‘库尔勒香梨’及其芽变品种‘沙01’果实硬度差异的相关因素分析

陈湘颖，丁 想，牛莹莹，尤璐瑶，廖 康

(新疆农业大学 林学与园艺学院， 新疆 乌鲁木齐 830052)

【研究意义】‘库尔勒香梨’为蔷薇科(Rosaceae)梨亚科(Pomoideae)梨属(Pyrus)植物，是新疆名优的地方梨品种之一，其香味浓郁，肉质细嫩酥脆[1]，但‘库尔勒香梨’有果个小，可食率低，果形不一致等不良品质。20世纪初，芽变育种就已经成为选育优良梨品种的一项手段，现已被广泛应用于‘库尔勒香梨’新品种的选育工作中[2]，其中‘沙01’就是从‘库尔勒香梨’中选育出的优良芽变品种，在果个大小方面有很大的突破，且果形端正，商品性良好，但‘沙01’果实硬度小，易受机械损伤。果实硬度不仅可以作为判断果实成熟和果实品质的重要指标，也可影响果实储运期和货架期的长短[3]。目前，‘沙01’果实的硬度已成为影响运营成本和限制其发展的主要因素之一。研究‘库尔勒香梨’和‘沙01’果实硬度差异的影响因素，对‘库尔勒香梨’芽变新品种的改良和贮藏等具有重要的参考价值。【前人研究进展】相关研究结果表明，果实质地的变化是由果肉细胞壁的结构及细胞壁组分含量的所决定，如果胶、纤维素的含量等[4-5]。高婧斐等[6]通过对清见杂柑的细胞壁物质含量及相关酶活性的研究发现，决定囊衣绵韧的关键因素是多聚半乳糖醛酸酶和纤维素酶的活性。穆欣[7]通过对5个不同番茄品系相关性状的研究表明，果形指数和平均单果重与果实硬度具有一定的相关性。目前，关于梨果实硬度的研究多集中在果实后熟软化及采后贮藏等生理变化方面[8-9]，而关于不同梨品种果实硬度差异因素的研究却鲜见报道。【本研究切入点】对‘库尔勒香梨’和‘沙01’成熟期的果实带皮和去皮硬度进行测定，比较两品种果实硬度的差异，同时测定两品种果实性状、细胞壁组分含量及相关酶活性，比较‘库尔勒香梨’和‘沙01’果实性状及生理生化指标的不同，并分析这些指标与两品种果实硬度差异的相关性。【拟解决的关键问题】探讨影响‘库尔勒香梨’和‘沙01’果实硬度差异可能的因素，为‘库尔勒香梨’新品种的改良和选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

本研究以树龄为30年生的‘库尔勒香梨’和‘沙01’为试材。选择栽培管理相近，树势基本一致的梨树，于果实成熟期各品种随机采集具有代表性、无机械损伤、大小和成熟度基本一致的果实为样本。采样地点位于新疆巴州库尔勒市沙依东园艺场。

1.2 方法

1.2.1 果实硬度测定 取10个果实，采用型号为GY-4的数显果实硬度计，用直径为7.9 mm的测头垂直果实赤道部位，于室温条件下测定硬度。

1.2.2 果实基本性状测定 参考曹玉芬等[10]《梨种质资源描述规范和数据标准》。取10个果实，对单果重、果实纵径及果实横径进行测定，并计算果形指数。

1.2.3 果实含水量测定 取10个果实，将果实置于60 ℃烘箱中烘干，烘干后称量，果实组织中减少的重量占其鲜重的百分比即为果实含水量[11]。

1.2.4 果实可溶性固形物含量和酸度测定 取10个果实，每个果取阴、阳两面的果肉。采用型号为PAL-Easy ACID5的酸度计测定酸度，采用型号为PAL-1的糖度计测定可溶性固形物含量。

