陳繼群 ， 劉麗貞， 陳杰忠， 張海嵐

(1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院, 廣東 廣州, 510642; 2 廣州麗恒科技開發(fā)有限公司,廣東 廣州 510630)

不同鈣處理對(duì)臍橙裂果及其細(xì)胞壁酶活性的影響

陳繼群1， 劉麗貞2， 陳杰忠1， 張海嵐1

(1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院, 廣東 廣州, 510642; 2 廣州麗恒科技開發(fā)有限公司,廣東 廣州 510630)

【目的】揭示鈣對(duì)臍橙裂果的作用機(jī)理.【方法】以抗裂果的‘紐荷爾’Citrussinensiscv.Newhall和易裂果的‘朋娜’Citrussinensiscv.Skagg’s Bonanza為試材，進(jìn)行外源補(bǔ)鈣和鈣吸收抑制劑處理，在不同時(shí)期記錄果實(shí)裂果率，測(cè)定果皮鈣含量和纖維素酶(CX)、多聚半乳糖醛酸酶(PG)、果膠甲酯酶(PE)的酶活性.【結(jié)果和結(jié)論】抗裂的‘紐荷爾’的果皮鈣含量高于易裂的‘朋娜’，同一品種正常果的果皮鈣含量高于裂果；花后150 d，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%Ca(OH)2的處理可以顯著提高果皮鈣含量，提高果皮硬度，降低裂果率；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%Ca(OH)2處理與CX酶活性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；鈣能通過影響細(xì)胞壁酶活性影響裂果，其中對(duì)‘朋娜’影響顯著，對(duì)‘紐荷爾’作用不明顯.

鈣； 臍橙； 細(xì)胞壁酶； 裂果

臍橙Citrussinensis是蕓香科柑橘屬甜橙類中的主要品種群,無核多汁，肉脆，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，目前在中美洲、南美洲、歐洲及亞洲均有大規(guī)模的種植，為水果市場(chǎng)中的柑橘之王[1].但臍橙裂果非常嚴(yán)重，果實(shí)裂果率一般為5%～10%，高者達(dá)20%～30%，不僅嚴(yán)重減產(chǎn)，而且導(dǎo)致商品價(jià)值的喪失,嚴(yán)重影響臍橙優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)[2-3].造成果實(shí)裂果的原因很多，缺鈣是原因之一，特別是果皮的鈣含量與果實(shí)裂果的關(guān)系密切, 二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而在果實(shí)發(fā)育期間噴施鈣能降低裂果率[4-6]，而且噴施鈣對(duì)抗裂性不同的品種效果不同[7].通常認(rèn)為果實(shí)裂果與果皮細(xì)胞壁酶活性有關(guān)，鈣通過影響細(xì)胞壁酶活性進(jìn)而影響果實(shí)裂果，但目前關(guān)于鈣與細(xì)胞壁酶活性之間的作用關(guān)系的研究不多，作用機(jī)理不明.本文選擇2個(gè)抗裂程度不同的臍橙品種，進(jìn)行外源補(bǔ)鈣和抑制鈣處理，以期了解果皮鈣含量與果皮細(xì)胞壁酶活性和果實(shí)抗裂程度之間的關(guān)系，從細(xì)胞壁代謝情況揭示鈣影響果實(shí)裂果的機(jī)理，為優(yōu)質(zhì)臍橙栽培提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料及處理

試驗(yàn)于2011年7—11月在江西贛州的麗恒臍橙基地進(jìn)行，選用‘朋娜’臍橙C.sinensiscv.Skagg’s Bonanza和‘紐荷爾’臍橙C.sinensiscv.Newhall這2個(gè)臍橙品種,每品種選取15年樹齡、樹勢(shì)相當(dāng)?shù)墓麡涓?0棵.運(yùn)用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，在臍橙果實(shí)的膨大期(花后120 d，即8月1日)，對(duì)各品種作如下處理：1)噴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的Ca(OH)2；2)噴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的Ca(OH)2；3)噴5 mmol/L的EGTA；4)噴5 mmol/L的LaCl3·7H2O；同時(shí)用清水噴施作為對(duì)照(CK)，各噴1次，4次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)1株樹.

