反季節(jié)龍眼不同發(fā)育時期果實脫落響應(yīng)差異與果實呼吸耗氧量的關(guān)系

關(guān)鍵詞：龍眼；脅迫；果實脫落；呼吸耗氧量；果柄分離力

中圖分類號：S667.1 文獻標志碼：A

龍眼（Dimocarpus longan Lour.）是我國傳統(tǒng)的熱帶亞熱帶經(jīng)濟果樹，通過氯酸鉀催花可實現(xiàn)果實周年生產(chǎn)，其中尤以冬春季反季節(jié)龍眼果實最為暢銷。因反季節(jié)龍眼價格穩(wěn)定且在水果淡季上市而倍受青睞，經(jīng)濟價值高，已成為海南特色農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)之一。反季節(jié)龍眼果實發(fā)育期由于對環(huán)境最低溫度要求苛刻，目前僅在海南可進行商業(yè)化栽培。然而，反季節(jié)龍眼采前落果嚴重（約10%～40%果實非正常脫落），導(dǎo)致產(chǎn)量下降，已成為海南反季節(jié)龍眼生產(chǎn)上亟待解決的重大難題[1]。研究反季節(jié)龍眼果實脫落機理將有助于提高反季節(jié)龍眼坐果率及產(chǎn)量，具有重要的生產(chǎn)意義。

在果實的發(fā)育過程中，有限的果實脫落是淘汰不良果實的正?，F(xiàn)象。然而反季節(jié)龍眼果實容易受到環(huán)境脅迫的影響，導(dǎo)致果實非正常脫落加劇，嚴重影響產(chǎn)量。研究表明，器官脫落可能是由蔗糖虧缺激活的，然而蔗糖調(diào)控器官脫落的潛在機制尚未明確。器官的發(fā)育轉(zhuǎn)變需要充足的碳源，而器官脫落往往是碳水化合物/同化物的不足及器官間的競爭而誘導(dǎo)。碳水化合物途徑是復(fù)雜調(diào)節(jié)過程的結(jié)果，涉及光合作用和碳水化合物儲備運輸代謝之間的平衡。激素和碳水化合物共同參與復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，尤其是在應(yīng)對脅迫時[2]。蘋果的側(cè)果可感知碳水化合物虧缺，隨后啟動糖信號誘導(dǎo)種子衰老，從而誘導(dǎo)果實脫落[3]。柿子幼果脫落伴隨著碳水化合物含量的降低，因此認為坐果與碳水化合物含量關(guān)系密切[4]。正造龍眼果實脫落過程亦伴隨著果實糖含量的下降[5]。

在木本果樹中，一般認為果實發(fā)育所需的碳水化合物營養(yǎng)來源于葉片的光合作用或樹干、枝條、根的儲備[6-7]。在龍眼果實發(fā)育的不同時期，碳水化合物代謝生理學(xué)與果實脫落的關(guān)系知之甚少。龍眼樹與其他多年生木本果樹一樣，成熟的葉片和根為發(fā)育中的果實提供主要的碳水化合物[8]。團隊之前的研究發(fā)現(xiàn)龍眼在果實不同發(fā)育時期對饑餓脅迫的響應(yīng)存在較大的差異，果實響應(yīng)脫落的敏感性不同。那么在切斷外界碳水化合物供應(yīng)情況下，果實脫落必然與果實糖代謝關(guān)系更密切。呼吸作用是糖代謝的中心，蔗糖通過糖酵解過程進入三羧酸循環(huán)，進而氧化磷酸化。因此呼吸作用在果實脫落中扮演了更為重要的角色。然而，龍眼幼果期的果皮是含有葉綠體結(jié)構(gòu)的，理論上也可以進行光合作用，從而在果實發(fā)育和坐果過程中為其自身的碳水化合物需求做出貢獻。少量的報道也證實果實可以自身合成碳水化合物部分供應(yīng)形態(tài)建成[9]。為了探究反季節(jié)龍眼果實不同發(fā)育時期對脅迫響應(yīng)的落果差異原因，本研究檢測了脅迫條件下反季節(jié)儲良龍眼在不同果實發(fā)育時期的呼吸差異，測定了不同光強對果實呼吸耗氧量的影響，并結(jié)合落果動態(tài)，分析果實發(fā)育不同時期落果差異的成因。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料選擇試驗于 2023年6—12 月，在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所國家熱帶果樹品種改良中心龍眼種質(zhì)圃內(nèi)進行。反季節(jié)龍眼為8 年生儲良龍眼，6 月底株施1 kg 氯酸鉀催花處理，于8 月初盛花。在花后30 d（幼果期，單果重約0.3 g）、45 d（果實發(fā)育中期，單果重約1.0 g）、70 d（果實發(fā)育后期，單果重約4 g）時，選取樹勢一致、坐果量在30～60 粒、果實大小一致的果穗為材料，選取龍眼樹9 株，田間常規(guī)肥水管理。

