全 文 :第34卷第6期
2 0 1 1年1 1月
河 北 农 业 大 学 学 报
JOURNAL OF AGRICULTURAL UNIVERSITY OF HEBEI
Vol.34No.6
Nov.2 0 1 1
文章编号:1000-1573(2011)06-0036-04
欧李果实发育中果肉钙和果胶含量变化的关系
马建军, 于凤鸣, 张立彬, 杜 彬, 任艳军, 肖 啸
*
(河北科技师范学院,河北 秦皇岛 066004)
摘要:以野生欧李为试材,研究欧李果实发育过程中果肉中不同形态钙和不同溶解性果胶的含量动态变化及其
相互关系,为研究欧李果实钙素吸收机制提供理论依据。结果表明:欧李果肉中果胶酸钙、磷酸钙、草酸钙和剩
余钙形态含量变化均呈先增长后下降趋势,且均以花后45d含量最高,水溶性钙形态含量呈先下降后增长趋
势,花后90d含量迅速增长,花后15~75d以果胶酸钙形态含量最高,占果肉总钙量的40.69%~57.11%,果实
成熟期以水溶性钙形态含量最高;果肉中水溶性果胶、盐溶性果胶和碱溶性果胶含量变化均呈先增长后下降趋
势,其含量最高值花后天数有所差异,果肉中以碱溶性果胶含量最高,占果肉总果胶量的72.63%~89.61%,其
次为水溶性果胶;相关分析结果表明,果肉中果胶酸钙与碱溶性果胶呈显著正相关关系。欧李果实发育中碱溶
性果胶成分的代谢是影响果实钙素吸收与积累的重要因子。
关 键 词:欧李;果肉;钙;果胶;含量;相关性
中图分类号:S662.5 文献标志码:A
Relationship between calcium and pectin content in
Cerasus humilis flesh during fruit development
MA Jian-jun,YU Feng-ming,ZHANG Li-bin,DU Bin,REN Yan-jun,XIAO Xiao
(Hebei Normal University of Science and Technology,Qinhuangdao 066004,China)
Abstract:In order to explore the mechanism of calcium adsorption,the content variation and
the correlation of different forms of calcium and different soluble pectin in Chinese dwarf cherry
(Cerasus humilis)flesh were analyzed.The results showed that the contents of calcium pec-
tate,phosphate calcium,calcium oxalate and other forms of calcium increased first and then
decreased,whose peak value appeared 45days after flowering.The water-soluble calcium con-
tent had the reverse tendency by increasing rapidly 90days after flowering.The peak value of
calcium pectate appeared 15-75days after flowering,which accounted for 40.69-57.11per-
cent of total calcium.The water-soluble calcium was the main form during the fruit maturity
period.The contents of water-soluble pectin,salt-soluble pectin and alkali-soluble pectin in-
creased first and then decreased,but their peak value appeared at different days after flower-
ing.The content of alkali-soluble pectin was maximum during fruit development,which ac-
counted for 72.63~89.61percents of total pectin content,and the water-soluble pectin was in
the next place.The result of co-relationship analysis showed that calcium pectate was notable
positively correlated with alkali-soluble pectin.It was proposed that the metabolism of alkali-
*收稿日期:2011-09-22
基金项目:河北省自然科学基金资助项目(C2008000483).
作者简介:马建军(1964-),男,河北省昌黎人,研究员,主要从事植物营养与果树生理研究.E-mail:kycmj@163.com.
第6期 马建军等:欧李果实发育中果肉钙和果胶含量变化的关系
soluble pectin was the important factor which influenced calcium adsorption and accumulatiom
during Cerasus humilis fruit development.
