溫度與光強對高山杜鵑催花期間花芽營養(yǎng)物質(zhì)積累的影響

鮮小林，陳 睿

（四川省農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所；農(nóng)業(yè)部西南地區(qū)園藝作物生物學與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，成都610066）

高山杜鵑（Rhododendron hybrides）是豐富的杜鵑資源中的一大類，是指杜鵑花中無鱗杜鵑花亞屬、有鱗杜鵑花亞屬、馬銀花亞屬中的常綠杜鵑以及由上述3個亞屬經(jīng)過上百年雜交培育出來的園藝新品種。高山杜鵑原種70%源于中國，100多年以前流入歐洲，經(jīng)過上百年的研究，歐洲人用中國杜鵑的原種與歐美品種雜交培育出了眾多栽培品種。高山杜鵑有巨大的總狀傘型花序、鮮艷的色彩、優(yōu)美的花姿、漂亮的株型，深受人們的喜愛，已經(jīng)成為公認的高檔盆花，還在園林綠化、美化環(huán)境中具有很高的價值［1］。高山杜鵑的自然花期是在3～5月份，最適生長溫度是15 ℃～25 ℃，喜半蔭環(huán)境。因此，四川成都地區(qū)必須采取催花措施方能在春節(jié)前開放。常用的催花方法有加溫和補光等。研究表明，溫度和光照強度能影響植物體內(nèi)可溶性糖、淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)的積累，從而影響植物花芽分化和開花［2－4］，杜鵑屬植物的生長主要受日長的控制和溫度、光照強度的影響［5］。但目前國內(nèi)對高山杜鵑花期調(diào)控，特別是催花方面的生理生化研究報道較少。本研究通過探討不同溫度和光照強度下高山杜鵑花芽內(nèi)可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白和游離氨基酸含量的變化，以期揭示溫度和光照強度與高山杜鵑內(nèi)源營養(yǎng)物質(zhì)的關系，掌握溫度和光強對高山杜鵑始花期的影響，為高山杜鵑冬季催花提供理論依據(jù)，并能夠根據(jù)不同花期要求提高催花效率，使高山杜鵑提前進入年宵花市場。

1 材料和方法

1．1 試驗材料

試驗材料來源于四川省農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所新都試驗基地，品種系德國引進，經(jīng)過2年培育。選用冠幅50～60cm、長勢一致且無病蟲害的高山杜鵑品種（Rhododendron hybrides‘Germania’）盆栽苗為試驗材料。生長期間進行正常肥水管理。

1．2 試驗設計

供試植株花芽形成且膨大后于2013年1 月5日移入溫室大棚進行催花處理。為使試驗與實際生產(chǎn)環(huán)境更加接近，采用人工加溫（鍋爐加溫）的方式設置6 ℃／0 ℃（白天溫度／晚上溫度，下同）（CK）、22 ℃／16 ℃、30 ℃／24 ℃等 低、中、高3 個 溫 度 梯度，同時通過調(diào)節(jié)熒光燈的數(shù)量，設置2 000／10lx（白天光強／夜晚光強，下同）（CK）、7 500／5 500lx和10 000／8 000lx等低、中、高3個光照強度梯度，共組成9（3×3）種溫度和光照強度處理組合。每個處理2盆，重復3次，不同處理之間用不透明的黑色幕布隔斷，避免干擾。

1．3 測定指標及方法

從試驗開始前1d（2013年1月4日）計算，每7 d采樣1次，共5次。每個處理隨機選取植株冠幅頂端發(fā)育正常的花蕾5 個，重復3 次，放入封口袋中，迅速用冰壺帶回試驗室，用液氮冷凍后放入－70℃冰箱低溫保存，用于營養(yǎng)物質(zhì)含量測定。因考慮市場需求和實際催花成本（加溫），當?shù)?株高山杜鵑進入盛花期時停止催花（2月1日）。以第1朵花開放起，統(tǒng)計到2月1日為止各處理植株的始花期時間。

可溶性糖和淀粉含量的測定采用［6］蒽酮比色法；可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍G－250染色法［7］；游離氨基酸含量的測定采用茚三酮顯色法［8］。

1．4 數(shù)據(jù)處理和分析

采用Excel 2007 和SPSS 13．0 對 數(shù) 據(jù) 進 行 處理和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同溫度光強對高山杜鵑始花期的影響

