成熟期不同品種棗果肉微觀組織結(jié)構(gòu)特征

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（1.新疆大學 資源與環(huán)境科學學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆農(nóng)業(yè)大學 a.林業(yè)研究所；b.新疆紅棗工程技術研究中心，新疆 烏魯木齊 830052；3.新疆維吾爾自治區(qū)科技項目服務中心，新疆 烏魯木齊 830001；4.中國林業(yè)科學研究院 林業(yè)科技信息研究所，北京 100091）

棗Ziziphus jujuba果實是中國特色的經(jīng)濟果品之一[1-3]。質(zhì)地是棗果的一個重要質(zhì)量指標，直接影響其食用價值，也是影響其口感的一個重要因素[4-6]。棗果質(zhì)地變化的內(nèi)在原因是微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化[7]。由于細胞類型、排列方式以及孔隙特征的差異，果肉組織會表現(xiàn)出不同的質(zhì)地特性[8-9]，可以說組織的微觀結(jié)構(gòu)在一定程度上決定著果品質(zhì)地的多樣性。近年來，關于果實組織解剖結(jié)構(gòu)的研究已有一些報道，魏欽平等[10-11]報道了不同生態(tài)區(qū)喬納金和富士蘋果果皮角質(zhì)膜厚度、質(zhì)地均一程度各異，表皮細胞的大小、形狀和排列方式等影響角質(zhì)膜厚度和質(zhì)地；李治梅[12]以鴨梨和黃金梨為試材研究了果實結(jié)構(gòu)與耐貯藏性的關系；侯聚敏[13]通過對果肉組織微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)學參數(shù)進行主成分分析，實現(xiàn)了不同品種蘋果的有效識別。關于棗果肉組織結(jié)構(gòu)的研究多集中于保鮮、貯藏和加工等方面[14-17]。肖程順[18]就不同品種紅棗果肉細胞的內(nèi)含物進行了比較；潘青華等[19]通過對棗解剖結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律的研究，探討了棗果的裂果機理；梁小娥等[20]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)鮮棗的貯藏伴隨著棗果的軟化，果肉中薄壁細胞的超微結(jié)構(gòu)變化顯著；于靜靜等[21]指出采用不同干燥方式制得的干棗產(chǎn)品的細胞組織結(jié)構(gòu)差異較大；韋玉龍等[22-23]研究了熱風干制溫度對棗果微觀組織結(jié)構(gòu)及表皮角質(zhì)層的影響。在以往的研究中，大多涉及果實結(jié)構(gòu)與采后制干特性[24]及耐貯藏性間的關系，且多局限于對單一品種的研究，對不同品種及不同成熟期（根據(jù)棗果皮色和果肉質(zhì)地變化，可將棗成熟期分為白熟期、脆熟期和完熟期[25]）棗果肉組織結(jié)構(gòu)差異性的研究鮮見報道，缺乏詳盡的資料。文中通過對不同品種及不同成熟期棗果肉的微觀組織結(jié)構(gòu)進行定量分析，比較果實形態(tài)學參數(shù)的差異，旨在從微觀尺度（細胞組織結(jié)構(gòu)）揭示不同品種、不同成熟期棗果肉組織結(jié)構(gòu)的差異性及變化規(guī)律，定量地表征和解析棗果肉結(jié)構(gòu)特征，為分析比較不同品種棗果肉微觀組織結(jié)構(gòu)的差異提供數(shù)據(jù)支持，在微觀組織結(jié)構(gòu)層面為不同品種棗果品質(zhì)差異對比及棗果食用和加工過程中適時采收提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料采自新疆農(nóng)業(yè)大學林業(yè)研究所博湖南山試驗基地，試驗地立地條件和管理水平一致，試驗樹均為正常生長的成年結(jié)果樹[26]。試驗樣樹為馬牙棗、駿棗、灰棗3 個新優(yōu)品種，均為該試驗基地的優(yōu)選品系，果大，果實屬于不同質(zhì)地類型且具各自感官品相。

