‘滿天星’西番蓮花芽分化與坐果期生理代謝效應(yīng)

黃誠梅，羅海斌，黃永才，魏源文，楊 柳，吳興劍，葉麗萍，曹輝慶，蔣勝理

（廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，南寧530007）

西番蓮（Passiflora edulis）又名百香果、雞蛋果，屬于西番蓮科（Passifloraceae）西番蓮屬（PassifloraL.），主要包括紫果西番蓮和黃果西番蓮，以及兩個(gè)品種之間相互雜交得到的系列品種，為熱帶和亞熱帶多年生草質(zhì)到半木質(zhì)藤本攀緣植物，我國主要種植區(qū)域分布在臺(tái)灣、廣西、廣東、海南、福建、云南、浙江、四川和貴州等省區(qū)［1-3］。西番蓮果實(shí)營養(yǎng)價(jià)值很高，富含有人體所需17 種氨基酸、多種維生素和類胡蘿卜素、礦物質(zhì)元素等，有鮮食、藥用、油用和綠色觀賞等多種用途，具極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值［4-5］。

西番蓮生長(zhǎng)周期短、產(chǎn)量高、效益好、適應(yīng)性廣，具有非常好的商業(yè)價(jià)值，在我國南方地區(qū)多地推廣種植，被廣西不少區(qū)縣列為“短、平、快”的精準(zhǔn)扶貧項(xiàng)目，在桂林、河池、玉林、柳州、梧州、南寧等地均發(fā)展快速，種植面積不斷擴(kuò)大。2017年廣西種植面積達(dá)2 萬hm2，產(chǎn)量25 萬t，占全國六成以上；2018 年西番蓮種植面積超過2.67 萬hm2，產(chǎn)量達(dá)34 萬t。種植品種以紫色西番蓮（臺(tái)農(nóng)1 號(hào)、紫香）、黃金果（芭樂味、蜂蜜味、荔枝味等）、‘滿天星’等為主，其中‘臺(tái)農(nóng)1 號(hào)’為各地的主栽品種，也引進(jìn)試種‘小果黃金果’‘大果黃金果’等新品種［3,5］。

西番蓮坐果率與氣象因子有密切相關(guān)性，尤其是溫度和濕度［7-8］。在高溫季節(jié)，高溫會(huì)不利于授粉受精從而導(dǎo)致花器發(fā)育不健全，甚至?xí)霈F(xiàn)枯花、落花現(xiàn)象；雨水過度也會(huì)導(dǎo)致坐果率的下降，適當(dāng)?shù)慕涤陝t可以提高坐果率［3,8-11］。臺(tái)農(nóng)1 號(hào)西番蓮在氣溫超過32℃時(shí)花芽出現(xiàn)退化現(xiàn)象，植株不能坐果，廣西東部和南部6-9 月處于高溫高濕季節(jié)，臺(tái)農(nóng)1 號(hào)花芽分化后發(fā)生退化。臺(tái)農(nóng)1 號(hào)西番蓮的單株坐果率不高，平均坐果率為36.5%，尤其在高溫高光季節(jié)如8 月中下旬和9 月中上旬的單株坐果率均未超過30%［12］。本研究以當(dāng)前種植品種‘滿天星’西番蓮為材料，分析在廣西高溫季節(jié)7-9 月份期間其花芽形成與坐果的生理生化代謝變化，如抗氧化物質(zhì)、抗氧化酶、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以及光合作用與氮代謝關(guān)鍵酶活性的變化，為研究如何在高溫脅迫下提高其花芽分化與耐熱性等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)于2020 年3 月30 日在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院里建科學(xué)研究基地進(jìn)行。供試品種為‘滿天星’西番蓮，果皮呈紫黃色，外表皮帶白色的小斑點(diǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，種植的西番蓮苗為嫁接苗（嫁接砧木為黃果實(shí)生苗），苗高25～40 cm，于2020 年3 月30 日移栽大田，采用高壟覆膜與籬架種植模式，行株距為2 m×1.5 m，種植密度為160 株/667m2。移栽基肥、苗期施肥與開花結(jié)果期施肥管理，及其田間病蟲害管理等，均參照常規(guī)田間管理方法，并統(tǒng)一進(jìn)行枝蔓修剪和管護(hù)工作。

