‘陽光玫瑰’葡萄冬果采后葉片光合同化物轉(zhuǎn)運(yùn)能力研究

覃富強(qiáng)，王博，韓佳宇，黃秋秘，廖原，張延暉，岑佳慧，陳志寧，白先進(jìn)，曹雄軍

（1. 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院葡萄與葡萄酒研究所，廣西南寧 530007；2. 廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣西南寧 530004；3. 廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西柳州 545004；4. 廣西真誠農(nóng)業(yè)有限公司，廣西南寧 530007）

葉片衰老是植物為適應(yīng)環(huán)境而進(jìn)化的自然現(xiàn)象，具有重要的生物學(xué)意義[1]。葉片衰老是葉片由綠轉(zhuǎn)黃的過程，葉綠素含量逐漸下降，光合能力逐漸降低，光合同化物合成能力逐漸降低。一般分為三個時期：（1）誘導(dǎo)期：在環(huán)境或激素等因子誘導(dǎo)下啟動或加速葉片衰老；（2）重組期：細(xì)胞組分中大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、核酸、酯類等物質(zhì)開始降解；（3）終止期：細(xì)胞發(fā)生自溶反應(yīng)，細(xì)胞器開始裂解和死亡[2]。葉片衰老時最明顯的外觀形態(tài)變化是顏色由綠轉(zhuǎn)黃，因此人們常用形態(tài)指標(biāo)來對葉片衰老進(jìn)行判斷。然而，從外觀形態(tài)判別葉片衰老程度受主觀意識的影響較大。研究發(fā)現(xiàn)，光合能力下降是葉片衰老的實(shí)質(zhì)性特征，因此常根據(jù)葉片凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)、葉綠素和蛋白質(zhì)含量等指標(biāo)判斷葉片的衰老程度[3-4]。隨著植物衰老，葉片光合能力下降，光合同化物合成減緩[5]。

13C穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)在植物光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)、分配、利用等研究中被廣泛利用。在葡萄、蘋果、油茶等植物中均有應(yīng)用13C穩(wěn)定同位素示蹤來研究光合同化物的去向和分配情況的報(bào)道[6-8]。

一年兩收栽培模式下，因冬果成熟采收后很快開始冬季修剪，進(jìn)行下一年度的生產(chǎn)。采后修剪時期不同，葉片的衰老程度就不同，進(jìn)而會影響樹體葉片光合同化產(chǎn)物的回流，研究‘陽光玫瑰’葡萄冬果采后不同衰老程度葉片光合能力和光合同化物轉(zhuǎn)運(yùn)能力對冬果采后修剪時間的確定具有重要的生產(chǎn)指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試材及地點(diǎn)

試驗(yàn)在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院明陽葡萄示范基地內(nèi)進(jìn)行。以3年生樹體長勢良好的一年兩收栽培兩代不同堂模式‘陽光玫瑰’葡萄為試材，株行距2 m×4 m，T形架式，鋼架大棚避雨栽培，土壤為紅黃壤，按照當(dāng)?shù)貎墒赵耘嗄Ｊ匠Ｒ?guī)管理。該地屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，示范區(qū)冬果生長季光照時數(shù)為785.6 h、平均溫度為21.8 ℃、有效積溫3486.1 ℃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于冬果采收后第7天（2021年12月27日）進(jìn)行，選取衰老程度不同的葉片和枝條作為處理，衰老等級參考劉道宏[12]劃分為全綠、半綠、全黃，作為3個處理，如圖1所示。在園區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取長勢一致的枝梢，把第4節(jié)位以下的葉片摘除，并通過修剪使每條枝保留6片葉，將整個枝梢的葉片分為全綠、半綠和全黃，每處理3枝，測定枝梢第8節(jié)位葉片光合參數(shù)。為探究葉片無光環(huán)境下是否有光合同化物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，設(shè)計(jì)一個完全遮光13C處理。遮光處理枝梢葉片為全綠狀態(tài)，隨后利用13C穩(wěn)定同位素標(biāo)記以上枝梢全部葉片，測定標(biāo)記枝條和葉片的13C豐度。同時，另選葉片為全綠狀態(tài)的3個枝梢，不進(jìn)行13C穩(wěn)定同位素標(biāo)記，作為對照（CK）用于檢測自然條件下枝條和葉片13C豐度。

圖1 ‘陽光玫瑰’葡萄不同衰老程度葉片外觀形態(tài)特征Figure 1 Leaf appearance morphology of 'Shine Muscat' grapevine with different senescence degrees

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉片光合參數(shù)的測定

采用人工光源測定葉片凈光合速率以反映葉片凈光合速率理論值[13]。采用CIRAS-3光合儀（PP systems，USA）在人工光源（紅∶藍(lán)∶白＝90∶5∶5，1200 μmol·m-2·s-1）下，于上午9:00—11:00對所選葉片測定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）等。

