楊興華,曾紫君,姚鋒先,管 冠,周高峰,劉桂東

(國(guó)家臍橙工程技術(shù)研究中心/贛南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,江西 贛州 341000)

柑橘果實(shí)中含有豐富的物質(zhì),常見(jiàn)的包括可溶性糖、有機(jī)酸、類(lèi)胡蘿卜素、類(lèi)黃酮等。同時(shí)柑橘也含有醛酮類(lèi)、萜烯類(lèi)、具有香氣的酯等成分,在不同品種之間這些物質(zhì)的組成及相對(duì)含量存在差異[1]。砧木作為果樹(shù)吸收水分和礦質(zhì)養(yǎng)分的主要器官,對(duì)接穗的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)等均有重要的影響。目前,關(guān)于砧木對(duì)接穗及果實(shí)品質(zhì)影響的研究,在蘋(píng)果、櫻桃、柑橘、番茄、葡萄等多種果樹(shù)上已有較多報(bào)道[2-4]。對(duì)于柑橘而言,砧木對(duì)樹(shù)勢(shì)、樹(shù)形、抗逆性、果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)，以及養(yǎng)分和水分吸收等都有著重要的影響[5]。雖然有關(guān)不同砧木對(duì)某一柑橘品種果實(shí)物質(zhì)的影響以及不同品種柑橘砧穗組合效率已有較多報(bào)道,但是有關(guān)砧木對(duì)不同品種柑橘果實(shí)物質(zhì)影響的研究較少。所以,探討不同砧木對(duì)不同品種柑橘果實(shí)物質(zhì)的影響程度,對(duì)實(shí)現(xiàn)柑橘品質(zhì)提升以及產(chǎn)量提高的目的有重要意義。

傅里葉變換紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)是基于對(duì)干涉后的紅外光作傅里葉變換而得到的光譜,具有檢測(cè)靈敏度高、測(cè)量速度快、精度高、分辨率高、散光低、波段寬等優(yōu)點(diǎn),在物質(zhì)成分鑒定中有極大的優(yōu)勢(shì)。主成分分析法(Principal Component Analysis, PCA)是把多個(gè)變量通過(guò)降維處理整合成少數(shù)幾個(gè)綜合變量，盡可能多地反映原有變量信息的統(tǒng)計(jì)分析方法[6-7],這些由原始變量的線(xiàn)性組合形成的新的不相關(guān)的變量就被稱(chēng)為主成分。近年來(lái)主成分分析法在分析生物性狀和果蔬品質(zhì)中已得到廣泛應(yīng)用[8-10],如分析不同品種寬皮柑橘的品質(zhì)[6]、不同茶樹(shù)品種綠茶的香氣種類(lèi)[11]、不同產(chǎn)地橄欖油中的微量元素[12]。本研究以分別嫁接于枳和枳橙兩種砧木的紐荷爾臍橙、福本臍橙和斯賓諾索紅橘三個(gè)品種的柑橘果實(shí)為試材,利用傅里葉變換紅外光譜表征果皮和果肉物質(zhì)組成的差異,明確了砧木對(duì)不同品種柑橘果實(shí)物質(zhì)組成的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

供試材料為大田條件下種植的6年生紐荷爾臍橙(CitrussinensisOsbeck ‘Newhall’)、福本臍橙(CitrussinensisOsbeck ‘Fukumoto’)、斯賓諾索紅橘(CitrusreticulataClementine ‘Spinoso’),它們的砧木分別為枳[Poncirustrifoliata(L.)Raf.]和枳橙[C.sinensis(L.)Osb.×Poncirustrifoliata(L.)Raf.]。試驗(yàn)地位于江西省贛州市國(guó)家臍橙工程技術(shù)研究中心種質(zhì)資源圃,屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均氣溫18.1～19.7 ℃,年極端低溫-2.1～-4.9 ℃,活動(dòng)積溫5617.7～6342.5 ℃·d,年降雨量1431.1～1743.9 mm,年相對(duì)濕度76%～83%,無(wú)霜期273～307 d,土壤類(lèi)型為紅壤。

