張利英， 劉雪霞， 朱昌華， 甘立軍

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 南京 210095)

我國的草莓商業(yè)化種植雖然起步較晚，但發(fā)展迅速，目前草莓的種植面積和產(chǎn)量均居世界首位，已成為世界草莓第一大國[1]。雖然我國草莓種植廣泛，且品種眾多，但在生產(chǎn)上依然存在抗病性差、不耐儲運(yùn)、畸形果、品質(zhì)參差不齊、商品性差等問題。為滿足人們對草莓果實(shí)品質(zhì)的更高要求，草莓的種植技術(shù)需要進(jìn)一步提高，且相關(guān)的生理基礎(chǔ)也需要繼續(xù)探索。

細(xì)胞分裂素是一類促進(jìn)細(xì)胞分裂的激素，具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，如誘導(dǎo)芽的分化、解除頂端優(yōu)勢、打破種子休眠、調(diào)控營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸和促進(jìn)花芽分化和結(jié)實(shí)等作用[2]。在對根的形態(tài)建成的研究中發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分裂素負(fù)調(diào)控中柱鞘細(xì)胞的細(xì)胞分化，并抑制根原基的形態(tài)建成[3]。細(xì)胞分裂素還調(diào)控生殖器官的發(fā)育[4-6]。在水稻中過表達(dá)細(xì)胞分裂素信號組分基因，增強(qiáng)細(xì)胞分裂素信號通路的活性，可促進(jìn)花器官分生組織的細(xì)胞分裂和分化，增加生殖器官的數(shù)目[4]。在水稻花器官分生組織發(fā)育過程中，細(xì)胞分裂素氧化酶活性的喪失或降低，使局部細(xì)胞分裂素的濃度升高，增加了小穗花器官數(shù)目和每穗粒數(shù)，進(jìn)而增加產(chǎn)量[6]。作為植物體內(nèi)重要的調(diào)控因子，細(xì)胞分裂素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也具有廣泛的應(yīng)用。如通過葉面噴施細(xì)胞分裂素可以提高玉米幼苗的抗旱性，保持抗氧化酶在干旱條件下的活性，從而維持玉米的產(chǎn)量[7]。細(xì)胞分裂素對果實(shí)具有促進(jìn)膨大的作用，因此其在果樹生產(chǎn)中的應(yīng)用也日益廣泛，如人工合成的細(xì)胞分裂素氯吡苯脲(Forchlorfenuron，CPPU)和6-芐氨基腺嘌呤(6-Benzylaminopurine，6-BA)被用于促進(jìn)西瓜、梨、葡萄等果實(shí)的坐果和膨大[8-10]。

細(xì)胞分裂素在草莓上的應(yīng)用也有所研究，如葉面噴施6-BA可顯著提高草莓葉片的光合速率并增加植株干重，對草莓植株的質(zhì)量有顯著的提高作用[11]。另外，在草莓開花期間細(xì)胞分裂素有可能對花的形成具有促進(jìn)作用，表現(xiàn)了其在增加草莓產(chǎn)量上的潛力[12]。草莓生產(chǎn)中施用CPPU后確實(shí)發(fā)現(xiàn)其具有提高座果率、單果重和單株產(chǎn)量的作用[13]，但目前外源施用細(xì)胞分裂素對草莓果實(shí)營養(yǎng)成分的影響還鮮有研究，因此，本文以八倍體‘紅顏’草莓為材料，研究了外源施用激動素(Kinetin, KT)和6-BA兩種細(xì)胞分裂素對草莓果實(shí)的大小和糖、酸以及抗氧化物質(zhì)等的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于 2015—2016年在江蘇省句容市行香鎮(zhèn)草莓大棚內(nèi)進(jìn)行，供試材料為鳳梨草莓(Fragaria×ananassaDuch.)‘紅顏’。 KT、6-BA從華通(常州)生化有限公司購買。

1.2 方法

1.2.1 材料處理

實(shí)驗(yàn)設(shè)置4組處理，分別為：200 μmol/L KT和200 μmol/L 6-BA(使用濃度依據(jù)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)而定)，pH 6.2的磷酸緩沖溶液作為對照。草莓花授粉后分別于第1、3、5、7和第9天用移液槍吸取處理液滴于子房上，前2次處理液為30 μL，后3次為50 μL。草莓成熟后進(jìn)行采樣。實(shí)驗(yàn)每個處理設(shè)置3次重復(fù)，每個重復(fù)4株，每株取2個草莓果實(shí)。