1.3.213C同位素標(biāo)記方法

標(biāo)記前在枝條基部第1至2節(jié)位節(jié)間處進(jìn)行環(huán)割，寬度5 mm，深度達(dá)木質(zhì)部，防止光合同化物往其他部位轉(zhuǎn)運(yùn)。標(biāo)記枝條與葉片置于透明塑料袋（遮光處理使用不透光黑色塑料袋）和金屬框架制作的反應(yīng)室內(nèi)，將50 mL的反應(yīng)瓶和電風(fēng)扇掛在兩端，反應(yīng)瓶中加入0.6 g Ba13CO3（98%13C，上?；ぱ芯吭海?.74 g BaCO3。標(biāo)記時向反應(yīng)瓶中注射6 mL 40%的乳酸溶液產(chǎn)生13CO2，為了確保產(chǎn)生的13CO2被葉片充分吸收，同時添加0.74 g BaCO3到反應(yīng)瓶中，開啟電風(fēng)扇以促進(jìn)反應(yīng)室內(nèi)的氣體流通。標(biāo)記24 h后從枝條基部環(huán)割處剪下，分解為葉片、枝條，分裝并帶回實(shí)驗(yàn)室。樣品按清水、洗滌劑、清水、1%鹽酸溶液、去離子水的順序沖洗干凈，于105 ℃下殺青30 min，隨后在80 ℃下烘至恒重，粉碎過100目篩，每個樣品充分混勻后裝袋備用。

來自泰國海洋局、港務(wù)局局長Pongwish Innmai 向記者表示，這次學(xué)習(xí)交流很有意義，受益匪淺，加深了我對中國海上交通安全監(jiān)管工作的認(rèn)識，對佛山海事的智慧海事管理工作感到印象深刻，尤其是近幾年水上安全事故的大幅下降。在危險(xiǎn)天氣預(yù)警，船舶違章處理等方面可以向佛山海事學(xué)習(xí)。希望可以繼續(xù)加強(qiáng)中國和東南亞國家船舶安全管理經(jīng)驗(yàn)交流，以提升自己國家的船舶安全管理能力。

1.3.313C測定與數(shù)據(jù)計(jì)算方法

測定時稱取2.0～3.0 mg干樣置于錫囊中，將裝好待測樣品的錫囊導(dǎo)入元素分析同位素質(zhì)譜聯(lián)用儀（Elementar-Sercon Integra 2，UK）測定樣品中13C的相對豐度（δ13C）和總碳含量（C）。

根據(jù)公式δ13C＝[(RS－RPBD)/RPBD]×1000、RS＝13C/12C計(jì)算樣品中的13C豐度，其中RPBD＝13C/12C＝0.0112372（自然環(huán)境中的13C與12C的比值）。

總含碳量計(jì)算公式：C（%）＝20/[(W樣品/W標(biāo)樣) ×(BA樣品/BA標(biāo)樣)]×100

其中，W樣品（樣品質(zhì)量，μg）；W標(biāo)樣（標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量，μg）；BA樣品（樣品峰面積）；BA標(biāo)樣（標(biāo)準(zhǔn)物峰面積）

各器官含碳量：Ci（g）＝各器官干質(zhì)量×C

標(biāo)記樣品中13C的占比：Atom（%）＝(δ13C＋1000)×RPBD/[(δ13C＋1000)×RPBD＋1000]×100

器官的13C量：13Ci（mg）＝Ci×[Atom(%)13C標(biāo)記－Atom(%)13C自然]×1000/100

13C在各器官分配率：13Ci（%）＝13Ci/13Ci凈吸收×100

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，Microsoft Excel 2016對數(shù)據(jù)整理并作圖。

2 結(jié)果分析

2.1 ‘陽光玫瑰’葡萄不同衰老程度葉片的光合能力

由圖2A看出，全綠、半綠、全黃3種葉片凈光合速率存在顯著差異，全綠葉片的凈光合速率最高。為2.33 μmol·m-2·s-1；全黃葉片的凈光合速率最低為 ﹣2.51 μmol·m-2·s-1。

葉片蒸騰作用是指水分由細(xì)胞蒸發(fā)到細(xì)胞間隙，然后擴(kuò)散至植物體外的過程，產(chǎn)生的拉力能為植物營養(yǎng)物質(zhì)、水分運(yùn)輸提供動力保障[14]。如圖2B所示，不同衰老程度葉片之間的蒸騰速率存在顯著差異，隨著葉片黃化程度的加深，其蒸騰速率逐漸降低。全綠葉片的蒸騰速率為1.49 mmol·m-2·s-1，全黃葉片蒸騰速率僅為0.34 mmol·m-2·s-1。

氣孔導(dǎo)度能反映葉片與外界氣體交換的能力，氣孔導(dǎo)度數(shù)值越大葉片光合能力越強(qiáng)[9]。如圖2C所示，隨著葉片黃化程度的加深，氣孔導(dǎo)度不斷降低。全綠葉片的氣孔導(dǎo)度為64.9 mmol·m-2·s-1，是全黃葉片的2.3倍。

Ci能夠反映植物葉片CO2的滯留量，該值越高，代表葉片對CO2的利用率越低[15]。由圖2D可知，隨著葉片黃化程度的加深，胞間CO2濃度不斷升高，全綠葉片胞間CO2濃度為260.70 μmol·m-2·s-1，半綠葉片的為366.92 μmol·m-2·s-1，全黃葉片的為565.2 μmol·m-2·s-1。

