外源鈣對巨峰葡萄裂果及其代謝物質的影響

摘要：為了探究外源鈣在巨峰葡萄裂果中的作用，以6年生巨峰葡萄為試材，在盛花后20、30、40 d整株噴施5 g/L氯化鈣，直至有水滴滴下，以清水為對照，于盛花后45 d開展每10 d取樣1次，定期測定葡萄裂果率、果實鈣含量、總果膠、可溶性果膠、原果膠、纖維素含量及多聚半乳糖醛酸酶、β-半乳糖苷酶、果膠裂解酶、果膠酯酶活性的動態變化情況，并進行相關性分析。結果表明，噴施氯化鈣后巨峰葡萄果實裂果率降低，最高降低14.67 百分點，果實鈣含量最高增加0.68百分點，原果膠含量提升，最高可達51.6%，可溶性果膠含量最高降低54.1%；原果膠降解成可溶性果膠的過程被阻止或延緩；與細胞壁降解相關的多聚半乳糖醛酸酶和果膠裂解酶活性在8月16日明顯降低。相關性分析表明，巨峰葡萄裂果率與果實鈣含量呈極顯著負相關，相關系數為-0.93，與原果膠、總果膠呈負相關性，與多聚半乳糖醛酸酶、果膠裂解酶呈顯著正相關。綜上，在盛花后對巨峰葡萄噴施外源鈣可有效防治裂果，噴施外源鈣可作為減少巨峰葡萄裂果的重要農藝措施。

關鍵詞：外源鈣；裂果；相關性分析；酶活性；巨峰葡萄

中圖分類號：S663.101" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）04-0163-05

收稿日期：2023-04-02

基金項目：現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-29-6）；遼寧省農業科學院院長基金（面上）項目（編號：2021MS0503）。

作者簡介：朱紹坤（1989—），女，山東煙臺人，碩士，助理研究員，從事葡萄栽培與育種工作。E-mail：shaokunzhu@163.com。

通信作者：馬 麗，博士，研究員，從事葡萄栽培與育種工作。E-mail：43845590@qq.com。

葡萄是世界上重要的水果之一，因其營養豐富、風味多樣而廣受消費者的歡迎。葡萄在我國種植范圍廣泛，目前鮮食葡萄的產量與面積已位居世界第一［1］。但一直以來普遍發生的葡萄裂果問題［2-3］，不僅影響果實外觀品質，還易引發酸腐病等病蟲害，降低葡萄質量與商品性，造成果農嚴重的經濟損失［4］。遼寧為我國葡萄主要產區之一，截至2021年其葡萄栽培面積4.61萬hm2，產量90.83萬t，其中巨峰葡萄栽培面積與產量分別達2.59萬hm2、54.39萬t，占全省葡萄的56.18%、59.88%。但近年來巨峰葡萄栽培面積大幅減少，其中裂果嚴重是重要原因之一，在一般年份巨峰葡萄裂果率可達10%～20%［5］，特殊年份裂果率甚至高達50%～60%，裂果問題已成為巨峰葡萄產業發展的重要阻礙［6］。

葡萄裂果是一種重要的生理性病害，水分供應失衡、果皮韌性降低等都是導致裂果的重要因素［7-8］。目前圍繞礦質營養、激素等棗裂果原因的探索已較為全面［9］，但對于葡萄裂果的研究多集中在不同品種裂性與結構差異的比較［10-11］、防裂技術的探究［5］等方面，有關葡萄裂果與鈣作用機制的研究仍需深入化、系統化，同時研究多圍繞歐亞種等種皮較薄的葡萄品種［12-13］，關于巨峰葡萄裂果與鈣的關系的研究尚屬空白。本試驗以遼寧露地主栽品種巨峰葡萄為試材，研究噴施外源鈣后葡萄果實各時期裂果情況及物質變化，探究鈣肥在巨峰葡萄果實膨大后期與成熟期對裂果及相關物質的作用規律。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2022年在遼寧省果樹科學研究所葡萄試驗區內進行，以6年生的露地巨峰葡萄為試材，試驗設2個處理：CaCl2處理（5 g/L CaCl2）、CK（清水），3次重復，每次重復5株。在盛花后20（6月21日）、30、40 d（果實迅速膨大期）對樹體進行3次噴灑處理，從樹體不同方向進行噴施，直至葉面、果面自然滴水為準（每處理噴施用量20 L）。盛花后45～95 d開展取樣調查，每10 d采果調查1次，共6次。