高山杜鵑進入始花期標志著其商品性狀逐漸成熟，可上市銷售。高山杜鵑經(jīng)過不同溫度和光強處理后，截至2013年2月1日，9個處理組中有5個相繼進入始花期。各處理組始花期如表1所示：高溫／高光照處理組率先于2013年1月23日開花，相對于2013年春節(jié)提早開花半個多月；其次是高溫／中光照，1月25日進入始花期，提前開花16d；接著中溫／高光照和高溫／低光照先后進入始花期，分別提前開花13d和12d；中溫／中光照處理組在2月1日也進入始花期，提前9d開花。由此可初步將9個高山杜鵑催花處理分為3級：Ⅰ級為催花效果非常好的處理，即高溫／高光照和高溫／中光照；Ⅱ級為催花效果較好的處理，即高溫／低光照、中溫／高光照和中溫／中光照；其余沒有在預期日期前開花的處理歸為Ⅲ級，催花效果較差。

2．2 不同溫度光強對高山杜鵑催花期間可溶性糖含量的影響

由表2可以看出：催花期間，高山杜鵑花芽中可溶性糖含量的變化總體上隨著溫度和光強的升高而增加；在同一處理水平條件下，隨著催花時間的延長，各處理組可溶性糖含量總體都呈逐漸上升趨勢。其中，除中溫／低光照組外，其他各處理組的可溶性糖含量在1月11日就與處理前（1月4日）相比均差異顯著（P＜0．05）；到2月1日，各處理組可溶性糖含量均達到最大值，并以高溫／高光照組可溶性糖含量最大，比低溫／低光照組（CK）顯著高出46．93%，其次是高溫／中光照和中溫／高光照處理，分別顯著高出CK 46．27%和34．98%。同一時期（2月1日），高山杜鵑花芽中的可溶性糖含量在同一溫度條件下與光照強度呈正相關關系，在同一光強條件下與溫度呈正相關關系，但在相同光強下可溶性糖含量隨溫度變化的增幅更加明顯。另一個值得注意的現(xiàn)象是：在催花期間，大部分情況下可溶性糖含量在各處理組之間存在低溫／高光照＞中溫／低光照、中溫／高光照＞高溫／低光照的現(xiàn)象。以上結(jié)果表明隨著催花時間的延長，高山杜鵑花芽表現(xiàn)出明顯的可溶性糖積累現(xiàn)象，而且溫度和光強越高這種現(xiàn)象越明顯，但溫度對于累積現(xiàn)象的作用更加明顯，晝夜溫度越高，花芽發(fā)育越快，可溶性糖含量也越高；且一定的溫度和光強對于高山杜鵑花芽可溶性糖含量積累存在疊加效應。這些數(shù)據(jù)與高溫組和中溫／高光照組處理提前進入始花期的觀察結(jié)果是吻合的。

表1 不同溫度和光強處理下高山杜鵑始花期的變化Table 1 The initial time of flowering of R．hybrides under different temperatures and light intensities

2．3 不同溫度光強對高山杜鵑催花期間淀粉含量的影響

如表3所示，催花期間高山杜鵑花芽淀粉含量隨著時間的延長而增加，這一變化與可溶性糖含量大體一致。同一處理條件下，各處理組淀粉含量在1月11 日均與處理前就達到差異顯著水平（P＜0．05）；1月11～18日間，各處理組淀粉含量變化不明顯；1月18日后，各處理組淀粉含量迅速增加，到2月1日均達到最大值。在2月1日，高溫／高光照處理下的高山杜鵑花芽淀粉含量最大，顯著高出CK 約75．37%，其次為高溫／中光照和中溫／高光照處理組，分別顯著高于CK 約65．67%和55．97%。這一時期，高山杜鵑花芽淀粉含量在同一溫度處理下與光照強度呈正比，在同一光強處理下與溫度也呈正比，且淀粉含量隨溫度升高的增幅更加明顯。同樣，一定的溫度和光強對淀粉含量的變化存在疊加效應，如低溫／高光照＞中溫／低光照，中溫／高光照＞高溫／低光照。綜上，在整個催花期間高山杜鵑花芽的淀粉含量與可溶性糖變化趨勢一致，隨著催花時間的延長和溫度、光強的增加，積累現(xiàn)象也越明顯，且高山杜鵑花芽淀粉含量的變化在不同溫度條件下更為敏感，而溫度和光照強度對于淀粉含量的影響也具有一定的互補作用。

表2 不同溫度和光強處理下高山杜鵑花芽可溶性糖含量的變化Table 2 The soluble sugar contents in buds of R．hybrides under different temperatures and light intensities

