‘板枣’果皮特性与裂果关系探索*

张晓萍，赵旗峰，李六林，薛晓芳

（1 山西农业大学果树研究所，果树种质创制和利用山西省重点实验室，太原030031）（2 山西农业大学园艺学院）

枣（Ziziphus jujubaMill.）是原产于我国的特色经济林树种[1]，2018 年我国枣果产量约735.76 万t，占世界首位[2]。山西省红枣产量占全国红枣产量的8%左右，近年来山西省枣裂果严重，裂果损失约占总产量的46.30%。开裂的果实失去商品性，造成巨大的经济损失，裂果已成为‘壶瓶枣’树产业兴盛的桎梏[3]。

目前已有大量研究表明，裂果受到如品种[4-6]、果实组织结构[1,5,7-9]、发育时期[1,7,10-11]、矿质营养[9,12-17]、内源激素[18]、果皮结构[19]等诸多因素的影响。枣果皮破裂是由于果皮机械力的产生，这种机械力来源于果皮无法协调果实的内部生长和外界环境的压力[20]。角质膜主要由角质及填充在角质中的蜡质组成，覆盖在植物各种器官的表面，是植物与外界环境接触的保护层[21]。近年来研究发现，角质膜对荔枝、樱桃果实裂果有显著的影响[22-24]。王惠聪等[22]研究发现，角质层是植物体的保护屏障，能降低果实表面水分的过分吸收和散失、减少果皮机械损伤和病原菌侵入。角质膜厚度越大，果实越能抵抗外界不良环境，表现为裂果率降低。高中山等[19]研究发现，易裂的品种果肉弹性和可塑性大于抗裂品种，且枣果向阳面果皮的开裂与较低的果皮韧性相关。马雯彦等[10]研究发现，裂果正相关于果皮强度和果皮延伸性。

目前果蔬质地检测常用的方法是质构仪穿刺法[25-26]，整果穿刺能反映果实的流变特征，客观且准确地评价果皮的生物力学性。本研究采用‘板枣’作为研究材料，通过对角质膜生长特性及力学特性的研究，探索角质膜与裂果的关系，为枣裂果研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为山西农业大学果树研究所国家枣种质资源圃的‘板枣’。‘板枣’树体健壮，常规水平管理。从幼果期开始，在膨大期、白熟期、转色期、半红期和全红期等6 个时期摘取无病虫害、果实表面无损伤的100 个枣果实进行相关指标测定。

1.2 果实形态特征指标的测定

采用游标卡尺测量果实的纵横径（精度到0.02 mm），用万分之一天平称量果实重量（精确到0.001 g），用排水法测定果实体积（精确到0.1 mL），表面积的测定采用模型估算法。

1.3 裂果率的统计

田间裂果率统计对象为10 株常规水平管理、无病虫害的50 年生枣树，果实表皮有肉眼可见裂纹则判断为裂果。

裂果率（%）=（裂果总数/调查总果数）×100

在2017 年8—10 月期间对浸水试验裂果率进行统计，取样时要求保留好枣果实的果梗，共分4组进行处理，每个处理分别有30 个果实：A.用蜡把果梗封住；B.用蜡封果梗的同时需将果实在氯仿（氯仿作为化学溶液可以除去果实表面的角质膜蜡质）中浸泡30 s；C.蜡封果梗后用棉柔纸轻轻地擦拭果实（用物理去除的方法擦掉蜡质）；D.对照组（不作任何处理）。将处理后的果实浸泡在去离子水中，每隔2 h 计算1 次裂果率，开裂的果实不重复统计。

1.4 角质膜质量的测定

采用酶解法测定枣果实表面单位面积角质膜的含量，枣果实大小需基本一致且表面无损伤。酶解之前需采用包裹法测定出每个枣果实表面积。将挑选好的果实用蒸馏水冲洗后削皮，将与果实脱离的果皮浸没在柠檬酸缓冲液中（0.05 mol/L，pH 值3.8），柠檬酸缓冲液含有果胶酶（0.20 g/L，Solarbio，北京）、纤维素酶（0.60 g/L，Solarbio，北京）、NaN3（0.13 g/L，将来实业，上海），防止微生物滋生。每处理5 个果实，重复3 次。在果肉与角质全部分离前每隔12 h 更换1 次酶液，更换酶液时，用蒸馏水冲洗角质膜4～5 次，将脱离的果肉组织冲洗掉。待完全分离并用蒸馏水冲洗后，将酶解得到的角质膜在30 ℃条件下烘干、称重，保存备用。

