施硼方式對(duì)番木瓜光合特性和果實(shí)品質(zhì)的影響

關(guān)鍵詞：番木瓜；缺硼；施硼方法；光合特性；果實(shí)品質(zhì)

番木瓜CaricapapayaL.是番木瓜科Caricaceae番木瓜屬Carica的多年生常綠肉質(zhì)草本植物，周年開(kāi)花結(jié)果，是世界上種植和消費(fèi)最廣泛的熱帶水果之一[1-2]。硼是高等植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，是我國(guó)當(dāng)前施用的第一大微肥[3]，能抑制多種光合酶活性[4]，破壞葉綠體結(jié)構(gòu)[5]，從而影響植物光合作用，最重要的是影響生殖生長(zhǎng)[6]。番木瓜對(duì)硼缺乏非常敏感，缺硼會(huì)導(dǎo)致植株矮化、頂端分生組織和果實(shí)變形以及果實(shí)成熟不均勻等，嚴(yán)重降低了番木瓜的產(chǎn)量和質(zhì)量[7]，限制了產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展。研究表明，適量的外源硼能穩(wěn)定番茄的葉片結(jié)構(gòu)[8]，顯著提高甜菜葉面積和干物質(zhì)積累量[9]，提高草莓的葉綠素含量和光合作用[10]以及番木瓜的產(chǎn)量[7]。但果樹(shù)需硼量從缺乏到過(guò)量范圍往往較窄，若施肥不當(dāng)不僅易造成作物缺硼和硼毒害現(xiàn)象[11]，還會(huì)造成土壤和環(huán)境的污染，因此科學(xué)高效的施硼方法對(duì)解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題尤為重要。王路紅等[12]和馬路婷等[13]均研究發(fā)現(xiàn)硼處理能提高果實(shí)品質(zhì)。鑒于番木瓜樹(shù)獨(dú)特的生理構(gòu)造（樹(shù)干中空，有髓腔），我們前期研究發(fā)現(xiàn)樹(shù)干髓腔中注射硼酸溶液能較好地矯正番木瓜缺硼癥，且溶液濃度為0.1%時(shí)效果最佳。為進(jìn)一步探討硼素對(duì)番木瓜生理的影響，本試驗(yàn)以果實(shí)發(fā)育期的番木瓜為材料，研究不同施硼方式對(duì)番木瓜葉片的光合作用及果實(shí)品質(zhì)的影響，旨在豐富番木瓜硼素營(yíng)養(yǎng)研究以及為番木瓜栽培技術(shù)提供參考。

1材料方法

1.1試驗(yàn)材料和處理

試驗(yàn)于2021年6—9月進(jìn)行，材料種植于廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所指導(dǎo)基地（23°01′N(xiāo)，107°51′E），海拔98.9m，年平均氣溫21.6℃，濕潤(rùn)多雨，雨量集中，日照充足，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候。

選取果實(shí)發(fā)育期生長(zhǎng)一致、無(wú)病蟲(chóng)害的‘紅鈴’番木瓜植株作為試驗(yàn)對(duì)象，經(jīng)不施硼素預(yù)處理2個(gè)月（果園其他管理按常規(guī)進(jìn)行）后，設(shè)置4個(gè)不同處理（表1），每個(gè)處理選取長(zhǎng)勢(shì)一致的15株番木瓜植株作為試驗(yàn)材料，每5株為1次重復(fù)，共3次重復(fù)。在處理后的第0、10、20、40天選取不同處理植株中部功能葉片測(cè)定光合特性及葉綠素含量等指標(biāo)，第40天測(cè)定果實(shí)畸形率和果實(shí)中維生素C、可溶性固形物、可滴定酸的含量。

1.2測(cè)定方法

1.2.1葉片葉綠素含量

參考陳建勛等[14]應(yīng)用乙醇丙酮混合液提取法測(cè)定。采集試驗(yàn)新鮮葉片，剪碎，置于裝有丙酮和乙醇的混合液（體積比1∶1）的棕色瓶中于黑暗處提取葉綠素24h，利用分光光度計(jì)分別在波長(zhǎng)663nm和646nm下測(cè)定OD值，并計(jì)算葉綠素總含量。重復(fù)3次。

1.2.2葉片光合參數(shù)

采用Li-6400型便攜式光合系統(tǒng)分析儀，測(cè)定番木瓜葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和胞間CO2濃度。測(cè)量時(shí)設(shè)定內(nèi)氣流速度為500μmol/s、光量子通量密度為1000μmol/（m2·s），具體使用方法按照說(shuō)明書(shū)操作執(zhí)行。測(cè)定時(shí)間為上午9：00—11：00，重復(fù)3次。

