不同裂果易感性石榴品种果皮质构特性分析与显微结构观测

唐贵敏　贾明　刘丙花　梁静　舒秀阁　王小芳　郝兆祥　赵登超

摘  要：以不同裂果程度的4个石榴品种（‘大青皮甜‘岗榴‘秋艳‘黑金刚）为试验材料，利用质构仪和显微镜观察测定其果皮质构特性和组织结构特点，解析果皮质构特性和细胞结构在石榴裂果中的作用，为防治石榴裂果提供理论依据。结果表明，采用质构仪测定石榴果皮内外侧破裂力，其外侧破裂力为1050.28～1927.24 g，内侧破裂力为686.01～1526.31 g，同一品种果皮外侧破裂力显著高于内侧破裂力，内外侧破裂力比越小的品种越不易发生裂果;并且果皮紧实度越大越容易产生裂果，其中，‘秋艳果皮紧实度最低，为85.20 g，石榴果皮紧实度与其裂果性呈负相关的关系;4个石榴品种果皮表层细胞厚度为2.23×10–2～3.58×10–2 mm，表层细胞面积为6.76×10–4～10.30×10–4 mm2，表层细胞厚度和面积与石榴品种裂果性无明显相关性;裂果与果皮厚度呈明显的负相关性，即果皮厚的品种容易裂果，果皮薄的品种抗裂果。

关键词：石榴;裂果;果皮;紧实度;显微结构

中图分类号：S665.4      文献标识码：A

Texture Characteristics and Microstructure Observation of Exocarp from Pomegranate Varieties with Different Cracking Susceptibility

TANG Guimin1， JIA Ming2， LIU Binghua2， LIANG Jing2， SHU Xiuge2， WANG Xiaofang2， HAO Zhaoxiang3， ZHAO Dengchao2*

1. Shandong Yingcai University， Jinan， Shandong 251400， China; 2. Shandong Academy of Forestry， Jinan， Shandong 250014， China; 3. Zaozhuang Pomegranate Research Center， Zaozhuang， Shandong 277300， China

Abstract： Four pomegranate varieties （‘Daqingpitian ‘Gangliu ‘Qiuyan ‘Heijingang） with different degrees of fruit cracking were used as the experimental materials. Texture characteristics and microstructure observation of the exocarp were observed by a texture analyzer and a microscope. The correlation between the texture characteristics， exocarp structure， and pomegranate cracking susceptibility were analyzed. Hopefully the results might provide theoretical basis cracking resistant cultivar breeding and the prevention of cracking in pomegranate production. The results showed that the strength of inner and outer skin of pomegranate exocarp could be measured by the texture analyzer. The inner crack strength of exocarp ranged from 686.01 g to 1526.31 g， and the outer crack strength of exocarp ranged from 1050.28 g to 1927.24 g. The crack strength of outer in the same variety was significantly higher than that of inner. Less fruit cracking occured in the smaller ratio of inner and outer crack strength. The tightness of ‘Qiuyan pomegranate exocarp was 85.20 g. The surface cell thickness of the four pomegranate varieties was 2.23×10–2–3.58×10–2 mm， the surface cell area was 6.76×10–4–10.30×10–4 mm2. There was a significant negative correlation with the thickness of pomegranate exocarp. The pomegranate varieties were resistant to crack with thinner exocarp.

Keywords： Punica granatum L.; cracking; epicarp; firmness; microstructure

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.03.024

石榴（Punica granatum L.）是重要的特色经济林树种之一，其果实营养丰富，可产生显著的经济效益。中国地跨温带、暖溫带、亚热带地区，具有独特的地理和气候条件，为石榴品种提供了良好栽培环境，经过两千多年栽培，目前我国已经形成了以山东（枣庄、泰安）、河南（开封、荥阳、巩义）、安徽（怀远、淮北）、陕西（临潼、礼泉）、四川（会理、攀枝花）、新疆（和田、喀什）、云南（蒙自、建水）和河北石家庄元氏等地域为中心的集中栽培区[1-2]，石榴产业在当地乡村振兴和农民增收致富中发挥着十分重要的作用。石榴裂果是影响其产业发展的重要限制因素之一，尤其是在我国北方的石榴主产区，有调查发现，裂果轻的年份石榴果实裂果率在3%～9%之间，裂果严重的年份其果实裂果率高达30%～50%，石榴裂果严重影响其果实的商品价值，从而降低了种植者的经济收益。果树果实的裂果被认为是果实内部生长与外界环境条件的不协调的应急反应[3]，许多果树如苹果、荔枝、桃、枣、葡萄、柑橘等都会发生不同程度的裂果现象[4-9]。目前我国关于防治石榴裂果的研究，主要集中于抗裂果品种培育[10-11]，大部分栽培技术的研究局限于定性描述，定量分析研究石榴裂果却较少[11-14];国外关于石榴裂果的研究重点在矿质营养元素[15-17]、水分[18]、生长激素[16， 19]等对裂果的影响，另外果实的成熟度[20]和病虫害[19， 21]的发生也可造成石榴果实的裂果。有研究表明，果实的裂果与果皮结构、果皮组织力学性能有密切关系[22-25]，质构仪能够准确地描述流力学特征，有关质构仪在石榴方面的研究仅限于石榴籽粒硬度方面[26-29]，为此，本研究以抗裂果程度不同的石榴品种果皮为试验材料，利用质构仪测定其质构特性，同时利用显微镜观测果皮组织结构特点，综合分析裂果与果皮质构特性和组织结构的相关性，以期为石榴抗裂果品种选育和栽培上裂果的防治提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  材料