1.2 樣品采集與制備

將采集的果實(shí)裝入自封袋中,用蒸餾水洗凈之后,用紙巾擦拭表面水分,晾干。將果皮和果肉分離,放入75 ℃的烘箱中烘干至恒重。將烘干后的果肉樣品用研缽研磨成細(xì)粉狀,將果皮樣品用高速多功能粉碎機(jī)粉碎,最后裝入對(duì)應(yīng)編號(hào)的50 mL的離心管中，保存,每個(gè)樣品6個(gè)重復(fù)。將所測(cè)樣品與溴化鉀以1∶125的比例混合，用瑪瑙研缽研磨均勻,采用KBr壓片法進(jìn)行傅里葉變換紅外光譜測(cè)定。

1.3 測(cè)定方法

測(cè)定所用的紅外光譜儀為PerkinElmer公司生產(chǎn)的Spectrum Two型傅里葉紅外光譜儀,采用DTGS檢測(cè)器,掃描信號(hào)累加16次,光譜分辨率為4 cm-1,光譜范圍為4000～400 cm-1。在掃描過(guò)程中實(shí)時(shí)扣除H2O和CO2的干擾。每個(gè)樣品平行測(cè)定6次。掃描出的果肉和果皮的紅外光譜分別通過(guò)Spectrum Two型傅里葉變換紅外光譜儀的配套軟件先進(jìn)行基線(xiàn)校正處理,然后使用縱坐標(biāo)歸一化處理,最后對(duì)每個(gè)樣品的6次測(cè)試結(jié)果進(jìn)行平均光譜的運(yùn)算。

1.4 數(shù)據(jù)分析

二階導(dǎo)數(shù)光譜由Origin 2019軟件微分處理得到。使用Origin 2019軟件作圖。使用Excel對(duì)二階導(dǎo)FTIR光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。用SAS 9.4軟件對(duì)不同砧木不同品種果皮、果肉的二階導(dǎo)FTIR光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 柑橘果皮與果肉傅里葉變換紅外光譜的定性分析

在砧木分別為枳與枳橙的3個(gè)品種柑橘果皮與果肉樣品的紅外光譜中,各品種果皮之間與果肉之間紅外光譜吸收峰形狀位置基本一致,但果皮與果肉的峰形相差較大,說(shuō)明兩者物質(zhì)組成存在較大差異。不同品種間果皮與不同品種間果肉紅外光譜均相似,但在指紋區(qū)1800～800 cm-1范圍內(nèi)不同品種間以及同一品種不同砧木間柑橘果皮與果肉樣品的光譜在峰數(shù)、峰位、峰強(qiáng)上存在一定的差異(見(jiàn)圖1),說(shuō)明砧木會(huì)影響柑橘果實(shí)的物質(zhì)組成。

a：紐荷爾/枳橙。b：紐荷爾/枳。c：福本/枳橙。d：福本/枳。e：斯賓諾索/枳橙。f：斯賓諾索/枳。下同。

利用二階導(dǎo)數(shù)光譜可以提高表觀分辨率,在二階導(dǎo)數(shù)光譜中不同品種和砧木的果皮、果肉物質(zhì)組成存在明顯差異(見(jiàn)圖2)。這些物質(zhì)在1800～800 cm-1的峰歸屬如下:867、819 cm-1是糖類(lèi)的特征吸收峰[13];1200～900 cm-1范圍強(qiáng)峰主要是多糖吸收區(qū)[14-15]; 995 cm-1是多糖中C-H彎曲振動(dòng)峰[16]；1047、1035、1010 cm-1為各類(lèi)C-O伸縮振動(dòng)峰[16-23]；在1454 cm-1處是C-CH3的不對(duì)稱(chēng)彎曲振動(dòng)吸收峰[17]；1540 cm-1是蛋白質(zhì)酰胺Ⅱ帶特征吸收峰[18]；在1614 cm-1左右是草酸鈣中C-O的反對(duì)稱(chēng)吸收峰[19]；在1657 cm-1附近是蛋白質(zhì)酰胺I和蛋白質(zhì)酰胺II的吸收峰[20]；在1737 cm-1左右是C=C的伸縮吸收峰以及羰基伸縮振動(dòng)吸收峰[15]；在1650 cm-1左右是蛋白質(zhì)酰胺I的特征吸收峰[22]；1750 cm-1左右的峰是脂類(lèi)C=O的吸收振動(dòng)峰[17]。不同砧木柑橘果皮、果肉的FITR光譜圖在峰形、峰位和吸收強(qiáng)度上存在差異,且二階導(dǎo)FITR光譜圖的差異更明顯。

