咖啡開花過程中葉片碳水化合物含量的變化動態(tài)研究

林興軍 馬福生 陳鵬

摘 要 為了研究開花過程中葉片碳水化合物分配特性，觀測咖啡葉片生長發(fā)育特性，測定來自不同品種咖啡開花過程中葉片可溶性糖、蔗糖及淀粉的含量。結(jié)果表明：咖啡葉片生長和花芽發(fā)育呈現(xiàn)對稱生長，葉片發(fā)育在不利的條件下具有補(bǔ)償效應(yīng)；開花前，葉片的可溶性糖含量早上明顯低于傍晚，可溶性糖和淀粉含量處于一個(gè)較高的水平；開花后葉片可溶性糖和淀粉含量下降，并且早上可溶性糖含量與傍晚無顯著差異，而淀粉含量早上顯著高于傍晚；蔗糖含量變化趨勢為先顯著上升，而后緩慢下降。表明葉片中可溶性糖和淀粉的積累有利于咖啡開花。

關(guān)鍵詞 咖啡 ；開花 ；可溶性糖 ；蔗糖 ；淀粉

中圖分類號 S663. 9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2019.01.002

Abstract Three varieties of coffee （Coffea sp.） were observed in their leaf growth and development， and their leaf contents of soluble sugar， sucrose and starch during their flowering process were determined to analyze the allocation of carbohydrates in their leaves during flowering. The results showed that the coffee leaves grew symmetrically with the development of flower buds and had a compensatory effect under unfavorable conditions in their development. Before flowering， the leaf soluble sugar content was significantly lower in the morning than in the afternoon， while the leaf contents of soluble sugars and starch maintained at a high level. After flowering， the leaf contents of soluble sugar and starch decreased， and the leaf soluble sugar content in the morning was not significantly different from that in the afternoon， while the leaf starch content was significantly higher in the morning than in the afternoon. The leaf content of sucrose increased significantly and then decreased slowly after flowering. These observations indicate that the accumulation of soluble sugars and starch in leaves is favorable for flowering in coffee.

Keywords coffee ； flowering ； soluble sugar ； sucrose ； starch

花芽分化質(zhì)量是影響坐果率的因素之一。營養(yǎng)是花芽分化及花器官形成與生長的物質(zhì)基礎(chǔ)，其中碳水化合物對花器官的形成以及開花尤為重要。有報(bào)道指出，碳水化合物的積累與花芽分化密切相關(guān)[1-3]?？Х乳_花期和和果實(shí)灌漿成熟期重疊[4]，養(yǎng)分競爭激烈，尤其在大田條件下，若不能較好控制果實(shí)庫強(qiáng)度與碳水化合物和礦物質(zhì)的平衡，碳水化合物和礦物質(zhì)轉(zhuǎn)移到果實(shí)中是以減少莖葉和根系系統(tǒng)中碳水化合物和礦物質(zhì)含量為代價(jià)，造成葉片黃化、脫落，枝條嚴(yán)重回枯死亡。植物生殖生長期間花和果實(shí)作為代謝庫消耗大量營養(yǎng)物質(zhì)，花、果實(shí)與根部在物質(zhì)分配上存在競爭關(guān)系。對于多年生植物來說，繁殖會降低根部物質(zhì)分配比例[5-6]，甚至消耗其中的儲存物質(zhì)[7-8]。