1.2.3果實(shí)維生素C、可滴定酸和可溶性固形物含量

維生素C采用2，6-二氯酚靛酚滴定法進(jìn)行測(cè)定；可滴定酸采用酸堿滴定法進(jìn)行測(cè)定，具體操作參考曹建康等[15]編寫(xiě)的《果蔬采后生理生化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》；可溶性固形物使用手持式測(cè)定儀，具體使用方法按照儀器說(shuō)明書(shū)操作執(zhí)行。

1.3數(shù)據(jù)處理分析

數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)采用Excel2013軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算和繪圖，利用SPSS20.0進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同施硼方式對(duì)番木瓜葉片光合參數(shù)的影響

2.1.1不同施硼方式對(duì)葉片凈光合速率的影響

葉片的光合作用是作物產(chǎn)量形成的直接動(dòng)力，凈光合速率在一定程度上反映了植物光合作用的水平。由圖1可知，不同施硼方式處理的葉片凈光合速率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)均表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)。葉面噴施硼和樹(shù)干注射硼處理均能顯著提高番木瓜葉片的光合作用。處理10d時(shí)土壤施硼、葉面噴施硼及樹(shù)干注射施硼處理葉片的凈光合速率分別為12.28、26.14、25.98μmol·m-2·s-1。土壤施硼處理提高葉片的凈光合速率較慢，而葉面噴施硼和樹(shù)干注射施硼處理均能較快速地提高葉片的凈光合速率，但葉面噴施硼處理的凈光合速率維持較高水平時(shí)間較樹(shù)干注射施硼處理短。處理40d時(shí)，樹(shù)干注射施硼處理的葉片凈光合速率仍能維持較高水平，為22.23μmol·m-2·s-1。

2.1.2不同施硼方式對(duì)葉片氣孔導(dǎo)度的影響

氣孔是調(diào)控胞間CO2濃度的重要門(mén)禁，氣孔導(dǎo)度能反映氣孔張開(kāi)的程度，衡量CO2在氣孔內(nèi)傳輸阻力的因子。由圖2可知，不同的施硼方式處理番木瓜葉片的氣孔導(dǎo)度變化趨勢(shì)與凈光合速率相似，均表現(xiàn)為先上升后下降。處理10d時(shí)，土壤施硼、葉面噴施硼和樹(shù)干注射施硼處理番木瓜葉片的氣孔導(dǎo)度分別為0.54、1.06、0.99mol·m-2·s-1。處理40d時(shí)，不施硼處理的葉片氣孔導(dǎo)度為0.48mol·m-2·s-1，土壤施硼和樹(shù)干注射施硼處理的葉片氣孔導(dǎo)度均顯著高于不施硼處理，分別為0.70和0.90mol·m-2·s-1；葉面噴施硼處理的氣孔導(dǎo)度與不施硼處理則無(wú)顯著性差異。結(jié)果表明，土壤施硼處理緩解缺硼引起的葉片氣孔關(guān)閉效果較慢；葉面噴施硼和樹(shù)干注射硼能較快地緩解葉片氣孔關(guān)閉；葉面噴施硼處理在初期效果較好，但持久性較差，樹(shù)干注射施硼不僅效果較好且時(shí)效長(zhǎng)。

2.1.3不同施硼方式對(duì)葉片胞間CO2濃度的影響

胞間CO2濃度能反映出植物從環(huán)境中吸收、光合作用消耗及呼吸作用產(chǎn)生的CO2的含量變化情況。由圖3可知，不同的施硼方式處理的葉片胞間CO2濃度均先降低后升高。處理10d時(shí)，不施硼處理的葉片胞間CO2濃度為351.35μmol·mol-1，土壤施硼、葉面噴施硼及樹(shù)干注射施硼處理的葉片胞間CO2濃度均顯著低于不施硼處理，分別為323.97、269.86、267.96μmol·mol-1。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)各處理的葉片胞間CO2濃度先降低再升高，處理40d時(shí)，土壤施硼、葉面噴施硼及樹(shù)干注射施硼處理的葉片胞間CO2濃度分別為325.59、333.49、303.09μmol·mol-1。葉片對(duì)CO2的利用率越高其胞間CO2濃度越低，研究結(jié)果表明不同的施硼方式處理不同程度上降低了葉片的胞間CO2濃度，提高了CO2的利用率。

2.1.4不同施硼方式對(duì)葉片蒸騰速率的影響

由圖4可知，不同的施硼方式處理的葉片蒸騰速率先上升后下降，變化趨勢(shì)與凈光合速率、氣孔導(dǎo)度相同。處理10d時(shí)，不施硼處理的葉片蒸騰速率為1.66mmol·m-2·s-1，土壤施硼、葉面噴施硼及樹(shù)干注射施硼處理的葉片蒸騰速率均顯著高于不施硼處理，分別為3.36、3.56、4.00mmol·m-2·s-1。處理40d時(shí)，土壤施硼、葉面噴施硼及樹(shù)干注射施硼處理的葉片蒸騰速率分別為3.45、3.12、3.60mmol·m-2·s-1。

