不同水分条件下枣果实果皮细胞壁的变化特性

山西林业科技

Mar. 2018Vol. 47 No. 1

SHANXI FORESTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY

不同水分条件下枣果实果皮细胞壁的变化特性

刘鑫

(山西省林业科学研究院，山西太原030012)

摘要：试验研究了不同水分条件下壶瓶赛果实发育过程中果皮细胞氧化性酶、细胞壁物质成分、细胞壁代谢相关

酶活性的变化规律及其之间的关系。结果表明，在果实发育成熟期，赛果皮SOD，POD活性呈上升趋势，PPO活性 呈先上升后下降的趋势。果皮细胞壁代谢相关成分离子结合型果肢、共价结合型果肢、半纤维素、纤维素的含量先 上升后下降，水溶性果肢呈上升趋势。果皮细胞壁代谢相关水解酶多聚半乳糖醛酸酶、纤维素酶在果实发育期不 断上升;果肢甲酯酶的活性在前期下降，后期变化不明显。喷灌处理的果皮氧化性酶和细胞壁代谢相关酶活性小 于对照，离子结合型果肢、共价结合型果肢、半纤维素、纤维素的含量高于对照，水溶性果肢则相反。

关键词：水分；赛果皮；细胞壁；酶中图分类号：S665.1

文献标识码：A

文章编号:1007-726X(2018)01-0013-04

Change Characteristics of Cell-wall in Pericarp of

Jujube under Different Water Conditions

Liu Xin

{Shanxi Academy of Forest Sciences,

030012, China)

Abstract ： The change regulations and relationship of pericarp cell oxidizing enzyme, substance component of cell wall and

cell wall metabolism enzymes in Huping jujube fruit development under different water condition were studied. Results showed that the activities of SOD, POD were rising, while the activities of PPO were rising first and then falling during the fruit development period. The contents of GSP, ISP, semiccellulose and ccellulose which were the related components of cell wall metabolism in pericarp were rising first and then falling, while the content of WSP was rising. Activities of GX and PG which were the related hydrolases of cell wall metabolism in pericarp were rising, whlie activity of PME was declining in the early and no changed obviously later. Activities of pericarp cell oxidizing enzyme and related hydrolases of cell wall me­tabolism of sprinkler irrigation treatment were lower than that of control. The contents of GSP, ISP, semiccellulose and ccellulose of sprinkler irrigation treatment were higher than that of control, while the content of WSP was lower than that of control.

Key words： Water； Pericarp of jujube； Cell wall； Enzyme

赛

Mill.)是我国特有的重要经

组分及细胞壁酶活性变化特性进行研究，以期进一 步了解裂果枣的果皮特点，探索果皮结构与裂果性 的关系，及不同水分条件对枣果皮细胞壁代谢的影 响，深入揭示枣果实发育过程中裂果形成的生理机 制，从而为解决枣裂果问题提供理论参考。

济栽培树种，广泛分布于干旱、半干旱地区，已有 3 000年的栽培历史。其鲜果与加工制品是我国传 统出口商品之一，但枣裂果问题严重制约着枣产业 的发展。关于枣裂果，国内外学者对温度等环境因 子和气孔、光合作用、内源激素代谢等生理生化指标 进行了广泛研究，但是关于枣果皮细胞壁代谢的研 究较少。试验通过对枣果实发育过程中果皮细胞壁

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材料与方法

1.1材料

收稿日期：201746-22

基金项目：山西省科技重点研发项目（2015-TN4-3);枣商品化生产关键技术集成示范 作者简介：刘鑫(1983— ），女，山西太原人，2011年毕业于山西农业大学，工程师。

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山西林业科技

2018 年

试验材料为2年生壶瓶赛，株行距2 m X 3 m，

纺锤性整枝，常规管理。选取生长发育良好、树体树 势相对一致、无病虫害的枣树进行喷灌处理（A1); 选取不喷灌的枣树作为对照（CK)。在果实发育期 每周采样1次，选取发育良好、无病虫害、无机械损 伤的同期果实，将果皮削下，用液氮冷冻后放入冰 壶，带回实验室，储存于超低温冰箱中。1.2方法

细胞壁物质的提取和分离参考Zhou等、Fish­man 等的方法。

细胞壁组分含量的测定:果胶含量用咔唑法测 定，半纤维素经水解后用蒽酮法测定，纤维素含量用 重量法测定。每个处理3次重复。

SOD，POD，PP0的提取和活性测定参照李合生 的方法进行。其中，SOD以抑制NBT光化还原的 50%为1个酶活性单位;POD以每分钟内A470变 化0.01为1个POD活力单位；PP0以每分钟内 A525变化0• 01为1个PP0活力单位。

参考Hagerman等的方法提取果胶甲脂酶PE.1个活性单位表示30 min内每克果肉释放出1 mmol 甲氧基（-0CH3)。多聚半乳糖醒酸酶(PG)活性的 测定参考谭兴杰等方法。1个PG活性单位定义为 1 g果肉在1 h内释放出1 mmol半乳糖醒酸。纤维 素酶活性参考赵亚华等的方法进行测定。

2

结果与分析

2.1枣果皮细胞氧化性酶活性的动态变化分析

枣果皮SOD，POD和PPO酶活性的动态变化分 析见表1.

