不同鮮食葡萄品種裂果特性分析

韓守安，王 敏，鐘海霞，謝 輝，張付春，周曉明，張心語，張 雯 ，潘明啟

(1.新疆農業科學院園藝作物研究所/農業部新疆地區果樹科學觀測試驗站，烏魯木齊 830091；2.新疆農業大學食品科學與藥學學院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】2017年新疆葡萄栽培總面積約14.3×104hm2(215萬畝)，總產量252×104t，均位列全國第一，新疆光熱資源豐富、晝夜溫差大、氣候干燥，綜合生態環境良好，是葡萄生產的最佳生態區域之一，葡萄品質優、口味佳。新疆主栽葡萄品種以歐亞種起源為主，多數歐亞種葡萄果皮薄，果肉質地脆且果皮不易剝離，比歐美種葡萄更易發生裂果[1]，個別年份成熟期遇到降雨會造成大量裂果，對果實品質和種植效益造成嚴重影響。對主栽品種和極具發展潛力的優良品種的裂果特性進行評價，分析其裂果形成的內在生理因素，對不同區域主栽品種的選擇和配套栽培措施的應用具有重要意義。【前人研究進展】裂果受品種遺傳特性和環境因素共同影響，裂果具有相對穩定的遺傳性[2]，果皮發育狀態和力學性能均與裂果形成關系密切。對葡萄[3]、紅棗[4]等研究結果均表明，表皮細胞結構與抗裂果能力密切相關，果皮細胞小且排列緊密的品種較抗裂。果皮的彈性和強度與抗裂性強弱也有密切聯系[5]。【本研究切入點】細胞壁組成修飾會影響果皮強度和韌性，與裂果密切相關，果實細胞壁是由纖維素、半纖維素網狀結構構成主要的細胞強度骨架，包埋在可與其共同延伸的果膠網狀物質中間，果膠和纖維素是細胞壁的重要組成部分，其含量和存在形式與果皮抗張力強弱關系密切[6]。研究分析影響不同品種裂果特性的生理生化原因。【擬解決的關鍵問題】以12個新疆鮮食葡萄主栽品種和具有發展潛力的優良品種為試材，通過對其裂果特性進行評價分級結合果皮細胞結構顯微觀察，果皮強度測定，果膠、原果膠、纖維素、及PG、PEP、CE和PL等指標的測定，為降低新疆葡萄生產過程中裂果的發生率，不同產區適宜品種的選擇和栽培調控措施的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

選擇新疆主栽鮮食品種和具有發展潛力的優良葡萄品種共計12個，分別為火焰無核、紅地球、火州黑玉、京亞、里扎馬特、木納格、維多利亞、無核白、無核白雞心、無核紫、夏黑、新雅、新郁。供試品種均采自新疆農業科學院烏魯木齊市安寧渠綜合試驗場，樹齡7年，樹形為順溝傾斜龍干樹形，生產管理措施一致，所有品種均未用植物生長調節劑進行膨大處理。

1.2 方 法

1.2.1 樣品采集與保存

2017年于果實成熟期采集供試樣品，各品種選擇結果部位一致無病蟲害的完整成熟果穗，各品種隨機剪取果粒300粒，放入冰盒中帶回實驗室，其中150粒立即進行浸泡誘導裂果處理；120粒液氮速凍后-40℃冰箱保存，用于生理指標的測定；10粒，使用鋒利刀片切成0.5×0.5×0.5 (cm)大小組織塊(果實中間帶果皮部分),使用FAA固定液進行固定，用于石蠟切片制作；20粒用于果皮強度測定。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 裂果率

參考王旭旭等[1]方法，將150粒成熟果粒，隨機分為3組裝入紗網袋內，浸泡于清水中，分別與浸泡后4、8、12和24 h統計裂果情況，每次調查之后將開裂果實取出后更換清水繼續浸泡，裂果率=(裂果粒數/總粒數)×100%。

1.2.2.2 果皮強度

采用Hg-10數顯式推拉力計進行測定，測定果實中部，測定部位與石蠟切片取樣部位保持一致，每個果粒測定3個部位，共測定20個果粒。

1.2.2.3 生理指標

果膠原果膠含量采用咔唑比色法測定，纖維素含量采取蒽酮法測定，多聚半乳糖醛酸酶PG、果膠酯酶PEP、纖維素酶CE、果膠裂解酶PL等果膠、纖維素降解關鍵酶活性采用酶聯免疫法測定。石蠟切片的制作具體參照賀冰等方法[7]，OLYMPUS光學顯微鏡下觀察、成像，使用Imagej軟件進行測量。

