透濕性反光膜對(duì)柑橘果皮蠟質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)和組成成分的影響

付沃興， 劉德春， 匡柳青， 蒙志鑫， 劉 勇， 胡 威， 楊 莉

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江西 南昌 330045)

覆蓋反光膜可以調(diào)節(jié)果樹的微環(huán)境，是有效提高果實(shí)品質(zhì)與商品性的措施之一[1]。近幾年透濕性反光膜在葡萄、蘋果、桃、柑橘等果樹上都有應(yīng)用[2-7]。有相關(guān)研究結(jié)果表明覆蓋透濕性反光膜能夠顯著提升冠層反射光光照度及葉片光合特性[8]，降低土壤水分蒸發(fā)[9]等，從而影響果實(shí)品質(zhì)及商品價(jià)值[10-11]。

植物蠟質(zhì)是指覆蓋在植物表皮細(xì)胞外的一層由親脂性化合物構(gòu)成的疏水層，由位于角質(zhì)層外的外層蠟質(zhì)和深嵌在角質(zhì)層中連接表皮和細(xì)胞壁的內(nèi)層蠟質(zhì)兩部分構(gòu)成。外層蠟質(zhì)大多自我組裝成片狀、絲狀、桿狀、顆粒狀等蠟質(zhì)晶體，而內(nèi)層蠟質(zhì)呈無定型狀態(tài)填充于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)。植物蠟質(zhì)具有一定的不穩(wěn)定性，作為與外界環(huán)境第一接觸面的蠟質(zhì)，當(dāng)遭遇環(huán)境條件的變化，會(huì)通過改變外部蠟質(zhì)晶體的微結(jié)構(gòu)形態(tài)、調(diào)節(jié)蠟質(zhì)產(chǎn)物的合成等來進(jìn)行適應(yīng)。其中，光能直接改變植物表皮蠟的形態(tài)和性質(zhì)[12]。據(jù)報(bào)道，在陽光下生長(zhǎng)的葡萄果實(shí)角質(zhì)層蠟質(zhì)厚度要比在樹冠下生長(zhǎng)的果實(shí)更大[13]。 Nodskov[14]發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)在黑暗條件下的大麥轉(zhuǎn)入光照條件下后，蠟質(zhì)密度增加，表明光照對(duì)蠟質(zhì)的積累具有促進(jìn)作用。紫外輻射占太陽直接輻射的7%左右，對(duì)植物發(fā)育有負(fù)面影響。而植物蠟質(zhì)層被認(rèn)為是紫外輻射有效的“反射器”，可以有效地減少太陽輻射的傷害[15]。增強(qiáng)紫外光中的UV-B會(huì)使黃瓜(CucumissativusL.)、蠶豆(PhaseolusvulgarisL.)、大麥(HordeumvulgareL.)[16]、蘋果(MalusdomesticaBorkh.)[17]和棉花(GossypiumhirsutumL.)[18]葉片的蠟質(zhì)總量增加，改變蠟質(zhì)化學(xué)成分。在增強(qiáng)的紫外線輻射下，玉米蠟質(zhì)缺陷突變體glossy1比野生型有更多的葉片卷縮和DNA損傷[19]。此外，紅外光也會(huì)影響蠟質(zhì)積累，在貯藏過程中單色遠(yuǎn)紅外光處理可刺激番茄和甜椒果實(shí)表皮蠟質(zhì)的生物合成[20]。

蠟質(zhì)以晶體形態(tài)堆積在葉、莖、果實(shí)等器官的表面，當(dāng)其結(jié)構(gòu)形態(tài)、疏密度等不同時(shí)，因?qū)夥瓷涞牟町悓?dǎo)致器官表面的亮度也會(huì)有所區(qū)別。如過表達(dá)高粱SbWINL1基因的擬南芥蓮座葉片，比野生型葉片的蠟質(zhì)晶體更豐富，更有光澤[21]。而蓖麻所有莖部表皮(包括下胚軸)卻由于螺紋狀表皮蠟晶體的缺少，表面更加光滑[22]。雖然大量結(jié)果表明，反光膜鋪設(shè)后會(huì)使果皮更光亮，提高了果實(shí)外觀品質(zhì)，但反光膜對(duì)果皮蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)及組分的影響還未見報(bào)道。本研究以宮川溫州蜜柑為材料，研究覆蓋反光膜后果園土壤水分、光照環(huán)境、葉片光合能力、果皮色澤以及蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)和成分的變化，以期為提高柑橘果實(shí)外觀品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在江西省吉安市新干縣宮川溫州蜜柑果園內(nèi)進(jìn)行，以36株生長(zhǎng)勢(shì)與掛果量基本一致的12年生枳砧宮川溫州蜜柑(CitrusunshiuMarc.)為試驗(yàn)材料。其中18株在果實(shí)膨大期(2020年7月下旬)進(jìn)行覆膜，覆膜材料為特衛(wèi)強(qiáng)(Tyvek)白色防水透氣性反光膜，覆膜范圍包括壟面和溝(反光膜處理)。另外18株不覆膜設(shè)置為對(duì)照，其他栽培管理方式一致。每6株為一個(gè)重復(fù)處理，試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2 土壤含水量測(cè)定