表1氧化性酶活性的动态变化分析

U/(min*mg)曰期SODPOD

PPO

(月-日）

A1CKA1CK

A1CK08-120.010

0.0090.0370.0370.0550.04508-200.0110.0180.0730.0880.1460.14708-280.0130.0210.0720.0830.2180.22909-030.0210.0230.0790.0950.2480.27509-110.0250.0270.0990.1170.1890.17509-160.0260.0290.1300.1300.1200.15609-250.027

0.029

0.140

0.148

0.1300.128

由表1分析可知，果实发育过程中不同处理枣 果实果皮SOD，POD，PPO活性变化趋势基本相同。 8月12日到9月3日，果皮SOD酶活性迅速上升; 9月3日之后，上升速度减慢;A1处理酶活性低于 CK.果皮POD活性呈上升趋势，A1处理酶活性低于

CK. 8月12日到9月3日，果皮PP0酶活性迅速上 升;9月3日之后，PP0酶活性下降。

据结果分析认为，试验期间，果实处于膨大期，

树体营养分配和代谢不平衡，果皮内自由基含量明 显增加，加上外界不良自然环境对果实造成伤害，需 要大量SOD清除果实体内过多的自由基。所以， SOD活性在这一时期迅速增加，以此来保护树体。 POD和SOD具有协同作用，当果实逐渐衰老时， SOD氧化自由基的产物H202增加，需要大量的 POD来分解。另一方面，生长后期POD活性的增加 也可能是用来分解叶绿素和生长素，使树体尽早停 止生长，减少营养消耗，从而加强树体抵抗自由基及 其衍生物和外界不良自然环境的能力。相关研究表 明，在水分胁迫下，植物体内酶活性与植物的抗氧化 胁迫能力成正相关。本研究还发现对照处理下， S0D，P0D活性高于A1处理。这可能是在干旱胁 迫下，POD，SOD诱导合成能力较强。而在灌溉条件 下，水分可促进果实生长，降低果实表面温度，从而 使果实生长在相对有利的环境中，所以抗氧化酶活 性低于CK处理。

PP0是一类与植物抗病性密切相关的末端氧化 酶。相关研究认为，PP0通过参与酚类物质（如绿 原酸、香豆素等）的氧化过程，促进木质素合成。试 验中PP0酶活性在前期果实生长膨大期增加，后期 果实进入白熟期后，果皮木质素不再合成，PP0活性 下降。

2.2果胶和纤维素的变化分析

枣果皮水溶性果胶WSP，共价结合型果胶CSP 和离子型果胶ISP含量的变化分析见表2.

表2枣果皮果胶含量变化分析

mg/g

日期

水溶性果胶共价结合型果胶

离子型果胶

(月-日）A1CK

A1CKA1CK08-120.2500.2660.2760.2330.1880.13608-200.2650.2560.2820.2420.3770.36208-280.2760.3170.3160.3020.4860.46509-030.2810.4340.6180.3860.4860.59909-110.3270.4980.4430.3760.2970.41709-160.3690.5530.4410.3550.3260.36709-250.5600.561

0.333

0.2900.3190.187

由表2可以看出，枣果皮水溶性果胶含量呈不 断上升趋势，8月12日到8月28日，上升趋势比较 缓慢，水溶性果胶含量A1处理由0. 250 mg/g上升 到 0• 276 mg/g，CK 由 0• 266 mg/g 上升到 0• 317 mg/g， 分别增加了 10%，8%. 8月28日后，水溶性果胶迅

第1期刘鑫:不同水分条件下枣果实果皮细胞壁的变化特性

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速升高，到9月25日，A1处理和CK水溶性果胶分 别增加了 50% ,46% • CK水溶性果胶含量高于A1 处理的含量。

共价结合型果胶呈先增加后降低的趋势。8月 12日到9月3日呈上升趋势，A1处理由0.276 mg/g 上升到0• 498 mg/g，CK由0• 233 mg/g上升到 0.386 mg/g.之后共价结合型果胶迅速下降，较A1 处理，CK的最高含量分别下降了 73% ,71% •不同 处理间共价结合型果胶含量变化趋势相似，处理A1 共价结合型果胶含量高于CK.

