盐胁迫对美国山核桃果实品质的影响

章建红，焦云，沈登锋，洪春桃，魏斌，潘存德

（1.宁波市农业科学研究院，浙江 宁波 315040；2.新疆农业大学，新疆 乌鲁木齐 830052）

盐胁迫通常会对植物的生长发育造成一定的影响，并且随着盐浓度的升高，山核桃Carya cathayensis和美国山核桃C.illinoensis幼苗的根、茎、叶干鲜质量以及植株高、地径、侧枝数、叶片数等生长量均呈下降趋势[1-5]；同时对果实品质亦有一定的影响。有关研究表明，特定浓度水平盐胁迫可促进番茄Lycopersicon esculentum果实可溶性固形物、可溶性糖含量提升；并且，NaCl 比KCl 更能提高樱桃番茄果实的Vc 含量，有利于改善其口感和营养价值[6-7]。类似的研究结果表明，中、低浓度的盐可显著提高‘巨峰’葡萄Vitis labruscana花青素积累以及果实可溶性固形物含量和发育后期的固酸比，而高浓度的盐不利于其果实着色和可溶性固形物含量积累，并降低了果实固酸比[8]。由此可见，不同浓度的盐胁迫对果实品质的影响是不尽相同的。但前期相关研究主要针对模式植物叶片等器官光合指标及酶活性开展盐胁迫实验，并且主要以幼苗为实验材料[9-13]，关于盐胁迫对成年美国山核桃坚果品质指标的影响的相关研究报道尚属空白。有鉴于此，本研究首先以浇灌盐胁迫的方式，探讨美国山核桃可耐受的NaCl 浓度水平；为了解盐胁迫对美国山核桃果实品质指标的影响效应，以10 年生美国山核桃为实验材料，通过人工模拟NaCl 胁迫环境，对果实品质指标进行测定与统计分析，综合评价不同浓度水平NaCl 对美国山核桃果实品质的影响，以期为美国山核桃在滨海盐碱地上的绿化及生态应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

美国山核桃幼苗浇灌盐胁迫试验始于2019 年4 月在宁波市农业科学研究院农业高新技术园区温室大棚内开展。另外，盐胁迫对美国山核桃果实品质的影响实验于浙江农林大学（浙江省杭州市临安区）校园内美国山核桃种质资源圃（119°43′38′′ E，30°15′16′′ N；海拔约为50 m）内开展，该地属中亚热带季风气候区南缘，年平均气温为16.4 ℃，年均降水量为1 613.9 mm，年日照时数为1 847.3 h，无霜期为237 d。

1.2 材料

美国山核桃幼苗浇灌盐胁迫试验材料取自健康美国山核桃品种‘波尼’C.illinoensis‘Pawnee’ 种子育苗的实生苗。‘波尼’为美国农业部农业研究服务中心公布的高产优质美国山核桃品种，适宜合理密植、矮化栽培等果树种植模式，其坚果椭圆形，出仁率达58%，果仁为金黄色，自花结实能力较强[14]。于2018 年9 月在云南省楚雄彝族自治州（102°4′ E，25°11′ N）采集种子，置于阴凉干燥处阴干20 天后开始采用低温层积处理。于2019年2 月进行高温催芽处理，即使用光照培养箱将采集的种子首先在28 ℃下催芽一周，然后将萌发后的种子播种在珍珠岩和泥炭土中（体积比为1∶1）。在温室中生长到三叶期后，小心收集生长势一致的幼苗移栽至塑料盆中（直径×高为18 cm×16 cm），基质采用泥炭土、珍珠岩和蛭石（体积比为6∶2∶2），定植30 天后用于浇灌盐胁迫处理。

盐胁迫对美国山核桃果实品质的影响实验材料与上述浇灌盐胁迫试验品种一致。选择相同树龄的‘波尼’成年果树，均栽植于同一实验区块内，其日常抚育管理措施一致。选择生长势一致无病虫害的9 株10 年生美国山核桃进行盐胁迫实验，采用小样本实验，分3 个处理，每个处理3 株，每个处理分3 个重复，每个重复1 株，NaCl 处理浓度水平分别为0（CK）、0.3%和0.6%（质量百分数），计9 株，树盘做围堰处理。

试验所用NaCl 为分析纯，500 g·瓶-1，上海国药集团生产。

1.3 方法

1.3.1 盐胁迫对美国山核桃生长的影响试验 美国山核桃幼苗浇灌盐胁迫试验于2019 年4—11 月实施：用浓度分别为0（CK）、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%（质量百分数）的NaCl 溶液对‘波尼’容器苗进行盐胁迫处理，在当年落叶前，视土壤干湿情况每隔2～5 d 浇1 次盐水；按“不干不浇、浇则浇透”的原则，保持盆土湿润，每次浇盐水定量为1.5 倍容器的容量，以便盐分能充分淋溶，以避免造成盐分累积，每组处理设置3个重复，每个重复含有30 株植株，观察并记录不同处理下的样品落叶期、开始萎蔫时间、开始死亡时间和最终的存活率。在当年生长期内进行植株生长情况及物候期的统计，以10%叶片先端枯萎达1/3 时作为萎蔫时间，以60%的植株落叶量达80%时作为落叶期，至落叶期整株枯死或顶芽枯死及顶芽下第1 个侧芽枯死的植株作为死亡植株，当年生长期结束后统计各处理的最终存活率。