因此，在咖啡營養(yǎng)生長和和生殖生長中，調(diào)節(jié)葉片和枝條中碳水化合物在果實(shí)中的運(yùn)輸和分配，較好控制果實(shí)庫強(qiáng)度與碳水化合物的平衡，減少咖啡落葉、枝條枯死現(xiàn)象成為當(dāng)前最為迫切需要解決的問題。隨著對咖啡花芽分化“階段性”的提出[9]，國內(nèi)外學(xué)者對咖啡成花期間開花休眠解除、開花生理研究變得更加具體和有針對性[10-11]，但咖啡開花過程碳水化合物可溶性糖、蔗糖和淀粉的變化目前未見報(bào)道。本試驗(yàn)以3種不同咖啡為研究對象，研究在開花結(jié)果過程中，葉片可溶性糖、蔗糖和淀粉含量的變化，以闡明咖啡開花過程中碳水化合物代謝的變化規(guī)律，對咖啡生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2018年在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行。供試材料為大粒種咖啡、中粒種咖啡和小粒種咖啡。大粒種咖啡（Coffea liberica Bull ex Hiern）植株高達(dá)10 m，樹干粗壯，葉片橢圓或長橢圓形，單節(jié)結(jié)果5～6粒，果實(shí)大，產(chǎn)量低；中粒種咖啡（Coffea canephora Pierre），樹型開張，高6～8 m，主干粗壯，葉片長而大，單節(jié)結(jié)果25～30粒，產(chǎn)量高；小粒種咖啡（Coffea arabica L.）樹型矮小，高4～5 m，葉片小而尖，長橢圓形，分枝上單節(jié)結(jié)果數(shù)較少，每節(jié)12～15粒，但枝條結(jié)果數(shù)較多，果實(shí)較小，產(chǎn)量與中粒種咖啡相當(dāng)。

1.2 方法

根據(jù)花芽所處不同階段和發(fā)育形態(tài)，參照小粒種咖啡發(fā)芽分化階段劃分法[9]，將咖啡花芽分化劃分為6個(gè)不同階段，E1：營養(yǎng)芽；E2：未分化綠色花芽；E3：緊實(shí)綠色花芽；E4：張開白色花蕾；E5：即將開放白色花蕾；E6：開放的花。試驗(yàn)取3個(gè)時(shí)期葉片，分別在E5（開花前4 d）、E6（開花當(dāng)天）和E7（開花后3 d）。試驗(yàn)每個(gè)時(shí)期取2次樣，分別在早上8：00（早）和傍晚18：00（晚）。

每種咖啡隨機(jī)選取生長良好、樹體大小基本一致的4年生咖啡樹為材料，每株標(biāo)記3個(gè)一級分枝，每個(gè)分枝上采集帶有對應(yīng)時(shí)期的3對葉片，早上8：00采一邊，下午18：00采另一邊。采集回來的葉片用信封包裹并做標(biāo)記，放入烘箱殺青后在80℃的烘箱中烘干至恒重。烘干完成后磨碎放入自封袋保存，待測可溶性糖、蔗糖和淀粉含量。可溶性糖和淀粉用蒽酮法測定[12]，蔗糖要間苯二酚法測定[13]。

2017年7月～2018年5月，每隔7 d 觀察記錄植株的葉片、花芽發(fā)育情況，記錄花芽發(fā)育時(shí)期、葉片數(shù)等，并對葉片、花芽狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.3 數(shù)據(jù)與分析

數(shù)據(jù)采用Excel作圖，用SPSS軟件進(jìn)行顯著差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 咖啡主莖葉片發(fā)育特征

由圖1-A可以看出，咖啡葉片生長呈對稱生長，每個(gè)一級分枝上葉片數(shù)等于一級分枝所在主莖位置（n）乘以2，即2n，說明咖啡葉片生長非常有規(guī)律。由圖1-B可以看出，主莖位置為5的一側(cè)一級分枝上葉片數(shù)為8片，另一側(cè)為12片，合計(jì)20片葉片，與圖1-A葉片數(shù)相等。由圖1-C可以看出，主莖位置為5的一側(cè)一級分枝上葉片數(shù)為8片，另一側(cè)為10片，但主莖位置為4的一側(cè)一級分枝上葉片數(shù)為10片，另一側(cè)為8片，2個(gè)位置一級分枝上葉片合計(jì)36片，仍與圖1-A葉片數(shù)相等。說明在干旱或者其他不利條件下，咖啡可以通過鄰近一級分枝多長葉片來保持葉片總數(shù)不變。

總結(jié)一級分枝所在主莖位置和葉片關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，葉片總數(shù)可以用公式進(jìn)行計(jì)算Y=4∑n+2n+2（n=1，2，3…..）（4∑n 為一級分枝上葉片數(shù)，2n+2為主莖上葉片數(shù)）。每個(gè)一級分枝上新葉出生時(shí)間基本相同，呈現(xiàn)對稱的三角形。

