穆家壯，徐孫霞，薄海豐，陳家偉，王三紅，渠慎春*

(1 南京農(nóng)業(yè)大學 園藝學院，南京 210000；2 豐縣果業(yè)研究院，江蘇豐縣 221700；3 豐縣果樹實用技術研究所，江蘇豐縣 221700；4 豐縣綠晟農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司，江蘇豐縣 221700)

水果品質是一個動態(tài)概念，隨著反映社會文化演變的消費者需求和觀念而變化[1]。消費者一般先通過水果的外觀來判斷果實的質量，然后再通過果實的內在品質來判斷果實的質量[2]。因此，在確保果實內在品質的前提下，改善蘋果果實的外觀品質顯得尤為關鍵。

土壤水分是影響蘋果產(chǎn)量和品質的主要因素，合理調控土壤水分，可以提高蘋果產(chǎn)量，改善蘋果品質[3]。水資源短缺已在全世界普遍存在[4]，果樹種植的精準控水也顯得尤為重要。虧缺灌溉被證明是一種有效的管理實踐方法[5-6]，Wang等[7]的研究表明，在水果發(fā)育后期進行輕水控制可以獲得最佳果實質量和產(chǎn)量。

土壤水分對蘋果的外觀品質具有重要影響。蘋果的果皮由蘋果的角質層加上表皮和皮下細胞層構成，角質層由一種均質生物聚酯基質的角質層和一種沉積在角質層內和表面的蠟層組成[8]。Opara等[9]的研究表明，頻繁灌溉會增加“嘎啦”蘋果莖端裂和內環(huán)裂的發(fā)生，且隨著果實成熟期的推進，發(fā)生率均會增加。這可能是果肉細胞增大的不平衡，因為果實生長促進而加劇，從而導致細胞間的小裂縫，造成果皮的裂紋甚至裂果[10]。果實的開裂與品種性狀、季節(jié)影響和降雨時期有很大關系[11]。Faust等[12]關于‘金冠’蘋果表皮蠟質結構和裂縫的研究發(fā)現(xiàn)，在生長季早期，裂縫發(fā)生嚴重而延伸到蠟質層；生長季后期，果實表面裂紋逐漸擴散形成網(wǎng)狀結構。Ikeda等[13]曾報道水勢梯度會促進果實的吸水，增加果肉膨壓，這可能與果實開裂有關。

本研究以‘煙富3號’作為材料，旨在探討不同土壤水分處理對富士蘋果果實品質(主要為外觀品質)的影響，揭示蘋果土壤水分管理與果皮裂紋發(fā)生之間的關系。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

本研究于2020～2021年在江蘇豐縣大沙河果樹試驗站進行。該試驗站為暖溫帶半濕潤季風氣候區(qū)，年平均溫度14.9 ℃，最高溫度38 ℃，最低溫度-14 ℃，年平均降雨量787 mm，年平均日照時長2 136 h，2021年降雨量達到1 036.5 mm。土壤類型為沙壤土，pH在8左右，土壤質地疏松。試驗園土壤容重1.37(0～20 cm)和1.509(20～40 cm)，土壤田間持水量(θf)21.167%，有機質含量為15.763 g/kg(0～20 cm)和7.973 g/kg(20～40 cm)，且礦質元素含量豐富。

以7年生的‘煙富3號’蘋果作為試驗材料，砧木為M9-T337矮化自根砧，果實采用套袋處理，授粉樹為‘紅瑪瑙海棠’。水分處理分為兩組，每組三個處理，其中一組的水分處理全生長季(盛花后7 d至盛花后190 d)保持不變；由于研究表明，在果實后期進行低水處理可以提高其內外品質，且為防止果實發(fā)育前期水分供應不足導致落果，故本研究以蘋果生理落果(6月19日)為節(jié)點，將另一組的水分處理劃分為前期和后期兩個階段，來探究果實發(fā)育后期的低水對果實品質的影響，處理前期為盛花后7 d至生理落果節(jié)點，處理后期為生理落果節(jié)點至盛花后190 d。

