規(guī)則具有明顯的束間形成層,維管束之間相距較短且維管束周圍的韌皮纖維比香梨正常和香梨肉質(zhì)化果柄發(fā)達(dá)(韌皮纖維都為厚壁組織),維管束占果柄橫截面積的比例(17.7%)和木質(zhì)部面積(0.47 mm2)在3種梨中最高,但木質(zhì)部在維管束中的占比小于香梨肉質(zhì)化果柄。香梨肉質(zhì)化果柄中的維管束面積、韌皮部面積、木質(zhì)部占比均大于香梨正常果柄,而維管束面積占果柄橫截面積的比例在3種類型梨果柄中最小(4.09%)。3種類型梨果柄中,香梨肉質(zhì)化果柄的維管束組織發(fā)育比香梨正常和碭山酥梨較好。表1,圖3

表1 成熟期不同類型梨果柄顯微結(jié)構(gòu)比較

注：A、B、C分別為香梨正常果柄、香梨肉質(zhì)化果柄、碭山酥梨果柄解剖結(jié)構(gòu)圖

2.3 不同類型果柄細(xì)胞壁物質(zhì)含量比較

研究表明,3種類型梨果柄中的纖維素含量由高到低依次為香梨肉質(zhì)化>香梨正常>碭山酥梨,木質(zhì)素含量比較由高到低依次為香梨正常>碭山酥梨>香梨肉質(zhì)化; 半纖維素含量由高到低依次為碭山酥梨>香梨正常>香梨肉質(zhì)化,香梨正常果柄和碭山酥梨果柄細(xì)胞壁中纖維素、半纖維素總量高于香梨肉質(zhì)化果柄,細(xì)胞壁增厚,香梨肉質(zhì)化果柄的細(xì)胞木質(zhì)化程度低于香梨正常和碭山酥梨果柄,果柄中薄壁細(xì)胞較多厚壁組織發(fā)育不發(fā)達(dá),香梨肉質(zhì)化果柄的柔韌性低于其他2種類型果柄,抗風(fēng)災(zāi)能力遠(yuǎn)低于香梨正常和碭山酥梨果柄。圖4

注：A、B、C分別為3種果柄中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量差異圖;數(shù)據(jù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)后用不同小寫字母表示在P<0.05差異顯著

2.4 不同類型梨果柄營養(yǎng)物質(zhì)含量比較

研究表明,不同類型梨果柄中的可溶性蛋白含量由高到低依次為碭山酥梨>香梨正常>香梨肉質(zhì)化,淀粉的含量由高到低依次為香梨正常>碭山酥梨>香梨肉質(zhì)化,可溶性糖的含量由高到低依次為香梨肉質(zhì)化>碭山酥梨>香梨正常,香梨正常含水量為0.67,而香梨肉質(zhì)化果柄的含水量為2.57,香梨肉質(zhì)化果柄的含水量明顯高于正常果柄,香梨肉質(zhì)化果柄中的薄壁細(xì)胞較多,香梨正常果柄中的薄壁細(xì)胞細(xì)胞壁加厚,水分低于香梨肉質(zhì)化果柄。香梨肉質(zhì)化果柄中的可溶性糖和淀粉總量高于香梨正常果柄,其細(xì)胞壁中的纖維素含量高于香梨正常果柄。圖5

注：A、B、C、D分別為3種果柄可溶性蛋白、可溶性蛋白、淀粉、含水量差異圖;數(shù)據(jù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)后用不同小寫字母表示在P<0.05差異顯著

兩種類型果柄中均檢測出33種植物元素,按其含量的平均值可分為中量元素1種(Se)、微量元素5種(分別為Sr、V、Mo、Co、Na)、極微量元素26種(分別為Ti、Ni、Cd、Fe、Ca、Pb、Al、Ga、Mn、Sb、Nb、B、Be、As、Mg、P、La、Sc、Zn、Cr、Zr、Y、Tl、Cu、Ag、K、Ba)。其2種果柄在元素種類上沒有差異,香梨正常果柄中的礦物質(zhì)總量高于香梨肉質(zhì)化果柄,其中香梨正常、香梨肉質(zhì)化2種果柄具有顯著性差異的元素有25種(篩選條件為VIP大于1且P<0.05),其種異倍數(shù)為0.54～4.41倍,其中不同類型果柄中差異倍數(shù)較大的元素為Mo、Sr、Fe、Ca、Ti。Se元素在香梨2種類型果柄礦質(zhì)元素中含量最高,其中P、B、Na元素在香梨肉質(zhì)化果柄中含量高,其余22種具有顯著差異的元素均在香梨正常果柄中含量高。2種類型香梨果柄中未達(dá)到顯著差異的元素有8種,分別為Cr、Zr、Y、Tl、Cu、Ag、K、Ba。表2