1.2 測(cè)試方法

每隔20 d采樣1次，每次從不同方位隨機(jī)采集果實(shí)5～10個(gè)，并記錄裂果數(shù)，用液氮處理，放冰箱內(nèi)-80 ℃保存.果皮鈣含量用原子吸收法測(cè)定[8]，用GY-1型硬度計(jì)從果實(shí)赤道面測(cè)量果實(shí)硬度(以硬度計(jì)刺穿果皮的力表示，單位為N)，果實(shí)裂果率=裂果數(shù)/總數(shù)×100%.

纖維素酶(CX)、多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性的測(cè)定參照董濤[8]、趙亞華等[9]方法.果膠甲酯酶(PE)的測(cè)定采用NaOH滴定法[10].

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析采用SPSS 18.0和Sigmaplot 10.0統(tǒng)計(jì)軟件.

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)果皮鈣含量的影響

2.1.1 裂果與正常果的鈣含量 6次采樣中各果實(shí)中的果皮鈣含量平均值如圖1所示，抗裂性不同的兩臍橙品種正常果的果皮鈣含量存在差異，‘紐荷爾’臍橙正常果明顯高于‘朋娜’臍橙正常果，但是‘朋娜’臍橙裂果和‘紐荷爾’臍橙裂果的果皮鈣含量相近，差異不明顯.同時(shí)，在比較同一品種正常果和裂果時(shí)，結(jié)果表明兩品種正常果的果皮鈣含量均高于裂果.

柱子上方凡具有一個(gè)相同英文字母者，表示差異不顯著(P>0.05，Duncan’s法).

圖1 兩品種正常果和裂果的果皮鈣含量的差別

Fig.1 Differences in calcium content in the peel between normal fruits and cracked fruits

2.1.2 各處理中果皮鈣含量的動(dòng)態(tài)變化 從圖2中可以看出，兩品種在處理后的前2個(gè)時(shí)期，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%Ca(OH)2處理的果皮鈣含量均顯著高于其他處理.而在10月10日以后，兩品種的5個(gè)處理的果皮鈣含量總體上均出現(xiàn)下降趨勢(shì).其他處理與對(duì)照之間的規(guī)律不明顯.

圖2 兩臍橙品種各處理中果皮鈣含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 The variation of total calcium content in the peel of the two navel orange varieties

2.2 對(duì)果實(shí)硬度、固形物含量和裂果率的影響

從表1可以看出，兩品種在正常情況下，‘紐荷爾’臍橙果實(shí)硬度比‘朋娜’臍橙果實(shí)硬度高2.67 N，可溶性固形物含量比‘朋娜’臍橙低2.73%，果實(shí)裂果率比‘朋娜’臍橙裂果率低3.18%.而在進(jìn)行補(bǔ)鈣和鈣抑制劑處理后，除了噴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2% Ca(OH)2的處理能顯著提高‘朋娜’臍橙果實(shí)的硬度外，其他處理對(duì)果實(shí)硬度的影響沒有差異.

各處理對(duì)兩品種果實(shí)可溶性固形物影響不同，噴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% Ca(OH)2的處理可以提高‘朋娜’臍橙果實(shí)可溶性固形物含量，而對(duì)于‘紐荷爾’臍橙，補(bǔ)鈣處理對(duì)可溶性固形物沒影響，反而鈣抑制劑處理(即噴施EGTA和LaCl3·7H2O)可以提高其可溶性固形物含量.兩臍橙品種中，噴施Ca(OH)2的兩處理的裂果率均低于其他處理，效果顯著.對(duì)于‘朋娜’臍橙，LaCl3·7H2O處理裂果率顯著高于對(duì)照，對(duì)于‘紐荷爾’臍橙，兩鈣抑制劑處理的裂果率與對(duì)照無差異.在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，果實(shí)裂果的高峰出現(xiàn)在8—9月份，即果實(shí)的膨大期.

表1 兩臍橙品種的果實(shí)硬度、可溶性固形物含量和裂果率比較1)Tab.1 The firmness, content of total soluble solids and cracking rates in the two navel cultivars

1) 同一品種的同列數(shù)據(jù)后，凡具有一個(gè)相同英文字母者，表示差異不顯著(P>0.05，Duncan’s法).