水分處理用相對含水量表示，具體處理分別為LCK(果園灌溉)、LT1(土壤相對含水量為55%～65%)、LT2(65%～75%)、LT3(75%～85%)、LT4(前期55%～65%、后期45%～55%)、LT5(前期65%～75%、后期55%～65%)、LT6(前期75%～85%、后期65%～75%)。其中，果園灌溉為試驗園日常灌溉方法，未進行其他水分處理，其余處理按照設置的水分梯度進行控制。為了預防外界土壤水分的滲透影響，在每棵試驗樹的樹盤下開直徑2 m、深度50 cm的環(huán)狀溝，將塑料薄膜豎直放入溝中，并在緊貼溝壁固定后覆土掩埋。此外，在樹盤下覆蓋2 m×2 m防雨薄膜，降低雨水對試驗處理的影響，并減少土壤水分蒸發(fā)，維持土壤水分穩(wěn)定。每7 d測定一次各處理的土壤含水量，若低于設定值則人工補水，若高于設定值則及時翻開薄膜進行晾曬。當土壤水分低于設定值時，補水量依據(jù)以下農(nóng)田水貯量計算方法得出，由于該計算方法沒有考慮灌溉的各種損失，故實際灌溉量應較大于理論值，該值作為具體灌溉量的參考。

補水量(方/畝)=666.6 m2×深度(m)×土壤含水量之差(重量)×容重

1.2 測定指標及方法

1.2.1 含水量、水勢和可溶性固形物含量分別在每個處理小區(qū)的不同方位采取3份待測土壤樣品，用烘干法進行土壤含水量測定；采取新鮮的土壤和果實樣品，重復3次，使用Psypro露點水勢儀進行水勢測定；每株試驗樹采取3個果實，使用手持折光儀(WZ-103，托普儀器，浙江)測定果實可溶性固形物含量。

1.2.2 果實裂紋指數(shù)、著色指數(shù)和光潔指數(shù)果實裂紋依據(jù)分級標準[14]分為6級：0級果實果面光滑，未出現(xiàn)裂紋；1-5級果實裂紋面積分別約占果面總面積的1%～10%、11%～20%、21%～40%、41%～60%和60%以上。果實著色依據(jù)分級標準[15]分為1～4級，果實著色面積分別為0～25%、26%～50%、51%～75%、76%～100%。果實果面光潔度依據(jù)分級標準[16]分為4級：1級，果面粗糙如同未套袋果；2級，果面粗糙，色較暗；3級，果面較光滑；4級，果面光潔細膩。依據(jù)調查果實裂紋、著色和光潔度等級及相應數(shù)量計算果實裂紋指數(shù)、著色指數(shù)和光潔指數(shù)。

裂紋指數(shù)=∑(各級果數(shù)×裂紋級數(shù))/調查總果數(shù)。

著色指數(shù)=∑(各級果數(shù)×著色級數(shù))/調查總果數(shù)。

果面光潔指數(shù)=∑(各級果數(shù)×著色級數(shù))/調查總果數(shù)。

1.2.3 果皮超微結構觀測果皮的石蠟切片由武漢賽維爾生物科技有限公司制作。制作過程包括：取材、脫水浸蠟、包埋與切片、番紅染色、固綠染色、切片觀察。果皮掃描電鏡切片的制備在南京農(nóng)業(yè)大學作物遺傳與種質創(chuàng)新國家重點實驗室完成，制備方法包括：取材、清洗、固定、清洗、脫水、置換、干燥、粘樣和鍍膜。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)使用SPSS 21進行多重比較和統(tǒng)計分析，采用Duncan新復極差法進行差異顯著性檢驗，在P<0.05時檢驗統(tǒng)計的顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同水分處理的土壤含水量變化特征

試驗于盛花后7 d(4月17日)開始進行露天土壤水分處理，并每周對各水分處理的土壤相對含水量進行監(jiān)測，一直持續(xù)到蘋果采摘前1周。監(jiān)測結果(圖1)顯示，在蘋果盛花后90 d之前，各水分處理的土壤相對含水量基本處于處理設置范圍內波動；在盛花后90～120 d之間，當?shù)卦庥鰢乐氐谋┯晏鞖?，各處理的土壤相對含水量均有所提高；在盛花?20 d后，經(jīng)過適當?shù)牧罆?，土壤水分含量也均在處理設置范圍內。其中，LCK處理土壤相對水分含量在整個監(jiān)測過程中波動很大，于盛花后65 d最低達69.9%，于盛花后107 d時最高達93.2%，由此看出果園常規(guī)水分管理下土壤含水量的不穩(wěn)定性。

LT1-LT6.土壤水分處理,土壤相對含水量分別為55%～65%、65%～75%、75%～85%、55%～65%/45%～55%(前期/后期)、65%～75%/55%～65%、75%～85%/65%～75%；LCK.對照處理，果園常規(guī)灌溉管理。下同圖1 不同水分處理的土壤相對含水量變化趨勢LT1-LT6:Soil water treatments,their soil relative water content are 55%～65%,65%～75%,75%～85%,55%～65%/45%～55% (earlier stage/later stage),65%～75%/55%～65%,75%～85%/65%～75%;LCK.Control treatment,ordinary orchard management.The same as belowFig.1 Trend of soil relative water content of different water treatments