1.2.2 測定項(xiàng)目與方法

使用千分之一天平稱量草莓鮮重，用游標(biāo)卡尺測量草莓橫徑和縱徑；氨基酸含量采用全自動氨基酸分析儀(L-8900、日本Hitachi公司)測定；可溶性固形物使用手持阿貝折光儀測定；可溶性糖采用苯酚-硫酸法測定[14]；可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)法測定[14]；總酚采用 Folin-Ciocalteu 法測定[15]；總黃酮含量采用 AlCl3比色法測定[16]；抗壞血酸采用鄰菲啰啉法測定[15]。取處理后26 d的草莓果實(shí)(此時果實(shí)處于白果期，果實(shí)細(xì)胞分裂減緩，主要以細(xì)胞膨大為主)中間髓部，用FAA固定液(100 mL固定液含甲醛5 mL，冰乙酸5 mL和70%乙醇90 mL)固定，細(xì)胞大小的測定采用石蠟切片法[17]。細(xì)胞面積的測定方法：將制備好的切片置于顯微鏡(Zeiss Axio Imager.A1)載物臺上鏡檢，隨機(jī)選擇3個視野觀察拍照，利用軟件ImageJ 1.32j software(https://imagej.nih.gov/ij/)分析細(xì)胞的面積。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用 Microsoft Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算分析和作圖， 用 SPSS 軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 KT、6-BA 處理對草莓單果重、橫徑和縱徑的影響

細(xì)胞分裂素對細(xì)胞分裂具有促進(jìn)作用。從圖1可以看出，細(xì)胞分裂素KT和6-BA處理的草莓果實(shí)重量顯著高于對照，分別比對照增加了20.00%和16.67%，但兩種細(xì)胞分裂素處理之間的差異不顯著。與對草莓重量的影響相似，細(xì)胞分裂素KT和6-BA處理也導(dǎo)致了草莓果實(shí)橫徑和縱徑的增大，并且差異顯著。

圖1 KT、6-BA處理對草莓果實(shí)單果重(A)、橫徑(B)、縱徑(C)的影響

2.2 KT、6-BA處理對草莓果實(shí)細(xì)胞大小的影響

為了從細(xì)胞水平上進(jìn)一步研究兩種細(xì)胞分裂素對草莓果實(shí)的影響，我們?nèi)√幚砗?6 d的果實(shí)髓部進(jìn)行石蠟切片。由圖2可知，KT和6-BA處理的草莓果實(shí)大細(xì)胞居多，而對照處理的草莓細(xì)胞以中等的和小細(xì)胞居多。由圖3可知，KT和6-BA處理的草莓果實(shí)細(xì)胞的面積比對照處理細(xì)胞面積增大92.29%和52.48%，差異顯著。這表明兩種細(xì)胞分裂素處理增大了果實(shí)細(xì)胞的面積。

A：Control；B：KT；C：6-BA

圖2KT、6-BA對草莓果實(shí)細(xì)胞大小的影響

Figure 2 Effects of KT, 6-BA on the cell size of strawberry fruit

圖3 KT、6-BA處理對草莓果實(shí)細(xì)胞面積的影響

2.3 KT、6-BA處理對草莓可溶性固形物、可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

由圖4可知，細(xì)胞分裂素KT和6-BA顯著增加了草莓果實(shí)中可溶性固形物含量，兩種處理的可溶性固形物含量分別比對照增加了50.00%和43.33%，且都差異顯著。可溶性糖是可溶性固形物的主要成分，KT處理的果實(shí)可溶性糖含量顯著升高，比對照增加了約1倍。而6-BA雖然使可溶性糖含量增加，但并未達(dá)到顯著水平。與對可溶性固形物的影響相似，與對照相比，KT和6-BA都顯著增加了草莓果實(shí)可溶性蛋白的含量。

圖4 KT、6-BA處理對可溶性固形物(A)、可溶性糖(B)和可溶性蛋白(C)含量的影響

2.4 KT、6-BA處理對草莓氨基酸含量的影響

氨基酸是草莓果實(shí)的重要成分，細(xì)胞分裂素在調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂的過程中也會對氨基酸的含量產(chǎn)生一定的影響。由表1的結(jié)果可以看出，大部分種類的氨基酸含量在KT、6-BA和對照3個處理之間的差異并不十分明顯，但多個氨基酸在3種處理中的含量呈相似的特點(diǎn)。如天冬氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、甘氨酸、纈氨酸、蛋氨酸和亮氨酸7種氨基酸在3種處理的含量從多到少依次為KT、6-BA、對照。其余10種氨基酸在3種處理中的含量差異都很小?？偘被岷颗c天冬氨酸等氨基酸的含量變化相似，總氨基酸在3種處理中的含量從多到少依次也是KT、6-BA、對照。

表1 KT、6-BA處理對草莓氨基酸含量的影響(g/100 g DW)

2.5 KT、6-BA 處理對草莓果實(shí)抗壞血酸、花青素、總酚和黃酮含量的影響

草莓抗壞血酸含量很高，是草莓重要的營養(yǎng)成分之一。由圖5可知，細(xì)胞分裂素KT和6-BA可以顯著增加草莓果實(shí)中抗壞血酸含量，分別比對照分別增加了33.33%和45.55%。KT和6-BA都顯著增加了草莓果實(shí)中花青素含量，分別比對照增加了84.75%和94.92 %。 KT和6-BA處理也都顯著增加了草莓果實(shí)中總酚的含量，分別比對照增加了28.45%及37.24%。草莓果實(shí)中黃酮含量，6-BA處理比對照增加了51.67%，差異顯著；KT處理雖然比對照有所增加，但未達(dá)到顯著水平。

