梨石細(xì)胞形成的控制因素及對果實質(zhì)構(gòu)影響研究進(jìn)展

王 婭，曹雪慧，年 蕊，尤開艷，朱丹實

（渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 錦州 121013）

梨屬于薔薇科（Rosaceae）梨屬（PyrusL.），5 個主要栽培品種包括砂梨（P.pyrifolia）、新疆梨（P.sinkiangensis）、白梨（P.bretschneideri）、秋子梨（P.ussuriensis）和西洋梨（P.communis），廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)的栽培品種多達(dá)130余個，如碭山酥梨、庫爾勒香梨、鴨梨等[1]。梨風(fēng)味獨特、營養(yǎng)豐富，富含糖類、維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維等有益成分，具有生津止渴、化痰止咳的功效，因此廣受消費者喜愛。我國作為梨的原產(chǎn)國，梨樹種植面積居于世界前列，因此，梨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與眾多果農(nóng)利益息息相關(guān)，也在一定程度影響著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展[2]。近年來隨著梨品種越來越豐富，人們對梨品質(zhì)的要求也日益增高[3]。

梨的主要果實品質(zhì)評價指標(biāo)包括果肉質(zhì)地、色澤、糖度、香氣、石細(xì)胞含量等。梨石細(xì)胞含量是評價梨果實品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，降低梨果實石細(xì)胞含量，對改善梨品質(zhì)至關(guān)重要[4]。石細(xì)胞是果實中的一種厚壁組織細(xì)胞，由薄壁組織細(xì)胞經(jīng)木質(zhì)素不斷沉積形成。單個石細(xì)胞不影響口感，但石細(xì)胞聚集在一起形成較大的石細(xì)胞團(tuán)時會嚴(yán)重影響梨的品質(zhì)。因此，減少石細(xì)胞的大小和含量對提高梨果實內(nèi)在品質(zhì)極為重要。

木質(zhì)素以苯丙烷途徑為主要途徑合成后沉積在薄壁細(xì)胞是梨石細(xì)胞形成的直接原因，而這一途徑中參與的關(guān)鍵酶也對石細(xì)胞合成有調(diào)控作用；此外，梨果樹的生長環(huán)境也一定程度影響著梨果實品質(zhì)；同時為調(diào)控梨石細(xì)胞的形成，目前已有許多研究人員對梨果實進(jìn)行外源物質(zhì)處理，并獲得一定進(jìn)展。因此本文針對梨石細(xì)胞形成過程，結(jié)合內(nèi)外因素，如酶類、木質(zhì)素、外源鈣、環(huán)境等，就其如何影響梨果實石細(xì)胞分布、大小、含量以及石細(xì)胞對梨感官和營養(yǎng)品質(zhì)的影響進(jìn)行歸納探討，對改善梨果實品質(zhì)、發(fā)展我國梨產(chǎn)業(yè)有重要參考意義。