2.3 對(duì)果皮中細(xì)胞壁相關(guān)酶活性的影響

圖3表明，在處理后的前3個(gè)時(shí)期，各處理的‘朋娜’臍橙果皮CX酶活性比較微弱，且處理間相差小，進(jìn)入成熟期時(shí)，各處理酶活性均有上升，而2個(gè)Ca(OH)2處理的增幅明顯，達(dá)到峰值，后期再下降.而對(duì)于‘紐荷爾’臍橙，開始時(shí)各處理的果皮CX酶活性均下降，之后再上升，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%Ca(OH)2處理的增幅最大，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%Ca(OH)2的增幅最小.處理后的‘朋娜’果實(shí)膨大期，各處理的果皮PG酶活性均下降，然后成熟期再上升，增幅最大的是對(duì)照；‘紐荷爾’果皮PG酶活性的變化趨勢(shì)類似，先降后升，但升的時(shí)期比‘朋娜’約早半個(gè)月.兩品種的各處理間果皮PE酶活性變化趨勢(shì)不同，處理間差異小.

圖3 兩臍橙品種果皮中細(xì)胞壁相關(guān)酶的活性Fig.3 The activities of cell wall enzymes in the peel of the two navel orange varieties

3 討論

臍橙果實(shí)在發(fā)育和成熟過程中發(fā)生一系列復(fù)雜的生理生化反應(yīng).通常認(rèn)為在這一過程中果皮不能適應(yīng)果實(shí)內(nèi)部生長應(yīng)力的增加是導(dǎo)致裂果的主要原因，這與本試驗(yàn)“抗裂的‘紐荷爾’果實(shí)硬度相應(yīng)高于易裂的朋娜”結(jié)論相符，故硬度高可能是果實(shí)不易裂果的表面原因.

細(xì)胞壁是以纖維素微纖絲網(wǎng)絡(luò)為骨架, 內(nèi)填果膠、結(jié)構(gòu)蛋白、半纖維素等襯質(zhì)成分,并以各種化學(xué)鍵交聯(lián)，這些是構(gòu)成細(xì)胞壁機(jī)械性能的物質(zhì)基礎(chǔ)[11].而其中細(xì)胞壁酶與之關(guān)系密切.CX是一種復(fù)合酶，CX主要是將無定形纖維素水解成纖維寡糖；PE能分解果膠長鏈上的甲酯，將果膠裂解成小分子物質(zhì)，而PG作用于α-1,4-聚半乳糖醛酸[12].

本研究中，果實(shí)膨大期即為裂果的高峰期，此階段‘朋娜’臍橙果皮CX、PG酶活性均相對(duì)較低，而PE相對(duì)處于高位，說明在影響果實(shí)裂果過程中，PE可能較CX和PG更為重要.隨著果實(shí)的成熟，GX、PG和PE酶活性均有不同程度的升高，但同一酶在兩品種間的增幅各有特點(diǎn)，說明這3種水解酶活性與品種特性有關(guān).細(xì)胞內(nèi)的鈣離子可以作為“第2信使”通過鈣調(diào)蛋白調(diào)節(jié)酶的活性[13].研究中鈣抑制劑的處理在果皮鈣含量方面與對(duì)照差異不大，對(duì)細(xì)胞壁酶活性的影響規(guī)律不明顯.這可能與鈣抑制劑的噴施方式有關(guān).

而在補(bǔ)鈣處理中，兩品種呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律.噴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2% Ca(OH)2的處理在果實(shí)膨大期時(shí)，顯著提高了‘朋娜’臍橙果皮鈣含量，并使CX酶活性處于微弱狀態(tài)，然后隨著果實(shí)的成熟，鈣含量不斷下降，CX酶活性卻增強(qiáng)，出現(xiàn)峰值，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.同時(shí)‘紐荷爾’臍橙在噴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%Ca(OH)2處理中，隨著果實(shí)的成熟，果皮鈣含量不斷下降，然而其CX酶活性多處于較低水平.同樣，對(duì)于PG酶活性，噴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%Ca(OH)2的處理使膨大期的‘朋娜’臍橙PG酶活性高于對(duì)照，成熟期低于對(duì)照，但噴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%Ca(OH)2處理對(duì)‘紐荷爾’臍橙PG酶活性的影響與對(duì)照相比規(guī)律不明顯.這說明，通過外源補(bǔ)鈣影響果皮鈣含量對(duì)‘紐荷爾’臍橙細(xì)胞壁酶活性影響不大，但卻可以影響‘朋娜’臍橙細(xì)胞壁的CX和PG酶活性，進(jìn)而降低其果實(shí)裂果率.由此說明外源補(bǔ)鈣的效果與品種有關(guān).綜合相關(guān)因素可以得出，噴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%Ca(OH)2處理的補(bǔ)鈣可以提高‘朋娜’臍橙品種果皮鈣含量，提高果實(shí)硬度，并與PG酶活性關(guān)系密切，與CX酶活性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.

