乙炔催花對觀賞鳳梨糖代謝的影響

張 超 李彤妤 裴 珂 段九菊

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西 太原 030031）

觀賞鳳梨為鳳梨科（Bromeliaceae）多年生草本植物，具有很高的觀賞價值，是年宵花卉市場的主流花卉之一，因其色彩艷麗、花型奇特、觀賞期長等特點，深受我國花卉消費者喜愛。觀賞鳳梨自然條件下受株齡、葉齡、環(huán)境因素等共同影響，開花不整齊或不易開花。為使觀賞鳳梨成品能夠按需上市，生產(chǎn)上依據(jù)不同品種，一般采用乙炔氣飽和水溶液［1］、乙烯利［2］等進(jìn)行人工催花。對于北方主流品種擎天鳳梨屬觀賞鳳梨，以乙炔催花效果最好［3］。

前人對乙烯利誘導(dǎo)觀賞鳳梨成花的機(jī)理進(jìn)行了一些研究［2］，但目前對乙炔誘導(dǎo)觀賞鳳梨成花機(jī)理的研究卻較少。植物花芽分化主要發(fā)生在成熟莖尖生長點［4］，是植物從營養(yǎng)生長進(jìn)入生殖生長的標(biāo)志，對花卉的生長發(fā)育十分重要。花芽分化進(jìn)程伴隨著大量營養(yǎng)物質(zhì)的消耗。糖類是植物體內(nèi)一類重要有機(jī)物，既是植物光合作用產(chǎn)物，也是呼吸作用底物。糖代謝是植物整個生物代謝的中心，可為生命活動提供能量和碳源［5］。已有研究表明，糖類物質(zhì)的積累對水仙［6］、番紅花［7］、側(cè)金盞花［8］、萱草［9］、雜交蘭［10］等花卉的成花具有促進(jìn)作用。石蘭蓉［11］研究表明，觀賞鳳梨粉葉蜻蜓在低溫下的碳水化合物積累速度減慢，促花效應(yīng)較差，碳水化合物含量的多少導(dǎo)致成花差異。研究花芽分化前后糖代謝及其相關(guān)酶活性的變化，對于生產(chǎn)上花芽分化前后進(jìn)行肥水管理具有重要的指導(dǎo)意義。為此，本試驗在前期對觀賞鳳梨丹尼斯花芽分化進(jìn)程及其內(nèi)源激素代謝的研究基礎(chǔ)上［12］，進(jìn)一步對觀賞鳳梨花芽分化過程中的糖含量及其代謝相關(guān)酶活性變化進(jìn)行動態(tài)分析，以期了解觀賞鳳梨糖代謝對花芽分化的影響，從而揭示乙炔促花的生理機(jī)制，為觀賞鳳梨花期調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為觀賞鳳梨，品種為丹尼斯（GuzmaniaDenise），種植于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝研究所溫室。植株生長期間，進(jìn)行正常的水肥管理和病蟲害防治。

1.2 試驗處理

待植株長至20～25片葉時，選擇苗齡一致、長勢一致、生長健壯的植株分為2 組：一組為對照組（CK），每隔3 d 在植株葉杯中灌注純凈水，每株灌注200 mL，共灌注4 次；另一組為乙炔催花處理組，每隔3 d 在植株葉杯中灌注飽和乙炔水溶液進(jìn)行催花處理，每株灌注200 mL，共灌注4次。

前期試驗已將觀賞鳳梨丹尼斯花芽分化進(jìn)程劃分為0 級—花芽未分化期、1 級—花序原基分化期（7～21 d）、2級—花原基分化期（21～35 d）、3級—花萼花瓣分化期（35～42 d）、4 級—雌雄蕊分化期（42～56 d）［12］。本試驗處理開始后每隔7 d取樣1次（保證花芽分化關(guān)鍵期均有取樣），每處理每次取樣6 株，試驗重復(fù)3 次。采樣時間為早晨8點左右，取對照組和處理組植株，采集莖頂端生長點及心葉往下第4～第5 片功能葉，所取鮮樣一份迅速用液氮固定，保存于超低溫冰箱中，待測糖代謝酶活性；另一份105 ℃殺青15 min，75 ℃烘至恒重，待測糖含量。