1 梨石細(xì)胞形成過程及對梨品質(zhì)的影響

1.1 梨石細(xì)胞形成過程

梨石細(xì)胞屬于短石細(xì)胞，含有大量木質(zhì)素和纖維素。梨石細(xì)胞是由薄壁細(xì)胞在發(fā)育時營養(yǎng)物質(zhì)不足導(dǎo)致細(xì)胞壁次生加厚，最終發(fā)育而成。圖1展示了梨石細(xì)胞由薄壁細(xì)胞發(fā)育為石細(xì)胞的過程：木質(zhì)素以苯丙烷途徑為主要途徑合成，并在積累后沉積在薄壁細(xì)胞的細(xì)胞壁上，使細(xì)胞壁逐漸加厚形成次生壁；此外，在細(xì)胞壁加厚的同時，單個細(xì)胞聚簇在一起，原生質(zhì)逐漸消失，最終形成實心石細(xì)胞團(tuán)。在梨的發(fā)育過程中，石細(xì)胞在梨樹開花后20 d左右開始分化，隨后伴隨花瓣脫落在薄壁細(xì)胞中有個別細(xì)胞的細(xì)胞壁變厚，形成厚壁細(xì)胞，即石細(xì)胞團(tuán)的原基細(xì)胞。以原基細(xì)胞為中心，周圍的薄壁細(xì)胞細(xì)胞壁繼續(xù)加厚，出現(xiàn)厚壁細(xì)胞聚簇現(xiàn)象。然后成團(tuán)的厚壁細(xì)胞木質(zhì)化，原生質(zhì)消失，形成石細(xì)胞團(tuán)，通常在落花后15 d開始出現(xiàn)大量石細(xì)胞團(tuán)。石細(xì)胞在果肉的深部區(qū)域先發(fā)生，然后逐漸向外擴散[4]。石細(xì)胞團(tuán)周圍果肉細(xì)胞呈橢圓形增長，在果實生長發(fā)育中后期，石細(xì)胞團(tuán)逐漸解體、體積變小，果肉細(xì)胞持續(xù)增長直至成熟期。成熟期時，石細(xì)胞團(tuán)持續(xù)解體，果肉細(xì)胞壁厚度顯著降低[5]；在盛花后期階段，石細(xì)胞團(tuán)趨于變小[6]。田路明等[7]研究發(fā)現(xiàn)，石細(xì)胞團(tuán)發(fā)育快慢受成熟期影響，早熟品種發(fā)育快，中晚熟品種則發(fā)育較慢。石細(xì)胞含量由于梨品種不同而有些許差異，但在發(fā)育時總體上呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。張倩等[6]分別使用脫萼劑和植物三碘苯甲酸（2,3,5-triiodobenzoic acid，TIBA）進(jìn)行處理，雖然二者都會使石細(xì)胞含量發(fā)生改變，但石細(xì)胞含量變化總體趨勢大致相同。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，使用氯化鈣（CaCl2）和硼酸處理后梨石細(xì)胞含量也呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢[8-9]。

圖1 梨石細(xì)胞形成過程Fig.1 Formation process of stone cells in pear fruits

1.2 石細(xì)胞對梨質(zhì)構(gòu)的影響

在成熟梨果實中，石細(xì)胞主要分布于果心和果皮處，果肉中石細(xì)胞含量較少。梨石細(xì)胞與梨果實品質(zhì)密切相關(guān)，是判斷果實品質(zhì)的重要指標(biāo)。有研究表明，石細(xì)胞（團(tuán)）數(shù)量對梨果實中果糖、山梨醇和葡萄糖含量影響并不顯著，但與蔗糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)[10]。此外還有報道推測，梨石細(xì)胞的細(xì)胞壁會影響壓榨果汁成分組成，如會影響糖、酸和VC含量，從而影響果汁質(zhì)量和耐貯藏性[11]。石細(xì)胞含量高會使梨果實相對較小、硬度較大，可溶性固形物含量相比石細(xì)胞少的果實也有所降低[12]。由此可見，石細(xì)胞含量過高不僅造成鮮梨果實品質(zhì)劣變，還會對加工的產(chǎn)品產(chǎn)生一定影響。

石細(xì)胞含量越多，果肉越粗糙、口感越差，田路明等[7]分析319 個品種梨石細(xì)胞團(tuán)，發(fā)現(xiàn)梨果肉質(zhì)地的粗糙程度與石細(xì)胞團(tuán)含量總體呈正相關(guān)。除石細(xì)胞含量，石細(xì)胞團(tuán)直徑對質(zhì)地特性也有較大影響，在對石細(xì)胞團(tuán)直徑的研究中發(fā)現(xiàn)，直徑大于250 μm的石細(xì)胞團(tuán)含量是影響梨果肉質(zhì)地的重要因素，因此將直徑大于250 μm的石細(xì)胞團(tuán)含量作為評價梨果肉質(zhì)地的指標(biāo)[12]。不同品種間石細(xì)胞的聚合力不同，石細(xì)胞團(tuán)含量也存在差異[13]。范凈等[14]在研究砂梨石細(xì)胞含量多樣性時發(fā)現(xiàn)，砂梨種質(zhì)資源石細(xì)胞含量性狀遺傳多樣性豐富，同時提出優(yōu)化砂梨石細(xì)胞含量（SC）7 級標(biāo)準(zhǔn)分級為SC＜0.1%、0.1%≤SC＜0.2%、0.2%≤SC＜0.4%、0.4%≤SC＜0.7%、0.7%≤SC＜1.1%、1.1%≤SC＜1.6%和SC≥1.6%。Li Na等[15]研究表明，與黃梨、巴特利特梨相比，丹山梨的石細(xì)胞密度、直徑和徑向分布較大，導(dǎo)致丹山梨果肉質(zhì)地粗糙。

