摘要
为提升椪柑果实品质,以‘鄂柑1号’椪柑为材料,探究机械修剪疏果对果实品质的影响并基于糖酸代谢相关基因表达解析其作用机制。结果显示:机械修剪疏果显著加快了疏果进程,极大地节约了疏果用工;机械修剪疏果显著增大了果实横径、纵径、单果质量和果皮硬度,显著提高成熟期大果比例至57%;机械修剪疏果还加快了果实转色,显著提高果实可溶性固形物含量至11.57%,降低了可滴定酸含量;通过气相色谱法发现机械修剪疏果显著提高果实的蔗糖含量至52.10 mg/g;实时荧光定量PCR分析发现机械修剪疏果的果实中蔗糖合成相关基因和柠檬酸降解相关基因表达量显著上调。研究结果表明,机械修剪可以作为一种省力化的疏果方式,通过促进蔗糖合成基因和柠檬酸降解基因表达来提升椪柑果实的品质。
主持人语:柑橘是世界也是我国第一大水果,对发展我国农业农村经济和实现乡村振兴具有重要的意义。我国柑橘产业在过去二十年取得了辉煌的成绩,无论是在体量上还是质量上都有了较大提升,据统计,目前我国柑橘产量占全球的28%。随着城镇化的快速发展,我国柑橘产业也面临着严峻的挑战,如农村劳动力不足导致果园栽培管理不到位,品质有所下滑;过量施用化肥、除草剂等造成土壤板结、活力下降。这对我们科技工作者提出了新的产业问题和要求。鉴于此,本期专栏以“柑橘优质栽培基础理论与技术创新”为题,面向国内柑橘领域科研工作者征稿,共采纳研究论文9篇,涉及橘园轻简化栽培管理模式、机械修剪、土壤生物途径调节、养分供应平衡等内容,以期为柑橘优质轻简化栽培提供理论和技术支撑,推动新时期我国柑橘产业转型升级。
柑橘是我国南方最重要的经济作物,柑橘果实不仅可以鲜食,还是重要的药用和食品工业原料,在国际农产品贸易中具有不可忽视的地位。随着消费水平的提高,生产优质大果成为栽培过程中的重要目标,而常规管理的果园一般花量大、树体养分消耗多,通过人为调节进行高效的花果管理才能连年优质稳产。美国早在20世纪70年代开始研究柑橘的化学疏花疏
湖北省是我国主要的柑橘优势产区之一,椪柑因其易剥皮、果肉脆等特点成为重要发展的宽皮橘类型。但受经济发展状况、产业布局合理性以及地理条件的限制,我国柑橘面积和产量连续增加的同时生产效率没有得到相应提
供试植物为湖北省当阳市半月镇龙台村凤凰山18年生‘鄂柑1号’椪柑(砧木为枳(Poncirus trifoliata)),树势中庸,树冠高度2.5 m,株距2.5 m,行距4.5 m,果园进行常规肥水管理和病虫害防治。
椪柑第2次生理落果结束后,2020年7月19日(开花后88 d)进行机械修剪疏果。试验设2个处理(每个处理各选3行树):处理1(机械修剪疏果,简称为MT)以行间方向与树冠滴水线的切点为起点,使用背负式修剪机将该切点往树干方向50 cm内的所有枝条与果实一同疏除;处理2不疏果,作为对照(CK)。修剪后,每个处理随机选3棵树,每棵树随机选择15个果实进行挂牌标记,每15 d测量1次果实横径和纵径;10月7日开始每15 d 采样1次,在每棵植株同一高度上的4个方向各随机采1个果实,采样当天带回实验室测定生理指标,并分别取下囊瓣和果皮用液氮速冻后置于-80 ℃超低温冰箱备用。12月25日果实采收后对2个处理的果实分别称质量、计算产量并统计采果数,所有时期取样完成后分析可溶性糖和有机酸含量,并分析糖酸代谢相关基因的表达水平。
1)果实大小及产量测定、外观品质分析。使用电子游标卡尺(精确到0.01 mm)测量果实横纵径;使用电子天平(精确到0.01 g)测定单果质量;使用电子测厚规测量果皮厚度;使用色彩色差仪(*cm-5,美能达,Japan)测量果面色泽参数
2)可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖和有机酸含量分析。可溶性固形物使用PAL-1手持折光测糖仪(Atago,Japan)测定;可滴定酸使用GMK-835F水果酸度计(G-WON,South Korea)测定。采用气相色谱
3)总RNA提取及荧光定量PCR。用PLANT pure通用植物总RNA快速提取试剂盒(Aidlab公司)提取椪柑果肉总RNA。用HiScript ⅢRT SuperMix for qPCR(+gDNA wiper)去除基因组DNA后合成cDNA,实时荧光定量PCR采用ChamQ Universal SYBR qPCR Master Mix(ABI,USA)检测基因表达量,方法参照说明书。采用QuantStudio 7 Flex system(Applied Biosystems,美国)荧光定量分析仪进行反应,基因的相对表达量采用
花后88 d(7月19日)进行机械修剪疏果,疏果当天CK的果实横径、果实纵径与MT处理组没有显著差异,处理15 d后MT显著高于CK(

