KT、6-BA對(duì)紅顏草莓果實(shí)品質(zhì)的影響

張利英， 劉雪霞， 朱昌華， 甘立軍

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 南京 210095)

我國(guó)的草莓商業(yè)化種植雖然起步較晚，但發(fā)展迅速，目前草莓的種植面積和產(chǎn)量均居世界首位，已成為世界草莓第一大國(guó)[1]。雖然我國(guó)草莓種植廣泛，且品種眾多，但在生產(chǎn)上依然存在抗病性差、不耐儲(chǔ)運(yùn)、畸形果、品質(zhì)參差不齊、商品性差等問題。為滿足人們對(duì)草莓果實(shí)品質(zhì)的更高要求，草莓的種植技術(shù)需要進(jìn)一步提高，且相關(guān)的生理基礎(chǔ)也需要繼續(xù)探索。

細(xì)胞分裂素是一類促進(jìn)細(xì)胞分裂的激素，具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，如誘導(dǎo)芽的分化、解除頂端優(yōu)勢(shì)、打破種子休眠、調(diào)控營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸和促進(jìn)花芽分化和結(jié)實(shí)等作用[2]。在對(duì)根的形態(tài)建成的研究中發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分裂素負(fù)調(diào)控中柱鞘細(xì)胞的細(xì)胞分化，并抑制根原基的形態(tài)建成[3]。細(xì)胞分裂素還調(diào)控生殖器官的發(fā)育[4-6]。在水稻中過(guò)表達(dá)細(xì)胞分裂素信號(hào)組分基因，增強(qiáng)細(xì)胞分裂素信號(hào)通路的活性，可促進(jìn)花器官分生組織的細(xì)胞分裂和分化，增加生殖器官的數(shù)目[4]。在水稻花器官分生組織發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞分裂素氧化酶活性的喪失或降低，使局部細(xì)胞分裂素的濃度升高，增加了小穗花器官數(shù)目和每穗粒數(shù)，進(jìn)而增加產(chǎn)量[6]。作為植物體內(nèi)重要的調(diào)控因子，細(xì)胞分裂素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也具有廣泛的應(yīng)用。如通過(guò)葉面噴施細(xì)胞分裂素可以提高玉米幼苗的抗旱性，保持抗氧化酶在干旱條件下的活性，從而維持玉米的產(chǎn)量[7]。細(xì)胞分裂素對(duì)果實(shí)具有促進(jìn)膨大的作用，因此其在果樹生產(chǎn)中的應(yīng)用也日益廣泛，如人工合成的細(xì)胞分裂素氯吡苯脲(Forchlorfenuron，CPPU)和6-芐氨基腺嘌呤(6-Benzylaminopurine，6-BA)被用于促進(jìn)西瓜、梨、葡萄等果實(shí)的坐果和膨大[8-10]。

細(xì)胞分裂素在草莓上的應(yīng)用也有所研究，如葉面噴施6-BA可顯著提高草莓葉片的光合速率并增加植株干重，對(duì)草莓植株的質(zhì)量有顯著的提高作用[11]。另外，在草莓開花期間細(xì)胞分裂素有可能對(duì)花的形成具有促進(jìn)作用，表現(xiàn)了其在增加草莓產(chǎn)量上的潛力[12]。草莓生產(chǎn)中施用CPPU后確實(shí)發(fā)現(xiàn)其具有提高座果率、單果重和單株產(chǎn)量的作用[13]，但目前外源施用細(xì)胞分裂素對(duì)草莓果實(shí)營(yíng)養(yǎng)成分的影響還鮮有研究，因此，本文以八倍體‘紅顏’草莓為材料，研究了外源施用激動(dòng)素(Kinetin, KT)和6-BA兩種細(xì)胞分裂素對(duì)草莓果實(shí)的大小和糖、酸以及抗氧化物質(zhì)等的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于 2015—2016年在江蘇省句容市行香鎮(zhèn)草莓大棚內(nèi)進(jìn)行，供試材料為鳳梨草莓(Fragaria×ananassaDuch.)‘紅顏’。 KT、6-BA從華通(常州)生化有限公司購(gòu)買。