石細(xì)胞含量和形態(tài)除影響果肉質(zhì)地外，與果皮和果肉的色澤也有一定關(guān)聯(lián)。李含芬等[16]對比硬化癥梨果實與正常梨果實顏色差異，發(fā)現(xiàn)病果顏色發(fā)黃，正常果則偏綠，特別在果頂部差異最為明顯。周金鑫[17]通過對比‘二十世紀(jì)’和‘金二十世紀(jì)’梨果皮色澤差異，發(fā)現(xiàn)二者石細(xì)胞含量變化趨勢相同，但由于‘二十世紀(jì)’梨的石細(xì)胞含量與木質(zhì)素含量均高于‘金二十世紀(jì)’梨，因此認(rèn)為除了葉綠素影響外，2 種梨的果皮表面木栓化程度也是影響果皮色澤差異的原因之一。

梨的硬化癥，即果肉硬化癥、果頂硬化癥、石梨癥等，嚴(yán)重影響梨果實口感、耐貯藏性和商業(yè)價值。李文慧[18]發(fā)現(xiàn)，庫爾勒香梨粗皮果的木質(zhì)素含量和石細(xì)胞含量顯著高于正常果，并認(rèn)為石細(xì)胞團(tuán)裂解程度和裂解時間在一定程度上會影響石細(xì)胞含量和果皮厚度；同時，成熟期果肉薄壁細(xì)胞壁持續(xù)增厚也導(dǎo)致果肉粗糙程度增加。李含芬等[16]也發(fā)現(xiàn)，在果肉硬化癥‘黃金梨’的果實發(fā)病部位，石細(xì)胞含量遠(yuǎn)高于正常果，且發(fā)病部位果肉硬度大、糖分含量低，導(dǎo)致果實品質(zhì)嚴(yán)重下降。而粗皮果石細(xì)胞團(tuán)直徑、密度和含量均較正常果高，可溶性固形物含量較低，說明粗皮果的果實品質(zhì)較差[19]。

2 梨石細(xì)胞形成影響因素

2.1 內(nèi)部因素對梨石細(xì)胞形成的影響

2.1.1 基因的影響

與梨石細(xì)胞形成相關(guān)的基因可以正向或反向調(diào)控與石細(xì)胞形成相關(guān)酶類，進(jìn)而影響梨果實的石細(xì)胞含量，因此，對梨石細(xì)胞相關(guān)基因的研究不僅能夠更加深入認(rèn)識梨石細(xì)胞形成機制，還能夠啟發(fā)研究人員有效地探索調(diào)節(jié)梨果實中石細(xì)胞含量與分布的方法。從當(dāng)前研究趨勢來看，對梨石細(xì)胞形成發(fā)育及木質(zhì)素合成的相關(guān)基因調(diào)控的研究已經(jīng)獲得重要進(jìn)展。

不同家族基因?qū)κ?xì)胞的影響部分研究結(jié)果如表1所示。木質(zhì)素合成途徑以苯丙烷途徑為主，但其具有眾多其他支路，因此，其內(nèi)在基因調(diào)控的路徑復(fù)雜，需要進(jìn)一步探究。Qi Kaijie等[20]結(jié)合梨石細(xì)胞生理變化結(jié)果和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)確定PbrCAD1、PbrCAD20、PbrCAD27和PbrCAD31等基因有可能參與梨果實中木質(zhì)素合成的調(diào)控，但還需要進(jìn)一步實驗確認(rèn)。

表1 調(diào)控石細(xì)胞、木質(zhì)素形成的相關(guān)基因Table 1 Genes regulating the formation of stone cells and lignin

影響梨石細(xì)胞的基因繁多，需要進(jìn)一步梳理統(tǒng)計，以便學(xué)者們進(jìn)行研究。2023年，Wang Peng等[35]構(gòu)建了梨的基因組譜圖。他們對花粉管生長等相關(guān)農(nóng)藝性狀的關(guān)鍵基因進(jìn)行探索，并重建木質(zhì)素合成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，同時指出此調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的核心因子為受體樣激酶。此外，在線數(shù)據(jù)庫PearEXP（http://www.peardb.org.cn）的構(gòu)建可幫助獲取梨的蛋白質(zhì)基因組資源，將為木本植物蛋白質(zhì)基因組學(xué)的深入研究提供范例[36]。

2.1.2 酶類的影響

梨石細(xì)胞是一種短石細(xì)胞，由薄壁細(xì)胞沉積木質(zhì)素和纖維素形成次生增厚細(xì)胞壁，其形成主要分2 個階段：首先是具有較厚次生細(xì)胞壁的短囊狀細(xì)胞的形成；其次是在木質(zhì)素、纖維素合成過程有許多關(guān)鍵酶參與調(diào)控的木質(zhì)化[37]。