1.2 試驗方法

裂果率調查：每個處理每次重復隨機采摘50粒果粒，將其浸沒于3 L蒸餾水中，浸泡24 h調查果實裂果數，并計算裂果率（裂果率=裂果數/總果粒數×100%）。

果實物質含量及酶活性測定：每次處理每個重復隨機采摘80粒果粒，分離果肉與種子，一部分105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干；一部分液氮速凍，用于后續測定。果實鈣含量的測定采用干灰化-酸溶-原子吸收法，步驟詳見文獻［14］。果實纖維素（C）、半纖維素（HC）、總果膠（TP）、原果膠（PP）、可溶性果膠（SP）含量及多聚半乳糖醛酸酶（PG）、β-半乳糖苷酶（β-GAL）、果膠酯酶（PE）、果膠裂解酶（PL）活性的測定參照文獻［15］，委托蘇州格瑞思生物科技有限公司進行測定。

1.3 數據分析

采用Excel 2016、SPSS 23.0、R語言進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 外源鈣對巨峰葡萄裂果情況影響

由圖1可知，鈣處理后巨峰葡萄果實各階段裂果率較對照有所降低。巨峰葡萄果粒裂果率呈“S”形增長，在7月26日至8月6日裂果率增長最快，8月26日裂果率增長逐漸變得平緩；隨裂果率增長，CaCl2處理與CK差異增大，9月6日達到最大，裂果率比對照降低了14.67 百分點。

2.2 外源鈣對巨峰葡萄果實鈣含量的影響

外源鈣處理后，巨峰葡萄果實鈣含量較對照增加（圖2）。隨著果實成熟，CaCl2處理與CK果實鈣含量呈現先上升后下降趨勢，在7月26日達到最高值，分別為3.79%、3.11%。噴灑CaCl2處理提升了果實鈣含量，7月26日與CK差異最大，鈣含量提升了0.68百分點，隨時間增加，果實鈣含量差異逐漸縮小，且含量降低趨于穩定。

2.3 外源鈣對巨峰葡萄果實細胞成分的影響

鈣處理后巨峰葡萄果實細胞成分變化情況詳見圖3。由圖3-A可知，鈣處理后巨峰葡萄果實總果膠含量較CK明顯升高。噴灑CaCl2后總果膠含量呈現先升高后降低趨勢，7月26日至8月6日總果膠含量明顯高于CK，8月16日下降并趨于平緩。CK中總果膠含量呈降低趨勢，8月6日含量變化平緩。

由圖3-B可知，可溶性果膠（SP）含量隨巨峰葡萄果實成熟整體呈上升趨勢，鈣處理降低了可溶性果膠含量；其中7月26日、8月6日、8月26日CaCl2處理可溶性果膠含量與CK存在明顯差異，且8月6日降低最多，為54.10%。

由圖3-C可知，CaCl2處理后果實原果膠（PP）含量比對照明顯增多，在果實膨大后期（7月26日）含量呈增加趨勢，增幅為72.87%，較CK增加51.60%。隨著果實轉色成熟，原果膠含量呈下降趨勢，但原果膠含量依然表現為CaCl2處理＞CK。

由圖3-D、圖3-E可知，在果實成熟過程中，纖維素和半纖維素含量均呈下降趨勢。但CaCl2處理對纖維素和半纖維素含量影響趨勢不明顯。

2.4 外源鈣對巨峰葡萄果實細胞酶活性的影響

由圖4可知，巨峰葡萄果實不同酶對外源鈣反應變化不同。圖4-A可知，隨果實成熟，多聚半乳糖醛酸酶（PG）活性呈現升高趨勢，CaCl2處理PG活性升高時間點較CK延后10 d，CK在8月16日多聚半乳糖醛酸酶活性明顯升高，后期呈下降趨勢，CaCl2處理PG活性在8月26日明顯升高。

由圖4-B可知，在巨峰葡萄果實成熟過程中，β-半乳糖苷酶（β-GAL）活性呈升高趨勢，除8月6日CaCl2處理β-GAL活性略高于CK外，其余時間酶活性均低于CK，但二者差異不明顯。

圖4-C可知，在果實成熟過程中， 果膠裂解酶（PL）活性升高，在8月6—26日間酶活性增長較快，之后PL活性變化趨于平緩。8月16日開始PL活性表現為CaCl2處理＜CK，8月16日與CK差異最大，達27.43%。