圖2 柑橘果皮(A)和果肉(B)在1800～800 cm-1的傅里葉變換紅外光譜二階導(dǎo)圖

2.2 不同品種/砧木柑橘果皮紅外光譜的主成分分析

利用不同品種/砧木柑橘果皮1800～800 cm-1光譜的二階導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析,發(fā)現(xiàn)不同品種/砧木柑橘果皮的物質(zhì)組成存在較明顯的差異。PCA結(jié)果顯示,第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)的累積貢獻(xiàn)率為97.1%,其中PC1能夠解釋總體數(shù)據(jù)94.7%的變異,明顯區(qū)分出了不同砧木的福本臍橙,同時(shí)也將福本臍橙和其他兩個(gè)柑橘品種區(qū)分開(kāi)來(lái);PC2解釋了總體數(shù)據(jù)變異的2.4%,明顯區(qū)分出了不同砧木的紐荷爾臍橙(圖3A)。另外,斯賓諾索紅橘在PC1和PC2上都沒(méi)有被明顯區(qū)分出來(lái)(圖3A),說(shuō)明砧木對(duì)其果皮物質(zhì)組成的影響較小。

主成分分析的載荷值反映了各波數(shù)對(duì)此主成分的相對(duì)大小和作用方向,也反映哪些物質(zhì)對(duì)該主成分的影響較大。果皮PC1在1013 cm-1的位置上具有較高的載荷值,為正值(圖3B)。鑒于PC1能解釋更多的變異且PC1明顯區(qū)分出了不同砧木的福本臍橙,說(shuō)明砧木對(duì)福本臍橙果皮中多糖成分的影響程度最大。PC2在993 cm-1的位置上具有較高的載荷值,為正值;在1660、1744 cm-1的位置上具有較高的載荷值,為負(fù)值(圖3B)。因?yàn)镻C2明顯區(qū)分出了不同砧木的紐荷爾臍橙,說(shuō)明造成不同砧木紐荷爾臍橙果皮差異的物質(zhì)主要為蛋白質(zhì)及含有C=C的物質(zhì)。

S/T：斯賓諾索/枳。S/C：斯賓諾索/枳橙。F/T：福本/枳。F/C：福本/枳橙。N/T：紐荷爾/枳。N/C：紐荷爾/枳橙。下同。

2.3 不同品種/砧木柑橘果肉紅外光譜的主成分分析

利用不同品種/砧木柑橘果肉1800～800 cm-1光譜的二階導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析,發(fā)現(xiàn)不同品種/砧木柑橘果肉的物質(zhì)組成存在較明顯的差異。PCA結(jié)果顯示,第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)的累積貢獻(xiàn)率為92.1%,其中PC1能夠解釋總體數(shù)據(jù)75.4%的變異,明顯區(qū)分出了不同砧木的福本臍橙,同時(shí)也將福本臍橙和其他兩個(gè)柑橘品種區(qū)分開(kāi)來(lái);PC2解釋了總體數(shù)據(jù)變異的16.7%,明顯區(qū)分出了不同砧木的紐荷爾臍橙(圖4A)。另外,斯賓諾索紅橘在PC1和PC2上都沒(méi)有被明顯區(qū)分出來(lái)(圖4A),說(shuō)明砧木對(duì)其果肉物質(zhì)組成的影響較小。