试验于2018年8—12月进行，选取高抗裂果品种‘秋艳‘黑金刚，抗裂果品种‘岗榴和易裂果品种‘大青皮甜4个石榴品种为试验材料。试验用果实采自山东省枣庄市峄城区石榴种质资源库，每个品种果实样品均已达到该品种固有的成熟度，果实样品大小均匀，无病虫害，分别选取不同品种石榴果实，先打开果顶后剥离石榴籽粒，选取果实颊部的果皮分别进行质构特性分析和显微结构切片制作。

1.2  方法

1.2.1  石榴果皮质构特性分析  采用TA-XT plus型质构仪（英国Stable Micro Systems公司）穿刺石榴果皮，分析其质构特性，每个品种分析10个果实的果皮，每个果皮为1次重复，重复10次。将石榴果皮置于测试平板，采用P/2探头由石榴果皮的内侧向外侧进行穿刺，分别测定石榴果实果皮质构参数。测试条件：测试前速度2 mm/s，测试速度2 mm/s，测试后速度4 mm/s，触发力为5 g。内外侧破裂力比=外侧破裂力/内侧破裂力。石榴果皮厚度通过内果皮破裂时测试探头的位移计算。

1.2.2  石榴果皮表层细胞显微结构观测  将不同石榴品种果实的果皮纵切后，进行切片处理，用2.5%的戊二醛溶液固定，然后被固定的样品制作为石蜡切片，采用番红–固绿染色[30]，番红染色采用1%番红染色液染色1～2 h，固绿染色采用0.5%染液染色30～60 s，于光学显微镜下观察，拍照。番红固绿石榴果皮表皮细胞厚度和面积测量方法：每组内每张切片挑选200倍视野进行截图。截图时尽量让组织充满整个视野，保证每张照片的背景光一致。用Image-pro plus 6.0（Media Cybernetics， Inc.， Rockville， MD， USA）软件，放大200倍，每张切片选取5个表皮细胞分别测量表皮细胞厚度（mm）和表皮细胞面积（mm2），每个表层细胞为1个重复，5次重复。

1.3  数据处理

测试数据采用Microsoft Excel 2010软件处理，用SPSS 20.0软件对数据进行统计分析，Duncans新复极差法检验差异显著性。

2  结果与分析

2.1  石榴果皮测试质构特征曲线图解

有研究表明石榴果皮在内力的作用下，容易发生破裂，为此应用质构仪模拟石榴果皮在内力的作用下由内侧到外侧破裂的过程。用质构仪探头由果皮内侧向外穿刺测试石榴果皮的质构特性，通过电脑输出测试结果曲线（图1），曲线中第1个波峰为果皮内侧破裂时的力值（g），即内侧破裂力，穿透果皮内侧后探头继续穿刺达到最大峰值，此值为果皮外侧破裂时的力值（g），即外侧破裂力，峰值过后探头穿过果皮的平均力值（g）表示石榴果皮的紧实度，此力值的大小表示石榴果皮紧实度的大小。

2.2  不同石榴品种果皮质地特性

通过对不同石榴品种的果皮进行穿刺，利用石榴果皮质构特征曲线（图1）得出不同品种石榴果皮的内侧破裂力、外侧破裂力、果皮紧实度（表1），差异显著性测验结果表明，不同石榴品种果皮质构特性差异大，内侧破裂力以‘黑金刚最高达1526.31 g，‘大青皮甜最低仅为686.01 g，除‘大青皮甜与‘秋艳之间差异不显著外，其余品种间差异显著;外侧破裂力以‘大青皮甜最高为1927.24 g，其次为‘黑金刚和‘岗榴，‘秋艳最低为1050.28 g;同一品种外侧破裂力要显著高于内侧破裂力。内外侧破裂力比以‘大青皮甜最高达2.84，其次是‘岗榴为1.95，再次是‘秋艳为1.21，‘黑金刚最低为1.17，‘大青皮甜‘岗榴要显著高于‘秋艳‘黑金刚，‘秋艳和‘黑金刚两个抗裂果品种内外侧破裂力比无显著差异。对比4个品种果皮内外侧破裂力变化与品种的抗裂果性，发现内外侧破裂力比越大其越容易裂果，内外侧破裂力比越小其越不容易发生裂果。进而对比分析不同石榴品种果皮紧实度，以‘秋艳果皮紧实度最低为85.20 g，‘大青皮甜石榴果皮紧实度最高为216.56 g，达到‘秋艳的1.54倍，‘岗榴果皮紧实度为168.66 g，除2个抗裂果品种‘秋艳和‘黑金刚果皮紧实度在品种间无显著差异外，其余品种间果皮紧实度差异显著，石榴果皮紧实度与石榴裂果性呈负相关的关系，即紧实度越大越容易产生裂果。