1.1.2 材料準備在果實生長的3 個時期，分別選擇外周中上部坐果量相近的果穗進行誘導(dǎo)脫落試驗，每株選取直徑5～8 mm 的30 個結(jié)果母枝，扦插入清水中，同時摘除果穗的葉片，中斷果實碳水化合物供應(yīng)，人為制造果實饑餓脅迫誘導(dǎo)果實脫落。采用自然光照射，處理后每日跟蹤檢測果實落果率、呼吸耗氧量。并檢測不同光強對3個時期果實呼吸耗氧量的影響。

1.2 方法

1.2.1 落果率以調(diào)查初期的落果率為 0，每日調(diào)查落果量，計算落果率。對照為未處理的留樹果穗。

1.2.2 呼吸耗氧量采 用 氧 電 極 （Hansatech Oxygraph）檢測，反應(yīng)體系為溶解有飽和氧的超純水2 mL，零氧線建立用高純氮。反應(yīng)時間取斜率穩(wěn)定的一段計數(shù)，外循環(huán)水溫度為25 ℃，設(shè)3次重復(fù)。按每克新鮮果實每分鐘氧氣消耗量計算呼吸速率，單位：nmol/（min·g）。3 個時期果實呼吸耗氧量檢測環(huán)境為遮光處理，不同光強檢測外環(huán)境為0、10%、25%、50%、80%、100%透光度，光源光強4000 lx。

1.2.3 果柄分離力果柄分離力即將果柄從離層部位拉斷所需要的力，采用拉力試驗機檢測[5]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

龍眼各項生理參數(shù)測試數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 饑餓脅迫對反季節(jié)龍眼不同發(fā)育時期果實脫落的影響

由圖 1 可以發(fā)現(xiàn)，在同樣扦插處理，切斷外源碳水化合物誘導(dǎo)果實脫落過程中，幼果期果實在7 d 內(nèi)全部脫落，而果實發(fā)育中期和后期脅迫誘導(dǎo)脫落有相同的落果趨勢，100%落果只需要5 d，脅迫誘導(dǎo)的幼果期落果沒有果實發(fā)育中期和后期劇烈，果實脫落過程較幼果期延遲2 d。

2.2 饑餓脅迫對反季節(jié)龍眼不同發(fā)育時期果實呼吸作用的影響

由果實發(fā)育的 3 個時期的呼吸耗氧量發(fā)現(xiàn)，幼果期果實呼吸耗氧量較低，為77 nmol/（min·g），果實發(fā)育中期和后期呼吸耗氧量在270 nmol/ （min·g）以上。饑餓脅迫處理后，3 個時期的果實均出現(xiàn)了呼吸耗氧量的迅速升高，在切斷果實外部碳水化合物供應(yīng)后，果實自身儲備光合產(chǎn)物供應(yīng)脅迫后呼吸消耗的差異較大。幼果期脅迫處理后，果實的呼吸耗氧量高峰出現(xiàn)在處理后的第2 天，達到129 nmol/（min·g），隨后緩慢下降，脫落時果實呼吸耗氧量為97 nmol/（min·g）。果實發(fā)育中期和后期脅迫處理后，呼吸耗氧量高峰出現(xiàn)在處理后的第1 天，分別達到390、419 nmol/（min·g），隨后緩慢下降，脫落時果實呼吸耗氧量分別為240、209 nmol/（min·g）。幼果期較低的果實呼吸消耗是其在同樣受到饑餓脅迫時，比果實發(fā)育中期和后期脫落慢的原因之一（圖2）。

2.3 不同光強對不同發(fā)育時期果實呼吸作用影響

由圖 3 可以看出，幼果期果實在沒有光照的情況下呼吸耗費較多的氧氣，在逐漸增加透光度的過程中，果實呼吸耗氧量逐漸下降，在透光度為25%時，果實呼吸耗氧量為無光照呼吸耗氧量的27%；當透光度增加至50%時，出現(xiàn)了負的呼吸耗氧量。說明當光強達到2000 lx 時，果實光合作用釋放的氧氣多于呼吸消耗的氧氣，出現(xiàn)了凈光合。這與幼果期果實感受饑餓脅迫后落果較中期和后期緩慢相互印證。幼果期具有一定的光合作用是其在同樣受到饑餓脅迫時，比果實發(fā)育中期和后期脫落慢的另一原因。

果實發(fā)育中期，果實離體無光照情況下呼吸耗費較多的氧氣，在逐漸增加透光度的過程中，果實呼吸耗氧量逐漸下降，在透光度為25%時，果實呼吸耗氧量為無光照呼吸耗氧量的77.5%；當透光度增加至50%時，果實呼吸耗氧量為無光照呼吸耗氧量的52.4%。隨后直至光強增加到4000 lx，透光增加到100%時，果實呼吸耗氧量變化不大。果實發(fā)育中期光合作用并不能抵消呼吸作用對氧氣的消耗。