1.3 數據處理

采用Excel 2010軟件對數據進行處理分析及作圖，采用Ducan新復極差法(SSR)進行結果差異顯著性檢驗，利用一元線性回歸分析各指標同裂果率間的線性關系，使用不同時段裂果率統計數據和果皮強度數據進行聚類分析。統計分析過程通過SAS9.4軟件實現。

2 結果與分析

2.1 不同品種裂果差異性

研究表明，不同品種清水誘導裂果率存在較大差異，其中紅地球、京亞和夏黑3個品種浸水24 h均未出現裂果，里扎瑪特、新郁、無核白、無核白雞心、無核紫裂果率較高，浸水24 h裂果率依次為80.67%、61.00%、48.33%、28.33%、26.33%和20.67%，前3個品種差異均達到極顯著性水平；另外從不同浸水時間段的統計數據可以看出里扎瑪特對浸水特別敏感，浸水時長4 h裂果率就高達31.67%，其次為新郁和無核白，新郁浸水至8 h時裂果率達到20.33%，無核白浸水12 h時裂果率達到19.00%；其它幾個裂果品種裂果大量發生與浸水12 h之后。聚類分析結果也能較好的將12個品種分為4類，其中第一類包括紅地球、京亞、夏黑、維多利亞、火焰無核5個品種為不易裂果品種，其中第二類包括火州黑玉、新雅、無核白雞心、無核紫4個品種為較易裂果品種，其中第三類包括無核白和新郁2個品種為對水分敏感易裂果品種，第四類僅里扎瑪特1個品種，為對水分極敏感極易裂果品種。表1，表2

表1 不同鮮食葡萄品種清水浸泡誘導累計裂果率差異Table 1 The fruit cumulative cracking rate of different kinds of fresh grape fruit after submerging test

表2 不同鮮食葡萄品種裂果特性聚類Table 2 The results of cluster analysis on the cracking characteristics of different Table grape varieties

2.2 不同品種果皮細胞結構差異

研究表明，不同葡萄品種角質層厚度存在較大差異，其中新雅角質層最厚為6.88 μm，達到其它品種的2～5倍，其次為京亞和夏黑依次為3.67和3.35 μm，角質層最薄的3個品種為新郁、火州黑玉和無核白雞心，厚度依次為1.20、1.46和1.63 μm，其它品種的角質層厚度相似均在2 μm左右；另一方面不同品種角質層的完整性存在較大差異，其中里扎瑪特角質層極不平整，存在明顯的斷裂缺口，無核紫和新郁2個品種均存在少量斷裂缺口，其它品種角質層均較完整光滑。表3

表3 不同鮮食葡萄品種果實角質層結構觀測及差異性Table 3 Observation results and analysis of different kinds of fresh grape fruit cuticle structure

研究表明，不同葡萄品種表皮細胞形狀、大小和排列緊密度之間均存在較大差異，其中新雅的表皮細胞結構比較特殊呈菱形，維多利亞和新郁呈長條形，無核白和無核白雞心呈多邊形，其它品種均呈橢圓至長橢圓形；細胞截面積差異明顯，其中里扎瑪特表皮細胞截面積最大為1 353.52 μm2，達到其它品種的2～12倍，其次為新雅和夏黑較依次為1 353.52、518.01和406.75 μm2；無核白、維多利亞和火焰無核的細胞截面較小；無核紫和新郁表皮細胞較松散，火焰無核、火州黑玉、京亞和無核白雞心表皮細胞排列緊密。表4

表4 不同鮮食葡萄品種果實表皮細胞結構觀測及差異性Table 4 Observation results and analysis of different kinds of fresh grape fruit epithelial cell

不同品種亞表皮細胞層數、性狀和排列規則程度間均存在一定差異，其中京亞和夏黑亞表皮細胞層數較多分別為6～7和5～6層，紅地球、里扎馬特、無核紫和新郁的層數較少為3～4層，其它品種為4～5層；里扎瑪特、無核白雞心和新郁細胞排列較松散，維多利亞、無核白、無核紫和新雅排列較緊密，其它品種果肉細胞排列緊密整齊。表5