1.2 試驗方法

1.2.1 取 樣

每個品種選擇生長狀況基本一致的3 株植株，分白熟前期（果實體積不變）、白熟期（果柄處稍紅）、脆熟半紅期、脆熟全紅期、完熟期5 個時期（依次以I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ表示），每個時期選取果形端正、大小一致、無病蟲害、無傷痕和壞點的果實，分別在樣樹的東、西、南、北、中5 個方位采摘棗果樣品，每個方位2 個樣，每個時期采摘30 個，共計150 個棗果樣品。由于品種間成熟期所處時間略有不同，根據(jù)果實的硬度和可溶性固形物指標，結(jié)合淀粉染色結(jié)果，判定各品種的成熟期進行采收。

1.2.2 切 片

將棗果切成長和寬均為0.5 cm、高為棗果橫徑長度的類長方體小塊，每棗果3 個重復。將切好的樣品塊浸入4%多聚甲醛固定液中，用真空泵抽氣后固定24 h。脫水、透明與浸蠟、包埋、切片、展片與烤片、脫蠟、染色、封片參照文獻[27-29]中的方法，并稍改進：烤片過程中水溫設置為40 ～42 ℃，烤片溫度設置為50 ～55 ℃，番紅染液染色35 min、固綠染液染色5 s。

1.2.3 參數(shù)采集

使用Nikon Ci-L 數(shù)碼生物顯微鏡進行觀察拍照，采用配套NIS-Elements D 軟件進行相關數(shù)據(jù)采集。采集相關數(shù)據(jù)時選取棗果赤道部位皮下10 mm處同樣大小（79 300 μm2）的封閉區(qū)域（約10 個完整細胞），從封閉區(qū)域依據(jù)形狀選取細胞（細胞邊緣光滑，孔隙邊緣呈“之”字形且具有銳角）。位于圖像邊緣的細胞形態(tài)學信息不完整，不能反映果肉組織的微觀結(jié)構(gòu)特征，因此忽略矩形圖片邊緣具有直線的細胞（半細胞）[13]。選取細胞后自動生成基本參數(shù)：細胞面積（A）、周長（C）、橫徑、縱徑、等效直徑。每個切片選取3個封閉區(qū)域，提取平行參數(shù)，得其平均值。圓形率（γ）和間隙率（R隙）用以下公式進行計算。

γ=C2/4πA；

R隙=(S封-S胞)/S封。

式中，S封表示封閉區(qū)域面積；S胞表示細胞面積。

相鄰成熟期（Ⅰ—Ⅱ、Ⅱ—Ⅲ、Ⅲ—Ⅳ、Ⅳ—Ⅴ）間各形態(tài)參數(shù)的變化率即當前時期參數(shù)與前一時期參數(shù)的差值占前一時期參數(shù)的百分比；各形態(tài)參數(shù)的整個果熟期（Ⅰ—Ⅴ）的變化率為Ⅴ與I期參數(shù)的差值占I期參數(shù)的百分比。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Origin Pro 9.1、Excel 2010 軟件進行數(shù)據(jù)的初步統(tǒng)計分析，使用SPSS 19.0 軟件進行相關分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同品種脆熟期棗果肉組織顯微結(jié)構(gòu)的比較

灰棗、駿棗、馬牙棗3 個品種脆熟期（Ⅴ）棗果肉組織顯微結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可見，灰棗、駿棗和馬牙棗的果肉組織形態(tài)存在差異。細胞通過細胞壁彼此相聯(lián)，其間隨機夾雜多邊形區(qū)域[30]。灰棗果肉組織（圖1A）細胞明顯比駿棗（圖1B）和馬牙棗（圖1C）小，而駿棗和馬牙棗果肉組織細胞面積相當。另外，駿棗果肉組織內(nèi)孔隙分布比其他2 個品種多。

2.2 不同品種不同成熟期棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)的比較

2.2.1 棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)值的比較

對灰棗、駿棗、馬牙棗3 個品種在不同成熟期的果肉組織細胞的形態(tài)學參數(shù)進行量化及分析，其結(jié)果見表1。由表1可知，在不同成熟期，不同品種棗果肉組織細胞的形態(tài)學參數(shù)存在相同特征。3 個品種在Ⅱ期的細胞面積、周長、等效直徑、橫徑、縱徑和圓形率均顯著高于其他時期，間隙率在Ⅱ期均最小，在Ⅲ期均最大。

