不同水分條件下棗果實(shí)果皮細(xì)胞壁的變化特性

劉 鑫

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

棗(ZizyphusjujubaMill.)是我國(guó)特有的重要經(jīng)濟(jì)栽培樹種，廣泛分布于干旱、半干旱地區(qū)，已有3 000年的栽培歷史。其鮮果與加工制品是我國(guó)傳統(tǒng)出口商品之一，但棗裂果問題嚴(yán)重制約著棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。關(guān)于棗裂果，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)溫度等環(huán)境因子和氣孔、光合作用、內(nèi)源激素代謝等生理生化指標(biāo)進(jìn)行了廣泛研究，但是關(guān)于棗果皮細(xì)胞壁代謝的研究較少。試驗(yàn)通過對(duì)棗果實(shí)發(fā)育過程中果皮細(xì)胞壁組分及細(xì)胞壁酶活性變化特性進(jìn)行研究，以期進(jìn)一步了解裂果棗的果皮特點(diǎn)，探索果皮結(jié)構(gòu)與裂果性的關(guān)系，及不同水分條件對(duì)棗果皮細(xì)胞壁代謝的影響，深入揭示棗果實(shí)發(fā)育過程中裂果形成的生理機(jī)制，從而為解決棗裂果問題提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為2年生壺瓶棗，株行距2 m×3 m，紡錘性整枝，常規(guī)管理。選取生長(zhǎng)發(fā)育良好、樹體樹勢(shì)相對(duì)一致、無病蟲害的棗樹進(jìn)行噴灌處理(A1)；選取不噴灌的棗樹作為對(duì)照(CK)。在果實(shí)發(fā)育期每周采樣1次，選取發(fā)育良好、無病蟲害、無機(jī)械損傷的同期果實(shí)，將果皮削下，用液氮冷凍后放入冰壺，帶回實(shí)驗(yàn)室，儲(chǔ)存于超低溫冰箱中。

1.2 方法

細(xì)胞壁物質(zhì)的提取和分離參考Zhou等、Fishman等的方法。

細(xì)胞壁組分含量的測(cè)定：果膠含量用咔唑法測(cè)定，半纖維素經(jīng)水解后用蒽酮法測(cè)定,纖維素含量用重量法測(cè)定。每個(gè)處理3次重復(fù)。

SOD，POD，PPO的提取和活性測(cè)定參照李合生的方法進(jìn)行。其中，SOD以抑制NBT光化還原的50%為1個(gè)酶活性單位；POD以每分鐘內(nèi)A470變化0.01為1個(gè)POD活力單位；PPO以每分鐘內(nèi)A525變化0.01為1個(gè)PPO活力單位。

參考Hagerman等的方法提取果膠甲脂酶PE.1個(gè)活性單位表示30 min內(nèi)每克果肉釋放出1 mmol甲氧基(-OCH3)。多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性的測(cè)定參考譚興杰等方法。1個(gè)PG活性單位定義為1 g果肉在1 h內(nèi)釋放出1 mmol半乳糖醛酸。纖維素酶活性參考趙亞華等的方法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗果皮細(xì)胞氧化性酶活性的動(dòng)態(tài)變化分析

棗果皮SOD，POD和PPO酶活性的動(dòng)態(tài)變化分析見表1.

表1氧化性酶活性的動(dòng)態(tài)變化分析U/(min·mg)

日期(月-日)SODA1CKPODA1CKPPOA1CK08-120.0100.0090.0370.0370.0550.04508-200.0110.0180.0730.0880.1460.14708-280.0130.0210.0720.0830.2180.22909-030.0210.0230.0790.0950.2480.27509-110.0250.0270.0990.1170.1890.17509-160.0260.0290.1300.1300.1200.15609-250.0270.0290.1400.1480.1300.128

由表1分析可知，果實(shí)發(fā)育過程中不同處理?xiàng)椆麑?shí)果皮SOD，POD，PPO活性變化趨勢(shì)基本相同。8月12日到9月3日，果皮SOD酶活性迅速上升；9月3日之后，上升速度減慢；A1處理酶活性低于CK.果皮POD活性呈上升趨勢(shì)，A1處理酶活性低于CK.8月12日到9月3日，果皮PPO酶活性迅速上升；9月3日之后，PPO酶活性下降。