1.3.2 盐胁迫对美国山核桃果实品质的影响实验 10 年生美国山核桃人工模拟盐胁迫环境试验于2019 年6 月1 日至2019 年9 月28 日实施：每7 d 浇盐水1 次，共计18 次；NaCl 浓度水平分别为0（CK）、0.3%和0.6%（质量百分数）；浇盐水量为75 kg·株-1·次-1，CK 处理浇等量的清水。于10 月中上旬‘波尼’果实成熟后，在每一样株的东、南、西、北4 个方向随机均匀采摘成熟果实30 个，每一单株的30 个果实样品为1 个重复，每处理3 个重复，共9 个样品。去除果实青皮，将坚果自然风干，然后测定相关指标。用游标卡尺（0.01 mm）分别对每一份坚果材料的纵径、横径、种皮厚度进行测定，用电子天平测量单果质量、果仁质量。剥去果实的果皮及种皮，得到果仁。果仁的蛋白质、脂肪、可溶性糖、还原糖、单宁的含量分别采用凯氏定氮法[15]、铜还原碘量法[16]、分光光度法[17]、索氏抽提法[18]进行测定；脂肪酸组成采用国家标准[19]进行测定。

1.4 数据分析

所有相关数据使用Excel 2016 进行汇总，并利用DPS v 14.10 软件[20]对其进行统计分析，并采用邓肯氏新复极差检验法进行多重比较，在α=0.05 水平进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同浓度NaCl 对美国山核桃幼苗生长发育物候期及果实形态特征的影响

由表1 可知，不同浓度盐胁迫对美国山核桃的生长发育物候期有较大的影响，其中，盐浓度越高其落叶时间越早。0.7% NaCl 处理的美国山核桃落叶时间最早在9月25 日，比CK 提前了2 个月，同时，其开始萎蔫时间和死亡时间也最早，分别为7 月25 日和8 月15 日。另外，在0.3%、0.4% NaCl 处理的美国山核桃存活率均为97.1%，与CK 无显著差异（P＞0.05）；当NaCl 浓度为0.5%时，其存活率为86.7%；当NaCl 浓度上升为0.6%时，其存活率为71.4%，显著低于CK 和0.3%、0.4%浓度NaCl 处理（P＜0.05）；而当NaCl 浓度达到0.7%时，其存活率仅为49.5%，显著低于其他处理（P＜0.05）。有鉴于此，在后续盐胁迫对美国山核桃果实品质影响实验中宜选用低于0.7%浓度作为其可耐受盐浓度水平。

表1 不同浓度NaCl 对美国山核桃幼苗生长发育物候期的影响Table 1 Effect of different concentrations of NaCl on growth of pecan seedlings

由表2 可知，经不同浓度NaCl 胁迫处理后，0.3%和0.6% NaCl 处理的美国山核桃坚果的纵径、横径、单果质量、果仁质量和种皮厚度均高于CK；但是，仅见0.3%和0.6% NaCl 处理的美国山核桃单果质量显著高于CK（P＜0.05），其余果实形态特征指标之间均没有发现显著差异（P＞0.05）。总体而言，随着盐胁迫浓度的增加，果实纵径、横径、单果质量和种子壳厚度均呈现为上升趋势。由此可见，盐胁迫对美国山核桃果实形态特征具有一定的影响。

表2 不同浓度NaCl 胁迫对美国山核桃果实形态特征的影响Table 2 Effect of different concentration NaCl on seed morphological characteristics of pecan

2.2 不同浓度NaCl 胁迫对美国山核桃果仁营养成分的影响

由表3 可知，盐胁迫对美国山核桃果仁营养成分含量的影响均未达到差异显著水平（P＞0.05）。但是，随着盐胁迫浓度的增加，果仁中蛋白质和还原糖的含量呈现上升趋势，这意味着一定浓度的NaCl 处理能够促进美国山核桃果仁蛋白质、还原糖的合成与积累。然而，脂肪和可溶性糖含量则相反，随着盐胁迫浓度的增加呈现出缓慢下降的趋势。值得注意的是，随着盐胁迫浓度的增加，果仁中单宁含量的变化趋势没有明显的规律。由此可见，盐胁迫对美国山核桃果仁营养成分含量的影响具有一定的差异。

表3 不同浓度NaCl 胁迫对美国山核桃果仁营养成分的影响Table 3 Effect of different concentration NaCl on the nutrient components of kernel in pecan