1.3 測定項目與方法

可溶性總糖、淀粉、蔗糖含量測定采用蒽酮比色法［13］，單位為μg·g-1。α-淀粉酶、β-淀粉酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法［14］，酶活性單位為mg·g-1·min-1。蔗糖合成酶（sucrose synthase，SS）及蔗糖磷酸合成酶（sucrophosphate synthase，SPS）的酶液提取參照Douglas 等［15］的方法，蔗糖磷酸合成酶活性測定參考Rufty 等［16］的方法，蔗糖合成酶活性測定時將6-磷酸果糖換成果糖，其他步驟與蔗糖磷酸合成酶測定方法相同。酶活性單位為μmol·h-1·g-1FW。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 19.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析、Duncan’s（P＜0.05）多重比較、相關(guān)性分析，采用Excel 2010繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 乙炔催花對觀賞鳳梨淀粉含量的影響

由圖1 可知，整個試驗過程中，與初始取樣相比，對照組生長點和葉片中淀粉含量變化幅度不大。乙炔催花后，植株生長點和葉片中淀粉含量變化趨勢基本一致，即隨著花芽分化進(jìn)程的推進(jìn)，淀粉含量均呈升高-降低-升高-再降低的變化趨勢，生長點中淀粉含量在處理7 d 后即迅速增加，于14 d 時達(dá)到第一個峰值，為25.46 mg·g-1，較對照增加了125.99%，之后降至對照水平，于28 d時達(dá)到第二個峰值，為13.18 mg·g-1，顯著高于同期對照，之后又逐漸降至對照水平。葉片中淀粉含量的升高峰值晚于生長點，于處理21 d 時升至峰值，為10.48 mg·g-1，顯著高于同期對照。乙炔處理生長點中淀粉含量較對照升高幅度大于葉片中淀粉含量較對照升高幅度。

圖1 乙炔對觀賞鳳梨生長點（A）和葉片（B）淀粉含量的影響Fig.1 Effects of acetylene on starch contents in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

2.2 乙炔催花對觀賞鳳梨蔗糖含量的影響

由圖2 可知，對照組觀賞鳳梨生長點和葉片中的蔗糖含量變化趨勢基本一致，均呈升高-降低-升高-降低-再升高的變化趨勢。乙炔處理后，生長點中蔗糖含量緩慢下降，14 d時降至最低值，為12.51 mg·g-1，較對照降低28.95%。之后迅速上升，21 d 時升至峰值，升高為對照的1.95 倍，之后下降至對照水平。葉片中蔗糖含量在乙炔處理后即迅速升高，呈“雙峰曲線”，分別于7 和28 d 時達(dá)到兩次峰值，均顯著高于對照，分別較對照增加31.63%和43.03%，之后下降至對照水平，與對照變化趨勢基本一致。

圖2 乙炔對觀賞鳳梨生長點（A）和葉片（B）蔗糖含量的影響Fig.2 Effects of acetylene on sucrose contents in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

2.3 乙炔催花對觀賞鳳梨可溶性總糖含量的影響

由圖3 可知，整個處理過程中，與初始取樣相比，對照組生長點和葉片中可溶性總糖含量變化幅度不大。乙炔處理后，生長點中可溶性總糖含量于處理21 d 時顯著高于對照，為20.26 mg·g-1，升高為對照的9.89 倍；葉片中可溶性糖含量于處理28 d 時顯著高于對照，升高為對照的6.25倍。

圖3 乙炔對觀賞鳳梨生長點（A）和葉片（B）可溶性總糖含量的影響Fig.3 Effects of acetylene on soluble sugar contents in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

2.4 乙炔催花對觀賞鳳梨淀粉酶活性的影響

由圖4 可知，整個處理過程中，對照組觀賞鳳梨生長點和葉片中α-淀粉酶活性變化幅度較小，生長點中變化范圍為3.43～7.15 mg·g-1·min-1，葉片中變化范圍為2.93～5.33 mg·g-1·min-1。乙炔處理后，生長點中α-淀粉酶活性于處理14 d 后快速上升，于處理21 d 時達(dá)到峰值，顯著高于同期對照，升高為對照的3.03 倍，之后快速下降，于處理35 d 時下降至對照水平；葉片中α-淀粉酶活性于處理0、14、28 d 時顯著高于對照，其余時間段與對照相比無顯著差異。乙炔處理葉片中α-淀粉酶活性較對照升高幅度明顯小于生長點中α-淀粉酶活性升高幅度。

圖4 乙炔對觀賞鳳梨生長點（A）和葉片（B）α-淀粉酶活性的影響Fig.4 Effects of acetylene on α-amylase activities in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

由圖5 可知，乙炔催花處理后，觀賞鳳梨植株生長點和葉片中β-淀粉酶活性均在處理后緩慢升高，生長點中于處理7 d 時顯著高于對照，處理21、28 d 時顯著低于對照，其余時間與同期對照相比無顯著差異。葉片中于處理7 d時顯著高于對照，之后緩慢下降至對照水平，與對照變化趨勢基本保持一致，且無顯著差異。

