库尔勒香梨及其芽变品种沙01的果实组织结构差异分析

陈湘颖，牛莹莹，丁 想，曼苏尔·那斯尔，尤璐瑶，廖 康

(新疆农业大学林学与园艺学院，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】库尔勒香梨以其肉质细嫩酥脆、味甜多汁等特点深受各地消费者的喜爱，但果个小、果形不一致等缺点影响了其品质。芽变选种是果树选育优良新品种的重要途径之一[1]，目前已选育出的库尔勒香梨芽变品种有芽变6号、芽变10号、沙01、新梨1号、新梨2号、早美香等，综合比较沙01的性状表现良好，其果个明显增大、石细胞少、VC含量更加丰富且多为脱萼果，但果实硬度较低[2-4]，造成该品种不耐储运且易发生机械损伤，在一定程度上限制了沙01的推广。果实的硬度大小主要由细胞间的结合力、细胞结构物质的机械强度以及细胞膨压等因素决定[5]，研究库尔勒香梨和沙01果实组织结构的差异，对进一步改良库尔勒香梨芽变品系的品质有重要意义。【前人研究进展】张娟等[6]通过观察发现，果肉细胞的大小随果实的增长而呈现增长趋势，且硬度较大的‘秦冠’相较于硬度较小的‘富士’其果肉细胞的长宽增幅小。Konstankiewicz[7]等通过研究不同品种马铃薯块茎的细胞结构发现，细胞较大的植物组织越易断裂，即细胞越大，其抗机械损伤性能越小。阿拉木萨等[8]通过观察43个梨品种的果实组织结构发现，角质膜较厚、果皮细胞层数多且细胞狭长、果肉细胞小且间隙小的品种，果实硬度高，耐运输机械性能好。李三培等[9]研究发现，不同质地的甜瓜受果肉细胞大小的影响，硬度越小的果实，其果肉细胞越大，细胞排列越疏松。目前，关于库尔勒香梨和沙01的比较研究多集中在物候期、生长结果特性、果实品质等方面[10-12]。【本研究切入点】库尔勒香梨和沙01果实硬度存在明显差异，对于导致这两品种果实硬度差异的原因未见研究。采用石蜡切片法，对两品种的果皮和果肉组织进行观察比较，研究分析果实组织结构与硬度之间的关系。【拟解决的关键问题】比较两个品种果皮和果肉两部分的硬度及显微结构的差异，分析导致两品种果实硬度差异的主要因素，为库尔勒香梨芽变新品种的选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验材料采自新疆库尔勒市沙依东园艺场，果园栽植密度5 m×6 m，树龄30年生。分别选取栽培管理技术条件基本一致，树势中庸，无病虫害的植株，在成熟期每个品种随机选取30个成熟度一致的果实，测量其带皮和去皮硬度后，沿果实赤道部位垂直果皮方向，切取靠近果皮部位约0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm(带皮)和果肉中心部位0.5 cm×0.5 cm×1 cm的小块，置于FAA固定液(70%乙醇∶福尔马林∶冰乙酸=90∶5∶5)中，每隔1 d更换FAA固定液，直至其不再变色为止。

1.2 方 法

1.2.1 果实硬度测定

采用GY-4型数显果实硬度计于室温条件下，每个品种取10个果实，用直径为7.9 mm的压头垂直果实赤道部位测定果实带皮和去皮的硬度，结果取平均值(kg/cm2)。

1.2.2 石蜡切片制作与观测

将固定好的组织样品置于70%的乙醇中过夜，用浓度为80%至100%的乙醇逐级进行脱水6 h，再用浓度比为1∶1、1∶2的乙醇和二甲苯进行透明4 h，石蜡包埋。切片厚度为10～14 μm，番红固绿对染，中性树胶封片。用显微镜及显微成像系统进行观察并拍照(Nikon C-SHG1+Nis Elements 3.0)。观测梨果实的角质膜厚度，表皮层、单宁细胞的纵横径，果肉薄壁细胞的长度和宽度，团围薄壁细胞的长度及石细胞团直径。

1.3 数据处理

经Excel 2016软件对数据进行均值和标准误的计算，用SPSS19.0软件进行ANOVA方差分析，采用Pearson法对两品种果皮组织测定数据与果实带皮硬度、果肉组织测定数据与果实去皮硬度进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 果实硬度

研究表明，沙01果实带皮硬度和去皮硬度分别为6.34和4.83 kg/cm2，库尔勒香梨果实带皮硬度和去皮硬度分别为7.99和6.16 kg/cm2，库尔勒香梨均高于沙01，存在极显著水平差异(P<0.01)，果皮和果肉组织是影响两品种果实硬度差异的因素。表1