木質(zhì)素合成途徑中的核心酶主要包括CAD、POD、PAL、4-香豆酸:輔酶A連接酶（4-coumarate:CoA ligase，4CL）等，CAD依賴于還原型輔酶II（NADPH）催化分解還原肉桂醛及其衍生物，將木質(zhì)素前體和木質(zhì)素類物質(zhì)轉(zhuǎn)化成木質(zhì)素單體。POD是木質(zhì)素合成過程中的主要酶，會影響組織木質(zhì)化。PAL是苯丙氨酸途徑的初始酶，也是木質(zhì)素合成代謝的關(guān)鍵酶之一。在木質(zhì)化前期，為實現(xiàn)木質(zhì)素大量積累、促進(jìn)木質(zhì)素沉積，2 種酶的活性較高。在對核桃[38-39]及龍眼[40]木質(zhì)化的研究中也均表現(xiàn)出這一特點。

肉桂酰輔酶A還原酶催化肉桂酰輔酶A轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的肉桂醛。作為木質(zhì)素特異途徑的限速酶，參與將松柏醇、香豆醇及芥子醇催化合成3 種對應(yīng)的木質(zhì)素，即愈創(chuàng)木基木質(zhì)素（G木質(zhì)素）、對-羥基苯基木質(zhì)素（H木質(zhì)素）及紫丁香基木質(zhì)素（S木質(zhì)素）。

CAD在木質(zhì)素合成的最后一步參與反應(yīng)，能通過催化羥基肉桂醛還原為相應(yīng)的醇類，調(diào)節(jié)木質(zhì)素單體合成，因此，其活性是影響木質(zhì)素含量和單體組成的關(guān)鍵因素之一[41]。對碭山酥梨果實愈傷組織使用不同濃度鈣處理，發(fā)現(xiàn)CAD活性持續(xù)下降，經(jīng)0.50% CaCl2處理的田間果實中的CAD活性被顯著抑制[41]。

4CL是連接苯丙烷途徑各分支的樞紐，催化形成的對-香豆酸輔酶A是一種重要底物，可在多種酶的催化下進(jìn)入苯丙烷代謝途徑。Xie Pengdong等[42]的研究中使用殼聚糖處理激活了4CL和CAD，促進(jìn)了芥子醛、松柏醇和肉桂醇合成，從而加速木質(zhì)素積累。在關(guān)于擬南芥的研究中發(fā)現(xiàn)，4CL1基因缺失會導(dǎo)致木質(zhì)素含量減少，但無生長缺陷；At4CL1/4CL2和4CL1/4CL2/4CL3的突變體都出現(xiàn)矮化現(xiàn)象，但木質(zhì)素含量沒有發(fā)生變化[43]。關(guān)于陸地棉的一項研究表明，與對照組相比，沉默Gh4CL7組的木質(zhì)素含量降低約20%，而過表達(dá)Gh4CL7的擬南芥株系木質(zhì)素含量增加約10%[44]。

咖啡酰莽草酸酯酶（caffeoyl shikimate esterase，CSE）將咖啡酰莽草酸轉(zhuǎn)化為咖啡酸，被認(rèn)為是木質(zhì)素產(chǎn)生的重要調(diào)節(jié)因子之一。CSE可以繞過羥基肉桂酰輔酶A，與4CL協(xié)同生成咖啡基輔酶A，從而合成G木質(zhì)素和S木質(zhì)素單分子醇。此外，CSE基因在梨及擬南芥中的過表達(dá)會增加木質(zhì)素積累[27]。而CSE表達(dá)下調(diào)導(dǎo)致木質(zhì)素含量降低[45]，敲除CSE基因可減弱木質(zhì)素沉積[46]。

咖啡酰輔酶A 氧甲基轉(zhuǎn)移酶（caffeoyl-CoA3-O-methyltransferase，CCoAOMT）是植物木質(zhì)素合成中的關(guān)鍵酶，Zhang Xiaoshuang等[47]從蕨類植物中分離出2 個編碼CCoAOMT的基因，其在擬南芥中的組成性表達(dá)提高了植物木質(zhì)素含量，表明2 種基因均參與木質(zhì)素合成。CCoAOMT能催化咖啡酰輔酶A生成阿魏酰輔酶A[43]，這是合成G木質(zhì)素和S木質(zhì)素單體的必要步驟。CCoAOMT基因可使G木質(zhì)素和S木質(zhì)素水平降低，同時G木質(zhì)素較S木質(zhì)素減少更為顯著，因此使S/G木質(zhì)素有所上升[48]。