自覆膜后分別于不同時(shí)間采用TDR150便攜式土壤水分速測(cè)儀(美國(guó)Spectrum)測(cè)定其0～10.0 cm、10.1～20.0 cm土層土壤含水量。

1.3 樹冠光照環(huán)境測(cè)定

9月23日采用手持式光度計(jì)[UNI-T-UT383，優(yōu)利德科技(中國(guó))股份有限公司]測(cè)定直射光與反射光光照度。選定距離每株樹主干1 m左右的4個(gè)方位作為測(cè)定位置，分別于垂直高度0.5 m和1.0 m處測(cè)定入射光與反射光光照度，計(jì)算反射率，反射率=(反射光光照度 /入射光光照度)×100%。

1.4 葉片光合指標(biāo)測(cè)定

9月23日采用LI-6400 XT便攜式光合儀(美國(guó) LI-COR公司)測(cè)定光合參數(shù)，測(cè)定時(shí)間為上午10∶00-11∶00。測(cè)量葉片的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)。

1.5 果實(shí)色澤測(cè)定

11月1日在樹冠外圍同一高度選擇有代表性的果實(shí)，于當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定果皮色澤。采用MI-NOLTA CR-300型(D65光源)色差計(jì)和“CIELab”表色系統(tǒng)測(cè)定果實(shí)表皮赤道部位對(duì)角4個(gè)方向的色差值，包括L*(明亮度)、a*(紅綠偏差)、b*(藍(lán)黃偏差)、h(色調(diào)角)值、色差綜合指標(biāo)CCI(CCI=1 000×a*/(L*×b*)。

1.6 果實(shí)蠟質(zhì)層結(jié)構(gòu)觀測(cè)

將樣品先用蒸餾水輕柔沖洗，除去其表面灰塵、細(xì)菌等雜質(zhì)，隨后置于陰處晾干。用刀片在果實(shí)赤道部位切取2 mm×3 mm大小的果皮數(shù)塊，放入5%戊二醛固定液的中固定。經(jīng)0.1 mol/L、pH 7.2的磷酸緩沖液漂洗后(30 min和15 min各2次)，用30%、50%、70%、80%、90%梯度的乙醇逐級(jí)脫水15 min后，用含無水硫酸鈉的乙醇重復(fù)脫水3次(每次15 min)，最后用醋酸異戊酯脫去乙醇(重復(fù)3次，每次20 min)。將樣品在臨界點(diǎn)干燥后粘置樣品臺(tái)上，用JFC-1100型離子濺射儀進(jìn)行鍍金膜，最后用JSM-T300型掃描電子顯微鏡觀察拍片。

1.7 果實(shí)表皮蠟質(zhì)成分的提取與測(cè)定

用內(nèi)徑為1.4 cm的打孔器在果實(shí)赤道部位均勻選取5處打孔。隨后去除果皮圓片的白皮層，稱量后放入樣品瓶。圓片樣品在氯仿中浸泡和攪拌2次，每次1 min，在通風(fēng)柜下提取表皮蠟質(zhì)。在進(jìn)行氣相色譜分析之前，收集的含蠟溶液使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進(jìn)行濃縮，并在溫和的氮?dú)饬飨赂稍?，直到完全干燥。采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)分析果實(shí)表皮蠟質(zhì)的化學(xué)組成成分，所有蠟質(zhì)成分都通過與內(nèi)標(biāo)正四十烷的峰面積比較進(jìn)行定量。蠟質(zhì)含量以μg/cm2表示。

1.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用 SPSS 26.0進(jìn)行顯著性分析，并利用 Student’s t-test(P<0.05和P<0.01)進(jìn)行對(duì)照和處理間的比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 透濕性反光膜鋪設(shè)對(duì)土壤水分的影響

由圖1可知，在宮川果園進(jìn)行反光膜覆蓋處理的保濕效果明顯。覆膜后0～10.0 cm和10.1～20.0 cm土層土壤體積含水量均高于不覆膜的對(duì)照。