2.2 土壤水分對蘋果果實可溶性固形物含量的影響

由圖2可知，各處理蘋果可溶性固形物含量在果實發(fā)育過程中呈上升趨勢，且在盛花后130～150 d果實可溶性固形物含量增長最快。與LCK相比，LT1處理和LT4處理果實的可溶性固形物含量增加，而LT3和LT6處理果實的可溶性固形物含量降低，這一趨勢貫穿整個發(fā)育過程。采摘時果實可溶性固形物含量以LT4處理的最高(14.367%)，相比對照提高了15.2%，其次是LT1(13.4%)和LT5(13.1%)，其余處理相差不大，LT3處理最低(11.9%)。

圖2 不同土壤水分處理富士蘋果可溶性固形物含量的變化趨勢Fig.2 The soluble solid content in fruit of Fuji apple under different soil water content treatments

2.3 土壤水分對果實裂紋、著色及果面光潔度的影響

首先，在盛花后150 d時，富士蘋果果實裂紋逐漸開始產(chǎn)生(圖3)。其中，LCK果實的裂紋發(fā)生在盛花后157 d時已經(jīng)十分嚴重，并且在持續(xù)加??；LT1、LT4和LT6處理的果實裂紋在果實發(fā)育過程中逐漸蔓延開來，LT4和LT6處理表現(xiàn)為密集的微小裂紋；LT2、LT5和LT3處理果實裂紋在發(fā)育過程中發(fā)生相對較少。同時，表1顯示，與對照LCK相比，LT1 和LT4處理的果實裂紋指數(shù)分別增加了30.1%和20.1%，而LT2、LT3、LT5和LT6處理的果實裂紋指數(shù)分別降低了49.8%、19.8%、49.8%和30.1%，且LT2和LT5處理與對照存在顯著性差異(P<0.05)。

其次，隨著果實發(fā)育時期的推移，富士蘋果果實開始著色(圖3)。其中，LT5處理的果實著色最早，在盛花后157 d時便在果實的右上部出現(xiàn)明顯的紅色；其他的處理果實著色相對較晚，最晚的LT1直到盛花后178 d才看出明顯的紅色。果實采摘時，LT2和LT5處理的果實著色較好，顏色紅艷且均勻，LT1、LT3和對照LCK處理的果實著色不太均勻，有明顯的色差，LT4和LT6處理的果實著色相對較淺，果實偏黃綠色。同時，果實著色指數(shù)調查結果(表1)顯示，LT1、LT2、LT5處理著色指數(shù)分別比對照提高了3.4%、14.0%、17.4%，而LT3、LT4、LT6處理的著色指數(shù)分別比對照降低13.7%、20.5%、31.1%，且LT4和LT6處理與對照存在顯著性差異(P<0.05)。

圖3 富士蘋果成熟前果實裂紋發(fā)生及著色情況Fig.3 Crack occurrence and coloring of Fuji apple fruit before ripening

再次，富士蘋果果面光潔指數(shù)在LT1～LT6處理中比對照分別提高了50.4%、150.4%、125.6%、45.2%、175.9%和100.8%，且LT1、LT2、LT3和LT5處理均與對照存在顯著性差異(P<0.05)?？梢?，LT2與LT5處理在顯著降低果實裂紋指數(shù)的同時，還顯著提高了果實的著色指數(shù)與果面光潔指數(shù)，對果實外觀品質表現(xiàn)出更好的改善效果(表1)。

表1 土壤水分對蘋果外觀相關指數(shù)的影響Table 1 Effects of soil moisture on some indexes of apple

2.4 土壤水分對富士蘋果果皮顯微結構的影響

從圖4來看，LCK處理的果皮角質層較薄，并且可以明顯看到角質層有陸續(xù)的斷裂；LT1處理的果皮角質層發(fā)生完全斷裂，裂縫開口很大，且在斷裂處有許多較小的細胞聚集；LT3處理的果皮角質層也發(fā)生斷裂，但斷裂程度低于LT1，斷裂處也觀察到有細胞聚集；LT4處理的果皮角質層產(chǎn)生一個小缺口，形成果皮的微裂紋；LT2、LT5和LT6處理的果皮并沒有發(fā)生角質層的明顯斷裂，但LT2、LT6處理角質層下也存在小細胞聚集的現(xiàn)象，這可能預示著果皮有開裂的趨勢。LT5果皮角質層結構良好，沒有發(fā)生開裂。

