噴施鈣肥對梨果實品質和石細胞代謝的影響*

張 偉，劉 暢，杜國棟，汪曉謙

（1 沈陽農業大學園藝學院，遼寧 110866）（2 遼寧省果樹科學研究所）

南果梨（Pyrus ussuriensisMaxim.）作為秋子梨系統中的優良品種，具有果實香氣濃郁，抗寒力強等特點，在遼寧省鞍山、遼陽等地區大面積栽培。但因其果實石細胞較多，嚴重影響了果實品質[1]。石細胞是梨果實發育過程中形成的一類特殊結構物質，由薄壁組織細胞在其初生壁上沉積木質素等而形成，其數目、大小、密度等對梨果實食用品質有明顯的影響[2]。木質素的聚合過程是石細胞發育過程的關鍵點，鈣素可能在這一過程中起著關鍵作用[3]。鈣作為植物生長所必需的營養元素之一，與細胞壁的代謝和發育過程關系密切，對保持果實細胞壁的完整性和延緩果實的衰老有重要意義[4]。李疆等[5]報道，葉面噴鈣可以降低庫爾勒香梨石細胞的大小、密度和含量，對其他果實品質也有積極影響。沙守峰等[6]研究發現，在早金酥梨樹生長季節葉面噴施鈣肥，可顯著提高果實糖酸比，效果明顯。汪曉謙等[7]研究表明，PBO＋鈣硼合劑處理可以提高南果梨脫萼率，降低石細胞含量，對果實品質有明顯的提升。

此外，鈣作為細胞功能調節的第二信使，能夠參與植物體內各種生理生化反應，調節植物細胞對各種脅迫信號的轉導過程[8]。生產中，很多不良環境條件都會導致梨石細胞含量增多、果實品質下降，比如低溫、營養不足等，而這些環境因素都與鈣離子存在聯系。因此，篩選合理的外源鈣肥處理，可為梨產業發展提供具體的果實品質提升調控技術措施，對于梨優質高效生產有重要意義。目前，有關鈣肥對梨果品質的研究報道較多，但缺乏對石細胞形成過程中木質素代謝的影響機制研究，且針對南果梨的研究較少。本研究以南果梨為材料，通過不同時期噴施不同形態、不同濃度的外源鈣肥，分析其對果實品質、石細胞含量及木質素代謝的影響，可為南果梨的果實品質調控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選擇生長健壯、樹勢一致、能夠正常開花結果的南果梨樹作為試驗材料，樹形為基部三主枝疏散分層形，樹體花量中等且生長狀況良好，每個花序留果2 個，供試材料定植于沈陽農業大學科研基地，并按照常規栽培措施管理。外源鈣肥為氯化鈣（國藥集團）和糖醇螯合鈣（連云港福隆農業公司，Ca≥180 g/L）。

1.2 試驗方法

分別于盛花期、盛花期后20 d 噴施不同濃度的氯化鈣（2.5、5.0 g/L）及糖醇螯合鈣（1 000、2 000倍液）溶液，以噴清水為對照（CK），共9 個處理（表1），每處理3 次重復，噴施花序部位及幼果，以藥劑附著并滴落為止。分別于花后30、60、90、120、150 d 取樣，每次隨機選取果實15 個，測定其基本品質指標，其余果肉于-80 ℃冰箱中保存。

表1 試驗處理

1.3 測定指標及方法

單果重使用電子天平（E5500S，Sartorius，德國）進行稱量；果實橫縱徑采用電子游標卡尺進行測量，并計算果形指數；可溶性固形物含量使用阿貝折光儀PAL-1（Atago，日本）進行測定；果實硬度使用果實硬度計測定；石細胞含量的測定采用鹽酸處理法，具體參考Lee 等[9]的方法；總鈣含量的測定采用火焰原子吸收分光光度法，具體參考于會麗等[10]的方法。

木質素代謝相關基因表達分析使用實時熒光定量PCR 儀（Applied Biosystems 7500 Real-Time）進行，使用ddCT 法進行結果分析。所用引物使用Primer 3 進行設計，序列如表2 所示。

表2 實時熒光定量所用引物

1.4 數據處理

試驗數據采用Excel 2010 進行統計和處理，采用SPSS 23.0 軟件進行差異顯著性分析，采用Sigma Plot 10.0 版作圖軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 噴施鈣肥對南果梨果實品質的影響

由表3 可知，分別于盛花期和盛花期后20 d 噴施不同鈣肥，對南果梨果實品質均有顯著影響。鈣處理后，南果梨單果重顯著高于對照。除T8 處理外，其他處理的果實橫徑均顯著高于對照。T1、T3、T4、T5、T6、T7 處理的果實縱徑分別為55.15、55.93、59.75、54.89、55.40、58.73 mm，均顯著高于對照，其他處理與對照差異不顯著。經過鈣肥處理后，可溶性固形物含量與對照相比差異均不顯著。T2、T4、T7 處理的果實硬度分別為16.16、16.79、16.20 kg/cm2，均顯著高于對照，其他處理與對照相比差異不顯著。從整體上看，噴施外源鈣肥對南果梨果實品質指標有所改善，不同程度上提高了南果梨的單果重。

表3 噴施鈣肥對南果梨成熟期果實品質的影響

2.2 噴施鈣肥對南果梨鈣含量動態變化的影響

由表4 可以看出，隨著南果梨的發育，果實總鈣含量逐漸下降。而經過不同鈣肥處理的南果梨的總鈣含量均高于對照，其中花后30 d 時，T1、T6處理的總鈣含量較高，分別為739.98、764.41 μg/g；而花后150 d 時，除T1 處理外，其他處理的總鈣含量均顯著高于對照。這表明，外源鈣肥處理可顯著提升南果梨果實總鈣含量，其中T6 處理效果較好。