圖5 乙炔對觀賞鳳梨生長點（A）和葉片（B）β-淀粉酶活性的影響Fig.5 Effects of acetylene on β-amylase activities in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

2.5 乙炔催花對觀賞鳳梨蔗糖磷酸合成酶活性的影響

由圖6 可知，試驗過程中，處理組觀賞鳳梨生長點和葉片中蔗糖磷酸合成酶活性均呈先升高后降低的變化趨勢。生長點中于處理7 d時即顯著高于對照，處理21 d 時升至峰值，升高為對照的2.71 倍；葉片中也于處理7 d 時即顯著高于對照，于處理28 d 時升至峰值，升高為對照的2.68倍，之后下降至接近對照水平。

圖6 乙炔對觀賞鳳梨生長點（A）和葉片（B）蔗糖磷酸合成酶活性的影響Fig.6 Effects of acetylene on sucrophosphate synthase activities in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

2.6 乙炔催花對觀賞鳳梨蔗糖合成酶活性的影響

由圖7 可知，在整個處理過程中，生長點中蔗糖合成酶活性除處理28 和56 d 顯著高于對照外，其余時間與同期對照相比無顯著差異；葉片中蔗糖合成酶活性除處理7 和35 d 顯著高于對照外，其余時間與同期對照相比無顯著差異。

圖7 乙炔對觀賞鳳梨生長點（A）和葉片（B）蔗糖合成酶活性的影響Fig.7 Effects of acetylene on sucrose synthase activities in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

2.7 觀賞鳳梨糖組分間及其與相關(guān)酶活性間的相關(guān)性

由觀賞鳳梨糖組分之間的相關(guān)性分析（表1）可見，生長點、葉片中的蔗糖與可溶性總糖含量之間呈極顯著正相關(guān)，生長點中相關(guān)系數(shù)為0.868，葉片中相關(guān)系數(shù)為0.670。蔗糖和淀粉、可溶性總糖和淀粉含量之間均無顯著相關(guān)性。

表1 觀賞鳳梨糖組分之間的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation coefficient between sugar composition in ornamental pineapple

由觀賞鳳梨糖組分與相關(guān)酶活性之間的相關(guān)性分析（表2）可見，觀賞鳳梨生長點中蔗糖磷酸合成酶活性與蔗糖、可溶性總糖含量之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.530 和0.721，葉片中蔗糖磷酸合成酶活性與蔗糖、可溶性總糖含量之間也呈顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.632和0.504。蔗糖合成酶活性僅在葉片中與淀粉含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.528。觀賞鳳梨生長點和葉片中α-淀粉酶活性與淀粉含量之間呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.678和-0.547，β-淀粉酶活性與各碳水化合物含量之間均無顯著相關(guān)性。

表2 觀賞鳳梨糖組分與相關(guān)酶活性的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient between sugar composition and related enzyme acivities in ornamental pineapple

3 討論

花器官的分化和發(fā)育是一個形態(tài)建成過程，營養(yǎng)是花器官形成與生長的物質(zhì)基礎(chǔ)［17］。營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)是否充足決定了花芽分化質(zhì)量的優(yōu)劣［18］。在營養(yǎng)物質(zhì)中，碳水化合物對花芽的形態(tài)發(fā)育尤為重要，它既是結(jié)構(gòu)物質(zhì)，又是能量的提供者，其積累與花芽分化密切相關(guān)［19］。

淀粉是植物界常見的多糖，在淀粉酶的作用下可以水解為可溶性糖為花芽分化供能［20］。可溶性糖在植物體內(nèi)能夠被直接利用作為能源物質(zhì)參與調(diào)控花芽分化過程［21］。本試驗中，乙炔催花處理后，觀賞鳳梨生長點中淀粉含量在花序原基分化盛期（14 d）大量積累；花序原基分化期向花原基分化期轉(zhuǎn)變時（21 d），淀粉不斷被水解轉(zhuǎn)化為可溶性糖（淀粉含量與α-淀粉酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)），且此時生長點中可溶性總糖含量恰好處于較高水平，二者趨勢吻合；進(jìn)入花原基分化盛期（28 d）階段，淀粉含量再次大量積累，雖低于花序原基分化期，但其含量仍處在較高水平，進(jìn)入雌雄蕊分化期后，淀粉含量降至對照水平。葉片中淀粉含量在21 d 時迅速上升，在28 d 時大量消耗轉(zhuǎn)化為可溶性總糖，且此時可溶性糖含量處于較高水平?？梢?，觀賞鳳梨花芽分化前期淀粉和可溶性總糖的積累為植株進(jìn)行花芽分化提供了有利條件，通過維持生長點中的高糖水平為觀賞鳳梨花芽分化及發(fā)育提供能量，這與番紅花［7］、側(cè)金盞花［8］、杧果［22］、橄欖［23］等園藝作物花芽分化的研究結(jié)果相似。