*表示同一日期與對(duì)照之間差異顯著(P<0.05)。圖1 透濕性反光膜覆蓋處理對(duì)不同土層土壤含水量的影響Fig.1 Effects of vapor-permeable reflective film mulching treatment on soil moisture content in different soil layers

2.2 透濕性反光膜鋪設(shè)對(duì)樹冠光照環(huán)境和葉片光合指標(biāo)的影響

由表1可知，反光膜覆蓋處理后，在0.5 m和1.0 m兩個(gè)垂直高度的反射光光照度相比于對(duì)照都明顯增加。反射光率分別達(dá)到了57.94%和42.97%，相比于對(duì)照分別提高了5.11倍和6.39倍(表1)。此外，反光膜還明顯提高了葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)，但胞間二氧化碳濃度(Ci)無明顯變化。(表2)。

表1 透濕性反光膜覆蓋對(duì)溫州蜜柑果園光照的影響

表2 透濕性反光膜覆蓋對(duì)溫州蜜柑葉片光合指標(biāo)的影響

2.3 透濕性反光膜覆蓋處理對(duì)溫州蜜柑果實(shí)色澤變化的影響

圖2顯示，反光膜覆蓋處理的宮川溫州蜜柑果實(shí)顏色更黃，果皮更光滑。表3 中覆膜處理的色差指數(shù)L*、a*、b*、c*、CCI值都顯著高于不覆膜對(duì)照，h值則相反，這與圖2觀察到的結(jié)果一致，表明反光膜鋪設(shè)使得果實(shí)受光光照度和面積增加，可以有效地提高果皮亮度、顏色以及果實(shí)色澤綜合指標(biāo)。

圖2 透濕性反光膜覆蓋處理對(duì)溫州蜜柑果實(shí)外觀的影響Fig.2 Effects of vapor-permeable reflective film mulching on fruit appearance of Satsuma mandarin

表3 透濕性反光膜覆蓋處理對(duì)溫州蜜柑果皮色差指數(shù)的影響

2.4 透濕性反光膜覆蓋處理對(duì)宮川密柑果實(shí)表皮蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響

由圖3電鏡掃描結(jié)果可以看出，宮川密柑果實(shí)的表皮蠟質(zhì)層是由無定型蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)和散落其上的蠟質(zhì)晶體組成，蠟質(zhì)晶體呈片狀結(jié)構(gòu)。未覆膜處理的片狀蠟質(zhì)晶體層層疊加，邊界明顯，晶體之間有明顯的縫隙，并且分布不均勻。而反光膜覆蓋處理的果皮蠟質(zhì)排列緊密，分布均勻，蠟質(zhì)晶體似乎與無定型蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)融合而明顯減少，氣孔邊緣也不存在如未覆膜處理所表現(xiàn)出來的凹陷。

A～D為不覆膜對(duì)照，E～H為覆蓋反光膜。圖3 透濕性反光膜覆蓋處理對(duì)溫州蜜柑果皮蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響(×500、×2 000)Fig.3 Effects of vapor-permeable reflective film mulching on the wax structure of Satsuma mandarin peel (×500, ×2 000)

2.5 透濕性反光膜覆蓋處理對(duì)果皮蠟質(zhì)總量和各成分含量的影響

通過GC-MS分析發(fā)現(xiàn)，反光膜覆蓋處理和對(duì)照的果皮蠟質(zhì)總量分別為5.794 μg/cm2和5.759 μg/cm2，二者不存在顯著差異(圖4)。檢測(cè)到的4種蠟質(zhì)成分包括脂肪酸、烷烴、醛和醇類，脂肪酸和烷烴的含量大于醛和醇類。反光膜覆蓋處理和對(duì)照的脂肪酸含量分別為2.00 μg/cm2和1.90 μg/cm2，烷烴含量分別為2.04 μg/cm2和2.08 μg/cm2，醛類含量分別為0.67 μg/cm2和1.08 μg/cm2，醇類含量分別為1.08 μg/cm2和0.70 μg/cm2。反光膜覆蓋處理后脂肪酸和烷烴含量變化不大，醛類含量極顯著下降，醇類含量有所上升但不顯著。

**表示與對(duì)照之間差異極顯著(P<0.01)。圖4 透濕性反光膜覆蓋處理對(duì)溫州蜜柑果皮蠟質(zhì)總量和各成分含量的影響Fig.4 Effects of vapor-permeable reflective film mulching on total wax content and components of Satsuma mandarin peel