2．4 不同溫度光照對高山杜鵑催花期間可溶性蛋白含量的影響

催花期間高山杜鵑花芽可溶性蛋白的含量也發(fā)生了一系列變化，具體如表4所示：在同一處理水平下，低溫／低光照（CK）、低溫／中光照和低溫／高光照處理組的可溶性蛋白含量隨催花時間的延長而增加；其他處理組則呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。其中，3個低溫組峰值出現(xiàn)在2 月1 日；中溫／低光照和中溫／中光照兩組峰值出現(xiàn)在1月25日；中溫／高光照、高溫／低光照、高溫／中光照和高溫／高光照的峰值出現(xiàn)在1 月18 日，分別顯著高于同期CK 約35．78%、26．97%、30．32和57．96%。催花前半段時期（1月4日～1月18日），高山杜鵑花芽可溶性蛋白含量與溫度、光強分別呈正相關關系；到2月1日，高山杜鵑花芽可溶性蛋白含量在同一溫度下（除低溫）與光強呈負相關，在同一光強下與溫度呈負相關，且隨溫度降低可溶性蛋白含量下降更劇烈。結(jié)果表明，高山杜鵑花芽可溶性蛋白含量的變化隨催花階段的不同而有所差異，前期的光溫處理使花芽累積大量可溶性蛋白，隨著花芽的成熟，光溫處理，特別是溫度的增加促進了植株的生長代謝，從而消耗了可溶性蛋白致使其含量下降。

表3 不同溫度和光強處理下高山杜鵑花芽淀粉含量的變化Table 3 The starch contents in buds of R．hybrides under different temperatures and light intensities

表4 不同溫度和光強處理下高山杜鵑花芽可溶性蛋白含量的變化Table 4 The soluble protein contents in buds of R．hybrides under different temperatures and light intensities

表5 不同溫度和光強處理下高山杜鵑花芽游離氨基酸含量的變化Table 5 The free amino acid contents in buds of R．hybrides under different temperatures and light intensities

2．5 不同溫度光強對高山杜鵑催花期間游離氨基酸含量的影響

高山杜鵑催花期間游離氨基酸含量的變化如表5所示：同一處理條件下，低溫／低光照（CK）處理的游離氨基酸含量隨催花過程波動下降，而其他處理組總體增加。低溫／中光照和低溫／高光照組在1月11日達到最低值后小幅上升；中溫和高溫組游離氨基酸含量則表現(xiàn)為先升后降再升的波動增加。到2月1日，除CK 外，各處理組游離氨基酸含量均達到峰值，其中的高溫／高光照組含量最高，比CK 顯著高出98．88%，其次是高溫／中光照和中溫／高光照，分別較CK 高出89．12%和61．52%。這一時期，高山杜鵑花芽的游離氨基酸含量在同一溫度或同一光強條件下，分別與對應的光強或溫度呈正相關關系，且在溫度的影響下變化更大。結(jié)果表明，隨著催花時間的延長以及溫度和光照強度的增加，高山杜鵑花芽內(nèi)游離氨基酸含量呈現(xiàn)總體波動增加的趨勢；相對于光照強度而言，高山杜鵑花芽的游離氨基酸含量隨溫度的增加其增幅更大。

3 結(jié)論與討論

3．1 溫度光強與高山杜鵑催花期可溶性糖、淀粉含量的關系

可溶性糖既是結(jié)構(gòu)物質(zhì)，同時也是能源物質(zhì)，大量的實驗研究表明成花植物的花芽分化需要大量的可溶性糖［9－10］，其含量的高低反映了植物體內(nèi)可利用態(tài)物質(zhì)和能量的供應基礎［11］。朱高浦［12］在杜鵑紅山茶時發(fā)現(xiàn)，花芽可溶性糖含量在生理分化末期時達到最高。本實驗開始時，高山杜鵑花芽分化處于中后期，結(jié)果表明隨著溫度和光照強度的增加，促進了花芽內(nèi)可溶性糖含量增加，并且隨催花過程持續(xù)增加。試驗末期，高溫／高光照處理組的可溶性糖含量最高，可初步認為適當高溫和高光照強度能促進高山杜鵑花芽內(nèi)可溶性糖的積累，從而為開花提供物質(zhì)準備。從低溫／高光照＞中溫／低光照，中溫／高光照＞高溫／低光照可以推測，光強對溫度具有一定的補充效應，從而使高山杜杜鵑在較低溫度和較高光照強度共同處理下的可溶性糖含量更高。

淀粉在植物中一般作為一種儲藏性同化物加以利用。張姝媛等［13］的研究證明，紫丁香花芽分化初期花芽淀粉稍有積累，隨著花芽形態(tài)分化開始，花芽中淀粉含量呈下降趨勢。同時也有一些研究表明，在成花誘導時，淀粉可以水解為還原糖和可溶性糖供花芽分化時利用［14］。本試驗結(jié)果顯示，高山杜鵑花芽淀粉含量并沒有出現(xiàn)下降趨勢，而是隨催花時間延長而增加，并與溫度和光照強度呈正相關。淀粉的變化趨勢雖與可溶性糖大體一致，但其增加的幅度遠低于可溶性糖含量，可解釋為淀粉部分水解提高了可溶性糖濃度。