Key words:Cerasus humilis;flesh;calcium;pectin;content;correlation
欧李(Cerasus humilis(Bge)Sok)是我国特有
的一种野生果树资源,果实中钙尤为丰富。研究揭
示欧李钙素营养吸收特性,对其开发利用具有重要
意义。钙一般以水溶性钙、果胶酸钙、磷酸钙、草酸
钙及残余的硅酸钙(剩余钙)等形态存在于树体和果
实中,其中果胶酸钙是细胞壁的主要钙形态,草酸钙
和大部分磷酸钙则沉淀在液泡内[1-2]。研究表明,
欧李生长期生殖器官(花和果实)中总钙含量变化与
水溶性钙和果胶酸钙含量变化存在高度正相关[3],
表明欧李果实中钙形态影响果实中钙的吸收和积
累。而聚集在植物组织细胞壁上的钙主要与果胶结
合形成果胶酸钙,故果胶酸钙及果胶的组成状况与
含量动态在影响果实生长发育过程中具有重要作
用[4-5],关军锋等[6]研究提出果肉中钙与醇不溶性
物质(AIS)含量、可溶性果胶和原果胶含量呈极显
著正相关,表明细胞壁物质中果胶代谢与Ca含量
密切相关。因此,果实中果胶的组成状况与含量变
化可能是影响果实钙吸收的重要因子,但欧李果实
发育过程中钙与果胶形态的含量变化及其相互关系
尚无系统研究。为此,本研究通过测定野生欧李果
实发育过程中不同形态钙和不同溶解性果胶的含量
变化,旨在进一步研究野生欧李果实发育中钙吸收
动态变化规律及其与果胶形态和含量变化的关系,
为野生欧李钙素吸收特性机理研究提供理论资料。
1 材料和方法
1.1 材料
欧李来源于燕山山脉野生欧李群体,实生繁殖
并定植于河北科技师范学院园艺园林试验站野生欧
李资源圃内自然生长,土壤肥力中等,树体丛生,株
高70~80cm,树龄10年生,始花期为4月中旬,
4月末为终花期,8月上旬为果实成熟期,单果质量
5g左右。
1.2 方法
试验采用随机区组设计,单株(丛)小区,5次重
复。选择遗传特性(如果实和叶片大小、颜色及形状
等指标)和果实产量相对一致的野生欧李植株群体,
终花后15d开始,每隔15d采样品1次,直至成熟
期(8月上旬)。共采集样品6次(花后15~90d),
每株丛采集果实50~80个,然后用塑料样品袋收集
鲜果样品,存放于低温冰箱(-76℃)中,保存待测。
不同形态钙含量测定:参照小西茂毅等人的方
法[1],分别提取水溶性钙,氯化钠溶性钙(果胶酸
钙),醋酸溶性钙(磷酸钙)和盐酸溶性钙(草酸钙)含
量,最后剩余残渣中主要成分是硅酸钙(简称为剩余
钙),采用湿灰化法(HNO3∶HClO4=5∶1)消化分
解残渣。之后采用3200型原子吸收分光光度计测
定钙含量,果实中总钙含量计算为不同形态钙含量
之和。
不同溶解性果胶含量测定:参照Rouse等人的
方法[7],分别提取水溶性果胶(Water soluble pec-
tin,WSP),盐溶性果胶(Ammonium oxalate soluble
pectin,ASP)和碱溶性果胶(Sodium hydroxide sol-
uble pectin,SSP)。果胶含量测定参照Rintner P K
等人方法中咔唑比色法(525nm)测定果胶含量[8],以
每克果肉中半乳糖醛酸的毫克数作为果胶含量的计
算单位。总果胶含量为不同溶解性果胶含量之和。
试验结果统计分析采用SPSS17.0分析软件完
成,差异显著性分析采用Duncan新复极差检验。
2 结果与分析
2.1 果肉中不同形态钙含量的变化
由表1可见,欧李果肉中果胶酸钙、磷酸钙、草
酸钙和剩余钙含量变化均表现为先增加后降低趋
势,均以花后45d含量达到最高吸收值;水溶性钙
含量变化除花后30d明显降低(P<0.01),之后呈
逐渐增长趋势,进入果实成熟(花后90d)极显著增
长(P<0.01)。其含量变化可划分为3个阶段,其
中花后45d较花后15d,果胶钙、磷酸钙和草酸钙
含量分别增加了61.36%、21.21%和402.23%,其
中以草酸钙增幅最大;花后60d较花后45d,除磷