2.3 不同浓度NaCl 对美国山核桃果仁中主要脂肪酸构成的影响

由表4 可知，盐胁迫对美国山核桃果实中主要脂肪酸构成产生了一定程度的影响，但各浓度NaCl 处理间未达到差异显著水平（P＞0.05）。值得注意的是，随着盐胁迫浓度的增加，果仁中棕榈酸、α-亚麻酸和顺-11-二十碳烯酸的含量均呈现下降趋势，其余脂肪酸含量变化规律则不明显。例如，0.3% NaCl 处理的美国山核桃果仁中硬脂酸的含量高于CK 和0.6% NaCl 处理。由此可见，盐胁迫对果仁中脂肪酸组分构成的影响不明显。

表4 不同浓度NaCl 胁迫对美国山核桃果仁脂肪酸相对含量的影响Table 4 Effect of different concentration NaCl on the relative content of fatty acid in pecan kernel

3 结论与讨论

3.1 NaCl 胁迫对美国山核桃生长发育物候期及坚果形态特征的影响

盐胁迫对植物的危害是显而易见的，其生长发育物候期的改变是其对盐胁迫的综合反映，也是评价其抗盐能力比较可靠的标准之一。与前期研究结果类似，当NaCl 浓度为0.7%时，美国山核桃幼苗的存活率仅为49.5%，高于相关研究结果（22.2%）[2]，这或许是美国山核桃品种差异所致。此外，美国山核桃坚果的品质由多个因素决定，其中坚果质量、种壳厚度、坚果纵横径形状、出仁率等坚果形态特征对坚果品质有较大影响[21]，有学者提出坚果质量和种壳厚度应作为核桃Juglans regia良种选育的标准[22]，而这些特征又受到基因型、地理环境等多种内、外在因素影响[23]。前期的研究结果表明，NaCl 胁迫处理对果实品质具有一定的影响[6-8]，这与本研究结果类似。本研究中NaCl 胁迫提升了美国山核桃坚果的纵径、单果质量、种壳厚度。由此可见，一定浓度的NaCl 胁迫对美国山核桃坚果品质具有促进作用（表2）。类似地，在草莓Fragaria xananassa[24]、番茄[25]等相关研究中发现，一定浓度的NaCl 可以提高草莓和番茄的果实品质，本研究结果再次印证了这一结论。

3.2 NaCl 胁迫对美国山核桃坚果营养成分含量及主要脂肪酸构成的影响

本研究发现NaCl 处理提高了美国山核桃果仁中蛋白质和还原糖的含量，降低了脂肪和可溶性糖含量，有学者发现，在逆境中植物的可溶性蛋白含量与可溶性糖含量会提高，从而提高植物的抗逆性，这可能与糖类的合成分解会对植物细胞与溶液的渗透势产生一定影响，从而会影响糖分的运输、植物水势及水分的流动，进而影响植物抗胁迫环境的能力[26]。然而，在本研究中，随着NaCl 浓度的提高，美国山核桃果仁中可溶性糖含量随之降低，这可能由于上述组分的合成及调控途径差异所致。并且油酸、亚油酸含量作为评价美国山核桃品质的重要指标，其相对含量可能受环境、基因等多个因素的影响[27-29]。本研究发现，不同浓度NaCl 处理对比CK，油酸含量相对提升（表4）。有关研究结果表明，亚油酸和亚麻酸的相对含量越高，会造成油脂不稳定与氧化变质，直接影响核桃的品质和耐储性[28]，说明不同浓度NaCl 处理在一定程度上能够间接影响美国山核桃油的氧化程度，但未达到显著水平。

此外，不同浓度NaCl 处理对美国山核桃品质指标的影响也具有一定差异。0.3% NaCl 处理美国山核桃果仁的单宁与硬脂酸的含量比例高于CK 和0.6% NaCl 处理，这意味着上述组分的合成可能对盐胁迫的浓度比较敏感，或许由不同的分子调控机制主导。由此可见，不同的盐胁迫浓度对同一果实品质指标的影响也具有一定差异，这与相关研究报道类似[24]。目前，相关研究主要集中在模式植物[6-8,29-30]，至于盐胁迫对成年美国山核桃果实品质的影响效应尚属首次；总体而言，特定浓度的NaCl 胁迫对美国山核桃果实品质的影响不明显（除单果质量外），与CK 相比，均未达到显著水平。

本研究仅通过人工模拟盐胁迫环境开展相关试验，其影响因素较为单一，与沿海滩涂盐碱地实际环境尚有较大距离，其复杂程度及危害性可能会远高于本研究中的模拟环境。因此，在后续研究中将重点考虑以下三方面内容：（1）开展盐、碱双重胁迫模拟试验，观测其对美国山核桃果实品质的影响效应；（2）延长盐、碱双重胁迫模拟试验周期，综合分析其对美国山核桃果实品质的周年影响效应；（3）在沿海滩涂地块开展相关的美国山核桃果实品质影响效应试验，并将该试验结果与人工模拟盐碱胁迫试验结果进行对比分析，分析除土壤盐碱因素外的气候环境因素对果实品质的多因素影响效应，最终为后期沿海滩涂地区经济林的栽培技术和综合开发提供理论依据。