NADPH 氧化酶又名呼吸爆發(fā)氧化酶同源物（respiratory burst oxidase homologue，RBOH），能夠產(chǎn)生ROS，而ROS與木質(zhì)素沉積及石細(xì)胞形成關(guān)系密切。然而，RBOH在細(xì)胞壁木質(zhì)化中的作用尚不清楚。Wang Xiaoqian等[49]研究發(fā)現(xiàn)，PuRBOHF在石細(xì)胞中的時期特異性表達(dá)高于其他組織細(xì)胞，并且通過誘導(dǎo)胞外氧產(chǎn)生，促進(jìn)過氧化氫（H2O2）轉(zhuǎn)化，從而誘導(dǎo)PuPOD2和PuLAC2轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)木質(zhì)素產(chǎn)生，是梨果實中單木質(zhì)素聚合和石細(xì)胞形成的必要條件。Cheng Xi等[50]從基因角度研究發(fā)現(xiàn)，PbRBOHA和PbRBOHD作為候選基因可能在梨石細(xì)胞木質(zhì)素化過程ROS代謝中發(fā)揮重要作用。

2.1.3 木質(zhì)素的影響

木質(zhì)素主要存在于植物細(xì)胞壁中，在植物體中起到提供機械支撐、營養(yǎng)運輸及抵御病蟲害的作用。在梨果實中，木質(zhì)素是形成石細(xì)胞的主要物質(zhì)，木質(zhì)素的沉積會促使石細(xì)胞形成，不利于果實食用品質(zhì)及營養(yǎng)價值。

木質(zhì)素是由香豆醇、松柏醇和芥子醇3 種主要的苯丙烷單體（結(jié)構(gòu)式如圖2所示）構(gòu)成的聚合物。植物木質(zhì)素形成則是一種復(fù)雜的植物新陳代謝反應(yīng)，包括維管束發(fā)育和植物脅迫等信號物質(zhì)形成的反應(yīng)，由苯丙氨酸起源，先經(jīng)過各種復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)得到單一物質(zhì)，再進(jìn)行氧化與聚合反應(yīng)得到植物木質(zhì)素。

圖2 3 種木質(zhì)素單體結(jié)構(gòu)式Fig.2 Structure formulae of three lignin monomers

當(dāng)前木質(zhì)素的合成途徑主要有3 種，包括苯丙烷途徑、羥基肉桂酰輔酶A-硫酯中間體合成途徑和木質(zhì)素特異合成途徑。苯丙烷途徑是植物生存所必需的，在干旱、重金屬、鹽堿、極端溫度及紫外線輻射等非生物脅迫因子刺激下被激活，主要是將苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為對香豆酰輔酶A，作為多種分支途徑的前體物質(zhì)。羥基肉桂酰輔酶A-硫酯中間體合成途徑可以將各種羥基肉桂酸通過4CL催化形成對應(yīng)的羥基肉桂酰輔酶A-硫酯。木質(zhì)素特異合成途徑則可將不同的羥基肉桂酰輔酶A-硫酯轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的羥基肉桂醇，即木質(zhì)素單體。

木質(zhì)素在生物體內(nèi)合成受基因和環(huán)境調(diào)控。木質(zhì)素合成后在特定的細(xì)胞生長完成、細(xì)胞次生壁加厚的時期發(fā)生沉積，而后木質(zhì)素在植物組織（主要為導(dǎo)管細(xì)胞壁和維管束間的纖維細(xì)胞壁）中沉積，這一過程即為木質(zhì)化過程。隨著果實生長發(fā)育，石細(xì)胞含量、木質(zhì)素含量、木質(zhì)素代謝過程中相關(guān)酶活性之間存在時序性和一致性，且趨勢均為先升高后下降[6]。成熟石細(xì)胞含有20%～30%木質(zhì)素，其形成與木質(zhì)素合成、轉(zhuǎn)移和氧化過程密切相關(guān)[21]。