2.3 不同石榴品种果皮表层细胞结构特征

‘秋艳‘大青皮甜‘岗榴‘黑金刚4个石榴品种果皮纵切后的细胞显微结构见图2。可见，4个石榴品种果皮表皮细胞呈鹅卵石状排列，细胞排列相对整齐，通过显微结构观察不同品种间细胞大小存在差别。不同石榴品种果皮厚度和表层细胞的厚度与面积见表2，4个石榴品种表层细胞厚度在2.23×10–2～3.58×10–2 mm之间，方差分析结果表明，其中‘秋艳‘岗榴的表层细胞厚度显著高于‘大青皮甜‘黑金刚;4个石榴品种表层细胞面积在6.76×10–4～10.30×10–4 mm2之间，方差分析结果表明，不同石榴品种间果皮表层细胞的面积差异显著，以‘岗榴最高，‘大青皮甜最小，‘岗榴比‘大青皮甜大52.37%;‘大青皮甜‘岗榴的果皮厚度显著高于‘秋艳‘黑金刚，其中‘秋艳和‘黑金刚为抗裂果品种，果皮最薄，‘大青皮甜为易裂果品种果皮最厚达到4.74 mm，分别为‘秋艳和‘黑金刚的1.95倍和1.89倍。综合分析，石榴果皮表层细胞厚度和细胞面积与石榴品种裂果性无明显的相关性，不同石榴品种抗裂果程度与果皮厚度呈现明显的负相关性，即果皮厚的品种越易发生裂果，反之果皮薄的品种不易发生裂果。

3  讨论

裂果是限制石榴产业发展的一个重要影响因素，影响石榴裂果的主要因素包括品种遗传特性、矿质营养元素、水分、生长激素、果实成熟度、病虫害等。自然条件下，不同石榴品种间的裂果程度存在显著差异，石榴品种抗裂果差异性评价及其裂果原因分析，对于抗裂果品种选育具有十分重要意义。果实开裂由果皮开始，所以果实裂果研究多集中在果皮结构与裂果的关系[1， 5， 23， 25， 31]。有研究表明，随着果树果实的生长发育，其果实的细胞体积和细胞间隙增大，因为其细胞间产生生长应力，但随着果实临近成熟，这种生长应力逐渐变小，果皮组织的伸展性受到很大限制，当水分急剧增加时，应力超过一定限度就会导致发生裂果，本研究通过质构仪测定了不同石榴品种果皮内外侧果皮破裂力，同时分析了其内外侧破裂力比，发现内外侧破裂力差异越小的品种抗裂果，差异较大的品种易裂果，可能与内外侧果皮细胞的伸展性有关系;由于果皮的韧性低，粘弹性大，造成果实易裂果[3]。高飞飞等[32]研究认为红江橙果皮薄、弹性差是其裂果易感性的主要原因，果皮厚度与裂果率之間为高度负相关。吴德玲等[33]研究认为，浆果耐压力大小最主要是与果肉质地有关，而与果皮厚度关系不大。本试验4个石榴品种果皮薄的品种表现较强的抗裂果性，而果皮较厚的易产生裂果，与果皮表层细胞的大小和面积无显著的相关性，有研究表明裂果与果实组织结构衰老[31]和酶活性[34]程度有很重要的关系，分析原因这可能与不同石榴品种果皮细胞在生长后期老化，果皮内外侧细胞生长活性差异有关系。

本研究主要从石榴果皮的力学特性和石榴果皮细胞的组织结构进行了分析，发现石榴果皮内外侧破裂力差异大的品种易感裂果，且裂果易感性与果皮的紧实度密切相关，而与果皮细胞结构的相关性不强。关于影响裂果的因素有很多，其中生长素和细胞分裂素在影响果皮细胞生长和承受果肉膨压方面更具有研究价值[35]，为此在深入了解不同石榴品种果皮力学特性的基础上，还需进一步了解造成整个生长发育期石榴果皮不同生长发育阶段其果皮的力学性质，有效掌握石榴果皮力学变化、生长激素类物质含量变化等，对比分析果皮组织细胞的活性，研究石榴果皮力学变化与果皮细胞组织的活性内在相关性，以便于更好地为预防石榴裂果和培育抗裂果石榴品种提供科学依据。

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责任编辑：沈德发

收稿日期  2020-02-12;修回日期  2020-03-22

基金项目  国家自然科学基金项目（No. 31570614）;国家林业公益性行业科研专项项目（No. 201204402）;山东省重点研发计划项目（No. 2016GNC110002）。

作者简介  唐贵敏（1982—），女，硕士，讲师，研究方向：园林植物种质资源开发与利用。*通信作者（Corresponding author）：赵登超（ZHAO Dengchao），E-mail：zdc-1@163.com。