由圖4-D可知，果膠酯酶（PE）活性變化隨果實成熟呈現波動狀態。在8月16日PE活性均達到最高，且CaCl2處理的PE活性低于CK。

2.5 葡萄裂果各因素相關性分析

巨峰葡萄果實各物質相關性分析（圖5）發現，裂果率（FC）與果實多種物質具有相關性，其中與果實鈣、半纖維素和纖維素含量在0.01水平呈顯著負相關，相關系數分別為 -0.93、-0.92、-0.91；與PG、PL活性在0.05水平上顯著正相關，與原果膠（PP）含量顯著負相關性，相關系數分別為0.76、0.72、-0.72；總果膠（TP）含量在0.10水平上顯著負相關，相關系數為-0.61。說明果實鈣含量越高，裂果發生越少；細胞半纖維素、纖維素、原果膠、總果膠含量越高，或多聚半乳糖醛酸酶、果膠裂解酶活性越低，果實裂果率越低。果實鈣含量與C、HC含量在0.01水平上顯著正相關，相關系數為0.95、0.89；與PG、PL活性在0.05水平上顯著負相關，相關系數為 -0.77、-0.74。說明果實鈣含量對細胞纖維素、半纖維素含量以及多聚半乳糖醛酸酶、果膠裂解酶活性產生影響。此外，HC含量與C含量、PG活性與PL活性、PG活性與β-GAL活性在0.01水平上顯著正相關，PL活性與β-GAL活性在0.05水平上顯著正相關，相關系數分別為0.93、0.88、0.77。

3 討論

裂果問題在蘋果、梨、棗、櫻桃、葡萄等許多果樹中均有存在，裂果不僅影響果實品質，還會產生次生病害，給果農造成嚴重的經濟損失。鈣作為植物生長發育的必需元素，在果實防裂中也發揮著重要作用。有研究發現，番茄、棗抗裂品種的果實鈣含量明顯高于易裂品種［16-17］，而補充外源鈣肥可顯著減少棗［18］、枇杷［19］、錦橙［20］、櫻桃［21］、杏［22］的裂果。本試驗發現，巨峰葡萄隨著果實成熟，其裂果率逐漸增加，但噴施外源鈣可大幅降低巨峰葡萄裂果率。這與前人關于鈣與裂果關系的研究結論［6，23］一致。

本試驗發現，噴鈣可以大幅增加巨峰葡萄果實鈣含量，延緩果實成熟過程中鈣的減少。田慧芳對駿棗噴施鈣肥后，發現其果皮、果肉中鈣含量顯著增加［24］；王引等在枇杷中噴鈣使果皮、果肉鈣含量分別較對照提高1.68、1.69倍［19］。這證實了本研究結果。同時，本研究經過相關性分析發現，果實鈣含量與裂果率呈極顯著負相關，這表明噴施外源鈣可通過增加巨峰葡萄果實鈣含量降低葡萄裂果率。

鈣作為植物生長發育重要元素，研究發現其可增加果皮的耐壓性和延展性，提高果實的抗裂性［25-26］，同時果膠、纖維素作為細胞壁主要組分，其含量與代謝也會影響果皮機械強度，進而影響果實的抗裂性［27-28］。本研究發現，與對照相比，鈣處理后葡萄果實原果膠含量升高，可溶性果膠含量降低。說明噴施外源鈣可以提高巨峰葡萄果實細胞壁成分含量，尤其顯著提高了原果膠含量，阻止或延緩果膠降解成可溶性果膠。這可能是鈣改善巨峰葡萄裂果的重要原因之一。

另外，Ca2+作為植物細胞的第二信使，可與細胞中的鈣調蛋白結合調節酶的活性，參與調控植物的生長發育［29］。Yu等發現，鈣可能通過降低葡萄中ABA含量而降低細胞壁中酶活性［6，30］。本研究發現，鈣處理后葡萄果實多聚半乳糖醛酸酶活性增強得以延后，果膠裂解酶活性降低。多聚半乳糖醛酸酶和果膠裂解酶主要參與細胞果膠的降解［31］。由此認為，外源鈣可通過增加巨峰葡萄果實鈣含量，降低果膠相關降解酶活性，達到延緩果膠降解、阻止巨峰葡萄裂果的效果。

裂果是一個復雜的生理過程，鈣對裂果各個生理過程的作用是相互影響的［32］。本研究相關分析進一步證實了巨峰葡萄裂果率、細胞鈣含量與總果膠、多聚半乳糖醛酸酶等物質的關系，細胞鈣含量增加，提高原果膠、總果膠等含量，降低多聚半乳糖醛酸酶、果膠裂解酶活性，有利于防止巨峰葡萄裂果的發生。同時，本研究發現巨峰葡萄果實細胞各物質、酶之間以及物質與酶之間都存在一定相關性，但其具體的相互影響、調控機制還需要進一步細化研究。

4 結論

本研究發現，噴施外源鈣可有效降低巨峰葡萄果實裂果率，其主要作用途徑是通過增加巨峰葡萄果實細胞鈣含量，提高原果膠含量，使多聚半乳糖醛酸酶活性增強得以延后、果膠裂解酶等果膠降解酶活性降低，阻止或延緩果膠降解為可溶性果膠，從而減少巨峰葡萄的裂果。

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