據(jù)結(jié)果分析認(rèn)為，試驗(yàn)期間，果實(shí)處于膨大期，樹體營(yíng)養(yǎng)分配和代謝不平衡，果皮內(nèi)自由基含量明顯增加，加上外界不良自然環(huán)境對(duì)果實(shí)造成傷害，需要大量SOD清除果實(shí)體內(nèi)過多的自由基。所以，SOD活性在這一時(shí)期迅速增加，以此來保護(hù)樹體。POD和SOD具有協(xié)同作用，當(dāng)果實(shí)逐漸衰老時(shí)，SOD氧化自由基的產(chǎn)物H2O2增加，需要大量的POD來分解。另一方面，生長(zhǎng)后期POD活性的增加也可能是用來分解葉綠素和生長(zhǎng)素，使樹體盡早停止生長(zhǎng)，減少營(yíng)養(yǎng)消耗，從而加強(qiáng)樹體抵抗自由基及其衍生物和外界不良自然環(huán)境的能力。相關(guān)研究表明，在水分脅迫下，植物體內(nèi)酶活性與植物的抗氧化脅迫能力成正相關(guān)。本研究還發(fā)現(xiàn)對(duì)照處理下，SOD，POD活性高于A1處理。這可能是在干旱脅迫下，POD，SOD誘導(dǎo)合成能力較強(qiáng)。而在灌溉條件下，水分可促進(jìn)果實(shí)生長(zhǎng)，降低果實(shí)表面溫度，從而使果實(shí)生長(zhǎng)在相對(duì)有利的環(huán)境中，所以抗氧化酶活性低于CK處理。

PPO是一類與植物抗病性密切相關(guān)的末端氧化酶。相關(guān)研究認(rèn)為，PPO通過參與酚類物質(zhì)(如綠原酸、香豆素等)的氧化過程，促進(jìn)木質(zhì)素合成。試驗(yàn)中PPO酶活性在前期果實(shí)生長(zhǎng)膨大期增加，后期果實(shí)進(jìn)入白熟期后，果皮木質(zhì)素不再合成，PPO活性下降。

2.2 果膠和纖維素的變化分析

棗果皮水溶性果膠WSP，共價(jià)結(jié)合型果膠CSP和離子型果膠ISP含量的變化分析見表2.

表2 棗果皮果膠含量變化分析 mg/g

由表2可以看出，棗果皮水溶性果膠含量呈不斷上升趨勢(shì)，8月12日到8月28日，上升趨勢(shì)比較緩慢，水溶性果膠含量A1處理由0.250 mg/g上升到0.276 mg/g，CK由0.266 mg/g上升到0.317 mg/g，分別增加了10%，8%.8月28日后，水溶性果膠迅速升高，到9月25日，A1處理和CK水溶性果膠分別增加了50%，46%.CK水溶性果膠含量高于A1處理的含量。

共價(jià)結(jié)合型果膠呈先增加后降低的趨勢(shì)。8月12日到9月3日呈上升趨勢(shì)，A1處理由0.276 mg/g上升到0.498 mg/g，CK由0.233 mg/g上升到0.386 mg/g.之后共價(jià)結(jié)合型果膠迅速下降，較A1處理，CK的最高含量分別下降了73%，71%.不同處理間共價(jià)結(jié)合型果膠含量變化趨勢(shì)相似，處理A1共價(jià)結(jié)合型果膠含量高于CK.

離子型果膠呈先增加后降低的趨勢(shì)。8月12日到9月3日呈上升趨勢(shì)，之后下降。不同處理間離子型果膠含量變化趨勢(shì)相似。

棗果皮纖維素和半纖維素含量變化分析見表3.

表3 棗果皮纖維素和半纖維素含量變化分析 mg/g

由表3分析可知，各處理?xiàng)椆麑?shí)果皮的半纖維素和纖維素含量變化趨勢(shì)基本相同，都呈先上升后下降的趨勢(shì)，且A1處理高于CK.8月12日到9月3日，果皮的纖維素和半纖維素含量上升，9月3日之后，纖維素和半纖維素含量下降。半纖維素含量在棗果實(shí)發(fā)育過程中變化幅度較小，而纖維素含量在棗果實(shí)白熟期后迅速下降。

在本試驗(yàn)過程中，棗果實(shí)經(jīng)歷了果實(shí)膨大期、白熟期和果實(shí)全紅期。其中，8月12日到9月3日，棗果實(shí)處于果實(shí)膨大期，細(xì)胞數(shù)量增加，需要細(xì)胞壁物質(zhì)快速合成參與細(xì)胞的形態(tài)建成。所以，果皮果膠、纖維素、半纖維素都處于上升趨勢(shì)。9月3日后，棗果實(shí)到達(dá)白熟期，果實(shí)不再增大，細(xì)胞壁物質(zhì)含量急劇減少，中性糖多聚體水解導(dǎo)致細(xì)胞壁松弛，棗果皮容易裂開。

2.3 棗果皮細(xì)胞壁代謝相關(guān)酶活性的變化分析

果皮多聚半乳糖醛酸酶(PG)、果膠甲脂酶(PE)和纖維素酶(CX)活性的變化分析見表4.