1.2.5 细胞壁组分及相关酶活性测定 组织样本的处理：取10个果实，切取果皮和果肉部分，其中果皮厚度约为1 mm，分别混合均匀后放入液氮中充分研磨。准确称取0.5 g组织样品，加入4.5 mL 0.01 mol/L PBS(pH 7.4)，并于8000 r/min、4 ℃条件下离心30 min，收集上清液待检测。原果胶(PP)含量、可溶性果胶(SP)含量、纤维素(cellulose)含量、半纤维素(hemicellulose)含量、木质素(lignin)含量、多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性、果胶甲酯酶(PE)活性、果胶裂解酶(PL)活性、纤维素酶(cellulase)活性、木聚糖酶(xylanase)活性、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性、过氧化物酶(POD)活性、多酚氧化酶(PPO)活性，按照上海酶联生物科技有限公司的试剂盒说明书进行测定。以上指标均重复3次。

1.3 数据处理

试验数据使用Microsoft Excel 2016进行平均值和标准误的计算，用SPSS19.0进行ANOVA方差分析及Duncan多重比较，并采用Pearson法对两品种测定的果实性状及生理生化指标与果实硬度进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 果实硬度及果实性状

由表1可知，其中‘沙01’果实的带皮硬度和去皮硬度分别为6.43和4.83 kg/cm2，而‘库尔勒香梨’果实的带皮硬度和去皮硬度分别为7.99和6.16 kg/cm2，二者果实硬度均达极显著水平差异(P<0.01)，说明果皮和果肉都会影响果实硬度。

由表1可见，‘沙01’单果重和果形指数分别为146.19 g和0.95，而‘库尔勒香梨’单果重和果形指数分别为114.83 g、1.12，与‘沙01’达极显著水平差异(P<0.01)。‘沙01’果实含水量、可溶性固形物含量以及酸度指标与‘库尔勒香梨’均无显著差异。

2.2 果皮中细胞壁组分含量及相关酶活性

由表2可知，‘沙01’果皮中，可溶性果胶含量显著高于‘库尔勒香梨’(P<0.05)；半纤维素含量极显著高于‘库尔勒香梨’(P<0.01)，而原果胶含量、纤维素含量及木质素含量与‘库尔勒香梨’均无显著差异。

表1 ‘库尔勒香梨’和‘沙01’的果实硬度及果实性状比较

注：表中数值代表平均值±标准误；同列肩标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。

由表2可见，‘沙01’果皮中的多聚半乳糖醛酸酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性和木聚糖酶活性均显著高于‘库尔勒香梨’(P<0.05)；果胶裂解酶活性、果胶甲酯酶活性及纤维素酶活性均高于‘库尔勒香梨’，且与‘库尔勒香梨’达到极显著水平差异(P<0.01)；‘沙01’果皮中的多酚氧化酶活性极显著低于‘库尔勒香梨’(P<0.01)，但过氧化物酶活性与‘库尔勒香梨’无显著差异。通过以上结果发现，‘库尔勒香梨’和‘沙01’的果实带皮硬度与果皮中细胞壁组分含量及相关酶活性具有一定相关性。

2.3 果肉中细胞壁组分含量及相关酶活性

由表3可见，‘沙01’果肉中的原果胶含量极显著低于‘库尔勒香梨’(P<0.01)，半纤维素含量极显著高于‘库尔勒香梨’(P<0.01)，而可溶性果胶含量、纤维素含量以及木质素含量与‘库尔勒香梨’均无明显差异。

由表3可知，‘沙01’果肉中的多聚半乳糖醛酸酶活性、果胶甲酯酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性以及木聚糖酶活性均显著高于‘库尔勒香梨’(P<0.05)；纤维素酶活性高于‘库尔勒香梨’，多酚氧化酶活性低于‘库尔勒香梨’，且均与‘库尔勒香梨’达极显著水平差异(P<0.01)，而果胶裂解酶活性和过氧化物酶活性与‘库尔勒香梨’无显著差异。以上结果说明，2个品种果肉硬度的差异与细胞壁组分含量及相关酶活性有很大的相关性。