酸钙和草酸钙含量下降明显外(P<0.01),其余各
形态钙含量无明显变化(P>0.05);花后90d较花
后60d,果胶酸钙、磷酸钙草酸钙和剩余钙含量分
别下降了87.91%、87.41%、72.78%和82.30%,而
水溶性钙含量增加了33.45%,方差分析结果均达
极显著水平(P<0.01)。由于果实发育过程中伴随
钙含量和钙形态的变化,果实中钙总量变化同样表
现为先增加后降低变化趋势,花后45d含量增至最
大,较花后15d增加了54.99%(P<0.01),花后90d
73
河 北 农 业 大 学 学 报 第34卷
果实成熟含量降至最低,较花后 45d 下降了
79.06%(P<0.01)。
表1还显示,欧李果肉中不同形态钙含量比较,
果实发育中前期(花后15~75d)以果胶酸钙形态含
量最高,占果肉总钙组分的40.69%~57.11%,其
次为磷酸钙和草酸钙,果实发育成熟期(花后90d)
以水溶性钙形态含量最高。由此看出,欧李果肉发
育中不同形态钙的含量变化,不仅表现在钙形态上
的转化,还主要与果实年生长发育及其相关生理生
化特性存在密切关系。
表1 欧李果实发育中果肉不同形态钙的质量分数变化
Table 1 Mass fraction variation of different forms of calcium in flesh during fruit development mg/kg FW
取样日期
Sampling
date
水溶性钙
Water-soluble
calcium
果胶酸钙
Calcium
pectate
磷酸钙
Calcium
phosphate
草酸钙
Calcium
oxalate
剩余钙
Residual
calcium
总钙
Total
calcium
花后15d 56.81±3.26bB 188.57±26.31cC 183.47±19.74bAB 26.40±3.57dC 8.13±0.86aA 463.38±50.28cC
花后30d 39.69±4.68cC 247.84±13.45bB 117.75±20.29cC 23.45±2.16dC 5.22±0.48bB 433.95±42.84cC
花后45d 50.73±2.49bBC 304.28±21.58aA 222.39±17.62aA 132.59±19.12aA 8.19±0.39aA 718.18±55.16aA
花后60d 53.31±5.61bB 280.89±19.87aAB 186.53±13.13bB 75.52±6.47bB 7.23±0.72aA 603.48±50.67bB
花后75d 57.00±4.98bB 195.55±11.67cC 117.49±21.87cC 57.00±3.42cB 1.18±0.27cC 428.22±36.49cC
花后90d 71.14±8.21aA 33.95±5.64dD 23.48±2.78dD 20.56±3.17dC 1.28±0.31cC 150.41±21.35dD
注:表中同一列不同大写字母表示0.01水平差异极显著;不同小写字母表示0.05水平显著差异,下表同。
2.2 果肉中不同溶解性果胶含量的变化
由表2可见,欧李果肉中不同溶解性果胶含量
变化总体呈先增加后降低趋势,其中水溶性果胶含
量高峰出现在花后 75d,较花后 15d 增加了
259.62%,至果实成熟 (花后 90d)又下降 了
52.94%,方差分析结果均达极显著水平 (P<
0.01);盐溶性果胶和碱溶性果胶含量高峰分别出现
在花后45d和花后60d,其中以碱溶性果胶含量增
幅最大,较花后15d增加了122.74%(P<0.01),
至果实成熟(花后90d)又下降了70.16%(P<
0.01),而盐溶性果胶含量变化未达显著水平(P>
0.05)。果肉中不同溶解性果胶的含量变化致使果
肉中总果胶含量呈先增加后降低变化趋势,花后