图1 机械修剪疏果对椪柑果实外观品质的影响
Fig.1 Effects of mechanical pruning-mediated fruit thinning on external quality of Ponkan fruits
MT表示机械修剪疏果,CK表示对照,不疏果。MT和CK间的差异显著性用“*”(P<0.05)、“* *”(P<0.01)和“* * *”(P<0.001)表示,下同。A:果实横径;B:果实纵径;C:2个处理不同时期果实大小;D:单果质量;E:果实硬度。MT stands for mechanical pruning-mediated fruit thinning,CK stands for control group. The difference between mechanical pruning-mediated fruit thinning and CK was makerd by “*”(P<0.05)、“* *”(P<0.05) and “* * *” (P<0.001),The same as below.A:Transverse diameter of fruit;B:Longitudinal diameter of fruit; C:The Pokan fruits sampled at different developmental stagest;D:Single fruit weight; E:Fruit firmness.
在果皮着色方面,机械修剪疏果对果实的果皮色泽参数

图2 机械修剪疏果对椪柑果面色泽的影响
Fig.2 Effect of mechanical pruning-mediated fruit thinning on the color parameters of Ponkan fruit
A~D分别为色泽参数
椪柑果实可溶性固形物(total soluble solids,TSS)持续积累,花后191 d MT的TSS含量快速增加,花后206 d开始显著高于CK,花后220 d达到了11.57%,极显著高于CK的10.33%,二者之间保持显著差异直至采收(

图3 机械修剪疏果对椪柑果实可溶性固形物(A)和可滴定酸(B)的影响
Fig.3 Effects of mechanical pruning-mediated fruit thinning on TSS (A) and TA (B)
花后206 d时MT的蔗糖含量达到了50.63 mg/g,显著高于CK的39.62 mg/g,机械修剪疏果显著提高了椪柑果实的蔗糖含量(

图4 机械修剪疏果对椪柑果实可溶性糖和有机酸含量的影响
Fig.4 Effects of mechanical pruning-mediated fruit thinning on soluble sugars and organic acids of Ponkan fruit
A:蔗糖; B:果糖; C:葡萄糖; D:柠檬酸; E:苹果酸;F:奎宁酸。A:Sucrose; B:Fructose; C:Glucose; D:Citric acid; E:Malic acid; F:Quinic acid.
12月25日(花后247 d)采收果实,统计分析果实大小,发现机械修剪疏果处理组(MT)没有果径<55 mm的果实;55~60 mm占比2.81%,为CK的6.59%;60~65 mm占比12.39%,单株68个,为CK的20.88%;65~70 mm占比28.49%,单株156个,为CK的65.50%;70~75 mm大果占比34.14%,单株187个,为CK的1.82倍;>75 mm果实占比22.17%,单株122个,为CK的2.87倍。测定12月25日采收果实的果皮厚度发现,MT的平均果皮厚度为3.54 mm,与CK的平均果皮厚度3.30 mm没有显著差异,机械修剪疏果在不影响果皮厚度的情况下显著提升了大果比例(
果实品质分析结果表明机械修剪疏果提高了椪柑果实的蔗糖含量和可溶性固形物含量,降低了柠檬酸含量和可滴定酸含量。因此,我们首先验证MT和CK果实中蔗糖代谢相关基因的表达水平。机械修剪疏果处理25 d时CsSSs在CK中的表达水平显著高于MT,但此后机械修剪疏果果实中CsSSs的相对表达量快速升高,且在处理50 d后显著高于CK,其中CsSS4增加程度最高,高出同一时期CK果实中表达水平的35倍(

图5 机械修剪疏果对椪柑果实蔗糖代谢相关基因表达的影响
Fig.5 Effects of mechanical pruning-mediated fruit thinning on expression of genes associated with sucrose metabolism
A:CsSSs(蔗糖合成酶基因)的表达分析;B:CsSPSs(蔗糖磷酸合成酶基因)的表达分析。A:Expression levels of CsSSs (sucrose synthetase gene); B:Expression levels of CsSPSs (sucrose phosphate synthase gene).
同样,我们验证了MT和CK果实中柠檬酸代谢相关基因的表达水平。柠檬酸降解相关基因中,机械修剪疏果处理50 d后CsACLα2的表达水平在MT中显著升高而CsACLβ的表达水平显著降低(

图6 机械修剪疏果对椪柑果实柠檬酸代谢相关基因表达水平的影响
Fig.6 Effects of mechanical pruning-mediated fruit thinning on expression levels of citric acid metabolism related genes
A为CsACLs(ATP-柠檬酸裂解酶基因)的表达分析; B为CsACOs(顺乌头酸酶基因)的表达分析; C为CsNADP-IDHs(异柠檬酸脱氢酶基因)的表达分析。A.Expression levels of CsACLs (ATP-citrate lyase gene); B. Expression levels of CsACOs (Aconitase gene); C. Expression levels of CsNADP-IDHs (Isocitrate dehydrogenase gene).
本研究中机械修剪疏果处理显著提高了椪柑大果的分布频率和平均横径、纵径以及单果质量。可见机械疏花疏果、化学疏花疏
此外,机械修剪疏果还显著提高了果皮硬度,在蓝
本研究中机械修剪疏果提升了椪柑果实的内在品质,显著提高了TSS含量、促进了蔗糖的积累。果实糖分运输和积累是一项复杂的过程。柑橘果实进入成熟期后糖分迅速积
柑橘果实中的柠檬酸主要在汁胞细胞的线粒体中直接合
本研究中,机械修剪疏果可以显著提高椪柑的果实品质,但更重要的是在疏果效率和经济效益方面的提升。传统的手工疏果效率约为2棵/h,而机械修剪疏果处理效率可达16棵/h,本研究供试果园700株椪柑若全部采用手工疏果需要350 h,而机械修剪疏果只需43.75 h,大大提升了疏果效率、节省了人工。总体来看,机械修剪疏果能够在省时省力的前提下显著提升椪柑的果实品质、改善树体营养状况,增加果农的收益,可以在产区进行进一步的试验和推广。
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