单位面积角质膜质量＝所称角质膜质量/5 个枣果实表面积的总和

1.5 果实生物力学的测定

每个发育时期随机选取5 个枣果实进行果实生物力学特性的测定，即用质构仪（Stable Micro Systems，The UK）进行穿刺试验，测定果皮破裂力（g）、果皮脆度（g/mm）、果皮韧性（g/mm）、果皮平均硬度（g）等果皮的力学特性（图1），具体操作方法参照Li 等[27]。

图1 ‘板枣’穿刺图

1.6 数据处理

采用Excel 和SAS 8.6 软件对数据进行统计分析。用单因素方差分析（ANOVA）评价样品间的差异，Duncan’s 多重检验进行差异显著性分析（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 枣果实生长及裂果特性分析

‘板枣’的横径和纵径逐渐增长，幼果期发育至白熟期横径、纵径增长幅度最大（图2、图3）；转色期到全红期间横径、纵径的增长幅度开始变缓，但仍增长；‘板枣’的横径和纵径在全红期时达到了最大值，分别为2.41 cm 和2.98 cm，相较于幼果期分别增长了1.20 cm 和1.22 cm。‘板枣’单果重呈现S 形增长，在幼果期到膨大期之间单果重增长较慢，在果实膨大期到白熟期增长速度较快，增长率达到了101.00%，转色期后增长幅度开始减小。枣单果体积和表面积的增长趋势与单果重的增长趋势基本相同。从幼果期到全红期‘板枣’的体积增长量达到了8.71 cm3，而表面积的增长量则达到了22.69 cm2（图3）。

图2 枣果实发育进程

图3 枣果实生长发育动态

2.2 枣果实裂果特性分析

‘板枣’果实在转色期和半红期产生裂果，裂果率分别为3.30%和1.70%。通过观察在浸水试验中不同处理下‘板枣’裂果发生率（表1），发现在化学溶剂溶解表皮蜡质处理下的‘板枣’在果实发育过程中均未发生裂果，而在机械去除果实表面角质膜的处理下‘板枣’在转色期、半红期和全红期均发生裂果，裂果率分别为3.78%、3.40%、3.60%。

表1 ‘板枣’裂果情况 %

2.3 枣果面角质膜质量变化

由图4 可知，随着果实的发育，单位面积角质膜质量也呈逐渐上升的趋势。在白熟期后单位面积角质膜质量迅速增长，至全红期时达到最大（5.11×10-3g/cm2）。除转色期和半红期间单位面积角质膜质量无显著差异外，其他各时期单位面积角质膜质量均差异显著。单位面积角质膜质量的增长趋势呈现W 形。在幼果期到膨大期间阶段增长速率降低，在膨大期到白熟期间阶段增长速率开始升高，在转色期到全红期阶段增长速率继续增加。

图4 ‘板枣’不同发育时期单位面积角质膜质量

2.4 不同发育时期枣果实生物力学分析

由图5 可知，幼果期和转色期的第一峰值（果皮破裂力）分布在1.0～1.5 kg 范围内，而全红期峰值则分布在1.0 kg 左右。通过对枣果实生物力学分析发现，‘板枣’发育过程中出峰时间都在1 s 以内，可计算出3 个时期的果皮破裂深度在2.0 mm 内，幼果期出峰时间分布在0.7～0.9 s，转色期、全红期出峰时间在0.5 s 左右。

图5 ‘板枣’不同发育时期生物力学比较

从幼果期到转色期曲线第一峰值变化并不明显，计算得出其破裂深度由1.4 mm 左右（幼果期）降低至1.0 mm（转色期）左右，转色期果皮脆度大于幼果期，全红期果皮破裂力由1.0～1.5 kg 降至1.0 kg 左右（图5），而破裂深度没有太大变化。