圖4 不同土壤水分處理下富士蘋果果皮的石蠟切片F(xiàn)ig.4 Paraffin section of Fuji apple peel under different soil water treatments

同時，從掃描電子顯微鏡觀察結果(圖5)可知，LT4和LCK處理的果皮表面存在很大的裂縫，果皮開裂十分嚴重，除大裂縫的其他部分均勻地分布著許多小波紋，這些波紋將表層的蠟板分割成一個個多邊形的小室；LT6處理的果皮表面也存在明顯裂縫，但裂縫與對照LCK相比較小，且與果肉相連；LT5處理的果皮沒有明顯的大裂紋，但在高倍下仍看到果皮上分布著許多類似補丁形狀的細小裂紋，果皮雖然沒有明顯的開裂，但是存在著將要開裂的趨勢。

另外，在露天條件下，富士蘋果健康果實的角質層平均厚度為7.653 μm，裂果果實的角質層平均厚度為6.875 μm，健康果實的角質層厚度顯著高于裂果果實(圖6)。

2.5 富士蘋果健康果與裂果不同部位的水勢比較

試驗測定了富士蘋果果實萼洼、中部和梗洼3個部位(圖7,A)的水勢，結果表明健康果實的水勢(-1.22 MPa)明顯高于裂果的水勢(-1.44 MPa)(圖7，B)；進一步比較健康果實和裂果不同部位的水勢，發(fā)現(xiàn)無論是健康果實還是裂果，果實中部的水勢都顯著高于果實萼洼和梗洼處的水勢，并且健康果實在果實萼洼、中部和梗洼的水勢均要顯著高于裂果相應的部位(圖7，C)。

小寫字母和*表示顯著性差異(P<0.05)圖7 富士蘋果健康果實與裂果果實的不同部位(A)及其水勢比較(B、C)Normal letters and * indicate significant differences (P<0.05)Fig.7 The different parts (A) and their water potential (B，C) of healthy fruit and cracked fruit of Fuji apple

3 討 論

可溶性固形物是影響果實食用品質的重要因素[17]，其含量受土壤水分影響較大。在本研究中，LT1和LT4處理提高了富士蘋果果實的可溶性固形物含量，說明較低的土壤水分含量會促進果實可溶性固形物的積累。這與張艷霞等[18]在葡萄上的研究結果相似，即中度水分脅迫可以提高葡萄果實的可溶性固形物含量。

在保證果實內在品質的同時，果實外觀品質也不容忽視。蘋果果實的外觀品質會影響其商品性，并主導著消費者的購買欲望，而水分與果實的外觀品質關系密切。黃旭明等[19]曾報道，在柑橘果實的發(fā)育后期，一場暴雨會使果皮細胞壁來不及松弛，從而被果肉撐破，導致裂紋發(fā)生甚至裂果。本研究結果也表明果園常規(guī)水分管理的不規(guī)律會導致蘋果果實水分吸收和果肉膨大不穩(wěn)定，加劇裂紋的發(fā)生。此外，LT1和LT4處理在蘋果果實發(fā)育前期進行穩(wěn)定的低水分處理，但后期遭遇暴雨天氣，由于預防工作有限，果實吸水迅速膨脹，果皮張力難以支撐，從而形成嚴重的開裂，這與Caroline等[20]的研究結論相似，同時也是當?shù)靥O果露天生產(chǎn)面臨的難題。李娟等[21]發(fā)現(xiàn)在柑橘果實發(fā)育后期，隨著水分脅迫的增加，果皮水溶性果膠含量增加，進而導致果皮細胞壁超微結構的變化，使細胞壁發(fā)生過度松弛，在膨壓作用下，細胞壁發(fā)生潰裂。與其不同的是，本研究發(fā)現(xiàn)在富士蘋果發(fā)育后期，進行適當土壤低水管理的LT6處理的果實裂紋指數(shù)略低于LT3處理，這表明后期的土壤低水會降低果實裂紋的發(fā)生。因此，本研究中LT2和LT5處理果實的裂紋指數(shù)最低(均為1.67)，主要原因有兩點，一是處理本身設置的土壤水分含量并不低，受暴雨天氣影響相對較小，土壤水分大致可以保持相對穩(wěn)定；二是與土壤含水量較高的處理相比，其土壤含水量適中，有利于果實后期的養(yǎng)分積累，果實快速膨大有限，從而降低了果實裂紋指數(shù)。