3．2 溫度光強與高山杜鵑催花期可溶性蛋白、游離氨基酸含量的關系

蛋白質(zhì)是維系植物生命的重要基礎物質(zhì)，參與各種代謝，其含量高低是了解植物體總代謝的一個重要指標。蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的合成和降解處于一種動態(tài)平衡，蛋白質(zhì)水解后產(chǎn)生的游離氨基酸分別以不同途徑進入呼吸代謝［15］，在花芽分化時需要量很大［16］。本試驗中，低溫處理組高山杜鵑花芽可溶性蛋白含量在整個催花過程中持續(xù)上升，中溫和高溫處理組在前期上升，后期轉(zhuǎn)而下降。這與郁金香花芽分化期可溶性蛋白含量變化一致［17］。中溫／中光照－高溫／高光照處理組在催花中期可溶性蛋白的大幅下降可理解為光溫處理促進了高山杜鵑的生理代謝和生長，消耗了大量可溶性蛋白的結(jié)果，其中，尤以高溫／高光照下降最多。

游離氨基酸是植物體內(nèi)重要的氮代謝中間產(chǎn)物，在植物的碳氮代謝過程中具有重要作用。本試驗處理過程后期高溫／中光照、高溫／高光照等處理組游離氨基酸含量上升，而可溶性蛋白含量下降，說明蛋白質(zhì)分解為氨基酸為DNA 復制、RNA 產(chǎn)生特別是合成新的蛋白質(zhì)等生理變化做準備［18］。隨著溫度和光照強度的增加，高山杜鵑花芽內(nèi)游離氨基酸含量也越多。說明溫度和光照強度的提高促進了花芽的發(fā)育和膨大，大量氨基酸合成蛋白質(zhì)供花芽代謝活動增強的需要。

3．3 溫度光強與高山杜鵑始花期的關系

溫度是調(diào)節(jié)植物由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變的一個主要因子，也是調(diào)節(jié)植物成花的重要因素。胡惠蓉［19］指出，在不影響春化作用而又不受其他因素（如光周期作用）影響的前提下，已誘導花芽分化的植株在較高的溫度下花芽發(fā)育顯著加快?？琢钤疲?0］采用不同加溫組合與栽植方式對黃瓜生產(chǎn)發(fā)育進行研究，結(jié)果表明白天加溫6 ℃的處理始花期比對照提前。唐菖蒲在全生育期每天18：00至翌晨6：00用2盞400W 的高壓鈉燈（SON－T）補光，燈間距為2m，高度以測得時叢中心接受光強為5 000lx為準，其開花期比對照提前半個月左右 。本試驗也得出相似結(jié)果，在同一溫度或光強條件下，較高光強或加溫的處理更有利于高山杜鵑提前開花。而在較高溫度和光照強度共同作用下的高溫／高光照處理組，因其花芽內(nèi)可溶性糖、淀粉的最優(yōu)累積以及可溶性蛋白與游離氨基酸的相互轉(zhuǎn)化，使這一處理組最先進入始花期，相對于目標日期提前18d開花，其次是高溫／中光照、中溫／高光照、高溫／低光照和中溫／中光照。

綜上所述，適當高溫和高光強（溫度22 ℃／16℃～30 ℃／24 ℃，光 照 強 度7 500／5 500lx～10 000／8 000lx）能有效縮短高山杜鵑催花時間，使植株提前進入始花期，從而達到提前上市的目的。由此可初步將9個光溫處理組分為三級：Ⅰ級為催花效果非常好的處理，包括高溫／高光照和高溫／中光照；Ⅱ級為催花效果較好的處理，包括高溫／低光照、中溫／高光照和中溫／中光照；其余處理組為Ⅲ級，催花效果較差。關于試驗結(jié)果的內(nèi)在機理，可能在于適當?shù)募訙睾脱a充光照強度顯著提高了花芽內(nèi)可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白和游離氨基酸的含量，促進了高山杜鵑花芽發(fā)育；當植株進入花期，代謝活動增強使可溶性蛋白大量消耗轉(zhuǎn)換成游離氨基酸，從而為更多的生理代謝做準備。本試驗結(jié)果還顯示出，同一光照強度下溫度的增加更能促進高山杜鵑花芽內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的累積和轉(zhuǎn)化，增強植株代謝，提前始花期，從而表明在高山杜鵑催花調(diào)控的環(huán)境因子中，溫度比光強的作用更為關鍵。

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