果肉PC1在1010 cm-1的位置上具有較高的載荷值,為正值(圖4B)。鑒于PC1能解釋更多的變異且PC1明顯區(qū)分出了不同砧木的福本臍橙,說(shuō)明砧木對(duì)福本臍橙果肉中多糖成分的影響程度最大。PC2在1039 cm-1的位置上具有較高的載荷值,為負(fù)值;在1620、1641 cm-1的位置上具有較高的載荷值,為正值(圖4B)。因?yàn)镻C2明顯區(qū)分出了不同砧木的紐荷爾臍橙,說(shuō)明造成不同砧木紐荷爾臍橙果肉差異的物質(zhì)主要為蛋白質(zhì)以及含有C-CH3基團(tuán)和C-O的物質(zhì)(圖4B)。

圖4 不同品種/砧木柑橘果肉主成分分析的得分(A)及載荷(B)

3 討論與結(jié)論

不同砧木對(duì)柑橘果實(shí)的品質(zhì)具有影響,會(huì)影響柑橘果實(shí)的可溶性固形物以及總酸含量[24-26]、果實(shí)的外觀[27]；不同砧木也影響根系和接穗的物質(zhì)吸收與運(yùn)輸,進(jìn)而對(duì)根系生長(zhǎng)與接穗的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)產(chǎn)生影響,最終導(dǎo)致樹(shù)體產(chǎn)量、果實(shí)外觀品質(zhì)和內(nèi)部品質(zhì)產(chǎn)生差異[26-27]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,PC1與PC2分別區(qū)分了福本臍橙和紐荷爾臍橙,說(shuō)明砧木對(duì)不同品種柑橘果實(shí)物質(zhì)有不同的影響。同時(shí),不同砧木對(duì)果實(shí)不同部位的影響也有差異,表現(xiàn)在果皮和果肉PC2載荷圖曲線(xiàn)的差異較大,即不同砧木對(duì)不同品種果皮和果肉造成的影響效果不同。

砧木對(duì)不同品種果實(shí)物質(zhì)組成影響的程度也存在明顯差異。通過(guò)果皮與果肉的主成分分析得分結(jié)果可以看出,PC1對(duì)不同砧木的福本臍橙的區(qū)分更為明顯,PC2對(duì)不同砧木的紐荷爾臍橙的區(qū)分更為明顯,而這兩個(gè)主成分對(duì)斯賓諾索紅橘的區(qū)分程度都較低。即不同砧木對(duì)紐荷爾臍橙果實(shí)物質(zhì)組成的影響明顯,對(duì)福本臍橙的影響更明顯,而對(duì)斯賓諾索紅橘果實(shí)物質(zhì)組成的影響不明顯。砧木對(duì)接穗的綜合影響程度表現(xiàn)為福本臍橙>紐荷爾臍橙>斯賓諾索紅橘,且在果皮與果肉上的結(jié)果一致。

不同砧木的柑橘果實(shí)物質(zhì)會(huì)被區(qū)分開(kāi),這說(shuō)明不同砧木之間柑橘果實(shí)的主要化學(xué)成分存在差異。而造成不同砧木柑橘果皮和果肉出現(xiàn)差異的物質(zhì)不完全相同。對(duì)于果皮而言,造成差異的物質(zhì)主要為蛋白質(zhì)、多糖以及含有C=C的物質(zhì)。而造成果肉差異的物質(zhì)主要為蛋白質(zhì)、多糖以及含有C-CH3基團(tuán)、C-O的物質(zhì)。即這些物質(zhì)以多糖、蛋白質(zhì)、含有C=O的物質(zhì)、含有C-CH3基團(tuán)、含有C=C的物質(zhì)為主。

綜上所述,對(duì)于柑橘而言,不同砧木對(duì)不同品種的果實(shí)物質(zhì)組成所造成的影響以及影響程度是不同的,且造成這種影響的物質(zhì)類(lèi)型不同,同時(shí)不同砧木對(duì)果實(shí)不同部位物質(zhì)組成造成的影響也不同。