离子型果胶呈先增加后降低的趋势。8月 12日到9月3日呈上升趋势，之后下降。不同处理 间离子型果胶含量变化趋势相似。

枣果皮纤维素和半纤维素含量变化分析见表3.

表3

枣果皮纤维素和半纤维素含量变化分析mg/g

曰期

纤维素

半纤维素

(月-曰）

A1CKA1CK08-120.6820.6530.3820.35308-200.7050.6490.4050.34908-280.7150.6610.4150.36109-030.7610.7080.4610.40809-110.5530.3370.3530.33709-160.3140.2170.3140.31709-26

0.230

0.161

0.330

0.251

由表3分析可知，各处理枣果实果皮的半纤维 素和纤维素含量变化趋势基本相同，都呈先上升后 下降的趋势，且A1处理高于CK. 8月12日到9月3 日，果皮的纤维素和半纤维素含量上升，9月3日之 后，纤维素和半纤维素含量下降。半纤维素含量在 枣果实发育过程中变化幅度较小，而纤维素含量在 枣果实白熟期后迅速下降。

在本试验过程中，枣果实经历了果实膨大期、白 熟期和果实全红期。其中，8月12日到9月3日， 枣果实处于果实膨大期，细胞数量增加，需要细胞壁 物质快速合成参与细胞的形态建成。所以，果皮果 胶、纤维素、半纤维素都处于上升趋势。9月3日 后，枣果实到达白熟期，果实不再增大，细胞壁物质 含量急剧减少，中性糖多聚体水解导致细胞壁松弛， 枣果皮容易裂开。

2.3枣果皮细胞壁代谢相关酶活性的变化分析

果皮多聚半乳糖醛酸酶（PG)、果胶甲脂酶 (PE)和纤维素酶(CX)活性的变化分析见表4.

表4细胞壁代谢相关酶活性变化分析U/( min •mg)

日期多聚半乳糖醛酸酶果胶甲脂酶

纤维素酶

(月-日）A

1CKA1CKCKA108-12

9.2137.6634.667

3.8339.96212.26408-0210.5759.1053.6673.3339.26511.03608-2811.50511.6292.6673.0008.86610.43109-0313.73215.0222.8332.75010.92714.91909-1113.21912.8132.5003.00012.33814.42609-1616.72922.0202.6673.00014.29115.25209-25

23.326

26.880

2.500

3.000

14.426

14.694

由表4可以看出，不同处理枣果皮PG活性变 化规律相似，在枣成熟过程中呈上升趋势，CK的PG 活性高于A1处理。在果实膨大期，多聚半乳糖醛 酸酶活性平稳上升，在白熟期后活性突然升高。不 同处理果胶甲脂酶活性变化规律相似，CK的果胶甲 脂酶活性变化较A1处理平缓。枣果实果皮果胶甲 脂酶活性在绿果期较高，随着枣果实的成熟逐渐下 降，在白熟期和脆熟期变化平稳。不同处理枣果实 纤维素酶活性变化规律相似，CK的纤维素酶活性高 于A1处理。随着果实的成熟，枣果实果皮纤维素 酶活性不断升高;在果实膨大期平稳上升，在果实白 熟期后活性突然升高。

试验中，纤维素酶活性在果实白熟期后不断增 加。纤维素酶活性的提高，使纤维素降解，从而导致 细胞壁纤维素微纤丝一半纤维素一果胶质“经纬结 构”（细胞壁解体）松散。果胶酶同时分解果胶质， 导致果实软化。

3

小结

细胞壁使果实具有一定的形状和弹性，其结构

和成分的改变是引起果实质地变化的主要原因。纤 维素是细胞壁的骨架物质，半纤维素在细胞壁的 “经纬结构”中起着“H锁”的作用。果胶质有序地 交叉联接分布在纤维素和半纤维素微丝中。果胶的 降解在果实成熟后期尤为集中，会影响细胞壁交联 网络细孔的大小，导致软化后期细胞壁膨胀，使底物 更容易受到酶的作用。果实发育过程中，纤维素酶 活性和多聚半乳糖醛酸酶活性不断增加，降解了细 胞壁物质，使果皮细胞壁超微结构变得松弛。如果 细胞壁过度松弛，在膨压作用下就会发生溃裂。

试验表明，喷灌处理下多聚半乳糖醛酸酶活性、 纤维素酶活性低于对照。酶活性的降低导致果皮细 胞壁物质成分含量也随之降低，离子结合型果胶、共 价结合型果胶、半纤维素、纤维素分解代谢降低，细 胞壁保持完整性的能力增强，不容易发生溃裂。因

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[7 ]

2018 年

Hagerman A E, Austin P J. Continuous spectrophoto- metric assay for plant pectin methyl esterase[ J]. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 1986,34:44CM44.