2.1.4 維管束的影響

維管束周圍能為石細(xì)胞形成提供更多糖、蛋白質(zhì)、維生素等資源，因此，一些草本植物的石細(xì)胞主要分布在維管束附近[51-52]。目前也有研究發(fā)現(xiàn)梨石細(xì)胞也在維管束附近分布，尤其是在梨果核的維管束周圍[9,13]。Gong Xin等[11]通過多組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，基因轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)豐度和代謝物積累的變化調(diào)節(jié)果核附近石細(xì)胞的形成。果核附近分布著許多維管束，這些維管束可能為木質(zhì)素和石細(xì)胞的形成提供次生代謝產(chǎn)物。

任丹丹等[53]研究發(fā)現(xiàn)，所有靠近果心的石細(xì)胞都和果心外圍的維管束相連，單個石細(xì)胞有3～8 條維管束相連，而石細(xì)胞團(tuán)周圍有數(shù)量不同的維管束相連。從解剖結(jié)構(gòu)觀察中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，香梨維管束發(fā)育時期維管束結(jié)構(gòu)一直保持完整，且果實石細(xì)胞與維管束之間存在一定聯(lián)系，二者之間產(chǎn)生聯(lián)系的原因可能是維管束與石細(xì)胞存在一定連接，維管束的營養(yǎng)物質(zhì)運輸或生理代謝影響果實石細(xì)胞形成。

2.2 外源因素對梨石細(xì)胞形成的影響

2.2.1 外源鈣的影響

為減少病蟲害或預(yù)防一些果實病害、改善果實品質(zhì)，許多研究人員會在采摘前后使用化學(xué)藥物對果樹或果實進(jìn)行處理。研究表明，鈣可以通過調(diào)控木質(zhì)素單體合成影響石細(xì)胞產(chǎn)生。張偉等[54]于花后不同時期對南果梨噴施不同含量的CaCl2和糖醇螯合鈣溶液，發(fā)現(xiàn)不同含量CaCl2處理對南果梨果實品質(zhì)及石細(xì)胞含量均有不同程度調(diào)節(jié)作用。其中，盛花期后20 d噴施5.0 g/L CaCl2處理可顯著增加南果梨單果質(zhì)量和橫縱徑、提高果實總鈣含量，同時有效降低石細(xì)胞含量，綜合效果較好。宋小飛等[41]利用愈傷組織為實驗材料，驗證田間實驗的準(zhǔn)確性，以減少自然環(huán)境變化對梨果實木質(zhì)素合成的干擾，最終實驗結(jié)果顯示，0.50% CaCl2能夠在梨果實生長發(fā)育期間更有效抑制木質(zhì)素合成，降低果實中石細(xì)胞含量，是田間噴施的適宜鈣濃度。劉暢[55]于南果梨盛花期和盛花期20 d后噴施不同濃度CaCl2和糖醇螯合鈣，發(fā)現(xiàn)果實石細(xì)胞和木質(zhì)素含量在不同發(fā)育時期均低于對照組，進(jìn)一步驗證鈣信號通路與果實木質(zhì)素代謝的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，鈣信號的阻斷可通過影響ROS代謝進(jìn)而干擾木質(zhì)素聚合過程，表明鈣也可以作為一種信號物質(zhì)參與木質(zhì)素聚合過程。

劉肖烽等[56]發(fā)現(xiàn)，正常果實果肩與果頂游離鈣離子含量均顯著高于病果相應(yīng)部位，而外源CaCl2處理可以降低病果中木質(zhì)素和石細(xì)胞堆積，在花期對患病果樹連續(xù)噴施2% CaCl2溶液，之后發(fā)現(xiàn)“鐵頭病”發(fā)病率顯著降低，且經(jīng)過處理的病果果肩與果頂游離鈣離子含量均顯著提高，石細(xì)胞含量、密度和木質(zhì)素含量明顯降低。Tao Xingyu等[28]對影響機制進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)許多鈣單體相關(guān)基因富集于次生代謝途徑，特別是木質(zhì)素合成途徑，其中過表達(dá)PbCML3會增加梨石細(xì)胞含量。