表1 库尔勒香梨和沙01果实硬度差异
Table 1 Difference in the fruit firmness between Korla fragrant pear and Sha 01

品种Variety果实硬度Fruit firmness(kg/cm2)带皮With pericarp去皮Without pericarp沙01 Sha 016.34±0.16aA4.83±0.08aA库尔勒香梨 Korla fragrant pear7.99±0.26bB6.16±0.12bB

注：表中数据代表平均值±标准误；同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下同

Note: Data in the table represent the mean ± standard error; The different lowercase in the same column indicate significant differences at 0.05 level, and the different uppercase indicate significant differences at 0.01 level.The same as below

2.2 果皮组织结构

2.2.1 角质膜

两个品种果实表皮细胞最外围均有一层透明的角质膜，但沙01的角质膜比库尔勒香梨的角质膜薄，并且光滑平整；库尔勒香梨的角质膜较厚，且随着表皮细胞的起伏而呈现出不同程度的波状并深入到表皮细胞的间隙中，沙01的角质膜平均厚度为5.44 μm，与库尔勒香梨的角质膜厚度9.44 μm达到极显著水平差异(P<0.01)。角质膜越厚，果皮的硬度越高。表1，图1

2.2.2 表皮层

库尔勒香梨和沙01果实的表皮层细胞层数、排列、形状和大小等均存在一定的差异。沙01的表皮细胞层数为1层，且表皮细胞多为长椭圆形或近长方形，排列较紧凑；库尔勒香梨的表皮细胞层数为1～2层，表皮细胞多为椭圆形或近圆形，细胞间隙较大且排列较疏松，沙01的表皮细胞横径显著大于库尔勒香梨(P<0.05)，但二者的表皮细胞纵径差异不显著(P>0.05)，通过对表皮细胞的纵横径比进行测定发现，沙01的表皮细胞纵横径比为0.60，细胞形状表现为细长，而库尔勒香梨的表皮细胞纵横径比为0.67，细胞形状表现为短粗，二者存在显著差异(P<0.05)。库尔勒香梨和沙01果皮硬度的差异受表皮细胞层数、排列和形状的影响。图1，表2

表2 库尔勒香梨和沙01果实角质膜和表皮细胞结构差异
Table 2 Differences in the cuticle and epidermal cells betweenKorla fragrant pear and Sha 01

品种Variety角质膜厚度Thickness of cuticle(μm)表皮细胞Epidermal cells纵径Vertical diameter(μm)横径Horizontal diameter(μm)纵横比Aspect ratio细胞层数Layers of cells沙01Sha 015.44±0.13aA13.78±0.28aA23.52±0.55aA0.60±0.02aA1库尔勒香梨Korla fragrant pear9.44±0.15bB14.39±0.25aA21.96±0.52bA0.67±0.02bA1～2

2.3 果肉组织结构

2.3.1 单宁细胞层

研究表明，库尔勒香梨和沙01果实均有数层紧贴表皮细胞层下的单宁细胞层，细胞内均含有一定的单宁类物质。沙01果实单宁细胞层数为1～2层，细胞排列紧密，细胞排列不整齐，染色不均匀且颜色较浅，而库尔勒香梨果实单宁细胞层数为2～3层，细胞排列整齐紧密，富含大量的单宁类物质，染色深且呈紫红色，库尔勒香梨和沙01单宁细胞的纵径无显著差异(P>0.05)，但二者单宁细胞的横径达极显著水平差异(P<0.01)；在单宁细胞的纵横径比测定结果中发现，沙01为0.35，库尔勒香梨为0.48，差异极显著(P<0.01)。单宁细胞的层数和形状对库尔勒香梨和沙01果肉硬度差异产生了一定的影响。表3，图1

2.3.2 薄壁细胞

在果肉薄壁细胞的观察中发现，沙01果肉薄壁细胞多为近圆形，其薄壁细胞较大且细胞排列较疏松，而库尔勒香梨果肉薄壁细胞形状偏扁，薄壁细胞排列紧密且细胞间隙较小，库尔勒香梨和沙01薄壁细胞的长度无显著差异(P>0.05)，但薄壁细胞的宽度却差异极显著(P<0.01)，并且沙01薄壁细胞的长宽比为1.28，库尔勒香梨为2.09，差异极显著(P<0.01)，与库尔勒香梨的长宽比相比，沙01的比值更接近于1，薄壁细胞越大、形状越圆的品种，其果肉硬度越低。表3，图1