2.4 果实硬度与果实性状的相关分析

如表4所示，果实带皮硬度与果实去皮硬度呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数为0.714；果实带皮硬度与单果重呈极显著负相关(P<0.01)，与果形指数呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数分别为-0.553和0.519；果实去皮硬度与单果重呈极显著负相关(P<0.01)，相关系数为-0.708，与果形指数呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数为0.761；而果实带皮硬度和去皮硬度与果实含水量、可溶性固形物以及酸度指标均无显著相关。综上述结果可知，‘库尔勒香梨’和‘沙01’果实带皮硬度和去皮硬度与果实性状间，相关性存在一定的差异，这进一步说明单果重和果形指数影响着两品种果实带皮和去皮硬度的差异。

表2 ‘库尔勒香梨’和‘沙01’的果皮细胞壁组分含量及相关酶活性比较

表3 ‘库尔勒香梨’和‘沙01’的果肉细胞壁组分含量及相关酶活性比较

表4 梨果实硬度与果实性状的相关分析

注：*表示显著相关(P<0.05)；**表示极显著相关(P<0.01)，下同。

2.5 果实带皮硬度与果皮中细胞壁组分含量及相关酶活性的相关分析

由表5可看出，果实带皮硬度与多聚半乳糖醛酸酶活性和苯丙氨酸解氨酶活性的相关系数分别为-0.832和-0.874，均呈显著负相关(P<0.05)；果实带皮硬度与果胶裂解酶活性、果胶甲酯酶活性、纤维素酶活性、木聚糖酶活性、可溶性果胶含量以及半纤维素含量均呈极显著负相关(P<0.01)，与多酚氧化酶活性呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数依次为-0.981、-0.912、-0.993、-0.924、-0.915、-0.945和0.941。以上结果说明，不同细胞壁组分和酶活性对‘库尔勒香梨’和‘沙01’果实硬度的作用不同，但综合比较，半纤维素含量、可溶性果胶含量、与果胶相关酶活性、纤维素酶活性、木聚糖酶活性、多酚氧化酶活性以及苯丙氨酸解氨酶活性对两品种果实硬度的差异影响较大。

表5 梨果实带皮硬度与果皮细胞壁组分含量及相关酶活性的相关分析

表6 梨果实去皮硬度与果肉细胞壁组分含量及相关酶活性的相关分析

2.6 果实去皮硬度与果肉中细胞壁组分含量及相关酶活性的相关分析

由表6可知，果实去皮硬度与半纤维素含量、木聚糖酶活性、多聚半乳糖醛酸酶活性、果胶甲酯酶活性、纤维素酶活性和苯丙氨酸解氨酶活性均存在不同程度的负相关，相关系数依次为-0.910、-0.739、-0.884、-0.774、-0.975和-0.827，其中与果胶甲酯酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性及木聚糖酶活性呈显著负相关关系(P<0.05)，与半纤维素含量、多聚半乳糖醛酸酶活性及纤维素酶活性呈极显著负相关关系(P<0.01)；与原果胶含量和多酚氧化酶活性呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数分别为0.970和0.963。综上所述，细胞壁组分含量中，原果胶和半纤维素含量对‘库尔勒香梨’和‘沙01’的果肉硬度差异起一定作用，同时多聚半乳糖醛酸酶、果胶甲酯酶、纤维素酶、苯丙氨酸解氨酶和木聚糖酶的活性对两品种果肉硬度的差异也具有一定影响，且相关性均存在不同程度的差异。

3 讨 论

本研究通过比较‘库尔勒香梨’和‘沙01’果实带皮和去皮硬度发现，果实带皮硬度和去皮硬度均存在极显著差异，说明果皮的机械弹性和果肉硬度共同影响着果实硬度。本研究表明，果形指数和单果重与果实带皮和去皮硬度均呈极显著相关，这与穆欣[7]研究结果一致，说明果形指数和单果重与‘库尔勒香梨’和‘沙01’的果实硬度差异有关。另外本研究发现，‘库尔勒香梨’和‘沙01’的果实带皮和去皮硬度与可溶性固形物含量、果实含水量及酸度指标均无显著相关，黄丽萍等[12]在桃果实的研究中也发现类似结果，说明这些指标并不是造成‘库尔勒香梨’和‘沙01’的果实硬度差异因素。但是，罗静等[13]通过对4个不同品种加工番茄的相关性状与其硬度进行研究发现，可溶性固形物含量与番茄果实硬度存在显著负相关，造成这种差异的原因可能是不同品种加工番茄的可溶性固形物含量之间存在显著差异。