[1]胡正月，朱清能，謝日星.國外臍橙的育種與栽培概況綜述[J].現(xiàn)代園藝, 2000(5): 29-30.

[2]王義林，蔡曉桃，莊國梁，等.臍橙裂果的相關(guān)因素及預(yù)防技術(shù)[J].商界·城鄉(xiāng)致富,1999(5): 27-28.

[3]錢開勝.臍橙裂果原因及其防治的初步探討[J].中國南方果樹,1997，26(3):12-22.

[4]劉英翠.鈣與裂果相關(guān)性研究進(jìn)展[J].山西林業(yè)科技,2008(3):31-33.

[5]劉鐵錚，趙習(xí)平，付雅麗，等.外源鈣對(duì)杏果實(shí)裂果的影響研究[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2009，24(Z2): 187-189.

[6]彭堅(jiān)，席嘉賓，唐旭東,等.葉面噴施Ca(NO3)2和GA對(duì)糯米糍荔枝裂果的影響[J].園藝學(xué)報(bào),2001,28(4):348-350.

[7]張閣，朱國英，劉成連,等.甜櫻桃果實(shí)果肉Ca2+質(zhì)量濃度變化規(guī)律及其與裂果的關(guān)系[J].果樹學(xué)報(bào),2008，25(5):646-649.

[8]董濤.甜橙果實(shí)膳食纖維代謝機(jī)理研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[9]趙亞華，高向陽.生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)教程[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2000.

[10]ABU-GOUKH A A, BASHIR H A.Changes in pectin enzymes and cellulase activity during guava fruits ripening[J].Food Chem, 2003, 83(5):213-218.

[11]李建國，黃旭明，黃輝白.裂果易發(fā)性不同的荔枝品種果皮中細(xì)胞壁代謝酶活性的比較[J].植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào),2003,29(2):141-146.

[12]ZENG Xiuli, ZHANG Guanglun, LI Chunyan,et al.Studies on cell wall enzymes of navel orange (Citrussinesis) Fruit[J].Subtropical Plant Sci, 2006,35(2):12-16.

【責(zé)任編輯李曉卉】

Effectsofvariouscalciumtreatmentsonfruitcrackingandcellwallenzymeactivitiesinnavelorange

CHEN Jiqun1, LIU Lizhen2, CHEN Jiezhong1, ZHANG Hailan1

(1 College of Horticulture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642， China; 2 Guangzhou Li-heng Limited Company of Science and Technology Exploitation, Guangzhou 510630， China)

【Objective】 The objective of the study was to find the relationships among calcium contents, cell wall enzyme activities and fruit cracking.【Method】 Two naval orange (Citrussinensis) cultivars, ‘Skagg’s Bonanza’ and ‘Newhall’ were treated with exogenous calcium or calcium uptake inhibitor.The contents of calcium, the rate of fruit cracking and the activities of polygalacturonase (PG), cellulase (CX), and pectinmethylesterase (PE) were investigated in different periods.【Result and conclusion】 The contents of calcium in ‘Newhall’ was higher than that in ‘Skagg’s Bonanza’.The content of calcium in the normal fruits was higher than that in cracked fruits in the same cultivar.The mass fraction 2% Ca(OH)2treatment increased significantly the calcium content in the pericarp and fruit firmness, reducing the rate of fruit cracking 150 days after anthesis.The mass fraction 2% Ca(OH)2treatment reduced the activities of cellulase (CX).Calcium affected the incidence of fruit cracking through its effect on the activities of cell wall enzymes.Its effect was significant in ‘Skagg’s Bonanza’ but not in ‘Newhall’.

calcium； navel orange； cell wall enzymes； fruit cracking

2013- 08- 29優(yōu)先出版時(shí)間2014- 10- 03

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http:∥www.cnki.net/kcms/detail/44.1110.S.20141003.1008.004.html

陳繼群(1987—)，男，碩士研究生，E-mail:chenjiqun2008@163.com；通信作者:張海嵐(1965—)，女，高級(jí)農(nóng)藝師，博士，E-mail:zhule123@126.com

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012B020304001)

陳繼群， 劉麗貞， 陳杰忠， 等.不同鈣處理對(duì)臍橙裂果及其細(xì)胞壁酶活性的影響[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014,35(6):29- 32.

S661.1

A

1001- 411X(2014)06- 0029- 04