1.2 方法

1.2.1 材料處理

實(shí)驗(yàn)設(shè)置4組處理，分別為：200 μmol/L KT和200 μmol/L 6-BA(使用濃度依據(jù)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)而定)，pH 6.2的磷酸緩沖溶液作為對(duì)照。草莓花授粉后分別于第1、3、5、7和第9天用移液槍吸取處理液滴于子房上，前2次處理液為30 μL，后3次為50 μL。草莓成熟后進(jìn)行采樣。實(shí)驗(yàn)每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)4株，每株取2個(gè)草莓果實(shí)。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

使用千分之一天平稱量草莓鮮重，用游標(biāo)卡尺測(cè)量草莓橫徑和縱徑；氨基酸含量采用全自動(dòng)氨基酸分析儀(L-8900、日本Hitachi公司)測(cè)定；可溶性固形物使用手持阿貝折光儀測(cè)定；可溶性糖采用苯酚-硫酸法測(cè)定[14]；可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定[14]；總酚采用 Folin-Ciocalteu 法測(cè)定[15]；總黃酮含量采用 AlCl3比色法測(cè)定[16]；抗壞血酸采用鄰菲啰啉法測(cè)定[15]。取處理后26 d的草莓果實(shí)(此時(shí)果實(shí)處于白果期，果實(shí)細(xì)胞分裂減緩，主要以細(xì)胞膨大為主)中間髓部，用FAA固定液(100 mL固定液含甲醛5 mL，冰乙酸5 mL和70%乙醇90 mL)固定，細(xì)胞大小的測(cè)定采用石蠟切片法[17]。細(xì)胞面積的測(cè)定方法：將制備好的切片置于顯微鏡(Zeiss Axio Imager.A1)載物臺(tái)上鏡檢，隨機(jī)選擇3個(gè)視野觀察拍照，利用軟件ImageJ 1.32j software(https://imagej.nih.gov/ij/)分析細(xì)胞的面積。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用 Microsoft Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算分析和作圖， 用 SPSS 軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 KT、6-BA 處理對(duì)草莓單果重、橫徑和縱徑的影響

細(xì)胞分裂素對(duì)細(xì)胞分裂具有促進(jìn)作用。從圖1可以看出，細(xì)胞分裂素KT和6-BA處理的草莓果實(shí)重量顯著高于對(duì)照，分別比對(duì)照增加了20.00%和16.67%，但兩種細(xì)胞分裂素處理之間的差異不顯著。與對(duì)草莓重量的影響相似，細(xì)胞分裂素KT和6-BA處理也導(dǎo)致了草莓果實(shí)橫徑和縱徑的增大，并且差異顯著。

圖1 KT、6-BA處理對(duì)草莓果實(shí)單果重(A)、橫徑(B)、縱徑(C)的影響

2.2 KT、6-BA處理對(duì)草莓果實(shí)細(xì)胞大小的影響

為了從細(xì)胞水平上進(jìn)一步研究?jī)煞N細(xì)胞分裂素對(duì)草莓果實(shí)的影響，我們?nèi)√幚砗?6 d的果實(shí)髓部進(jìn)行石蠟切片。由圖2可知，KT和6-BA處理的草莓果實(shí)大細(xì)胞居多，而對(duì)照處理的草莓細(xì)胞以中等的和小細(xì)胞居多。由圖3可知，KT和6-BA處理的草莓果實(shí)細(xì)胞的面積比對(duì)照處理細(xì)胞面積增大92.29%和52.48%，差異顯著。這表明兩種細(xì)胞分裂素處理增大了果實(shí)細(xì)胞的面積。

