番茄裂果相关指标筛选及基于果皮特征的裂果机理研究

【摘要】：番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)是重要的世界性蔬菜,分布区域广泛,果实营养价值高,深受人们喜爱。在长江中下游地区,夏季常遇高温多雨天气,番茄裂果现象频发,在生产上造成巨大的经济损失。因此,耐裂果资源筛选及番茄裂果机理的研究具有重要的理论意义和实践价值。为了筛选出与番茄裂果相关的农艺性状指标,明确番茄果皮特征与裂果的关系,进而丰富番茄的裂果机理,本研究进行了以下试验:1.为了明确与裂果密切相关的农艺性状,为番茄耐裂品种的选择提供依据,本试验以44个番茄基因型为材料,调查和测定了番茄的16个农艺性状,并通过相关、通径、多元线性回归以及主成分分析等多元统计分析方法,探讨了不同性状与番茄裂果的关系。结果表明,44个材料的16个农艺性状的变异系数范围是1.37%～102.22%。通过聚类分析发现,当欧氏距离为12.5时,可将44个番茄材料分为耐裂、易裂和极易裂3大类。通过相关分析和通径分析,从其余15个性状中筛选出4个与裂果率关系最为密切的性状指标,其中干重、心室数与裂果率呈正相关,果皮厚度/横径和硬度与裂果率呈负相关。以筛选的4个性状指标为自变量,裂果率为因变量,建立回归方程Y=0.717+0.08X1-0.674X2+0.007X3+0.0004X4。通过主成分分析可将4个性状指标降维到2个主成分,分别为果实形态指标和果皮力学性能指标。2.为了探讨果皮组织结构和果皮细胞壁组分对番茄裂果特性的影响,以耐裂番茄品种'LA1698'及易裂品种'LA2683'为材料,选取绿熟期、转色期和红熟期3个发育时期的果实,通过观察果皮的解剖结构、测定细胞壁果胶和半纤维素等组分的含量,比较耐裂和易裂品种果皮组织结构和细胞壁组分差异,分析其与裂果的关系。结果表明,2品种的裂果现象主要发生在转色期至红熟期,易裂品种'LA2683'的裂果率显著高于耐裂品种'LA1698'。石蜡切片观察表明,两个品种果皮的解剖结构有明显的区别。耐裂品种'LA1698'的角质层和亚表皮层较厚,角质层与表皮层结合更加紧密,亚表皮层细胞较小,排列更加整齐。而易裂品种'LA2683'则与此相反,并且亚表皮层细胞皱缩明显。细胞壁组分的测定结果显示,随着果实发育,易裂品种的水溶性果胶(WSP)含量增加,耐裂品种则是先增加后减少,而2个品种的其余细胞壁组分含量变化趋势相同,均呈下降趋势。其中,耐裂品种'LA1698'果皮中的离子结合果胶(CSP)、共价结合性果胶(SSP)、总果胶、半纤维素(与细胞壁紧密和松散结合型)含量均显著高于易裂品种'LA2683'。耐裂品种'LA1698'的WSP/(CSP+SSP)比值从绿熟期的0.35提高到红熟期的0.72,易裂品种'LA2683'的比值则是从0.58提高到1.18。综上所述,果实角质层与亚表皮层厚,亚表皮层的细胞较小,排列整齐,离子和共价结合型果胶、半纤维素的含量高以及WSP/(CSP+SSP)的比值小,可能是果实耐裂的重要原因。3.为了揭示果皮矿质元素含量和果皮细胞壁水解酶活性对番茄果皮特性及裂果的影响,本试验以耐裂品种'LA1698,及易裂品种'LA2683'为材料,选取绿熟、破色、转色、粉红和红熟5个果实发育时期,测定果皮硬度和延展性,果皮Ca2+、Mg2+、K+、B元素含量及果皮细胞壁多聚半乳糖醛酸酶(PG)、果胶甲酯酶(PME)、β-半乳糖苷酶(β-Gal)、纤维素酶(CX)的活性,比较耐裂和易裂品种果皮中矿质元素含量和主要细胞壁水解酶活性,分析其与果皮特性及裂果的关系。结果发现,相对易裂品种而言,在果实发育过程中,耐裂品种果皮硬度和延展性较高,果皮中拥有更高的Ca2+和B含量;在破色期后有更低的Mg2+含量;除了在粉红期,其他阶段K+含量均低于易裂品种。在果实成熟过程中2个品种的4种水解酶活性变化趋势基本一致,但易裂品种的4种酶活性均高于耐裂品种。PG在绿熟期和破色期活性极低,在破色期后活性迅速升高;β-Gal则在果实成熟前期拥有较高活性,而PME和CX的活性相对比较稳定。综上所述,较低的Ca2+、B含量,较高的细胞壁水解酶活性,以及果皮硬度和延展性的快速下降,可能是裂果的主要原因。