60d果胶含量增至最大,较花后 15d 增加了
112.52%(P<0.01),果实成熟期(花后90d)果胶
含量明显下降(P<0.01),较花后60d下降了
63.18%。
表2结果中还显示,欧李果肉中不同溶解性果
胶含量比较,整个果实发育期碱溶性果胶含量最高,
占总果胶组分的72.63%~89.61%,其次为水溶性
果胶。由此看出,欧李果实发育中果肉中不同溶解
性果胶含量变化与果肉中不同形态钙的含量变化规
律基本一致,表明欧李果肉发育中钙与果胶之间存
在着一定的代谢关系。
表2 欧李果实发育中果肉不同溶解性果胶的质量分数变化
Table 2 Mass fraction change of different soluble pectin in flesh during fruit development mg/g FW
取样日期
Sampling date
水溶性果胶
Water soluble pectin
盐溶性果胶
Ammonium oxalate
soluble pectin
碱溶性果胶
Sodium hydroxide
soluble pectin
总果胶
Total pectin
花后15d 0.52±0.19cB 0.37±0.05aA 5.19±0.23cB 6.07±0.31cB
花后30d 1.07±0.20bB 0.30±0.02aA 9.75±0.81abA 11.12±0.56abA
花后45d 1.13±0.18bB 0.56±0.05aA 8.89±1.33bA 10.58±1.24bA
花后60d 0.89±0.07bcB 0.45±0.05aA 11.56±1.67aA 12.90±1.59aA
花后75d 1.87±0.16aA 0.31±0.09aA 9.42±1.02bA 11.60±1.17abA
花后90d 0.88±0.17bcB 0.42±0.05aA 3.45±1.10cB 4.75±0.68cB
2.3 果肉中钙含量与果胶含量变化的关系
相关分析结果显示(表3),欧李果实发育中果
肉中钙含量与果胶含量的变化存在着高度正相关关
系(R=0.670),表明欧李果肉中钙吸收与果胶物质
代谢存在一定的关系。果肉中不同形态钙的吸收转
化与果胶形态转化有关,其中水溶性钙形态与碱溶
性果胶变化呈高度负相关(R=-0.715),果胶酸钙
形态 与 碱 溶 性 果 胶 变 化 呈 显 著 正 相 关 (R=
0.836*),草酸钙形态与盐溶性果胶变化呈高度正
相关(R=0.788)。结合前面述及的果肉中钙和果
胶含量的变化规律,可以看出,欧李果实发育中果肉
细胞中果胶物质的代谢在影响果实钙吸收方面具有
重要的生理作用。
83
第6期 马建军等:欧李果实发育中果肉钙和果胶含量变化的关系
表3 欧李果实发育中果肉钙与果胶含量变化的关系
Table 3 Correlation analysis between calcium content and
pectin content in flesh during fruit development
形态指标
Index
水溶性果胶
Water soluble
pectin
盐溶性果胶
Ammonium
oxalate soluble
pectin
碱溶性果胶
Sodium
hydroxide
soluble pectin
总果胶
Total
pectin
水溶性钙 -0.104 0.179 -0.715
果胶酸钙 0.120 0.278 0.836*
磷酸钙 -0.146 0.457 0.526
草酸钙 0.257 0.788 0.490
剩余钙 -0.583 0.473 0.276
总钙 0.670
注:* 代表0.05水平显著。
3 讨论
据张立彬等[9]研究,欧李果实周年生长发育呈
典型的双S曲线,可明显划分为幼果膨大期(5月中
旬-6月上旬)、硬核期(6月中旬-7月上旬)、成熟
增长期(7月中旬-8月上旬)3个生长发育阶段。