由图6 可知，果实发育期间从幼果期到白熟期果皮破裂力增长，在白熟期达到最大，为1.5 kg，之后逐渐降低；‘板枣’果皮破裂深度在果实发育期间先升高，在白熟期达到最大后降低；果皮韧性先升高后降低，在白熟期达到最大，为1.39 kg/mm；果皮脆度增长趋势呈“升高—降低—再升高”的趋势，在全红期达到最大，为1.13 kg/mm。

图6 枣果实果肩部位生物力学特性比较

2.5 果实生物力学特性与角质膜质量的相关性

由表2 可知，枣裂果率与果皮破裂力、果皮破裂深度和果皮韧性均呈负相关关系，与单位面积角质膜质量和果皮脆度均呈正相关，相关性均不显著。单位面积角质膜质量与果皮韧性和果皮破裂深度均呈显著负相关关系，相关系数分别为-0.825 和-0.890；与果皮脆度呈极显著正相关关系，相关系数为0.931。果皮破裂力与果皮破裂深度和果皮韧性均呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.946和0.983。果皮破裂深度和果皮韧性呈极显著正相关关系，相关系数为0.989；与果皮脆度呈显著负相关关系，相关系数为-0.847。

表2 枣裂果率与单位面积角质膜质量及果皮特性的关系

3 讨 论

李伟才等[28]认为裂果的发生与发育中果实的特性有关，大多数枣品种在接近成熟时裂果发生严重，而有的枣品种在生长早期或在整个发育期都可以观察到裂果。王长柱等[29]将25 个枣品种的果实浸泡统计裂果率发现，有一些枣品种半红期的果实裂果程度大于全红期的果实，有一些枣品种半红期的裂果率小于全红期的果实，还有一些品种半红期与全红期果实裂果无差异。而大多数学者认为转色期至全红期的枣果实遇雨更易发生裂果，只在个别品种观察到白熟期有裂果现象[7,10-11]。本研究发现‘板枣’裂果从果实转色期开始，这与品种特性和发育时期均存在一定关系。

关于樱桃、李和葡萄的研究发现，发育过程中单位面积角质膜质量下降且表面积增长速度最快的时期是单位面积角质膜质量降低最快的时期[25,30-32]。本研究发现，随着枣果实成熟，单位面积角质膜质量与樱桃、李和葡萄的变化趋势不同，但单位面积角质膜质量也在果实发育膨大期降低。

马庆华等[26]对‘冬枣’进行穿刺发现，果皮破裂力、破裂深度和果皮脆度会随着‘冬枣’果实的发育而逐渐降低。果皮表面的蜡质层可能会影响果皮破裂力。唐岩[33]测定了‘木枣’‘龙须枣’‘马牙枣’和‘美蜜枣’生物力学发现，‘木枣’与其他3个枣品种果实果肩、果胴和果顶的果皮强度、果皮破裂特性等有差异。本研究发现‘板枣’果实发育的不同时期，果皮的生物力学特性也有差异。

4 结 论

‘板枣’的横径和纵径在全红期达到最大，分别为2.41、2.98 cm；单果重增长趋势呈现S 形；幼果期到全红期体积增长量为8.71 cm3，而表面积的增长量为22.69 cm2。‘板枣’果实转色期和半红期裂果率分别为3.30%、1.70%。单位面积角质膜质量的增长趋势呈W 形，随果实的发育呈逐渐上升的趋势，全红期各部位单位面积角质膜质量达到最大，达到5.11×10-3g/cm2。

‘板枣’生物力学特性分布曲线分析，幼果期和转色期第一峰值（果皮破裂力）分布在1.0～1.5 kg范围内，全红期峰值主要分布在1.0 kg 左右，不同发育时期出峰时间均在1 s 以内，转色期和全红期出峰时间在0.5 s 左右，而在幼果期出峰时间主要分布在0.7～0.9 s。因此，转色期果皮脆度大于幼果期和全红期；不同发育时期果皮韧性从大到小依次为：幼果期＞转色期＞全红期。

‘板枣’果实发育期间果皮破裂力从幼果期到白熟期逐渐增长，在白熟期增长达到最大，为1.5 kg。果皮破裂深度在果实发育期间先升高后下降，在白熟期达到最大。果实发育期间果皮韧性先升高后降低，在白熟期达到最大，为1.39 kg/mm。果皮脆度增长趋势呈先升高后降低再升高的趋势，在全红期达到最大，为1.13 kg/mm。