在不同成熟期，不同品種棗果肉組織細胞的形態(tài)學參數(shù)也存在一定差異。灰棗果肉細胞間隙率在Ⅲ期達到最大值后無顯著變化，其他參數(shù)值均為在I期最小；整個成熟期細胞面積變化范圍為2 550.90 ～2 781.98 μm2，周長變化范圍為170.27 ～186.62 μm，橫徑變化范圍為48.08 ～56.72 μm，縱徑變化范圍為59.53 ～71.66 μm，等效直徑變化范圍為47.41 ～55.95 μm，間隙率變化范圍為0.12 ～0.17，不同成熟期的圓形率變化不大。駿棗果肉細胞間隙率在Ⅲ期達到最大值后逐漸減小，除縱徑、等效直徑和間隙率外，在I期的其他參數(shù)值均最小；整個成熟期細胞面積變化范圍為4 097.68 ～4 393.03 μm2，周長變化范圍為212.56 ～235.53 μm，橫徑變化范圍為65.69 ～71.49 μm，縱徑在Ⅲ期出現(xiàn)最小值，變化范圍為75.83 ～81.26 μm，等效直徑在Ⅳ期值最小，變化范圍為63.25 ～67.54 μm，間隙率變化范圍為0.23 ～0.29；圓形率在Ⅱ期值最大，Ⅴ期次之，各成熟期間均存在顯著差異，在整個成熟期變化范圍為0.89 ～0.97。馬牙棗果肉細胞間隙率在Ⅲ期達到最大后無顯著變化；除縱徑、等效直徑和間隙率外，在Ⅴ期的其他參數(shù)值均最小；整個成熟期細胞面積變化范圍為3 817.42 ～4 452.92 μm2，周長變化范圍為205.41 ～242.50 μm，橫徑變化范圍為65.34 ～69.89 μm，縱徑和等效直徑均在Ⅲ期最小，變化范圍分別為74.55 ～83.95、61.70 ～67.88 μm；間隙率在Ⅲ期達到最大值0.18后無顯著變化；圓形率在Ⅲ期值最大，在I期次之，在Ⅳ期后無顯著差異，在整個成熟期變化范圍為0.93 ～0.97。

圖1 不同品種棗果肉組織的顯微結(jié)構(gòu)Fig.1 Microscopic tissue structure of different Ziziphus jujuba varieties

表1 不同品種不同成熟期棗果肉組織細胞的形態(tài)學參數(shù)?Table1 Morphological parameters of pulp tissue of different jujube varieties at different maturity stages

2.2.2 棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)變化趨勢的比較

由表1可知，不同成熟期棗果實微觀組織結(jié)構(gòu)的參數(shù)幾乎均發(fā)生了變化，而且不同品種的變化特征幾乎相同。其中，棗果肉細胞面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和間隙率均在Ⅱ、Ⅲ期發(fā)生較大變動。就圓形率而言，不同品種棗果肉細胞變化特征不盡相同，灰棗的圓形率在整個成熟期無顯著變化，而駿棗和馬牙棗在整個成熟期均出現(xiàn)較大波動。

隨著果實生長發(fā)育，棗果肉細胞的面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和圓形率整體上均呈先增大、再減小、后趨于不變的趨勢。其中，細胞面積、周長和等效直徑的變化特征及趨勢幾乎一致，均在I期后以不同速率增長，在Ⅱ期達到峰值后以不同速率減小，在Ⅲ期后趨于平穩(wěn)，變化不明顯；橫徑、縱徑和圓形率的變化趨勢在Ⅲ期前一致，均為先增大，至Ⅱ期后顯著下降，但Ⅲ期后趨勢不一，橫徑和圓形率以較低速率減小，至Ⅳ期后增加，而縱徑增大至Ⅳ期后減小；間隙率的變化趨勢為先減小，至Ⅱ期后增大，至Ⅲ期后則趨于平穩(wěn)。

從果肉細胞的面積、周長、橫徑、縱徑和等效直徑可知，駿棗和馬牙棗的果肉組織細胞較灰棗大，這與圖1的觀察結(jié)果一致。果肉組織細胞的圓形率由大到小依次為灰棗、馬牙棗、駿棗，這表明灰棗果肉組織細胞最圓，駿棗次之，最后是馬牙棗。灰棗和馬牙棗果肉組織細胞間隙率均小于駿棗。