2.3.3 石细胞及团围薄壁细胞

研究表明，沙01果肉中的石细胞团较小，其石细胞团直径为287.16 μm，而库尔勒香梨果肉中的石细胞团较大，其石细胞团直径为362.04，两品种的石细胞团直径差异极显著(P<0.01)。观察两品种果肉团围薄壁细胞发现，团围薄壁细胞均呈放射状长条形分布于石细胞团周围，沙01的团围薄壁细胞较长，为343.06 μm，而库尔勒香梨的团围薄壁细胞较短，为262.71 μm，二者存在极显著差异(P<0.01)。石细胞团直径越大，团围薄壁细胞越短的果实，其果肉硬度越高。表3，图1

1.沙01果皮结构(×100)；2.库尔勒香梨果皮结构(×100)；3.沙01果皮结构(×200)；4.库尔勒香梨果皮结构(×200)；5.沙01果肉结构(×100)；6.库尔勒香梨果肉结构(×100)；7.沙01果肉石细胞团及团围薄壁细胞(×100)；8.库尔勒香梨果肉石细胞团及团围薄壁细胞(×100)；C.角质膜；E.表皮细胞；T.单宁细胞；Pc.薄壁细胞；Gs.石细胞团；Ps.团围薄壁细胞

1.The pericarp structure of the Sha 01 (×100); 2.The pericarp structure of the Korla fragrant pear (×100); 3.The pericarp structure of the Sha 01 (×200); 4.The pericarp structure of the Korla fragrant pear (×200); 5.The pulp structure of the Sha 01 (×100); 6.The pulp structure of the Korla fragrant pear (×100); 7.The sclereids group and the parenchyma cells around sclereids group in the pulp of the Sha 01 (×100); 8.The sclereids group and the parenchyma cells around sclereids group in the pulp of the Korla fragrant pear (×100); C.Cuticle; E.Epidermal cells; T.Tannin cells; Pc.Parenchyma cells; Gs.Sclereids group; Ps.Parenchyma cells around sclereids group

图1 果实组织显微结构
Fig.1 Microstructure of fruit histological structure

表3 库尔勒香梨和沙01果肉细胞结构差异Table 3 Differences in structure of pulp cells between Korla fragrant pear and Sha 01

2.4 果实硬度与组织结构的相关性

研究表明，果实带皮硬度与果皮角质膜厚度呈极显著正相关(P<0.01)，与表皮细胞纵横径比呈不显著正相关(P>0.05)，与表皮细胞纵径和表皮细胞横径呈不显著负相关(P>0.05)。果实去皮硬度与表皮细胞层数、单宁细胞纵横径比、单宁细胞层数、石细胞团直径及薄壁细胞长宽比呈极显著正相关(P<0.01)，与单宁细胞横径和团围薄壁细胞长度呈极显著负相关(P<0.01)，与薄壁细胞宽度呈显著负相关(P<0.05)，与单宁细胞纵径和薄壁细胞长度均无显著相关性(P>0.05)。表4 ，表5

表4 果实带皮硬度与果皮结构Pearson相关性
Table 4 Pearson correlation between the fruit firmness with pericarp and the pericarp structure

项目Items带皮硬度Fruit firmness with pericarp角质膜厚度Thickness of cuticle表皮细胞Epidermal cells纵径Vertical diameter横径Horizontal diameter纵横比Aspect ratio细胞层数The number of cell layers带皮硬度Fruit firmness with pericarp10.696∗∗-0.030-0.3120.2940.545∗∗

注：*表示在0.05水平上显著相关；**表示在0.01水平上显著相关。下同

Note:*indicate significant correlation at 0.05 level, and**indicate significant correlation at 0.01 level.The same as below

表5 果实去皮硬度与果肉结构Pearson相关性
Table 5 Pearson correlation between the fruit firmness without pericarp and the pulp structure

项目Items去皮硬度Fruit firmnesswithout pericarp单宁细胞Tannin cells纵径Vertical diameter横径Horizontal diameter纵横比Aspect ratio细胞层数The number of cell layers石细胞团直径Diameters of sclereids group薄壁细胞Parenchyma cells长度Length宽度Width长宽比Length-width ratio团围薄壁细胞长度Length of parenchyma cells around sclereids group去皮硬度Fruit firmness without pericarp10.34-0.769∗∗0.776∗∗0.556∗∗0.625∗∗0.171-0.446∗0.662∗∗-0.620∗∗