田間從8 月中旬開始花芽分化，9 月底到11月初花量較大，達(dá)到盛花期，11 月底花量減少。試驗(yàn)從有花芽形成開始，全田選擇植株長(zhǎng)勢(shì)比較一致的地塊分成3 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)50 株，調(diào)查其花芽分化、坐果情況。

于連續(xù)3 d 及以上晴朗無雨的天氣開始進(jìn)行樣品采集，分別于2020 年7 月17 日（當(dāng)?shù)貧庀鬁囟龋?6～34℃，晴天）、7 月 30 日（當(dāng)?shù)貧庀鬁囟龋?6～35℃，晴天）、8 月19 日（當(dāng)?shù)貧庀鬁囟龋?4～33℃，晴天）、8 月 25 日（當(dāng)?shù)貧庀鬁囟龋?5～34℃，多云轉(zhuǎn)晴）、9 月11 日（當(dāng)?shù)貧庀鬁囟龋?4～32℃，多云轉(zhuǎn)晴）、11 月4 日（當(dāng)?shù)貧庀鬁囟龋?8～25℃，多云轉(zhuǎn)晴），編號(hào)：A1、A2、A3、A4、A5、A6，進(jìn)行樣本采集。選取生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)比較一致的3條二級(jí)枝蔓，每個(gè)處理隨機(jī)選取生長(zhǎng)比較一致的植株3 株，采集倒數(shù)展開完整葉1～3 葉，重復(fù)3次，液氨速凍后用于生理生化指標(biāo)測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

蔗糖含量采用 Ros 比色法測(cè)定［13］，單位為mg·g-1FW；可溶性蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán) G-250 染色法［14］，單位為 mg·g-1FW；可溶性淀粉含量用碘顯色法［15］，單位為 mg·g-1FW；丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸顯色法［16］，單位為nmol·g-1FW。

過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、a-淀粉酶、蔗糖磷酸合成酶（SPS）、蔗糖合成酶（SS 合成方向）、硝酸還原酶（NR）等酶活性均采用蘇州格銳思生物有限公司的微板法測(cè)試盒測(cè)定。POD 酶活性以每克組織每分鐘在反應(yīng)體系中使470 nm 處吸光值增加1 為一個(gè)酶活單位U，單位為△OD470·min-1·g-1FW；SOD 酶活性以在黃嘌呤氧化酶藕聯(lián)反應(yīng)體系中抑制百分率為50%時(shí)，反應(yīng)體系中的SOD 酶活力定義為一個(gè)酶活力單位（U/mL），單位為U·g-1FW；a-淀粉酶活性單位為mg·min-1·g-1FW；SPS 活性單位為 mg·min-1·g-1FW；SS（合成方向）活性單位為mg·min-1·g-1FW；NR 活性單位為nmol·h-1·g-1FW。每個(gè)處理測(cè)定重復(fù)3次，取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理采用DPS v14.10 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較檢驗(yàn)差異顯著性；采用Microsoft Excel 2007 進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 西番蓮枝蔓生長(zhǎng)及開花坐果進(jìn)程

西番蓮7 月份二、三級(jí)蔓基本已經(jīng)長(zhǎng)成并全部上架，8 月中旬開始出現(xiàn)花芽分化，9 月份開始進(jìn)入坐果期。根據(jù)田間調(diào)查數(shù)據(jù)（圖1），由于8 月份溫度較高，全田花芽分化率為13.33%，9 月份才達(dá)到29.33%，而其坐果率也較低，8 月份才有8%，9 月也僅為23.33%，花量與坐果量也不高，而且出現(xiàn)大量枯花、落花現(xiàn)象。而在10-11 月才達(dá)到盛花期，其坐果率才有所提高。

圖1 田間西番蓮成花與坐果情況

2.2 西番蓮枝蔓葉片丙二醛（MDA）和可溶性淀粉含量變化

MDA 是許多植物細(xì)胞膜內(nèi)不飽和脂肪酸發(fā)生過氧化作用的終產(chǎn)物，其含量的高低可用于評(píng)判植物細(xì)胞膜質(zhì)損傷程度。從圖2可 見 ，MDA 含 量 在 8 月 19 日 達(dá) 到高峰期，之后持續(xù)保持高含量，與7 月份均達(dá)到極顯著差異。對(duì)于淀粉含量，也在同樣的反應(yīng)趨勢(shì)，均在（8 月19 日）達(dá)到高峰期，之后持續(xù)保持高含量，與7 月份均達(dá)到極顯著差異。