2.2.2 外源激素的影響

褪黑素是一類吲哚類化合物，在植物中廣泛存在。Li Shenge等[57]使用0.1 mmol/L褪黑素對番茄進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)褪黑素能誘導(dǎo)ROS爆發(fā)，同時提高PAL、4CL和POD活性，通過調(diào)控苯丙素途徑提高番茄的總酚、黃酮類化合物及木質(zhì)素含量。張倩[29]發(fā)現(xiàn)，在大蕾期噴灑100 mg/L植物TIBA可顯著降低庫爾勒香梨果實萼洼處石細(xì)胞和木質(zhì)素含量，同時，PAL、POD和CAD酶活性總體呈下降趨勢。染色后觀察石細(xì)胞分布發(fā)現(xiàn)，與吲哚乙酸（indoleacetic acid，IAA）處理相比，TIBA處理雖然總體石細(xì)胞數(shù)量趨勢沒有變化，但石細(xì)胞分布更加分散，同時染色面積隨時間延長而減少。Shi Meiyan等[58]發(fā)現(xiàn)，脫落酸可加速柚子果實中汁囊造粒形成，而IAA通過抑制參與木質(zhì)素過度積累的關(guān)鍵基因CgMYB58的表達(dá)而抑制了?；?/p>

2.2.3 環(huán)境脅迫的影響

ROS主要包括氧的部分還原或活化衍生物，如單線態(tài)氧（1O2）、超氧陰離子自由基（O2-·）、H2O2、羥自由基、烷氧自由基等，對植物生長發(fā)育有雙重影響。ROS水平較低時，ROS作為信號分子會參與調(diào)節(jié)植物生長、發(fā)育，并在一定程度上有助于植物抵御非生物脅迫；而當(dāng)ROS不斷積累，到達(dá)一定濃度，ROS則會產(chǎn)生毒性，破壞植物細(xì)胞[59]。

冷害、干旱、營養(yǎng)缺乏等環(huán)境脅迫因子出現(xiàn)都可促進(jìn)ROS產(chǎn)生，使植物細(xì)胞氧化還原狀態(tài)紊亂，甚至細(xì)胞死亡。ROS會與磷脂、膜受體蛋白發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，嚴(yán)重破壞膜系統(tǒng)的完整性和流動性[60]，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)含物外滲。Guo Jian等[61]也發(fā)現(xiàn)，灌漿期低溫導(dǎo)致玉米中丙二醛（malondialdehyde，MDA）和ROS積累、具有ROS清除作用的酶（過氧化物酶等）活性降低，最終導(dǎo)致玉米減產(chǎn)。Mohammed等[62]為應(yīng)對干旱脅迫下植物ROS積累引起的氧化損傷，將茉莉酸甲酯和水楊酸聯(lián)合使用，使植物得以緩解干旱引起的氧化應(yīng)激的不利影響。Wang Xiangling等[63]則發(fā)現(xiàn)，甜菜缺乏硼時產(chǎn)量和質(zhì)量都受到影響，MDA和ROS含量上升，而能高效利用硼的甜菜品種也能有效減緩MDA及ROS積累。

ROS在木質(zhì)素合成及沉積過程中起關(guān)鍵作用，并能觸發(fā)細(xì)胞程序性死亡。艾沙江·買買提等[64]發(fā)現(xiàn)，在石細(xì)胞形成過程中，香梨果肉ROS含量升高，猜測香梨果實發(fā)育早期果肉細(xì)胞內(nèi)ROS的積累導(dǎo)致細(xì)胞原有的氧化還原狀態(tài)失衡，部分果肉細(xì)胞生長受限制，提前停止生長，這些細(xì)胞通過次生壁加厚分化為厚壁細(xì)胞，因此推測石細(xì)胞形成過程可能是一個ROS誘導(dǎo)的細(xì)胞程序性死亡過程，但其機制尚不清晰。而劉暢[55]在驗證鈣信號通路與果實木質(zhì)素代謝的關(guān)系時則發(fā)現(xiàn)，果實中ROS的變化與木質(zhì)素含量變化密切相關(guān)，鈣信號阻斷可通過影響ROS代謝進(jìn)而干擾木質(zhì)素聚合過程。