表2 同類型庫爾勒香梨果柄元素含量差異

3 討 論

不同類型梨品種的果柄粗度不同,梨果柄的粗度與果園水肥管理、花芽類型、梨園田間管理相關(guān)[8,13-15]。碭山酥梨果柄與香梨肉質(zhì)化果柄的形態(tài)指標(biāo)與生理指標(biāo)存在差異,與孫昊琪等[5]研究結(jié)果一致。香梨正常果柄與香梨肉質(zhì)化果柄為同一品種,并非生物學(xué)遺傳特質(zhì)導(dǎo)致的差異。維管束主要分為木質(zhì)部和韌皮部兩部分,對植物體具有長距離運(yùn)輸和機(jī)械支撐的重要作用[16]。研究觀察發(fā)現(xiàn),香梨兩種類型果柄中維管束數(shù)量沒有差異,而香梨肉質(zhì)化果柄中的維管束面積大于香梨正常果柄,并且維管束中木質(zhì)部占的比例也明顯高于正常果柄,但是香梨肉質(zhì)化果柄中的維管束分布密度確低于香梨正常果柄和碭山酥梨果柄。錦橙上也有類似的報(bào)道,即果柄越粗其維管束組織越發(fā)達(dá)[6]。果樹生長所需要的水分、營養(yǎng)物質(zhì)及植物激素都是通過維管束運(yùn)輸?shù)狡渌鞴賉17-19],香梨肉質(zhì)化果柄維管束較發(fā)達(dá),果柄中的營養(yǎng)物質(zhì)含量高于香梨正常果柄,且果柄的維管束系統(tǒng)相較于香梨正常果柄發(fā)達(dá),養(yǎng)分運(yùn)輸能力高于香梨正常果柄[8],果實(shí)大小達(dá)到極限后基本停滯增長不發(fā)生變化[20],果實(shí)不在吸收果柄輸送的營養(yǎng)物質(zhì)出現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)過?，F(xiàn)象,堆積在果柄中導(dǎo)致香梨果柄變粗。

可溶性蛋白與植物纖維素可以促進(jìn)植物次生壁的加厚[21,22],與研究結(jié)果一致,香梨肉質(zhì)化果柄中的蛋白質(zhì)含量及木質(zhì)化程度低于香梨正常和碭山酥梨果柄,香梨正常果柄中薄壁細(xì)胞因?yàn)榫S管束系統(tǒng)不發(fā)達(dá),養(yǎng)分吸收不充足,導(dǎo)致薄壁細(xì)胞細(xì)胞壁加厚逐漸分化成維管束周圍的韌皮纖維細(xì)胞。外部補(bǔ)充礦質(zhì)元素可以調(diào)高植物莖稈的強(qiáng)度提高植物的抗倒伏能力。噴Ca后花莖中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量會(huì)增加并且厚壁組織的細(xì)胞壁會(huì)加厚[23,24]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)香梨正常和碭山酥梨果柄中鈣、鉬、鐵等元素含量顯著高于香梨正常,兩種果柄木質(zhì)素含量也顯著高于香梨正常果柄,Ca等元素的缺失可能會(huì)導(dǎo)致香梨果柄發(fā)生肉質(zhì)化現(xiàn)象。庫爾勒香梨果柄肉質(zhì)化原因及礦物質(zhì)元素在果柄肉質(zhì)化過程中可能起到的作用有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

庫爾勒香梨不同類型果柄中形態(tài)結(jié)構(gòu)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)均存在顯著差異,其中香梨肉質(zhì)化果柄中的水分含量、維管束的面積、纖維素含量、可溶性糖含量均高于正常果柄,分別為正常果柄的1.40、1.48、1.11、1.42倍且礦物質(zhì)元素中的P、B、Na元素的含量高于正常果柄,分別為香梨正常果柄1.85、1.06、1.13倍。