2.3 不同品種不同成熟期棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)變化率的比較

不同品種不同成熟期棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)的變化率見表2。由表2可知，就整個果熟期而言，灰棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)的變化率均呈正值，其細胞面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑、圓形率和間隙率分別增加了11.8%、5.7%、10.0%、3.0%、6.5%、1.0%、13.4%，根據(jù)變化率由高到低排序，各參數(shù)依次為間隙率、面積、等效直徑、周長、縱徑、圓形率、橫徑。除縱徑和等效直徑外，駿棗果肉組織細胞其他參數(shù)的變化率均呈正值，其細胞面積、周長、橫徑、圓形率和間隙率分別增加了0.3%、3.6%、2.6%、2.2%、21.2%，縱徑和等效直徑分別減小了4.8%和1.1%，根據(jù)變化率絕對值由高到低排序，各參數(shù)依次為間隙率、縱徑、周長、橫徑、圓形率、等效直徑、面積。除間隙率外，馬牙棗果肉組織細胞其他參數(shù)的變化率均呈負值，其細胞間隙率增加了7.0%，面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑、圓形率分別減小了14.2%、10.1%、23.0%、3.8%、3.0%、2.0%，根據(jù)變化率絕對值由高到低排序，各參數(shù)依次為面積、間隙率、縱徑、等效直徑、橫徑、周長、圓形率。

表2 不同品種不同成熟期棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)的變化率Table2 Change rate of pulp tissue parameters of different jujube varieties at different maturity stages %

在相鄰成熟期（Ⅰ—Ⅱ、Ⅱ—Ⅲ、Ⅲ—Ⅳ、Ⅳ—Ⅴ）間，除間隙率外，灰棗和駿棗果肉組織細胞其他參數(shù)的變化率均表現(xiàn)為在Ⅰ—Ⅱ階段呈正值且最大，在Ⅱ—Ⅲ階段呈負值，而間隙率表現(xiàn)為在Ⅰ—Ⅱ階段為負值，在Ⅱ—Ⅲ階段為正值且最大，其他階段均無明顯增減的規(guī)律。除間隙率外，馬牙棗果肉組織細胞其他參數(shù)的變化率均表現(xiàn)為在I—Ⅱ階段呈正值，在Ⅱ—Ⅲ階段呈負值且絕對值最大，間隙率在I—Ⅱ階段為負值，在Ⅱ—Ⅲ階段為正值且最大，其他階段均無明顯增減的規(guī)律。可見，3 個品種棗果肉組織細胞間隙率的變化率特征一致，而其他參數(shù)變化率特征存在差異。

3 結(jié)論與討論

灰棗、駿棗、馬牙棗3 個品種棗果肉組織細胞形態(tài)學參數(shù)間存在差異。灰棗果肉組織細胞的面積、周長、橫徑、縱徑和等效直徑明顯小于駿棗和馬牙棗，駿棗和馬牙棗相當。各品種果肉組織細胞的圓形率由高到低依次為灰棗、馬牙棗、駿棗。駿棗組織內(nèi)孔隙分布較其他2 個品種多。棗果肉微觀結(jié)構(gòu)的變化與棗果質(zhì)地變化存在一定相關規(guī)律：果肉細胞的圓形率越大、間隙率越小，果肉結(jié)構(gòu)越致密、質(zhì)地越硬。3 個品種棗果肉組織細胞的面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和圓形率均為先增大，在Ⅱ期后減小，至Ⅲ期后趨于平穩(wěn)，間隙率的變化趨勢相反，為先減小，至Ⅱ期后增大，到Ⅲ期后趨于平穩(wěn)。3 個品種棗果肉細胞圓形率的變化特征有較大差異：灰棗果肉細胞的圓形率無顯著變化，駿棗和馬牙棗均出現(xiàn)較大波動。隨著棗果成熟期的發(fā)育進程，灰棗果肉組織細胞的參數(shù)值均增大；駿棗果肉組織細胞的面積、周長、橫徑、圓形率和間隙率均增大，而其縱徑和等效直徑減小；馬牙棗果肉組織細胞的間隙率增大，而其面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和圓形率均減小。棗果肉細胞的面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和圓形率的變化趨勢一致，而間隙率的變化趨勢與之相反。棗果肉微觀組織細胞結(jié)構(gòu)參數(shù)變化主要集中在Ⅰ—Ⅲ期，不同品種各參數(shù)的變化率存在差異。在脆熟半紅期之前，棗果肉組織細胞尚在發(fā)育，應在該時期之后采收棗果，即在脆熟半紅期之后根據(jù)食用和加工等特定需求適時進行采收。