圖2 西番蓮枝蔓葉片MDA和可溶性淀粉含量

2.3 西番蓮枝蔓葉片可溶性蛋白質(zhì)和蔗糖含量變化

圖3 西番蓮枝蔓葉片可溶性蛋白質(zhì)和蔗糖含量

從圖3 可見，可溶性蛋白與蔗糖含量則隨著時(shí)間進(jìn)程有所下降趨勢(shì)?？扇苄缘鞍缀吭? 月30日開始下降，8 月份則處于低水平時(shí)期，9 月份稍有回升，但在11 月份植株坐果期則處于最低含量水平，各時(shí)期均達(dá)到極顯著差異。蔗糖含量也是在8 月份處于低水平時(shí)期，各時(shí)期均也達(dá)到極顯著差異。

2.4 西番蓮枝蔓葉片蔗糖磷酸合成酶（SPS）與蔗糖合成酶（SS-合成方向）活性

由圖4 可知，SPS 活性在7 月底降至最低水平，8 月份稍有提升，之后9 月的花芽分化期與11月的坐果期，其活性稍有下降，結(jié)合當(dāng)時(shí)氣象信息，高光強(qiáng)與高溫天氣抑制了西番蓮植株葉片光合作用。合成方向的SS 活性則也是在7 月底開始下降，8 月底與11 月則降至最低水平。

圖4 西番蓮枝蔓葉片SPS和SS(合成方向)活性

圖5 西番蓮枝蔓葉片POD和SOD活性

圖6 西番蓮枝蔓葉片ɑ-淀粉酶和硝酸還原酶活性

2.5 西番蓮枝蔓葉片過氧化物酶（POD）與超氧化物歧化酶（SOD）活性

由圖5 可知，在高溫誘導(dǎo)下，西番蓮植株本能啟動(dòng)自身的抗氧化系統(tǒng)，從而達(dá)到提高自身抵御高溫能力。從8 月開始，其POD 和SOD 活性開始提高，尤其是SOD 活性在8 月25 日顯著提升至高水平。而后9 月11 日兩者則有所下降，11 月4 日再次提高，POD 活性則是達(dá)到高水平。

2.6 西番蓮枝蔓葉片a-淀粉酶與硝酸還原酶活性

從圖6 可知，ɑ-淀粉酶活性在8、9 月份處于低谷，而后在11 月結(jié)果期才有所上升。而硝酸還原酶活性呈Z 型變化規(guī)律，在8 月19 日和11 月4日均處于低水平，尤其以坐果期11 月4 日最低，各時(shí)期達(dá)到極顯著差異。

3 討論

蘋果、梨等一些落葉果樹，營養(yǎng)物質(zhì)的積累是花芽分化的物質(zhì)基礎(chǔ)，營養(yǎng)物質(zhì)是否充足決定了花芽分化質(zhì)量的優(yōu)劣［17］。然而，百香果的花芽形成和枝條生長(zhǎng)是同時(shí)進(jìn)行的，花芽形成和莖葉生長(zhǎng)同步必然存在養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)，其花芽形成有其自身的生物學(xué)特性和規(guī)律，但也受器官間營養(yǎng)分配和外界環(huán)境的影響［12］。許多果樹 植 物 如 柑 橘［18］、蘋 果［19］、葡萄［20］、棗樹［21］、梨樹［22］等在受到高溫脅迫時(shí)，其內(nèi)部生理生化反應(yīng)和相關(guān)基因、蛋白表達(dá)都會(huì)發(fā)生一系列變化：光合作用下降，呼吸作用減弱，細(xì)胞膜透性增大，活性氧含量增加，啟動(dòng)抗氧化物質(zhì)與抗氧化酶等發(fā)生應(yīng)答性變化。