A：Control；B：KT；C：6-BA

圖2KT、6-BA對(duì)草莓果實(shí)細(xì)胞大小的影響

Figure 2 Effects of KT, 6-BA on the cell size of strawberry fruit

圖3 KT、6-BA處理對(duì)草莓果實(shí)細(xì)胞面積的影響

2.3 KT、6-BA處理對(duì)草莓可溶性固形物、可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

由圖4可知，細(xì)胞分裂素KT和6-BA顯著增加了草莓果實(shí)中可溶性固形物含量，兩種處理的可溶性固形物含量分別比對(duì)照增加了50.00%和43.33%，且都差異顯著?？扇苄蕴鞘强扇苄怨绦挝锏闹饕煞?，KT處理的果實(shí)可溶性糖含量顯著升高，比對(duì)照增加了約1倍。而6-BA雖然使可溶性糖含量增加，但并未達(dá)到顯著水平。與對(duì)可溶性固形物的影響相似，與對(duì)照相比，KT和6-BA都顯著增加了草莓果實(shí)可溶性蛋白的含量。

圖4 KT、6-BA處理對(duì)可溶性固形物(A)、可溶性糖(B)和可溶性蛋白(C)含量的影響

2.4 KT、6-BA處理對(duì)草莓氨基酸含量的影響

氨基酸是草莓果實(shí)的重要成分，細(xì)胞分裂素在調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂的過(guò)程中也會(huì)對(duì)氨基酸的含量產(chǎn)生一定的影響。由表1的結(jié)果可以看出，大部分種類的氨基酸含量在KT、6-BA和對(duì)照3個(gè)處理之間的差異并不十分明顯，但多個(gè)氨基酸在3種處理中的含量呈相似的特點(diǎn)。如天冬氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、甘氨酸、纈氨酸、蛋氨酸和亮氨酸7種氨基酸在3種處理的含量從多到少依次為KT、6-BA、對(duì)照。其余10種氨基酸在3種處理中的含量差異都很小?？偘被岷颗c天冬氨酸等氨基酸的含量變化相似，總氨基酸在3種處理中的含量從多到少依次也是KT、6-BA、對(duì)照。

表1 KT、6-BA處理對(duì)草莓氨基酸含量的影響(g/100 g DW)

2.5 KT、6-BA 處理對(duì)草莓果實(shí)抗壞血酸、花青素、總酚和黃酮含量的影響

草莓抗壞血酸含量很高，是草莓重要的營(yíng)養(yǎng)成分之一。由圖5可知，細(xì)胞分裂素KT和6-BA可以顯著增加草莓果實(shí)中抗壞血酸含量，分別比對(duì)照分別增加了33.33%和45.55%。KT和6-BA都顯著增加了草莓果實(shí)中花青素含量，分別比對(duì)照增加了84.75%和94.92 %。 KT和6-BA處理也都顯著增加了草莓果實(shí)中總酚的含量，分別比對(duì)照增加了28.45%及37.24%。草莓果實(shí)中黃酮含量，6-BA處理比對(duì)照增加了51.67%，差異顯著；KT處理雖然比對(duì)照有所增加，但未達(dá)到顯著水平。

3 討論與結(jié)論

草莓果實(shí)發(fā)育呈現(xiàn)雙“S”變化趨勢(shì)，細(xì)胞從小綠期到大綠期生長(zhǎng)緩慢，這個(gè)過(guò)程細(xì)胞分裂旺盛，但細(xì)胞數(shù)量的增加并沒有使細(xì)胞的體積明顯增大。由大綠期到白果期，細(xì)胞面積增長(zhǎng)較迅速直至白果期到達(dá)第一個(gè)高峰[18]。細(xì)胞分裂素促進(jìn)細(xì)胞分裂的作用已被完全證實(shí)，如在蘋果果實(shí)發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞分裂素通過(guò)促進(jìn)蘋果果肉細(xì)胞的分裂導(dǎo)致了蘋果果實(shí)體積的增大[19]。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，KT和6-BA處理的草莓果實(shí)細(xì)胞面積相比于對(duì)照具有一定程度的增大，草莓果實(shí)單果重顯著增大，同時(shí)果實(shí)的長(zhǎng)度和寬度也顯著增加。這種果實(shí)細(xì)胞的增大是導(dǎo)致果實(shí)體積增大的因素之一。另一方面，草莓果實(shí)的增大也可能與輸入果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的增加有關(guān)。已有研究表明，細(xì)胞分裂素CPPU處理瓠瓜子房對(duì)葉片碳同化物分配的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)CPPU處理后果實(shí)的庫(kù)強(qiáng)增加，能夠促使同化物由葉到果實(shí)的輸送[20]。細(xì)胞分裂素對(duì)庫(kù)源作用的調(diào)節(jié)使草莓對(duì)果實(shí)部分的營(yíng)養(yǎng)輸入增加，使草莓果實(shí)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量增加和果實(shí)的增大。