果肉細胞的結(jié)構(gòu)與果實食用品質(zhì)、肉質(zhì)密切相關[31]。通過對參試品種的顯微觀察和分析，結(jié)果表明果實肉質(zhì)口感酥脆的品種，如灰棗和馬牙棗，果肉細胞的圓形率較低、間隙率較高；果實肉質(zhì)口感硬韌的品種，如駿棗，果肉細胞的圓形率較高、間隙率較小。可見，不同品種棗果肉組織的結(jié)構(gòu)是影響棗果食用品質(zhì)和果肉質(zhì)地的主要因素。陶世蓉[32]經(jīng)研究得出，不同品種梨果實結(jié)構(gòu)的差別表現(xiàn)在果肉細胞結(jié)構(gòu)等的不同，與本研究結(jié)果相一致。而且，人們往往喜歡肉質(zhì)硬脆、果汁含量高的棗果，也有研究結(jié)果表明果實肉質(zhì)的脆硬程度，除與果實含鈣量、果肉細胞壁厚度、果肉及果皮中原果膠和纖維素的含量有關外，還與果肉細胞的排列和形狀等有關[33]。細胞越圓，意味著細胞間連接越少，果肉組織分離越嚴重，間隙率反映了棗果肉微觀組織結(jié)構(gòu)的緊密度，所以細胞圓形率和間隙率的不同勢必會引起果肉質(zhì)地特征的不同。本研究中，與駿棗和馬牙棗相比，灰棗果肉細胞的間隙率較低、圓形率較大。有研究報道灰棗果肉硬度相對較大[8]，表現(xiàn)出致密的口感，這可能是因為棗果肉微觀結(jié)構(gòu)的變化與棗果質(zhì)地變化存在一定相關規(guī)律：果肉細胞的圓形率越大、間隙率越小，果肉結(jié)構(gòu)越致密、質(zhì)地越硬。

本研究結(jié)果表明，在棗果實成熟過程中，不同成熟期棗果肉微觀組織結(jié)構(gòu)的變化也存在一定規(guī)律。就灰棗而言，隨著果實生長發(fā)育，棗果肉細胞的面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和圓形率均在白熟期前顯著增大，白熟期后顯著減小，至脆熟半紅期后趨于平穩(wěn)，而間隙率在白熟期前顯著減小，白熟期后顯著增大，至脆熟半紅期后趨于平穩(wěn)。一方面，說明棗果進入成熟期后，其果肉組織細胞仍在發(fā)育，至脆熟半紅期后發(fā)育逐漸結(jié)束，故棗果采收要選擇在其生理發(fā)育期之后進行。另一方面，棗果肉細胞的面積、周長、橫徑、縱徑、等效直徑和圓形率的變化趨勢一致，而間隙率的變化趨勢與之相反。與不同品種間棗果肉微觀組織結(jié)構(gòu)差異的規(guī)律相比，除細胞面積外，規(guī)律基本一致，可見棗果細胞面積受品種差異的影響比其受時期變化的影響大，具體差異還應進一步量化研究。

果實生長的中后期，是重要的果肉細胞膨大期[34-35]，在白熟期之前棗果還在增大，棗果肉細胞面積隨之也有增大趨勢，而到了白熟期，棗果體積不再增大，棗果肉細胞面積也不再增大；此外，棗果成熟過程中，果實硬度在前期快速增大，而后期逐漸減小且變化幅度變小[8-9]，與細胞體積前期快速增大而后期減小且變化幅度減小的趨勢相對應，進一步表明果肉細胞變化是影響果實發(fā)育過程中硬度變化的一個重要因素。