2.2.4 光照的影響

光作為重要的環(huán)境因子之一，不僅作為能量來源，而且作為信號誘導(dǎo)，影響植物生長發(fā)育的許多方面，包括木質(zhì)素生物合成。此外，PAL是木質(zhì)素生物合成途徑中的第1個酶，在紫外線[65]和藍(lán)光[66]照射下均可促進(jìn)其表達(dá)。Wang Qi等[67]以梨果肉愈傷組織為材料，通過不同波長的光處理，探討光對石細(xì)胞木質(zhì)素生物合成的可能調(diào)控途徑，最終發(fā)現(xiàn)藍(lán)光對梨愈傷組織木質(zhì)化有正向調(diào)節(jié)作用。藍(lán)光誘導(dǎo)木質(zhì)素合成相關(guān)基因的表達(dá)，并在梨中鑒定出4 個藍(lán)光受體隱花色素（cryptochromes，CRYs）。研究表明，CRYs在石細(xì)胞形成中起著至關(guān)重要的作用。PbCRY1a可以作為木質(zhì)素沉積的上游信號，通過調(diào)節(jié)下游基因的表達(dá)促進(jìn)木質(zhì)素化。此外，PbMYB103（Pbr038701.2）和PbNAC83（Pbr001259.1）可能是調(diào)控藍(lán)光誘導(dǎo)木質(zhì)素生物合成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄樞紐[66]。將果實進(jìn)行套袋處理，不同顏色濾光膜會使內(nèi)部光質(zhì)組成、光照強度、溫度及濕度產(chǎn)生差異，致使果實品質(zhì)有所不同。Li Yukuo等[68]發(fā)現(xiàn)，套袋處理可以通過抑制花青素合成與積累，進(jìn)而影響獼猴桃果皮顏色。孔佳君等[69]利用紅、橙、綠、藍(lán)、紫色濾光膜制作果袋（單層袋外套一層透明塑料袋），對碭山酥梨果實進(jìn)行套袋處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紫色濾光膜下藍(lán)光透過率高、紅/藍(lán)光比值較小，會抑制PAL活性、促進(jìn)鈣吸收，有利于抑制石細(xì)胞生長，同時其果實品質(zhì)指標(biāo)也較為理想。

趙菁等[70]研究不同種植密度、不同結(jié)果部位對庫爾勒香梨果實品質(zhì)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于光照影響，稀植果實可獲得更充足光照，而密植果實獲得光照不均。二者相比，稀植果實單果質(zhì)量、可溶性固形物、可溶性糖及石細(xì)胞含量均更大。

2.2.5 授粉方式的影響

除套袋和光照因素對石細(xì)胞形成可產(chǎn)生影響，樹形、授粉等也可使梨果實中石細(xì)胞含量、分布、密度等存在一定差異。梨是一種自交不親和性果樹，大部分梨品種自花授粉不結(jié)果或坐果率極低，并存在異花授粉不親和現(xiàn)象，需人工授粉或配置授粉樹。以不同品種為父本對梨授粉，所結(jié)果實大小、外形、糖酸含量、石細(xì)胞含量存在一定差異。楊君祎[71]使用8 個不同品種梨分別對碭山酥梨授粉，發(fā)現(xiàn)其石細(xì)胞情況與木質(zhì)素合成相關(guān)酶基因在不同生長時期的表達(dá)情況各有不同。王宇[72]將自然授粉與蜜蜂授粉對比發(fā)現(xiàn)，蜜蜂授粉下的果實中可溶性總糖、總酚及石細(xì)胞含量顯著高于自然授粉。梅闖[73]則從樹形角度研究，發(fā)現(xiàn)開心形修剪果樹果實石細(xì)胞含量極顯著低于疏散形修剪，其他果實重要指標(biāo)也均優(yōu)于疏散形。

3 結(jié)論

梨果肉中的石細(xì)胞能夠提高果實硬度與耐貯藏性，但當(dāng)石細(xì)胞含量過多、直徑較大，會使梨果實硬度過高、口感粗糙、適口性差；同時石細(xì)胞不利于梨中糖、酸及維生素等營養(yǎng)物質(zhì)積累。因此梨石細(xì)胞過度積累會造成食用價值降低甚至喪失。

梨石細(xì)胞的形成和發(fā)展過程復(fù)雜，影響梨石細(xì)胞形成的因素很多。目前研究主要集中于酶、木質(zhì)素、基因及外源處理等對梨石細(xì)胞形成的影響，并且已經(jīng)取得一定成果。梨石細(xì)胞形成過程中不僅有眾多中間產(chǎn)物合成并參與調(diào)控，還涉及梨細(xì)胞內(nèi)POD、PAL、CSE、CAD、CCoAOMT等多種酶與內(nèi)源激素的參與。然而，國內(nèi)外對影響梨石細(xì)胞形成因素的研究仍相對較少，仍需要從關(guān)鍵物質(zhì)的代謝途徑、基因表達(dá)等多角度多方面結(jié)合對石細(xì)胞形成及其內(nèi)、外界影響因素機制進(jìn)行深入研究，從而實現(xiàn)對果實品質(zhì)的調(diào)控，提高經(jīng)濟(jì)效益。