2.3 不同品種細胞壁代謝相關物質與關鍵酶活性的差異性

研究表明，不同品種果皮強度和細胞壁代謝相關物質的含量之間存在較大差異，其中里扎瑪特果粒中水溶性果膠含量最高為0.85 mg/g，極顯著高于其它各品種，新郁、無核紫、火州黑玉可溶性果膠的含量也較高，維多利亞、火焰無核和紅地球的含量較低；紅地球原果膠含量最高為1.74 mg/g，極顯著高于其它品種；纖維素含量最高的4個品種依次是紅地球、新雅、維多利亞和夏黑，含量均大于100 mg/g，極顯著高于其它各品種，含量最低的2個品種依次是新郁和里扎瑪特，含量分別為34.84和35.73 mg/g，除火焰無核外與其它品種的差異均達到極顯著水平；果皮強度較高的3個品種依次為夏黑、紅地球和京亞，較低的3個品種依次為里扎瑪特、無核白和新郁。表6

表5 不同鮮食葡萄品種果實亞表皮細胞結構觀測Table 5 Observation results of different kinds of fresh grape fruit sub epidermal cell

表6 不同鮮食葡萄品種果實細胞壁代謝相關生理指標差異Table 6 The differences of physiological indexes related to cell wall metabolism in berry of different fresh grape varieties

研究表明，不同品種與細胞壁結構物質相關的關鍵酶活性間存在一定差異，PG酶活性最高的2個品種為里扎瑪特和火焰無核，活性最低的為新雅；PEP酶活性最高的品種為夏黑與活性最低的無核白的差異達到極顯著性水平，其它各品種間的差異均為達到極顯著性水平；CE酶活性夏黑最高，與部分品種之間的差異達到極顯著水平，新雅、新郁最低與其它10個品種的差異均達到極顯著性水平；PL酶活性無核白最高，與其它品種間的差異均達到極顯著性水平。表7

2.4 生理代謝指標與裂果率的相關性

研究表明，水溶性果膠含量、水溶性果膠/原果膠和PG酶活性與果粒裂果的發生呈正相關關系，其中水溶性果膠/原果膠與不同時段的累計裂果率的相關性均達到極顯著性水平，水溶性果膠含量與不同時段的累計裂果率的相關性達到顯著或極顯著的正相關性。原果膠、纖維素含量、果皮強度、PEP、CE和PL酶活性與裂果率呈負相關關系，其中纖維素含量與0～8 h、0～12 h裂果率相關性達到顯著性水平，與0～24 h裂果率的相關性達到極顯著性水平；果皮強度與0～8 h、0～12 h和0～24 h的裂果率均達到極顯著性水平，與0～4 h的裂果率的相關性達到顯著性水平；幾個關鍵酶活性與不同時段的裂果率均為達到顯著性水平。表8

表8 浸泡誘導各時段累計裂果率與細胞壁代謝相關生理指標的相關關系Table 8 The correlation between different period cumulative berry cracking rate and physiological indexes related to cell wall metabolism during soaking induction

3 討 論

3.1 不同鮮食葡萄品種果實裂果特性差異

有關葡萄[1]、杏[8]、紅棗[9]、柑橘[10]等果品裂果特性的研究結果均表明，不同品種的裂果特性存在較大差異，Opara等[2]研究表明，裂果具有相對穩定的遺傳性，Young[11]指出番茄裂果由隱性基因控制，不開裂的品種是隱性純合基因控制，而開裂為多基因控制。苑贊等[12]通過連續5年的觀察調查從165個棗品種中篩選出16個抗裂品種。王旭旭等[1]通過清水浸泡誘導對255個鮮食葡萄品種裂果性狀進行了調查，結果表明，不同葡萄品種的裂果傾向性存在較大差異，歐亞種葡萄比歐美雜種葡萄裂果嚴重，不同葡萄品種發生裂果的部位也存在一定差異。龐洪翔等[3]通過對6個品種裂果特性的生產調查指出紅木納格、白木納格和無核白易裂果。研究獲得了與前人一致的研究結果，供試12個品種浸水誘導裂果率存在很大差異，京亞、夏黑2個歐美品種浸水24 h均未出現裂果；10個歐亞種中除紅地球未出現裂果外，其它9個品種均不同程度的出現裂果，里扎瑪特裂果率高達80.67%；同時研究發現歐亞種品種對浸水時間的響應程度存在較大差異，其中里扎瑪特最敏感短時間浸水就大量裂果，其次為新郁、無核紫和無核白。