果胶、纤维素、木质素等是构成植物细胞壁的主要物质，它们不仅对果实起到保护和支撑的作用，同时还可维持果实一定的硬度和良好的形状[14]。本研究发现，果皮中的可溶性果胶含量与果实带皮硬度呈极显著负相关，与原果胶含量无显著相关；果肉中的原果胶含量与果实去皮硬度呈极显著正相关，与可溶性果胶无显著相关，这与马之胜等[15]研究略有出入，说明不同品种以及不同部位之间的细胞壁组分含量与果实硬度的关系存在一定差异。本研究结果发现，‘库尔勒香梨’和‘沙01’的果皮和果肉中，纤维素含量和木质素含量均无显著差异和显著相关，而刘春香等研究[16]认为，果实越硬，其纤维素含量越高。虽然纤维素和木质素与果实硬度密切相关，但本研究认为，影响‘库尔勒香梨’和‘沙01’的果实硬度差异并非纤维素和木质素所致。焦云等[17]研究认为，半纤维素含量和其酶活性与果实的硬度并不总呈正相关，与本研究结果一致，这可能是与‘沙01’果实初始半纤维素含量有关。此外，魏建梅等[18]研究认为，相对于纤维素，半纤维素含量对果实硬度变化的影响更大。

细胞壁组分含量的变化是导致硬度变化的因素之一，而细胞壁物质的降解又受到多种酶和酶基因的调控。高利平等[19]通过研究脆肉株系和绵肉株系苹果，认为在苹果成熟期间，可能由于多种与细胞壁相关酶基因的上调表达和协同作用，进而导致绵肉株系果实硬度和脆度低于脆肉株系果实。刘超超等[20]报道，3个不同硬度的苹果果胶甲酯酶的活性无显著差异，多聚半乳糖醛酸酶活性和纤维素酶活性与果实硬度均呈显著负相关，而本研究发现，‘库尔勒香梨’和‘沙01’的果实带皮和去皮硬度与果胶甲酯酶活性、多聚半乳糖醛酸酶活性及纤维素酶活性均存在显著或极显著相关，多聚半乳糖醛酸酶活性和纤维素酶活性与果实硬度差异有关，而果胶甲酯酶活性可能不是确定果实硬度差异的原因。张志良等[21]研究发现，由于多酚氧化酶与液泡中的酚类物质发生酶促反应，进而加速了果实软化。另外，张玉星等[22]通过喷施水杨酸发现，苯丙氨酸解氨酶活性的提高和过氧化物酶活性的降低，抑制了木质素的合成，并认为苯丙氨酸解氨酶活性对木质素的影响无相关性，可能参与了其他物质的合成，这与本研究结果基本一致，但本研究发现，‘库尔勒香梨’和‘沙01’果皮和果肉中的过氧化物酶活性无显著差异且与果实硬度无显著相关，该结果说明，过氧化物酶可能对两品种果实硬度差异的影响不大。

4 结 论

影响‘库尔勒香梨’和‘沙01’的果实硬度差异的因素是多方面的。单果重和果形指数是影响两品种果实硬度差异的因素；果皮中，可溶性果胶含量、半纤维素含量、多聚半乳糖醛酸酶活性、果胶裂解酶活性、纤维素酶活性、木聚糖酶活性及多酚氧化酶活性与两品种果实带皮硬度差异有关；果肉中，原果胶含量、半纤维素含量、多聚半乳糖醛酸酶活性、纤维素酶活性、木聚糖酶活性及多酚氧化酶活性与两品种果实去皮硬度差异有关。