蔗糖是可溶性糖的一種，是高等植物光合作用的主要終產(chǎn)物，調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育和生理過程，較高水平的蔗糖含量有利于花芽分化［24］。乙炔催花處理誘導(dǎo)觀賞鳳梨花芽分化過程中，生長點和葉片中的蔗糖含量與可溶性總糖含量呈顯著正相關(guān)；生長點和葉片中蔗糖含量在花序原基分化期和花原基分化期大量積累，進(jìn)入器官分化期后降至對照水平；生長點中蔗糖水平較對照升高幅度大于葉片，且峰值出現(xiàn)在葉片峰值之后。這可能與葉片作為“源”而生長點頂芽作為“庫”有關(guān)。

蔗糖磷酸合成酶是促進(jìn)蔗糖合成的限速酶［25］，其活性與植物中淀粉和蔗糖積累的平衡有關(guān)［26］。蔗糖合成酶是一種既可催化蔗糖合成又可催化蔗糖分解的糖基轉(zhuǎn)移酶［27］。本試驗過程中，觀賞鳳梨生長點和葉片中蔗糖磷酸合成酶活性明顯高于蔗糖合成酶活性，且與蔗糖含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，而蔗糖合成酶活性與蔗糖含量無顯著相關(guān)性。表明蔗糖主要在蔗糖磷酸合成酶作用下形成，以葉片作為“源”而生長點頂芽作為“庫”供給器官分化。淀粉酶的作用是對淀粉分子進(jìn)行酶切，從而使大分子的淀粉降解成二糖。α-淀粉酶是內(nèi)切型淀粉酶［28］，β-淀粉酶是外切型糖化酶［29］。本試驗中，α-淀粉酶活性與淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)，β-淀粉酶活性與淀粉含量之間無顯著相關(guān)性，α-淀粉酶為觀賞鳳梨淀粉降解的主要淀粉酶，且生長點中α-淀粉酶活性變化幅度大于葉片，其活性增加促進(jìn)淀粉向可溶性糖轉(zhuǎn)化?；ㄑ可矸只跗冢矸勖富钚暂^低，淀粉含量較高。進(jìn)入花芽生理分化盛期后，淀粉酶活性增加，淀粉含量下降。綜上所述，觀賞鳳梨花芽分化期的關(guān)鍵酶是蔗糖磷酸合成酶、α-淀粉酶，其他酶類起調(diào)節(jié)作用。

乙炔為乙烯的同類物，乙炔和乙烯利在誘導(dǎo)觀賞鳳梨成花方面具有相同的促花作用［30］。石蘭蓉等［2］采用乙烯利處理觀賞鳳梨粉菠蘿，提高了葉片中還原糖、可溶性總糖等營養(yǎng)物質(zhì)的積累，從而達(dá)到乙烯促花的目的。本試驗中，乙炔催花后觀賞鳳梨葉片中糖含量的變化與上述結(jié)果基本一致，推測乙炔誘導(dǎo)觀賞鳳梨成花可能是通過乙烯信號途徑實現(xiàn)的［31］。乙烯作為信號分子誘導(dǎo)觀賞鳳梨生長點和葉片中脫落酸/赤霉素（abscisic acid/ gibberellins，ABA/GAs）、玉米素核苷/赤霉素（zeatin nucleotides/gibberellins，ZRs/GAs）、玉米素核苷/生長素（zeatin nucleotides/auxins，ZRs/IAA）等內(nèi)源激素比值在花序原基分化期、花原基分化期和器官分化早期顯著增加［12］，并誘導(dǎo)一系列生化反應(yīng)或調(diào)控某些基因表達(dá)，最終導(dǎo)致下游糖代謝酶活性及糖含量發(fā)生變化［32］。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，觀賞鳳梨乙炔催花處理后，在花序原基分化期和花原基分化期，植株生長點和葉片中淀粉、蔗糖、可溶性總糖大量積累，且生長點中的積累幅度大于葉片，碳水化合物的儲備可為觀賞鳳梨花芽分化提供養(yǎng)分和能量，加快植株從營養(yǎng)生長到生殖生長的轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到乙炔促花的目的。進(jìn)入器官分化期后，三種糖含量逐漸下降至對照水平。因此，生產(chǎn)上可以通過在觀賞鳳梨花芽分化前后進(jìn)行肥料調(diào)控等栽培措施增加花芽和功能葉中碳水化合物的累積，以調(diào)控其花芽分化。