2.2 咖啡花芽發(fā)育特征

由表1可以看出，咖啡花芽發(fā)育與葉片一樣，呈對稱關(guān)系。一級分枝17～20位置結(jié)果實(shí)的節(jié)位都無葉片，說明果實(shí)成熟需要大量消耗葉片營養(yǎng)，造成葉片脫落。位于17的一級分枝，節(jié)位數(shù)為17，結(jié)果位為5，現(xiàn)存葉片數(shù)為12。相比第17一級分枝，位于20的一級分枝節(jié)位只有16個(gè)，減少4個(gè)，結(jié)果位為5個(gè)；而位于14的一級分枝節(jié)位有15個(gè)，增加1個(gè)，結(jié)果節(jié)位為0，減少2個(gè)，現(xiàn)存葉片數(shù)為15個(gè)，增加了1個(gè)；說明位于20的一級分枝咖啡果實(shí)生長抑制了葉片的抽出，降低了該一級分枝葉片數(shù)；而位于14的一級分枝因降低了結(jié)果數(shù)，反而增加了葉片數(shù)。

2.3 咖啡開花過程葉片可溶性糖含量變化

由圖2可以看出，咖啡葉片可溶性糖含量在開花后顯著下降，而后緩慢下降。開花當(dāng)天和花后3 d可溶性糖含量無顯著差異。說明開花和開花后3 d，葉片可溶性糖顯著降低。3種咖啡變化趨勢相同，并且中粒種咖啡葉片可溶性糖含量最低。

葉片中可溶性糖經(jīng)過白天光合作用，早上8：00 與當(dāng)天18：00 相比，不同時(shí)期出現(xiàn)明顯的差異。開花前，葉片的可溶性糖含量早上8：00 明顯低于傍晚18：00，這可能是由于葉片經(jīng)過一晚上消耗，可溶性糖降低；而開花當(dāng)天和開花后3 d葉片可溶性糖含量早上8：00 與傍晚 18：00 無顯著差異。造成這種差異的原因可能是在開花后，葉片可溶性糖較多地向花、花蕾、正在發(fā)育的果實(shí)輸送，葉片光合作用產(chǎn)生的可溶性糖不能及時(shí)儲存起來，葉片中可溶性糖含量降低。

2.4 咖啡開花過程葉片蔗糖含量變化

由圖3可以看出，咖啡葉片蔗糖含量在開花后顯著上升，而后緩慢下降。3種咖啡變化趨勢相同，相比其他2種咖啡，中粒種咖啡葉片蔗糖含量最低。

葉片中蔗糖同一天不同時(shí)期出現(xiàn)明顯的差異。開花前，大粒種和中粒種葉片的蔗糖含量早上8：00 高于傍晚18：00，小粒種咖啡葉片蔗糖含量早上8：00 低于傍晚18：00，但差異不顯著；而開花當(dāng)天，中粒種和小粒種傍晚顯著高于早上；開花后3 d葉片蔗糖含量早上8：00 與傍晚 18：00 無顯著差異。造成這種差異的原因可能是在開花刺激葉片光合能力增加，使葉片傍晚蔗糖含量高于早上的或者葉片其他物質(zhì)分解產(chǎn)生蔗糖，使葉片中蔗糖含量升高。

2.5 咖啡開花過程葉片淀粉含量變化

由圖4 可知，咖啡葉片淀粉含量在開花后顯著下降，而后緩慢降低，變化趨勢與可溶性糖相同。

開花前，葉片中早上8：00淀粉含量顯著高于傍晚18：00，而開花后，早上8：00 淀粉含量明顯高于傍晚18：00?？赡苁怯捎陂_花前，淀粉合成大于分解，淀粉含量高；開花后，花蕾和葉片對碳水化合物消耗增加，淀粉不斷分解，使葉片淀粉含量明顯下降。