研究结果显示,欧李果肉中不同形态钙和不同溶解
性果胶含量变化总体表现生长期前含量呈上升趋
势,生长后期呈下降趋势(水溶性钙形态表现为先降
后增),与果实周年生长的双S曲线发育进程相对
应,表明果肉中钙和果胶物质形态的形成和转化与
果实不同生长发育阶段生长发育及生理生化特性有
关。果实中细胞壁是钙吸收积累的集中场所,果胶
是细胞壁中重要的组成成分,Ca又是果胶的重要组
成成分,调节着果实发育成熟进程[10-11]。研究证
实,碱溶性果胶主要是由一些高分子量的原果胶和
高甲氧基化的果胶酸组成,是存在于高等植物细胞
壁和细胞质间的富含半乳糖醛酸苷的复杂多糖,对
于维持细胞间的黏连以及果蔬质地方面有重要的作
用[12]。草酸盐溶性果胶是水溶性果胶发生去甲酯
化作用生成的含低甲氧基的果胶酸,水溶性果胶是
可溶性果胶的形态之一,存在于细胞壁和细胞液
中[13]。研究表明,碱溶性果胶(原果胶)是总果胶组
分中的主要果胶形态,占总果胶组分的72.63%~
89.61%,其次为水溶性果胶组分,其果胶物质含量
水平与相关研究结论[12-13]相吻合。
在幼果细胞分裂期间(花后15~45d),以细胞
分裂为主,新生细胞快速增加,细胞壁物质快速合成
并参与细胞形态建成,果胶作为细胞壁的主要成分,
不同溶解性果胶物质尤其是碱溶性果胶形态的含量
增长,致使果肉发育前期果胶钙形态含量明显增加,
并占果肉总钙组分的40.69%~57.11%,表明碱溶
性果胶含量的变化是细胞中胶层果胶酸钙含量增长
的重要因子。相关分析结果显示,果实中果胶酸钙
含量与碱溶性果胶含量变化呈显著正相关关系。随
果实发育逐渐成熟,进入果肉细胞膨大期(75~
90d),细胞壁松弛,液泡的迅速增大致使细胞迅速
膨大,多糖类物质水解,果胶物质含量尤其是碱溶性
果胶含量急剧下降,这是果胶酯酶、多聚半乳糖醛酸
酶(PG)等水解酶的活性增强,将碱溶性果胶水解为
水溶性果胶和果胶酸所致[14-15]。而作为渗透调节
物质,钙也相应地在细胞液泡中积累,这其中的钙则
主要是水溶性钙,而细胞壁生长所需的果胶钙是有
限的,因此果实成熟期水溶性钙的含量明显高于其
他形态钙的含量。由此看出,欧李果肉发育期碱溶
性果胶物质(原果胶)和活性钙形态组分(水溶性钙
和果胶酸钙)对果实钙吸收积累贡献最大,这与文
献[9,16]研究结论相吻合。因此,欧李果实发育期果
肉细胞中碱溶性果胶物质的代谢以及水溶性钙和果
胶酸钙的形成及转化可能是导致欧李果实“高钙”特
性的内在机制,深入研究尚在进行中。
参考文献:
[1] 小西茂毅,葛西善三郎.タバコのAgeingにもとたぅ
カルシヵヴムの代谢[J].七肥志,1963,34(3):67-
70.
[2] Marschner H.高等植物的矿质营养[M].曹一平,译.
北京:北京农业大学出版社,1991.
[3] 马建军,张立彬,刘玉艳,等.野生欧李生长期组织器
官中不同形态钙含量的变化及其相关性[J].园艺学
报,2008,35(5):631-636.
[4] 刘剑锋,张红艳,彭抒昂.梨果实发育中果肉及种子钙
和果胶含量的变化[J].园艺学报,2003,30(6):709-
711.
[5] 肖家欣,彭抒昂.两个柑橘品种花期前后子房(幼果)
和春梢叶中不同形态钙和果胶含量变化[J].亚热带
植物科学,2006,35(3):12-15.
[6] 关军锋,及华,冯云霄,等.套袋对黄冠梨果实Ca和果
胶含量的影响[J].河北农业大学学报,2009,32(1):
51-54.
[7] Rouse A H,Atkins C D,Moore E L.Seasonal chan-
ges occuring in the pectinceterase activity and pectic
constituents of the component parts of Citruse L.va-
lencia oranges[J].J of Food Sci,1962,27:419-425.