此，保持干旱季节有稳定的水供应，在果实生长后期 注意控制水分，保持水分处于充足而稳定的状态，可 以抑制果皮细胞代谢酶的活性，延缓果皮物质的分 解代谢，从而减少枣裂果的发生。参考文献：

[1 ][2 ]

[8]谭兴杰，陈芳，周永成，等.NFDB2柑果实采后枯水

的研究[J].园艺学报，1985，12(3) : 165-170.

[9 ]

Pathak N, Mishra S, Sanwal G G. Purification and characterization ofpolygalacturonase from banana fruit [J]. Phytochemistry ,2000,54 ： 147-152.

王永惠.中国果树志[M].北京：中国林业出版社，

1993.

Zhou H W, Sonego L, Khalchitski A, et al. Cell wall en­zymes and cell wall changes in 4 Flavortop 5 nectarines ： mRNA abundance, enzymeactivity, andchangesin pecti- candneu-tral polymers during ripening and in woolly fruit [J]. J. Amer. Soc. Hortic. Sci. , 2000,125 (5 ) ： 630- 637.

[l〇]赵亚华，高向阳.生物化学实验技术教程[M].广州：

华南理工大学出版社，2000.

[11]张海保，朱西儒，刘鸿先.感染束顶病后香蕉过氧化

物酶和多酚氧化物酶的活性变化[J].植物生理学通

讯，1996,32(5) :321-327.

[12 ]姚允聪，张大鹏，王有年，等.水分胁迫条件下苹果幼

苗叶绿体抗氧化代谢研究[J].果树科学，2000,17

(1)：1-6.

[3 ] Fishman M L, Levaj B, Gillespie D, et al. Ghangesinthep- hysico-chemicalproperties of peachfmitpectinduringon- treeripen-ingandstorage[ J]. J. Amer. Soc. Hort. Sci., 1993,118(3) ：343-349.

[13] 王孝威，段艳红.水分胁迫对短枝型果树光合作用的

非气孔限制[J ].西北植物学报，2003，23 (9) : 1 609- 1 613.

[14] 张勃，吴红，朱建兰，等.套袋对梨果实发育期间 P0D、PP0活性的影响[J ].中国农学通报，2008，24

(1) ：351-354.

[15] 王有年，杜方，于同泉，等.水分胁迫对桃叶片碳水

化合物及其相关酶活性的影响[J].北京农学院学 报，1999,20(20) :31-36.

[16] 李建国，黄旭明，黄辉白.裂果易发性不同的荔枝品

种果皮中细胞壁代i射酶活性的比较[J].植物生理与 分子生物学学报，2003,29(2) :141-146.

[17] 李娟，陈杰忠.水分胁迫对柑橘果皮细胞壁结构与

代谢的影响[J].生态学报，2008，28(2) :486492.

[4]韩雅珊.食品化学实验指导[M].北京：中国农业大

学出版社，1996:3941.

[5 ]

Zhou H W,SonegoI L,Khalchitski A. Cell wall enzymes and cell wall changes in Flacortop Nectarines ： mRNA a- bundance, en-zyme activity, and changes in pectic and neutral polymers during ripening and in woolly fruit [ J ]. J. Amer. Soc. Hort. Sci. ,1999,16(1) ： 18-19.

[6 ]李合生主编.植物生理生化实验原理和技术[M ].北

京:高等教育出版社，1999.

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TCP植物蒸腾抑制剂

TCP植物蒸腾抑制剂是山西省林业科学研究院的研究成果，该制剂通过缩小植物气孔开张度来抑制蒸腾，

减少植物水分散失。同时增加叶绿素含量，促进根系生长，提高抗旱抗寒能力，提高造林绿化成活率。选择无风、 晴朗的早晨或傍晚，将本药剂稀释后均匀喷施于叶面、枝干（滴水为度），连续喷施3次，间隔期为10 d〜15 d.

TCP植物蒸腾抑制剂研制成功以来，在山西省荒山造林、通道绿化工程中进行了推广，针叶树造林成活率提

高10%〜20%，阔叶树造林成活率提高15%〜25%，大树移植成活率提高30%〜40%，取得了显著的生态、经济 效益。