果實裂紋在微觀上表現(xiàn)為果皮表層的角質層結構發(fā)生變化，包括縱向延伸和橫向斷裂。本研究通過果皮石蠟切片觀察到LT5處理的果皮結構完好無斷裂，角質層向表皮內壁細胞進行縱向延伸，在內壁形成了角質層沉積，這在Konarska[22]的研究中也可以看到。值得注意的是，與LT5處理相比，其他處理的果皮在發(fā)生斷裂的部位可以觀察到明顯的皮下細胞聚集，這可能預示著斷裂將要發(fā)生的趨勢。有研究表明，果實發(fā)育分為兩個主要階段，第一階段是在坐果之后，果實通過密集的細胞分裂而生長，第二階段的果實則由于細胞增大和細胞間隙增加而膨脹[23-24]。因此，我們認為出現(xiàn)皮下細胞聚集，是因為果實在發(fā)育后期土壤水分驟然變化的情況下，皮下細胞吸水迅速膨脹，而果皮的張力有限，導致部分細胞被擠壓聚集在一起，最終突破果皮的張力形成開裂。

橫向斷裂將蘋果角質層劃分為一個個多邊形小室，此前有報道稱之為“血小板”結構[25-27]，該現(xiàn)象很大程度上影響了果實裂紋的產(chǎn)生。本研究發(fā)現(xiàn)蘋果角質層除了“血小板”結構以外，還存在著“補丁狀”的細長裂紋。LT5處理的果皮相對光滑且裂紋較少，但在表皮上分布著許多類似補丁狀的微裂紋，它可能也會發(fā)展形成縱長的裂縫，但實際還沒有發(fā)生。這說明果面的形成是一個長期的動態(tài)過程，不同的處理導致了不同的結果，本研究旨在尋找使富士蘋果果面光潔較好的土壤水分處理。

此外，也有相關研究證明了果實裂紋與果皮厚度和果實水勢直接相關。Kaur等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，健康的檸檬果皮厚度顯著高于開裂果皮，說明檸檬果實的開裂與檸檬果皮的厚度有關。本研究結果表明，健康的蘋果果皮角質層厚度顯著高于裂紋多的果實，我們認為這是由于果肉細胞的膨脹，將果皮向外撐開，導致了角質層厚度的降低，同時引起裂紋的產(chǎn)生。Cline等[29]的研究表明，不同甜櫻桃品種開裂的差異與果實的滲透勢和表皮滲透勢對水分積累速率的間接影響有關。果實水勢會影響水分的運輸方向，水分總是從水勢高的地方向低的地方運輸。本研究發(fā)現(xiàn)富士蘋果裂果的水勢要顯著低于健康果實，這可能是因為裂果的可溶性固形物含量較高，果肉水分中溶質含量較高，水勢較低，因此裂果的吸水能力也更高。此外，萼洼和梗洼處的水勢普遍低于果實中部。

4 結 論

富士蘋果在露天條件下種植時，果園不規(guī)律水分管理或發(fā)育后期受暴雨天氣影響，會導致果實在發(fā)育后期裂紋發(fā)生嚴重，影響果實的商品性。適當?shù)耐寥浪置{迫(65%～75%)可以在不影響果實食用品質的同時顯著降低果實表面裂紋的發(fā)生率，提高果面光潔度。在果皮的微觀結構上，角質層發(fā)生斷裂的部位有明顯的細胞聚集，這可能與果肉吸水以及裂紋發(fā)生關系密切。同時，在果實發(fā)育后期，適當?shù)妮p水處理會促進果實的糖積累并減少裂紋的產(chǎn)生。果實裂紋的發(fā)生與果皮角質層厚度和果實水勢相關，厚度越大、水勢越高，裂紋發(fā)生越少。

另外，土壤的含水量受土壤性質影響很大，不同理化性質土壤的含水量可能相同，但其干旱程度卻不大相同。土壤水勢是衡量土壤水分狀況、可用性和流動性的重要指標[30]，用它來衡量土壤水分狀況不需要考慮土壤的性質。因此，研究根據(jù)Logistic方程制作了試驗土壤的土壤水分特征曲線[31]，來實現(xiàn)土壤含水量和土壤水勢之間的換算。在生產(chǎn)中可以通過該曲線進行土壤含水量與土壤水勢的定量分析[32]。本研究中LT2與LT5處理的富士蘋果果實品質最優(yōu)，其土壤相對含水量分別為LT2(55%～65%)、LT5(前期65%～75%，后期55%～65%)，依據(jù)土壤水分特征曲線計算出的相應土壤水勢分別為LT2(-0.569～-0.309 MPa)、LT5(前期-0.569～-0.309 MPa、后期-0.845～-0.569 MPa)。