2.2不同施硼方式對(duì)番木瓜葉片葉綠素含量的影響

葉綠素是光合作用必不可少的光合色素，可反映光合能力，是評(píng)價(jià)植株體生理狀況的一項(xiàng)重要指標(biāo)。由圖5可知，不同的施硼方式處理均可一定程度提高葉片的葉綠素含量。處理10d時(shí)，不施硼處理的葉片葉綠素含量為1.47mg/g，土壤施硼、葉面噴施硼和樹(shù)干注射施硼處理的葉片葉綠素含量分別為1.87、2.24、1.92mg/g，均顯著高于不施硼處理。處理40d時(shí)，樹(shù)干注射施硼處理的葉片葉綠素含量顯著高于其他處理。

2.3不同施硼方式對(duì)番木瓜果實(shí)的影響

2.3.1不同施硼方式對(duì)果實(shí)外觀和畸形率的影響

缺硼不僅影響番木瓜的外觀品質(zhì)且易導(dǎo)致果實(shí)畸形。不同的施外源硼方式處理均能提升果實(shí)外觀品質(zhì)（圖6），顯著降低果實(shí)的畸形率（圖7）。不施硼處理的番木瓜果實(shí)出現(xiàn)明顯的畸形，畸形率高達(dá)94.1%，而樹(shù)干注射施硼處理的果實(shí)畸形率最低。由此可見(jiàn)，番木瓜對(duì)硼元素非常敏感，而缺硼可能是導(dǎo)致果實(shí)畸形的原因之一。

2.3.2不同施硼方式對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響

由表2可知，不同的施硼方式處理能夠顯著提高番木瓜果實(shí)中的維生素C和可溶性固形物含量，一定程度上降低可滴定酸含量，提高果實(shí)的品質(zhì)。其中，樹(shù)干注射施硼處理的維生素C含量和可溶性固形物含量均顯著高于土壤施硼和葉面噴施硼處理，由此表明樹(shù)干注射外源硼對(duì)提高番木瓜果實(shí)品質(zhì)效果最佳。

3討論

硼對(duì)植物的光合特性有一定的促進(jìn)作用，缺硼條件下植物葉片氣孔導(dǎo)度、光合速率和蒸騰速率顯著降低[16]，而花期噴施一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硼肥可顯著提高‘燕紅’板栗葉片的光合作用[12]。本研究結(jié)果顯示，不施硼會(huì)嚴(yán)重影響番木瓜葉片的光合作用，不同方式施硼處理均能一定程度上提高果實(shí)發(fā)育期的番木瓜葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率，提高葉片光合作用，這與謝志南等[17]開(kāi)展的外源硼對(duì)幼齡番木瓜葉片凈光合速率的研究結(jié)果一致。凈光合速率在一定程度上反映了植物光合作用的水平。研究發(fā)現(xiàn)處理10d時(shí)，不同處理凈光合速率大小依次為葉面噴施硼＞樹(shù)干注射施硼＞土壤施硼＞不施硼；處理40d時(shí)，凈光合速率大小依次為樹(shù)干注射施硼＞土壤施硼＞葉面噴施硼＞不施硼。表明番木瓜葉片的凈光合速率因施硼方式不同而存在差異；土壤施硼處理提高葉片的凈光合速率較慢，葉面噴施硼處理提高效果僅在初期較好，而樹(shù)干注射施硼不僅效果較好且時(shí)效長(zhǎng)。影響光合作用的內(nèi)在因素主要包括每單位葉的1，5-二磷酸核酮糖羧化酶活性、1，5-二磷酸核酮糖合成速率和CO2供應(yīng)，而CO2供應(yīng)由氣孔導(dǎo)度和環(huán)境CO2決定[18]，氣孔導(dǎo)度越大，氣孔對(duì)CO2的傳輸阻力越小[19]。本研究中，隨時(shí)間的延長(zhǎng)不同施硼方式處理葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率均表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)，而胞間CO2濃度則表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢(shì)。不同方式施硼處理番木瓜的葉片氣孔導(dǎo)度隨凈光合速率的增大而增大，這說(shuō)明外源硼能緩解缺硼引起的氣孔關(guān)閉，促進(jìn)氣體交換，從而提高光合速率。葉片的胞間CO2濃度隨凈光合速率增大而降低，可能由于外源硼能提高光合作用，提高CO2利用率，降低胞間CO2濃度，從而改善缺硼對(duì)光合作用的限制。葉片的蒸騰速率隨氣孔導(dǎo)度增大而增大，說(shuō)明氣孔的開(kāi)放有利于提高葉片的蒸騰速率。葉綠素含量反映植株生理狀況和作物生產(chǎn)能力，與葉片凈光合速率密切相關(guān)[20]。有研究表明，花期噴硼對(duì)甜櫻桃葉片光合色素含量有正向影響，但噴硼兩次反而會(huì)降低葉片光合色素含量[21]。本研究中不施硼會(huì)降低果實(shí)發(fā)育期的番木瓜葉片的葉綠素含量，而不同方式的施硼處理可一定程度提高葉片的葉綠素含量。究其原因，硼對(duì)維持葉綠體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著重要作用，缺硼會(huì)破壞番木瓜葉綠體超微結(jié)構(gòu)，減少葉綠素含量，致使葉片畸形，嚴(yán)重影響了氣孔的開(kāi)閉，從而影響光合作用。葉面噴施硼和樹(shù)干注射施硼處理能較快地提高番木瓜的光合作用可能與其能較快地提高葉綠素含量有關(guān)。