3 討論

咖啡的花期較長，花期長短與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和品種有關(guān)?？Х然ㄑ吭谠S多環(huán)境中分化約2個(gè)月后開始發(fā)育，然后休眠[14]。花芽休眠狀態(tài)可以保持幾周或幾個(gè)月的時(shí)間[15]，然后開花。本研究結(jié)果表明，大部分花芽在葉腋處形成，果實(shí)形成后葉片脫落?？Х热~片生長呈對稱生長，在干旱或者其他不利條件下，咖啡可以通過鄰近一級分枝多長葉片來保持葉片總數(shù)不變，具有補(bǔ)償效應(yīng)。葉片總數(shù)可以用公式進(jìn)行計(jì)算Y=4∑n+2n+2（n=1，2，3…）。每個(gè)一級分枝上新葉出生時(shí)間基本相同，呈現(xiàn)對稱的三角形。果實(shí)成熟需要大量消耗葉片營養(yǎng)，咖啡果實(shí)生長抑制了葉片的抽出，造成葉片脫落。

Jamal等[9]認(rèn)為，光照通過影響葉片光合作用進(jìn)而影響有機(jī)物質(zhì)積累，而有機(jī)物特別是糖類，是植物生長的物質(zhì)基礎(chǔ)，可溶性糖含量高低對成花及花的性狀有著重要影響。本研究結(jié)果表明，開花前葉片可溶性糖含量早上8：00明顯低于傍晚18：00，說明白天葉片光合作用產(chǎn)生可溶性糖，儲存大于消耗。經(jīng)過一夜的消耗之后，早上可溶性糖含量降低。

營養(yǎng)生長和營養(yǎng)物質(zhì)的積累是花芽分化的物質(zhì)基礎(chǔ)，花芽的分化和發(fā)育是一個(gè)形態(tài)建成過程，需要大量的營養(yǎng)物質(zhì)來供應(yīng)完成，碳水化合物對花器官的形成有非常重要的作用[16]。本研究結(jié)果表明，咖啡開花過程中，葉片可溶性糖含量先增加，開花后顯著降低。這是由于開花前，咖啡對可溶性糖需求量少，造成可溶性糖積累。開花后，咖啡代謝活動旺盛，需要消耗大量的營養(yǎng)物質(zhì)，使葉片可溶性糖和淀粉含量明顯降低。表明高含量的碳水化合物有利于開花，這與謝利娟等[17]、黃建昌等[18]、李莊等[19]研究結(jié)果一致?？扇苄蕴鞘侵参矬w內(nèi)的一種重要化合物，其含量高低反映了植物體內(nèi)可利用態(tài)物質(zhì)和能量的供應(yīng)基礎(chǔ)[20]。

淀粉變化趨勢與可溶性糖一致，開花前先增加，說明咖啡在生長發(fā)育過程中葉片中的淀粉不斷制造和積累，同時(shí)在花芽分化過程中也不斷被轉(zhuǎn)化和利用。淀粉含量的快速上升和急劇降低，可能是葉片中的淀粉轉(zhuǎn)化利用在花芽分化各個(gè)階段發(fā)揮著不同的作用，這與其他人研究結(jié)果一致[21]。淀粉的積累對成花有利[22]，對花芽形成的質(zhì)量起重要作用[23]，葉片淀粉含量與可溶性糖含量逐漸上升有利于花芽形成，促進(jìn)花芽分化[24]。

而蔗糖在開花過程中變化趨勢與可溶性糖和淀粉相反。表明咖啡葉片中可能存在淀粉向蔗糖轉(zhuǎn)化的過程[25]。淀粉作為營養(yǎng)性多糖，在淀粉酶作用下水解為可溶性糖。在可溶性糖濃度降低到一定水平之后，淀粉水解以供花芽分化過程中對營養(yǎng)物質(zhì)的需求[26]?？扇苄蕴前ㄕ崽?、葡萄糖等，因此淀粉水解生成蔗糖，引起蔗糖含量增加。這一過程可能有助于增加樹體中碳水化合物的可利用程度，促進(jìn)咖啡開花。

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