3.2 果皮細胞結構特性與裂果關系

前人研究指出裂果的發生與果皮發育狀態和力學性能密切相關。前人有關角質層厚度與裂果的相關性未取得一致結論，有研究認為角質層厚度與裂果發生有一定的相關性，角質層厚的品種不易裂果[3,13-14]，辛艷偉等[15]對紅棗的研究認為裂果與角質層并無大的相關性，研究認為裂果的發生與角質層厚度關系并不密切，與角質層的完整性關系更密切。對葡萄[3]、紅棗[4]等研究結果均表明，表皮細胞結構與抗裂果能力密切相關，Li等[16]研究認為外果皮的厚度對果實品種抗裂果能力貢獻顯著，辛艷偉等[15]研究認為，耐裂和較耐裂品種表皮細胞較小且排列緊密，不耐裂品種表皮細胞較大且排列疏松；耐裂、較耐裂和不耐裂的品種表皮細胞層數區別不明顯；耐裂和較耐裂的品種果肉細胞排列緊密，不耐裂的品種果肉細胞排列疏松。研究結果與前人一致，易發生裂果的葡萄品種，外表皮和內表皮細胞均較大，形狀不規則，排列較松散，不易裂果的葡萄品種表皮細胞較小，排列緊密。

3.3 細胞壁結構物質及關鍵酶活性與裂果關系

果皮的彈性和強度與抗裂性強弱也有密切聯系[5]，細胞壁組成修飾會影響果皮強度和韌性，與裂果密切相關。果皮強度，是影響裂果的重要因子，可以用來衡量果實裂果的易發性，研究結果與前人一致，不同葡萄品種果皮強度與裂果率呈負相關關系，相關性達到極顯著水平，可以作為評價葡萄果實裂果特性的指標。植物細胞壁是一種復雜的網狀結構，其成分包含纖維素、半纖維素、果膠等，細胞壁代謝相關物質含量及其相互交聯是果皮強度的重要物質基礎[17]，細胞壁組分的變化會影響果皮的機械性能，與果實裂果的發生密切相關。溫明霞[10]研究表明，在錦橙裂果的果皮中可溶性果膠含量高于正常果，而原果膠含量則低于正常果，楊澤恩[18]研究發現番茄耐裂品種較易裂品種水溶性果膠與原果膠比值低，研究結果與前人相似，水溶性果膠含量及水溶性果膠/原果膠均與葡萄果實的易裂程度呈極顯著的正相關關系。Huang等[19]發現，在果實發育過程中易裂的‘糯米糕’荔枝果皮細胞壁中纖維素的含量低于耐裂的‘懷枝’，郭紅彥等[10]研究發現補充鈣肥后與對照相比纖維素含量顯著增加、裂果率明顯降低，研究發現耐裂品種纖維素含量顯著高于易裂品種，纖維素含量與果實裂果率相關性達到極顯著性水平，與前人研究結果相符。

前人研究指出[20]PEP、PG、EG等細胞壁組成物質代謝關鍵酶活性與裂果的發生密切相關，易裂品種PG活性比耐裂品種高。栗現芳等[21]研究指出易裂棗品種EG活性高于耐裂品種。高美玲等[22]、李建國等[17]在對西瓜和荔枝的研究中也得到相同的結論。研究結果表明，葡萄不同品種PE、PG、PEP和PL 4個酶的活性雖然整體趨勢與前人研究結論相符，但相關性分析結果均未達到顯著性水平，具體原因有待于進一步研究。

4 結 論

鮮食葡萄品種裂果特性和對水分的敏感程度差異顯著，12個鮮食品種可以分為4個不同的裂果差異類群，24 h浸水誘導裂果率分布在0～80%。果皮角質層完整度、表皮和亞表皮細胞的大小和排列情況與裂果發生密切相關；水溶性果膠含量、水溶性果膠與原果膠比值與鮮食葡萄品種易裂性呈極顯著的正相關關系，相關系數分別達到0.770 7和0.831 2；果皮強度、纖維素含量均與鮮食葡萄品種易裂性呈極顯著負相關關系，相關系數分別達到-0.923 4和-0.786 7。