如圖5所示，不覆膜對(duì)照的4種蠟質(zhì)成分占蠟質(zhì)總量的比例分別為烷烴(36.09%)>脂肪酸(32.96%)>醛(18.78%)>醇(12.17%)，而反光膜覆蓋處理后比例分別為烷烴(35.19%)>脂肪酸(34.60%)>醇(18.57%)>醛(11.64%)。兩者蠟質(zhì)成分的含量比例大小順序不一致，烷烴和脂肪酸含量占總蠟的比例差異不大，但反光膜覆蓋處理的醛類含量所占比例相比對(duì)照下降了7.14%，而醇類相比對(duì)照上升了6.40%。

圖5 透濕性反光膜覆蓋處理對(duì)溫州蜜柑果皮蠟質(zhì)成分相對(duì)含量的影響Fig.5 Effects of vapor-permeable reflective film mulching on relative content of wax components in peel of Satsuma mandarin

由圖6可知，反光膜覆蓋處理和對(duì)照果皮蠟質(zhì)中均鑒定到28種蠟質(zhì)組分，分別為C16、C18、C20、C22、C24、C26、C28、C30、C32、C34脂肪酸，C25、C27、C29、C30、C31、C33烷烴，C24、C26、C28、C30、C32、C34醛類，以及C24、C26、C28、C30、C32、C34醇類。脂肪酸中C28含量最高，但除了含量最低的C20脂肪酸在反光膜覆蓋處理后含量顯著下降外，其他組分處理間都未達(dá)到顯著差異。烷烴中C27和C29含量明顯高于其他組分，覆蓋反光膜后所有烷烴組分含量與對(duì)照之間不存在顯著差異。醛類中C28含量最高，反光膜覆蓋處理后其相比于對(duì)照極顯著下降，是引起總?cè)┖棵黠@減少的主要原因。醇類中C28含量最高，反光膜覆蓋處理后其含量極顯著上升，但C32醇含量則顯著下降。

*、 **分別表示處理與對(duì)照之間差異顯著(P<0.05)、差異極顯著(P<0.01)。圖6 透濕性反光膜處理對(duì)溫州蜜柑果皮蠟質(zhì)組分相對(duì)含量的影響Fig.6 Effects of vapor-permeable reflective film mulching on relative content of wax components in peel of Satsuma mandarin

3 討 論

特衛(wèi)強(qiáng)(Tyvek)透濕性反光膜具有高反射率、漫反射性能、透氣阻水性、低溫傳導(dǎo)等[2,9,23]特性。本研究發(fā)現(xiàn)覆蓋透濕性反光膜顯著增加了柑橘中下層樹冠的反射光光照度，同時(shí)較不覆膜對(duì)照土壤含水量更高。光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，光照度和土壤水分[24]是影響光合強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。覆蓋反光膜后較高的土壤水分和光照度顯著提升了柑橘葉片的光合強(qiáng)度，使得其光合產(chǎn)物得到增加，從而為提升其果實(shí)品質(zhì)提供物質(zhì)基礎(chǔ)[25]。本試驗(yàn)結(jié)果表明覆蓋透濕性反光膜顯著提升了果實(shí)的L*值、a*值、b*值、c*值及CCI值，并降低了h值，果實(shí)表面更光亮且著色更好。與本研究結(jié)果一致，早熟溫州蜜柑不同品種 (龜井、興津和宮川) 在覆膜處理后果皮亮度值L*、果皮色澤指數(shù) (a*/b*) 均高于對(duì)照[10,26]。另外，覆蓋反光膜后李果實(shí)a*值、b*值、c*值顯著上升，且h值降低[27]。