可溶性淀粉作為植物體內(nèi)重要的貯存物質(zhì)，本研究中的西番蓮植株葉片淀粉含量在8 月份后均能保持較高水平，其大量貯存為西番蓮花芽分化等提供了所需要的能量與結(jié)構(gòu)物質(zhì)。而其α-淀粉酶活性在8-9 月高溫期間則是保持較低活性，到11 月4 日的坐果期才提高至高水平，這說明了α-淀粉酶在高溫季節(jié)保持低活性有利于淀粉的積累，而在后期其活性提高將有利于淀粉的分解成為花芽生長(zhǎng)發(fā)育所需的營養(yǎng)物質(zhì)，有利于西番蓮植株花芽分化與坐果?？扇苄缘鞍踪|(zhì)是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的重要有機(jī)營養(yǎng)物，其含量的高低反映著植物生理生化代謝能力的強(qiáng)弱［23］。本研究中，西番蓮植株葉片中可溶性蛋白含量隨時(shí)間進(jìn)程有所下降，其可能是植株隨著花芽分化與坐果過程中過度消耗營養(yǎng)物質(zhì)，這為加強(qiáng)西番蓮花芽分化坐果期田間管理措施提供一定的參考。

蔗糖是光合產(chǎn)物代謝最直接的物質(zhì)。蔗糖磷酸合成酶（sucrose phosphatesynthase, SPS）是以UDPG 為供體，以6-磷酸果糖為受體的蔗糖合成調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶，催化UDP-葡萄糖（UDPG）和果糖-6-磷酸（F6P）轉(zhuǎn)化為UDP 和蔗糖-6-磷酸（S6P），隨后通過蔗糖磷酸酶（SPP）水解形成蔗糖［24,25］。SS存在于細(xì)胞質(zhì)中，SS 催化UDP-葡萄糖和果糖生成蔗糖和二磷酸尿苷（UDP），催化的反應(yīng)是可逆的，當(dāng)SS 分解方向起作用時(shí)，分解蔗糖生成UDPG和果糖，SS 合成方向有利于蔗糖的形成［25-26］。高溫明顯降低 SPS 和 SS 合成方向活性［27］。本研究中，高溫季節(jié)均降低了蔗糖合成相關(guān)酶活性，從而降低蔗糖含量，而隨著花芽分化和坐果進(jìn)程，其SPS 和SS 活性均有所下降，這是否與植株?duì)I養(yǎng)分配均衡性有關(guān)，有待于后續(xù)研究。而對(duì)于硝酸還原酶活性呈Z 型變化規(guī)律，在8 月19 日和11 月4 日均處于低水平，尤其以坐果期11 月4 日最低，這可能與植株在后期氮利用效率有一定關(guān)系，高溫對(duì)其影響呈無規(guī)律變化。硝酸還原酶作為植物利用硝酸鹽的關(guān)鍵酶之一，硝酸鹽還原在植株根內(nèi)和枝葉中均可以完成，NR 活性常用來表示氮代謝的水平［28-29］。

熱脅迫會(huì)引起植物葉片產(chǎn)生的大量活性氧從而引起膜脂過氧化，導(dǎo)致大量過氧化產(chǎn)物MDA 累積，對(duì)植物光合系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)造成損傷［30-31］。POD、SOD 是清除自由基、防止膜脂過氧化的重要酶類，可以保持自由基產(chǎn)生和消除之間平衡［32-36］。徐超等［34］研究發(fā)現(xiàn)，高溫處理后草莓幼苗具有較高的MDA 含量，其抗氧化酶活性增加，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，抗氧化酶活性又顯著降低。本研究中，西番蓮植株葉片中MDA 含量在8月19 日達(dá)到高峰期，之后持續(xù)保持高含量；其POD 和 SOD 活性自 8 月開始提高，尤其是 SOD 活性，這可能是在高溫誘導(dǎo)下西番蓮植株本能啟動(dòng)自身的抗氧化系統(tǒng)，從而達(dá)到提高自身抵御高溫能力。

4 結(jié)論

西番蓮品種‘滿天星’容易受到高溫等因素影響，花芽分化期延遲，直至10-11 月份才進(jìn)入盛花期和盛果期。在高溫季節(jié)，西番蓮植株通過啟動(dòng)POD 和SOD 活性等自身抗氧化系統(tǒng)，及提高可溶性淀粉貯藏為其花芽分化等提供了所需要的能量與結(jié)構(gòu)物質(zhì)，而蔗糖與可溶性蛋白質(zhì)等則有所下降；隨著花芽分化和坐果進(jìn)程，其SPS 和SS（合成方向）活性均下降，氮代謝也受到不同程度上的抑制。下一步將對(duì)其它西番蓮品種開展相關(guān)研究，進(jìn)一步分析其避熱和耐熱反應(yīng)機(jī)制。