表4 噴施不同鈣肥后南果梨果實總鈣含量變化

2.3 噴施鈣肥對南果梨石細胞含量動態變化的影響

由表5 可以看出，南果梨石細胞含量隨果實生長發育逐漸下降，部分鈣肥處理對石細胞含量有顯著的影響。其中，花后90、120 d，不同鈣肥處理均降低了果實石細胞含量，而花后150 d，T1、T5、T6、T8 處理的石細胞含量均顯著低于對照。這說明，不同鈣肥對梨果實石細胞的形成有不同程度的抑制作用，部分處理的效果顯著，可有效降低果實石細胞含量。

表5 噴施不同鈣肥后南果梨果實石細胞含量變化

2.4 氯化鈣處理對南果梨木質素代謝相關基因表達的影響

在前期試驗基礎上，選擇效果較好的T6（盛花期后20 d 噴施5.0 g/L 氯化鈣）處理，進一步分析鈣肥處理對木質素代謝相關基因表達水平的影響。花后30 d 為果實木質素合成的高峰期，如圖1 所示，鈣肥處理顯著降低了該時期果肉中PuC3H、PuCAD、PuPOD、PuLAC基因的表達水平，顯著提高了PuHCT、PuCCoAOMT、PuF5H基因的表達水平，而對PuPAL、PuC4H、PuCCR基因表達的影響不顯著。這說明鈣肥處理可能通過降低PuC3H、PuCAD、PuPOD、PuLAC基因的表達水平，從而抑制了南果梨木質素的合成和聚合，減少了木質素的積累。

圖1 氯化鈣處理對南果梨木質素代謝相關基因表達的影響

3 討論與結論

鈣在植物體生長發育過程中起到重要作用，是果樹所必需的營養元素，它作為第二信號系統，直接參與植物體代謝反應，對植物生長發育起重要作用。本研究通過噴施不同濃度的氯化鈣（2.5、5.0 g/L）及糖醇螯合鈣（1 000、2 000 倍液）溶液，結果表明，與對照相比，鈣肥處理可使南果梨的果實品質得到有效提升。闞超楠等[11]研究發現，對翠冠梨噴施2.0%氯化鈣后果實硬度、可溶性糖含量等果實品質指標均有所提升。張峰等[12]研究發現，通過噴施鈣肥提高了庫爾勒香梨的單果重、可溶性固形物含量及果實硬度等指標。黃艷等[13]研究發現，通過噴施鈣肥可顯著提高夏黑葡萄的果實硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量等指標。本研究與前人研究結果一致，經過鈣肥處理的南果梨果實鈣含量明顯高于對照，證明了外源鈣處理可有效補充南果梨果實鈣含量，并對果實品質提升有積極作用。不同鈣肥處理的效果存在差異，可能與其有效鈣含量差異有關。

梨果實中石細胞含量會直接影響其品質，石細胞積累增加會導致口感下降[14]。石細胞來源于木質素的合成與沉積，其含量與木質素代謝直接相關[15]。外源噴施CaCl2可以使庫爾勒香梨果實石細胞含量降低，對梨果實石細胞代謝產生重要的影響[16]。在萊陽茌梨中，也發現葉面噴施CaCl2可降低石細胞的含量[17]。本研究中，不同外源鈣肥均對南果梨石細胞含量產生了不同程度的抑制作用，部分處理的石細胞含量在不同時期中均顯著低于對照，可為探索石細胞調控技術提供參考。

木質素代謝途徑是苯丙烷代謝途徑的分支，合成的木質素單體經聚合形成木質素。研究表明，木質素積累通常與木質素代謝相關基因的表達存在相關性[18]。本研究對鈣肥處理后10 個木質素相關基因的表達水平進行了分析，發現PuC3H、PuCAD、PuPOD、PuLAC等基因在氯化鈣處理后表達量顯著下降，與石細胞含量變化一致。這與已有的部分研究也是一致的，鈣處理對肉桂醇脫氫酶（CAD）、過氧化物酶（POD）等酶活性有抑制作用[17,19]。CAD是催化木質素單體生物下游合成的關鍵酶，而POD和漆酶（LAC）則參與木質素單體的聚合過程[20]。本試驗結果表明，鈣肥處理后PuCAD、PuPOD、PuLAC等木質素代謝的下游關鍵基因在石細胞形成的關鍵時期被顯著抑制，可能是外源鈣降低石細胞積累的主要原因。另一方面，部分基因（PuHCT、PuF5H、PuCCoAOMT）在氯化鈣處理后出現表達量顯著升高的現象。PuHCT、PuC3H、PuF5H、PuCCoAOMT均屬于木質素合成途徑的中游基因，對于G 型和S 型木質素單體的組成比例有重要作用，但對木質素總量影響較小[21]。因此，這可能與鈣處理對木質素單體組成產生影響有關，其作用有待進一步驗證。

本研究于不同時期對南果梨噴施不同濃度的氯化鈣和糖醇螯合鈣溶液，發現不同鈣處理對南果梨果實品質及石細胞含量均有不同程度的調節作用。其中，盛花期后20 d 噴施5.0 g/L 氯化鈣處理可顯著增加南果梨單果重和橫縱徑，提高果實總鈣含量，同時有效降低石細胞含量，綜合效果較好。進一步分析發現，氯化鈣處理降低了南果梨果實木質素代謝相關合成基因PuC3H、PuCAD、PuPOD、PuLAC的表達水平，可能是外源鈣降低石細胞積累的主要原因，具體機制亟待進一步的研究。