缺硼易引起果實(shí)生理失調(diào)，如導(dǎo)致番茄花序間距變大、坐果率降低、果形指數(shù)變大等[22]。施外源硼后能減輕刺梨的生理落果并減少畸形果[23]，顯著提高‘燕紅’板栗結(jié)實(shí)率[12]，顯著提高成熟期棗果的維生素C含量和可溶性糖含量，提高果實(shí)品質(zhì)[13]。但植物體內(nèi)能利用的有效硼濃度范圍非常窄，因此合理施用硼肥是果實(shí)優(yōu)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的必要條件。桑雯[24]研究表明葉面施0.3%硼砂和0.2%ZnSO4可使番木瓜果實(shí)的可溶性固形物、硬度和可滴定酸達(dá)到最大值。紀(jì)方炎[25]研究顯示硼處理能上調(diào)與蔗糖合成相關(guān)基因的表達(dá)量，影響果實(shí)中糖代謝相關(guān)酶基因的表達(dá)。但張健[26]研究顯示噴硼對(duì)‘滿天紅’梨可溶性糖和可溶性固形物含量影響不顯著。另有報(bào)道表明，噴硼后雖增加了草莓果實(shí)的含硼量，但對(duì)采收時(shí)的果實(shí)產(chǎn)量、可溶性固形物、可滴定酸和畸形果數(shù)量等并無(wú)顯著影響[27]。本研究中不同方式的施硼處理能顯著降低番木瓜畸形率，提高果實(shí)中的維生素C和可溶性固形物含量，一定程度降低可滴定酸含量，提高果實(shí)品質(zhì)。其中，樹(shù)干注射0.1%硼酸溶液矯正番木瓜缺硼癥效果最佳。這與桑雯[24]對(duì)番木瓜、紀(jì)方炎[25]對(duì)草莓、馬路婷等[13]對(duì)灰棗的研究結(jié)果相似。但是，補(bǔ)硼效果因補(bǔ)硼時(shí)期、方法和樹(shù)種或品種的不同而存在差異。

果實(shí)品質(zhì)的變化跟相關(guān)酶及蛋白質(zhì)變化有關(guān)，根本原因是基因表達(dá)的差異。本研究?jī)H從生理層面研究不同的施硼方式對(duì)番木瓜的影響，加強(qiáng)相關(guān)基因表達(dá)及蛋白質(zhì)變化研究有助于闡明硼對(duì)番木瓜葉片和果實(shí)品質(zhì)調(diào)控相關(guān)的機(jī)制。此外，本研究中樹(shù)干注射施硼矯正番木瓜缺硼癥的效果明顯優(yōu)于其他處理，具有時(shí)效長(zhǎng)、吸收快、環(huán)境友好等特點(diǎn)，這可能跟番木瓜硼的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)。然而有關(guān)番木瓜硼素轉(zhuǎn)運(yùn)的機(jī)制并不清楚，需要在透射電鏡和掃描電鏡對(duì)番木瓜硼運(yùn)輸和分布進(jìn)行精準(zhǔn)定位的基礎(chǔ)上，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)對(duì)番木瓜的硼素轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)地研究。

4結(jié)論

番木瓜對(duì)硼素敏感，缺硼不僅限制葉片的光合作用，而且影響果實(shí)的品質(zhì)。不同方式的施硼處理均能一定程度上提高番木瓜葉片的光合作用，降低果實(shí)畸形率，提高果實(shí)品質(zhì)。其中，樹(shù)干注射硼緩解番木瓜缺硼癥效果具有時(shí)效長(zhǎng)、吸收快、環(huán)境友好等特點(diǎn)；葉面噴施硼緩解效果前期較好，但持久性較差；土壤施硼不僅效果不佳且較緩慢。因此，推薦‘紅鈴’番木瓜的施硼方法采用樹(shù)干注射的方式。