[8] KintnerⅢ P K,Van Buren J P.Carbohydrate inter-
ference and its correction in pectin analysis using the
m-hydroxy diphenyl method[J].J of Food Sci,1982,
47:756-759. (下转第59页)
93
第6期 孙月丽等:皮孔的组织结构与苹果枝干轮纹病抗性的关系
3 讨论
本试验通过对不同抗性试材进行抗侵染能力鉴
定以及抗病性鉴定,可以发现不同抗性试材的抗侵
染能力与抗病性基本一致,但也存在抗侵染能力与
抗病性不统一的情况。高抗试材‘2-4-21-1’与
‘2-2-16-8’的抗侵染等级为中度,中抗试材‘2-
6-30-3’的抗侵染等级为较易感染,说明这几个试
材初期的抗侵染能力虽相对较弱,但在后期能有效
阻碍轮纹病菌的进一步入侵,从而提高抗病性;中感
试材‘1-5-23-8’的抗侵染等级为高度,高感试材
‘184’的抗侵染等级为高度,说明其初期的抗侵染能
力虽较强,但后期对于抵抗轮纹病菌的进一步入侵
能力较弱,从而较易感染轮纹病。这种抗侵染能力
与抗病性不一致的情况只存在于少数试材中,多数
试材两者的抗性一致,因此,对大量试材进行抗病性
鉴定时可用抗侵染能力进行初步筛选。
已有研究表明,枝干轮纹病病菌侵入的主要途
径和潜伏主要部位是枝条上的皮孔,在皮孔部位发
病频率高达92%[7],其密度、大小等相关指标直接
关系到寄主的整体抗病性。本试验以此为出发点,
对不同抗性试材的皮孔发育过程进行观察,发现不
同抗性试材的皮孔组织结构间存在差异。不易感染
轮纹病的试材在轮纹病侵染的高峰期5-6月,皮孔
不开裂或开口较小,即使开裂一般也有较密的补充
组织形成,到后期皮孔才开裂,有补充组织填满开
口,分层现象明显,表明曾有多个封闭层形成,甚至
可以看到封闭层的存在,封闭层是由薄壁细胞最外
层的细胞,细胞壁加厚、排列紧密、木栓化形成的保
护结构,有利于抵抗轮纹病菌的侵染,栓内层细胞排
列紧密,有利于阻挡轮纹病菌的侵染。而易感染轮
纹病的试材初期皮孔开口,补充组织较疏松,后期皮
孔表面有较少的分层,表明封闭层形成的少,栓内层
细胞排较疏松,这种组织结构在轮纹病侵染的防御
能力弱,轮纹病菌能够顺利的侵入,在皮孔下生长、
扩展,破坏寄主细胞和组织,导致轮纹病的发生。
参考文献:
[1] 阎振立,张全军,张顺妮,等.苹果品种对轮纹病抗性
的鉴定[J].果树学报,2005,22(6):654-657.
[2] 孙焕顷.覆玉米秸对苹果枝干轮纹病的影响[J].北方
园艺,2010(1):178-179.
[3] McClendou J H,Somers G F,Heuberger J W.The oc-
currence of a variety enzymes hydrolyzing cel wal
polysaccarides in apples rotted by Btryosphaeria ribis
[J].Phytopathology,1960,50:258-261.
[4] 李广旭,沈永波,高艳敏,等.皮孔组织结构及密度与
苹果枝干粗皮病发生的关系[J].果树学报,2004,21
(4):350-353.
[5] 李广旭,高艳敏,杨华,等.轮纹病在苹果枝干上侵入
途径的扫描电镜观察[J].果树学报,2005,22(2):
169-171.
[6] 王灶安.植物显微技术[M].北京:农业出版社,1992.
[7] Brown E A,Hendrix F F.Pathogenicity and histopa-
thology of Botryosphaeria dothidea on apple stems
[J].Phytopathology,1981,71:375-379.
(编辑:宗淑萍
櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆
)
(上接第39页)
[9] 张立彬,李淑洁,于明来,等.野生欧李枝、叶、果生长
特性研究[J].河北农业技术师范学院学报,1996,10
(4):7-11.
[10] 关军锋,Max Saure.果树钙素营养与生理[M].北京:
科学出版社,2005.
[11] Knee M,Srivastava P.Binding of calcium by cel wal-
land estimation of calcium in apple fruit tissue with
anion selective electrode[J].Postharvest Bio Tech,
1995,5(1/2):10-27.
[12] Jarvis M C,Briggs S P H,Knox J P.Intercelular ad-
hesion and cel separation in plants[J].Plant Cel and
Environment,2010,26(7):977-989.
[13] Ranganna S.Manual of analysis of fruit and vegetable
products[M].Mc Graw-Hil Education,1976:21-
31.
[14] 万赛罗,高橼,金青,等.番茄果实成熟过程中硬度及
相关生理生化指标的变化[J].中国蔬菜,2008(4):
20-23.
[15] 杨德兴,戴京晶,庞向宇,等.猕猴桃衰老过程中PG、
果胶质和细胞壁超微结构的变化[J].园艺学报,
1993,20(4):341-345.
[16] 马建军,张立彬,于凤鸣,等.野生欧李果实中不同形
态钙的含量[J].河北科技师范学院学报,2008,22
(2):7-10.
(编辑:宗淑萍)
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