由于透濕性反光膜鋪設(shè)可以使整個(gè)樹冠，特別是內(nèi)膛光照增強(qiáng)，這勢(shì)必會(huì)影響與外界環(huán)境直接接觸的蠟質(zhì)層。本研究發(fā)現(xiàn)鋪設(shè)透濕性反光膜后，宮川溫州蜜柑果皮蠟質(zhì)相比于對(duì)照分布更均勻，且蠟質(zhì)晶體融入無定型蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致晶體明顯減少，這可能與特衛(wèi)強(qiáng)透濕性反光膜的漫反射性能以及對(duì)微域環(huán)境的調(diào)節(jié)有關(guān)。這種因光照增強(qiáng)導(dǎo)致蠟質(zhì)晶體減少的情況，也在實(shí)驗(yàn)室控制的光合有效輻射和紫外線UV-B處理下水稻(OryzasativaL.)葉面觀察到[28]。另外，蠟質(zhì)晶體減少可能與反光膜處理的果皮光亮度值(L*)變高密切相關(guān)。在之前的研究中也有相似的報(bào)道，Liu等[29]發(fā)現(xiàn)紐荷爾臍橙的果皮突變體——贛臍3號(hào)，由于果皮蠟質(zhì)晶體和蠟質(zhì)總量減少，果皮變得更加光亮。Wang等[30]發(fā)現(xiàn)黃瓜CsCER1突變系的果實(shí)表面蠟質(zhì)晶體幾乎完全缺失，并呈現(xiàn)有光澤的果型。一些蘋果品種，如紅富士、喬納金、紅粉佳人等，在低溫貯藏期間，因蠟從固體(晶體)到液體(無定形)的轉(zhuǎn)變，果皮表面變得油膩而顯得很有光澤[31]。因?yàn)橄炠|(zhì)有反射紫外輻射、保護(hù)植物的作用，在增強(qiáng)光照或UV-B紫外輻射實(shí)驗(yàn)的研究中，大部分物種的蠟質(zhì)含量會(huì)隨光照度的增加而增加。與之不同的是，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)反光膜增強(qiáng)宮川溫州蜜柑反射光率后，蠟質(zhì)總量并沒有出現(xiàn)顯著變化。但此結(jié)果與云杉[32]和油菜[33]葉片受到UV-B輻射后，表面蠟質(zhì)總量變化情況一致。另外，Pilon等[34]研究了早熟禾(PoaannuaL.)對(duì)高紫外線輻射的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)UV-B輻射增強(qiáng)后表面蠟量減少。對(duì)不同品種豌豆的研究發(fā)現(xiàn)，在正常條件下合成較多蠟質(zhì)的品種經(jīng)紫外線輻射后蠟質(zhì)含量降低，而原本蠟質(zhì)含量較低的品種則合成較多的蠟質(zhì)[35]。這種光照對(duì)蠟質(zhì)影響存在的品種差異，被推測(cè)與這些植物對(duì)光輻射的敏感性以及物種自身生理差異有關(guān)[36]。另外，透濕性反光膜覆蓋所產(chǎn)生的光照度、光質(zhì)以及輻射范圍都與直接的紫外線輻射處理不同，而植物會(huì)通過刺激保護(hù)機(jī)制或激活修復(fù)機(jī)制來應(yīng)對(duì)不同類型的脅迫[37]，這也可能是透濕性反光膜處理與UV-B紫外輻射處理對(duì)蠟質(zhì)含量影響存在差異的一個(gè)原因。

光照對(duì)表皮蠟質(zhì)的影響主要依賴其對(duì)蠟質(zhì)成分合成途徑的調(diào)控。試驗(yàn)結(jié)果表明透濕性反光膜增強(qiáng)宮川溫州蜜柑反射光率后烷烴和脂肪酸含量和比例并沒有顯著變化，醛類含量和比例顯著下降，醇類含量和比例上升。而柑橘表皮片狀蠟質(zhì)晶體的形成被認(rèn)為與烷烴和醛類有關(guān)[38]，因此透濕性反光膜處理后醛類含量和比例顯著下降，可能是造成果皮蠟質(zhì)晶體減少的重要原因。Shepher等[39]對(duì)甘藍(lán)蠟質(zhì)的研究也獲得了與本研究相似的結(jié)果，室外種植的甘藍(lán)相比于室內(nèi)甘藍(lán)蠟質(zhì)中醛、酮和仲醇的比例更低，烷烴、伯醇和長(zhǎng)鏈酯的比例更高。Bringe等[17]也發(fā)現(xiàn)蘋果葉片表面蠟質(zhì)組分伯醇在 UV-B處理后一段時(shí)間后含量增加。但與蠟質(zhì)晶體和總量一樣，受光照輻射處理的植物被發(fā)現(xiàn)在蠟質(zhì)組分合成上存在物種差異[15]。Baker[40]和Gordon等[41]發(fā)現(xiàn)高光照條件下植物更傾向于進(jìn)入脫羧途徑，形成更多的烷烴。但油菜在接受增強(qiáng)性紫外線輻射時(shí)，烷烴沒有發(fā)生變化，而在不同葉片上檢測(cè)到醛和酮含量增加，酯類、仲醇和伯醇含量減少[33]。

4 結(jié) 論

透濕性反光膜的鋪設(shè)導(dǎo)致宮川溫州蜜柑光照環(huán)境的改變和光合能力的提升，使得果皮蠟質(zhì)晶體數(shù)量和結(jié)構(gòu)以及蠟質(zhì)成分含量發(fā)生變化，從而對(duì)果實(shí)外觀品質(zhì)的提高起到了積極作用。推測(cè)蠟質(zhì)成分中C28醛含量的顯著下降可能與晶體的減少以及覆蓋狀態(tài)的改變有關(guān)。