圖2 ‘陽光玫瑰’葡萄不同衰老程度葉片光合參數(shù)Figure 2 Photosynthetic parameter of 'Shine Muscat' grape leaf with different senescence degrees

2.2 不同葉片各器官中13C含量與分配率

表1為各器官中13C標(biāo)記新合成的同化物與器官中原有同化物的比例。葉片和枝條中13C的比例均為全綠＞半綠＞全黃。另外，對于葉片中的13C比例，全黃葉片顯著高于遮光13C處理和對照，而遮光13C處理和對照無顯著性差異；對于枝條中的13C比例，全黃葉片、遮光處理以及對照中的13C比例均無顯著差異。

表1 不同衰老程度葉片和枝條中13C比例Table 1 Proportion of 13C in leaves and fruiting branches with different senescence degrees %

如表2所示，全綠葉片中13C含量為14.534 mg，枝條中的13C含量為2.762 mg，均顯著高于其他處理。半綠葉片中13C含量是全黃葉片的12.25倍，半綠葉片的枝條中13C含量是全黃葉片下枝條的20.80倍；全黃狀態(tài)下葉片中13C含量顯著高于遮光處理及對照。這表明‘陽光玫瑰’葡萄采后葉片處于半綠狀態(tài)時，葉片仍有合成光合同化物并向枝條轉(zhuǎn)運(yùn)的能力，而全黃葉片仍具有微弱的積累光合同化物的能力。

表2 不同衰老程度葉片和枝條中13C含量Table 2 13C content in leaves and branches with different senescence degreesmg

如表3所示，3個不同衰老程度的葉片將大多數(shù)13C同化物分配到葉片當(dāng)中。其中，全綠葉片13C分配率達(dá)到84.03%。遮光處理及對照的13C同化物大多分配到枝條中，且兩者之間無顯著差異。這些數(shù)據(jù)表明，雖然半綠葉片仍具有將光合同化物向枝條轉(zhuǎn)運(yùn)的能力，但由于光合能力降低，其枝條13C分配率高于全綠葉片。而對比同為光合能力缺失或抑制的全黃葉片和遮光處理的13C分配率，進(jìn)一步驗(yàn)證了全黃狀態(tài)葉片已基本喪失將光合同化物向枝條轉(zhuǎn)運(yùn)的能力。

表3 不同衰老程度葉片和枝條中13C分配率Table 3 Distribution of 13C in leaves and branches with different senescence degrees%

3 討論與結(jié)論

葉綠素含量和凈光合速率下降是葉片衰老的顯著特征。唐桓偉[16]的研究表明，‘陽光玫瑰’冬果葉片凈光合速率隨葉齡的增加先升高后降低，凈光合速率在葉齡53 d時達(dá)到最高，葉齡66 d后急劇下降。本研究中冬果采后第7天全綠葉片凈光合速率為2.33 μmol·m-2·s-1，該狀態(tài)下葉片光合強(qiáng)度大于呼吸強(qiáng)度。

葡萄生長前期光合同化物主要集中轉(zhuǎn)運(yùn)分配到地上部的新生器官，中期光合同化物在地上部與地下部分配比較均衡，而后期則穩(wěn)定回流至主蔓和根系[17-18]。本試驗(yàn)表明，冬果采后第7天葉片為全綠狀態(tài)的枝條中13C含量為2.762 mg；葉片為半綠狀態(tài)的枝條中13C含量為2.33 mg，顯著高于全黃狀態(tài)和遮光處理枝條13C含量，說明半綠葉片仍有合成光合同化物并向枝條轉(zhuǎn)運(yùn)的能力；而從13C分配率得知，全黃葉片將光合同化物向枝條轉(zhuǎn)運(yùn)的能力低下。由于構(gòu)成大氣CO2的碳有12C、13C、14C，自然界中12C的CO2約占98.89%，13C的CO2占1.11%，14C的CO2則相對較低，其豐度僅占碳總量的10-12[19]，因此自然狀態(tài)下在植株中仍能檢測到13C。試驗(yàn)中全黃葉片的枝條中13C含量顯著低于自然狀態(tài)下的枝條，進(jìn)一步說明全黃葉片已基本喪失將光合同化物向枝條轉(zhuǎn)運(yùn)的能力。

一年兩收中夏果、冬果不重疊模式第二茬果（冬果）一般12月中下旬采收，翌年1月進(jìn)行修剪[20]。生產(chǎn)過程中，有時會在葉片還未失綠黃化時進(jìn)行修剪，或者在葉片已失綠黃化仍然未修剪。試驗(yàn)結(jié)果表明，從光合同化物轉(zhuǎn)運(yùn)角度考慮，在一年兩收栽培過程中，理論上可延長到枝條葉片失綠狀態(tài)時再進(jìn)行修剪，這樣更有利于營養(yǎng)回流和樹體樹勢的恢復(fù)，而對于已經(jīng)失綠黃化的葉片，可及時摘除。