表4細(xì)胞壁代謝相關(guān)酶活性變化分析U/(min·mg)

日期(月-日)多聚半乳糖醛酸酶A1CK果膠甲脂酶A1CK纖維素酶A1CK08-129.2137.6634.6673.8339.96212.26408-0210.5759.1053.6673.3339.26511.03608-2811.50511.6292.6673.0008.86610.43109-0313.73215.0222.8332.75010.92714.91909-1113.21912.8132.5003.00012.33814.42609-1616.72922.0202.6673.00014.29115.25209-2523.32626.8802.5003.00014.42614.694

由表4可以看出，不同處理?xiàng)椆G活性變化規(guī)律相似，在棗成熟過程中呈上升趨勢(shì)，CK的PG活性高于A1處理。在果實(shí)膨大期，多聚半乳糖醛酸酶活性平穩(wěn)上升，在白熟期后活性突然升高。不同處理果膠甲脂酶活性變化規(guī)律相似，CK的果膠甲脂酶活性變化較A1處理平緩。棗果實(shí)果皮果膠甲脂酶活性在綠果期較高，隨著棗果實(shí)的成熟逐漸下降，在白熟期和脆熟期變化平穩(wěn)。不同處理?xiàng)椆麑?shí)纖維素酶活性變化規(guī)律相似，CK的纖維素酶活性高于A1處理。隨著果實(shí)的成熟，棗果實(shí)果皮纖維素酶活性不斷升高；在果實(shí)膨大期平穩(wěn)上升，在果實(shí)白熟期后活性突然升高。

試驗(yàn)中，纖維素酶活性在果實(shí)白熟期后不斷增加。纖維素酶活性的提高,使纖維素降解,從而導(dǎo)致細(xì)胞壁纖維素微纖絲—半纖維素—果膠質(zhì)“經(jīng)緯結(jié)構(gòu)”(細(xì)胞壁解體)松散。果膠酶同時(shí)分解果膠質(zhì),導(dǎo)致果實(shí)軟化。

3 小結(jié)

細(xì)胞壁使果實(shí)具有一定的形狀和彈性,其結(jié)構(gòu)和成分的改變是引起果實(shí)質(zhì)地變化的主要原因。纖維素是細(xì)胞壁的骨架物質(zhì)，半纖維素在細(xì)胞壁的“經(jīng)緯結(jié)構(gòu)”中起著“閂鎖”的作用。果膠質(zhì)有序地交叉聯(lián)接分布在纖維素和半纖維素微絲中。果膠的降解在果實(shí)成熟后期尤為集中，會(huì)影響細(xì)胞壁交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)細(xì)孔的大小，導(dǎo)致軟化后期細(xì)胞壁膨脹，使底物更容易受到酶的作用。果實(shí)發(fā)育過程中，纖維素酶活性和多聚半乳糖醛酸酶活性不斷增加，降解了細(xì)胞壁物質(zhì)，使果皮細(xì)胞壁超微結(jié)構(gòu)變得松弛。如果細(xì)胞壁過度松弛，在膨壓作用下就會(huì)發(fā)生潰裂。

試驗(yàn)表明，噴灌處理下多聚半乳糖醛酸酶活性、纖維素酶活性低于對(duì)照。酶活性的降低導(dǎo)致果皮細(xì)胞壁物質(zhì)成分含量也隨之降低，離子結(jié)合型果膠、共價(jià)結(jié)合型果膠、半纖維素、纖維素分解代謝降低，細(xì)胞壁保持完整性的能力增強(qiáng)，不容易發(fā)生潰裂。因此，保持干旱季節(jié)有穩(wěn)定的水供應(yīng),在果實(shí)生長(zhǎng)后期注意控制水分，保持水分處于充足而穩(wěn)定的狀態(tài),可以抑制果皮細(xì)胞代謝酶的活性，延緩果皮物質(zhì)的分解代謝，從而減少棗裂果的發(fā)生。

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