圖5 KT、6-BA 處理對(duì)草莓果實(shí)抗壞血酸(A)、花青素(B)、總酚(C)、黃酮(D)含量的影響

可溶性固形物和可溶性糖含量是水果甜度和果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)，因此植物生長(zhǎng)過(guò)程中糖分的積累對(duì)最終果實(shí)品質(zhì)的形成至關(guān)重要。對(duì)擬南芥的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分裂素能調(diào)節(jié)蔗糖酶的表達(dá)并調(diào)動(dòng)己糖的運(yùn)輸[21]。在葡萄的研究中也發(fā)現(xiàn)，6-BA、玉米素可通過(guò)影響葡萄果實(shí)發(fā)育過(guò)程中轉(zhuǎn)化酶的活性來(lái)增加果實(shí)糖分的積累。同樣地，我們的研究結(jié)果顯示，相比對(duì)照，激動(dòng)素和6-BA都顯著提高了草莓果實(shí)的可溶性固形物和可溶性糖含量。黃衛(wèi)東等[22]認(rèn)為，細(xì)胞分裂素主要是通過(guò)改變庫(kù)源之間碳水化合物的分配來(lái)增加碳水化合物向果實(shí)的輸入來(lái)增加果實(shí)糖分的含量。在對(duì)蘋果的研究中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞分裂素不但能提高蘋果總糖和蛋白質(zhì)的含量，同時(shí)也提高了蘋果總酸的含量。因此，細(xì)胞分裂素幾乎對(duì)植物果實(shí)中糖、酸和蛋白質(zhì)等植物中3種主要的有機(jī)物都有影響[23-24]。辛守鵬等[25]研究結(jié)果顯示，細(xì)胞分裂素CPPU通過(guò)增強(qiáng)葡萄果實(shí)對(duì)光合產(chǎn)物的競(jìng)爭(zhēng)能力起作用，從而促進(jìn)光合產(chǎn)物從源(葉片)到庫(kù)(果實(shí))的轉(zhuǎn)移，改善果實(shí)品質(zhì)。

草莓以富含抗壞血酸著稱，其抗壞血酸含量是草莓果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)?；ㄇ嗨厥菦Q定果實(shí)顏色的主要色素，對(duì)草莓鮮艷的果色起著重要作用。激動(dòng)素和6-BA均不同程度地提高了草莓果實(shí)中抗壞血酸和花青素的含量，對(duì)草莓的外觀和內(nèi)在品質(zhì)都有一定的提高，為細(xì)胞分裂素在草莓產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用提供了參考價(jià)值。酚類和黃酮是植物中重要的次生代謝產(chǎn)物，對(duì)果實(shí)的顏色、風(fēng)味和抗氧化能力有重要作用[26]，還可以提高植物抗性[27]。激動(dòng)素和6-BA都在一定程度上提高了草莓果實(shí)中酚類和總黃酮的含量。草莓雖然果實(shí)鮮美，但其耐貯性很差，商品貨架期較短。酚類和黃酮可以賦予果實(shí)抗菌作用，有利于草莓果實(shí)的貯存[28]。

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，外源施加細(xì)胞分裂素可以顯著增加草莓果實(shí)可溶性糖、可溶性蛋白和氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，并增加抗壞血酸、花青素、酚類和黃酮類等抗氧化物質(zhì)的含量，同時(shí)草莓果實(shí)的單果重也顯著增加。因此，細(xì)胞分裂素參與調(diào)控草莓果實(shí)發(fā)育過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和抗氧化物質(zhì)的積累，具有提高草莓果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量的潛力，在草莓的生產(chǎn)上有廣泛的應(yīng)用前景。