3 討論與結(jié)論

草莓果實(shí)發(fā)育呈現(xiàn)雙“S”變化趨勢，細(xì)胞從小綠期到大綠期生長緩慢，這個過程細(xì)胞分裂旺盛，但細(xì)胞數(shù)量的增加并沒有使細(xì)胞的體積明顯增大。由大綠期到白果期，細(xì)胞面積增長較迅速直至白果期到達(dá)第一個高峰[18]。細(xì)胞分裂素促進(jìn)細(xì)胞分裂的作用已被完全證實(shí)，如在蘋果果實(shí)發(fā)育過程中，細(xì)胞分裂素通過促進(jìn)蘋果果肉細(xì)胞的分裂導(dǎo)致了蘋果果實(shí)體積的增大[19]。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，KT和6-BA處理的草莓果實(shí)細(xì)胞面積相比于對照具有一定程度的增大，草莓果實(shí)單果重顯著增大，同時果實(shí)的長度和寬度也顯著增加。這種果實(shí)細(xì)胞的增大是導(dǎo)致果實(shí)體積增大的因素之一。另一方面，草莓果實(shí)的增大也可能與輸入果實(shí)的營養(yǎng)物質(zhì)的增加有關(guān)。已有研究表明，細(xì)胞分裂素CPPU處理瓠瓜子房對葉片碳同化物分配的影響時，發(fā)現(xiàn)CPPU處理后果實(shí)的庫強(qiáng)增加，能夠促使同化物由葉到果實(shí)的輸送[20]。細(xì)胞分裂素對庫源作用的調(diào)節(jié)使草莓對果實(shí)部分的營養(yǎng)輸入增加，使草莓果實(shí)營養(yǎng)物質(zhì)含量增加和果實(shí)的增大。

圖5 KT、6-BA 處理對草莓果實(shí)抗壞血酸(A)、花青素(B)、總酚(C)、黃酮(D)含量的影響

可溶性固形物和可溶性糖含量是水果甜度和果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)，因此植物生長過程中糖分的積累對最終果實(shí)品質(zhì)的形成至關(guān)重要。對擬南芥的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分裂素能調(diào)節(jié)蔗糖酶的表達(dá)并調(diào)動己糖的運(yùn)輸[21]。在葡萄的研究中也發(fā)現(xiàn)，6-BA、玉米素可通過影響葡萄果實(shí)發(fā)育過程中轉(zhuǎn)化酶的活性來增加果實(shí)糖分的積累。同樣地，我們的研究結(jié)果顯示，相比對照，激動素和6-BA都顯著提高了草莓果實(shí)的可溶性固形物和可溶性糖含量。黃衛(wèi)東等[22]認(rèn)為，細(xì)胞分裂素主要是通過改變庫源之間碳水化合物的分配來增加碳水化合物向果實(shí)的輸入來增加果實(shí)糖分的含量。在對蘋果的研究中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞分裂素不但能提高蘋果總糖和蛋白質(zhì)的含量，同時也提高了蘋果總酸的含量。因此，細(xì)胞分裂素幾乎對植物果實(shí)中糖、酸和蛋白質(zhì)等植物中3種主要的有機(jī)物都有影響[23-24]。辛守鵬等[25]研究結(jié)果顯示，細(xì)胞分裂素CPPU通過增強(qiáng)葡萄果實(shí)對光合產(chǎn)物的競爭能力起作用，從而促進(jìn)光合產(chǎn)物從源(葉片)到庫(果實(shí))的轉(zhuǎn)移，改善果實(shí)品質(zhì)。

草莓以富含抗壞血酸著稱，其抗壞血酸含量是草莓果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)?；ㄇ嗨厥菦Q定果實(shí)顏色的主要色素，對草莓鮮艷的果色起著重要作用。激動素和6-BA均不同程度地提高了草莓果實(shí)中抗壞血酸和花青素的含量，對草莓的外觀和內(nèi)在品質(zhì)都有一定的提高，為細(xì)胞分裂素在草莓產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用提供了參考價值。酚類和黃酮是植物中重要的次生代謝產(chǎn)物，對果實(shí)的顏色、風(fēng)味和抗氧化能力有重要作用[26]，還可以提高植物抗性[27]。激動素和6-BA都在一定程度上提高了草莓果實(shí)中酚類和總黃酮的含量。草莓雖然果實(shí)鮮美，但其耐貯性很差，商品貨架期較短。酚類和黃酮可以賦予果實(shí)抗菌作用，有利于草莓果實(shí)的貯存[28]。

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，外源施加細(xì)胞分裂素可以顯著增加草莓果實(shí)可溶性糖、可溶性蛋白和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)的含量，并增加抗壞血酸、花青素、酚類和黃酮類等抗氧化物質(zhì)的含量，同時草莓果實(shí)的單果重也顯著增加。因此，細(xì)胞分裂素參與調(diào)控草莓果實(shí)發(fā)育過程中營養(yǎng)物質(zhì)和抗氧化物質(zhì)的積累，具有提高草莓果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量的潛力，在草莓的生產(chǎn)上有廣泛的應(yīng)用前景。