果實發(fā)育后期，在離體無光照情況下呼吸同樣需要消耗更多的氧氣，在逐漸增加透光度的過程中，果實呼吸耗氧量下降和上升均很微小，變化不大，均在275nmol/（min·g）左右。更未出現(xiàn)呼吸耗氧量負值的情況。

2.4 饑餓脅迫對反季節(jié)龍眼不同發(fā)育時期果柄分離力的影響

由圖4可知，隨著脅迫處理后天數(shù)的增加，果柄分離力逐漸下降，這預(yù)示著果實逐漸接近脫落。幼果期果柄分離力的急劇下降發(fā)生在處理后的第3天，而果實發(fā)育中期和發(fā)育后期果柄分離力在處理后第1天即開始迅速下降，說明果實發(fā)育中期和發(fā)育后期對脅迫的敏感性更強，對脅迫的響應(yīng)更快。且果實發(fā)育后期果柄分離力的初始值低于幼果期及果實發(fā)育中期，這可能與果實發(fā)育后期感受到饑餓脅迫更容易脫落有關(guān)。

3 討論

前期的研究表明果實脫落與果實中碳水化合物含量的下降密切相關(guān)[5]。扦插果穗并摘除葉片，在阻斷外源光合產(chǎn)物供應(yīng)的情況下，果實中碳水化合物的代謝與呼吸作用相關(guān)，因此果實呼吸作用的強弱與果實所處的脫落狀態(tài)關(guān)系密切[1]，果實脫落與否與碳水化合物的消耗速度關(guān)系密切。而果實早期脫落是果實內(nèi)部生理狀態(tài)與代謝作用提前到達成熟或衰老狀態(tài)的一種結(jié)果[10]。果實呼吸作用對果實脫落的影響研究多集中在呼吸躍變型果實上，極少有果實自養(yǎng)與果實脫落關(guān)系的研究報道。而幼果期的果皮為具有葉綠體的器官，其自養(yǎng)在果實總碳水化合物中的占比與果實脫落的關(guān)系在研究果實非正常脫落上具有重要意義。

許多花和果實是綠色的，部分能量和碳水化合物可通過器官中的這些結(jié)構(gòu)直接光合作用獲得[11]。但是幼果期果實可進行光合作用制造碳水化合物的報道極Bes+jt1SmWVvWB6NqkkiD0W9NdEfEbFwvfb3yVqxcFg=少。在葡萄上，花序在整個花的發(fā)育過程中通過光合作用來提供自身的碳營養(yǎng)，自養(yǎng)即可達到正的凈光合作用而影響脫落的敏感性。光合作用速率與葉綠素濃度呈正相關(guān)，不同葡萄品種間光合作用的模式差異也解釋了它們對脫落的不同敏感性[12]。茶樹白化果皮細胞內(nèi)的質(zhì)體結(jié)構(gòu)嚴重損壞，無法進一步發(fā)育形成葉綠體，葉綠體發(fā)育缺陷導(dǎo)致光合作用及其直接相關(guān)的碳代謝和氮代謝相關(guān)進程受到了嚴重影響[13]。油菜角果皮作為典型的非葉器官，其光合作用不僅是油菜光合作用的重要補充，更是角果發(fā)育后期產(chǎn)量建成的重要碳源[14]。研究表明薄殼山核桃果實光合作用對其果實干物質(zhì)積累具有重要作用，在果實發(fā)育進程中，薄殼山核桃果實假果皮光合能力隨著果皮葉綠素含量降低而明顯降低[15]。這些研究均支持果實為部分自養(yǎng)的生殖器官，與本研究中幼果期果實為部分自養(yǎng)器官有相同的結(jié)論。

果實發(fā)育的3個時期，在同樣感受到脅迫情況下，果實脫落進程存在較大差異，因此形成差異的原因與果實呼吸差異必定存在關(guān)系。通過檢測發(fā)現(xiàn)，幼果期果實呼吸耗氧量較低，降低了果實碳水化合物的消耗，延緩了果柄分離力的下降速率。而不同光強照射情況下對3 個時期果實呼吸耗氧量的研究結(jié)果也表明，幼果期的果實可通過自身光合作用代償部分呼吸作用對碳水化合物的消耗。幼果期果實較低的呼吸耗氧量及自身具有一定的光合作用能力是其脫落較果實發(fā)育中期和后期慢的主要原因。

4 結(jié)論

脅迫條件下果實呼吸作用與果實脫落過程密切相關(guān)，果實呼吸強度越強，果實在饑餓脅迫條件下脫落越快。龍眼幼果期可通過果皮進行光合作用部分代償碳代謝。幼果期饑餓脅迫下果實脫落慢的主要原因是低的呼吸消耗和具有一定的光合能力，因此龍眼幼果是一個部分自養(yǎng)的器官。