3 讨 论

角质膜的厚度、表皮细胞的形状和排列对果实品质和抵抗机械损伤的能力具有一定影响，角质膜对果实可起到一定的保护作用，与植物多种生理现象有着密切的关系[13,14]。试验研究发现，沙01果皮的角质膜较薄，而库尔勒香梨果皮的角质膜较厚并深入到表皮细胞中，果实带皮硬度与角质膜厚度达极显著正相关，说明角质膜较厚的品种抵抗机械损伤的能力越强，这可能是因为较厚的角质膜可对表皮细胞起到一定的保护和支撑作用，此结论与宫美英等[15]研究结果一致。刘春香等[16]研究发现，硬度越大的黄瓜，其果皮结构中的表皮细胞越厚，同时发现过厚的表皮细胞虽影响口感，但更有利于维持果实的商品状态，而研究结果发现，沙01的表皮细胞细长且细胞层数较少，库尔勒香梨的表皮细胞短粗且细胞层数较多，表皮细胞层数与果实带皮硬度呈极显著相关，而表皮细胞纵横径与果实带皮硬度无相关性。因此，果皮组织中，角质膜较薄、表皮细胞层数较少的结构更不利于果实抵抗机械损伤。

决定果实硬度差异的因素源于果实细胞壁的一系列不同的物理和生化特性，并且这些特性是定量遗传的[17]。植物组织结构中，细胞的排列、大小及分布情况等与其质地具有密切的关系[16]。梨果实成熟时，薄壁细胞的间隙会变得非常发达，细胞多为卵圆形或圆形，一些薄壁细胞会呈现出长椭圆形辐射状排列于石细胞团周围，并且果肉细胞体积越大，组织结构越疏松，细胞间隙越大，其果实硬度越低[18]。Allan Wojtas[19]等通过对28个不同品种的苹果进行了微观组织结构的观察及差异性分析，结果显示，果肉细胞小且排列整齐的品种，其果实硬度高但汁液少，而果肉细胞间隙大的品种，其口感软绵。Konstankiewicz[7]等通过对不同品种马铃薯块茎的组织力学研究发现，细胞较大的品种弹性系数小，植物组织易断裂，即细胞越大，果实抗机械损伤性能越小。试验研究结果发现，果实去皮硬度与薄壁细胞长宽比呈极显著正相关，沙01的果肉薄壁细胞排列疏松且细胞间隙较大，薄壁细胞偏圆且细胞大，而库尔勒香梨比沙01的果肉薄壁细胞排列更紧密且细胞间隙更小，薄壁细胞偏扁且细胞更小，这可能是因为沙01的果实组织疏松，细胞大易发生断裂，因此,沙01果实去皮硬度更小，这与阿拉木萨等[8]研究结果一致，但是，李红光等[20]研究结果发现，硬度较小的富士和瑞阳的细胞偏扁并且细胞排列疏松，与试验研究结果有出入，存在这种差异的原因可能是由于不同品种类型所致。研究发现，果实去皮硬度与单宁细胞纵横径比和单宁细胞层数存在极显著正相关，于立娜等[21]研究结果发现，硬度高的病果，其单宁细胞纵横径比始终高于硬度小的正常果，这与研究结果基本一致。陶世蓉等[13]研究发现，果肉细腻、食用感好的梨品种，其石细胞团小且团围薄壁细胞较长，但于立娜等[21]研究发现，石细胞团直径并不是影响黄金梨果实硬化的原因。试验研究结果发现，沙01的石细胞团直径较短且团围薄壁细胞较长，而库尔勒香梨的石细胞团直径较长且团围薄壁细胞较短，果实去皮硬度与石细胞团直径存在极显著正相关，与团围薄壁细胞长度存在极显著负相关，这可能是由于较长的团围薄壁细胞可以对外界机械压力起缓冲作用[13]，也可能是由于库尔勒香梨团围薄壁细胞较短，是其周围存在的薄壁细胞而影响，因此，团围薄壁细胞是否是影响库尔勒香梨和沙01果肉硬度差异的主要因素，还需要进一步验证。彭永彬等[22]认为影响果实硬度的因素不仅受果实组织结构、细胞壁成分和其他多糖类物质的影响，也受外界环境因素的影响，它们相互联系，共同影响果实质地，从而导致不同品种果实之间硬度的差异，因此，果肉细胞的排列、大小等与硬度之间的关系有待进一步的研究。

4 结 论

库尔勒香梨和沙01果皮和果肉组织结构存在差异。果皮组织中，角质膜厚度、表皮细胞的层数和形状是影响库尔勒香梨和沙01果实带皮硬度差异的因素，其中角质膜厚度和表皮细胞的层数是影响两品种果实带皮硬度差异的主要因素；果肉组织中，单宁细胞的层数和形状，薄壁细胞的形状和大小、石细胞团直径及团围薄壁细胞长度是影响库尔勒香梨和沙01果肉硬度差异的因素，其中单宁细胞的层数和形状、薄壁细胞的形状和大小及石细胞团直径是影响两品种果肉硬度差异的主要因素。