不同物候期妃子笑荔枝葉片光合特性及碳水化合物含量變化分析

周瑞云，胡福初，王祥和，周文靜，吳鳳芝，陳 哲

（海南省農業科學院熱帶果樹研究所/海南省熱帶果樹生物學重點實驗室/農業農村部海口熱帶果樹科學觀測實驗站，海南 海口 571100）

【研究意義】妃子笑荔枝是我國古老而著名的早熟優良荔枝品種，原產自廣東，其果大肉厚、種子多不飽滿、果肉肥厚多汁、風味濃甜，在我國荔枝主產區均有分布，海南目前妃子笑種植面積達90%以上，是當地農民創收增收的重要來源，也是海南重要的經濟產業支柱［1-3］。妃子笑荔枝樹勢壯旺、枝條粗壯，樹冠略疏散，樹皮灰褐色，葉片較寬大，對環境有著極強的適應性，但同時存在花粉發育不良、花而不實等缺點。研究妃子笑荔枝不同物候期葉片光合特性、可溶性糖含量和淀粉含量的動態變化，可為其優質高效栽培提供理論指導。【前人研究進展】光合作用是植物生長發育的基礎，影響植物的產量和品質［4］。葉片是植物進行光合作用的主要場所，也是碳氮積累的主要器官，而光合產物碳水化合物參與植物的開花結果等重要生理過程［5］。花芽分化是荔枝生長發育的重要過程，也是復雜形態形成過程。前人關于荔枝花芽分化期間光合特性以及物質含量的動態變化已有較多報道［6-13］。例如，吳志祥等［6-7］對妃子笑和鵝蛋荔在花芽分化期間枝條和花穗的激素變化以及碳氮化合物動態變化進行了研究，發現高GA3、ABA含量和高C/N有利于花芽分化；袁沛元等［8-9］研究了花芽形態分化期至開花期妃子笑葉片氮磷鉀、碳水化合物和蛋白質含量的變化，發現花芽分化期間氮含量變化不大，磷、鉀含量呈下降趨勢；張紅娜等［10-11］比較了妃子笑、糯米糍和桂味3個荔枝品種盛花期的光合特性，發現白點期是碳氮物質變化的關鍵點；陳炫等［12］通過噴施PP333和乙烯利研究其對妃子笑成花及碳氮含量的影響，結果表明噴施PP333和乙烯利可促進花芽分化，且碳氮含量較對照要高；張紅娜等［13］研究GA3和PP333對荔枝成花及碳氮營養的影響，發現兩者對淀粉含量影響不顯著，噴施GA3可推遲成花且降低葉片可溶性糖含量，噴施PP333可促進提早開花并增加葉片可溶性糖含量。【本研究切入點】不同物候期荔枝葉片光合特性及碳水化合物含量都有明顯差異，尤其是春季荔枝大量開花，花穗需要大量碳水化合物的積累，此時也是荔枝光合效率較高、對光合產物需求較大的季節，且荔枝屬于低光效作物，改善荔枝的光合效能頗為重要。以往大部分研究均是針對荔枝1～2個物候期相關指標進行動態分析，而從秋梢老熟期到果實成熟期的光合特性和生理特征尚缺乏系統研究。【擬解決的關鍵問題】本研究旨在研究妃子笑荔枝不同物候期葉片光合特性、葉綠素含量和碳水化合物含量，了解不同物候期荔枝葉片光合作用能力、葉綠素含量和碳水化合物的動態變化曲線，以期為妃子笑荔枝的優質高效栽培提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗區位于海南省澄邁縣永發果樹基地荔枝示范果園，地理坐標為109°45'～110°15' E、19°23'～20°01' N，屬熱帶季風氣候，雨量充沛，日照充足，年平均氣溫為23.7℃，極端高溫38℃，極端低溫為7℃。6月最熱、平均氣溫35℃，2月最冷、平均氣溫15℃。全年日照時數2 060.6 h，年均降雨量1 756 mm，全年無霜期。試驗地土壤為紅壤土，有機質含量3.6%，pH 5.2。

1.2 試驗材料

試驗材料為9～10年生妃子笑荔枝品種，常規管理，隨機選取3株長勢一致的樹木，選取無病蟲害且無相互遮擋的葉片。

1.3 試驗方法

1.3.1 物候期觀測 2016—2019年對試驗基地內正常發育的妃子笑荔枝植株進行物候期觀測，在春秋季物候現象變化較快時每天觀測1次，植株開花后每天觀測兩次。

1.3.2 光合指標測定 2018年11月至2019年5月，選擇晴天，采用CIRAS-3便攜式植物光合測定儀測定妃子笑荔枝樹的光合生理生態特征參數。測定時間分別為秋梢老熟期（2018年11月15日、12月2日、12月21日）、白點期（2019年1月14日）、花期（2019年2月22日）、落果期（2019年3月21日）、果實發育期（2019年4月12日）、果實著色期（2019年4月24日）、果實成熟期（2019年5月13日）、采后修剪期（2019年5月27日）。選定3株長勢一致的健康妃子笑荔枝植株，挑取結果母枝末次枝梢中上部且生長相對一致的成熟葉片，每株測定5張葉片，每張葉片測定1個凈光合速率瞬時值。測定指標包括大氣溫度（Ta）、凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Gs）。水分利用效率（WUE）計算公式為：WUE=Pn/Tr。

1.3.3 葉綠素含量測定 選定3株長勢一致的健康妃子笑荔枝植株，每株取東、南、西、北、中5個方位的結果母枝末次枝梢中上部的健康葉片各1片。采樣時間為秋梢老熟期（2018年11月27日）、白點期（2019年1月7日）、抽蕾期（2019年1月20日）、花期（2019年2月21日）、落果期（2019年3月25日）、果實著色期（2019年4月28日）、果實成熟期（2019年5月13日）。葉綠素的提取采用直接浸提法，稱量后剪碎，添加20 mL 95%乙醇浸提，待葉片浸泡至全部發白，用95%乙醇定容至25 mL，過濾后分別于665、649 nm下測定吸光度，計算葉綠素含量（mg/g）：

式中，V為樣品提取液總體積，W為樣品重。

1.3.4 可溶性糖及淀粉含量測定 選定3株長勢一致的健康妃子笑荔枝植株，每株取東、南、西、北、中5個方位的結果母枝末次枝梢中上部的健康葉片各3片。采樣時間為秋梢老熟期（2018年11月14日、11月27日、12月18日）、白點期（2019年1月7日）、抽蕾期（2019年1月20日）、花期（2019年2月21日）、第1次生理落果期（2019年3月15日）、第2次生理落果期（2019年3月25日）、第3次生理落果期（2019年4月8日）、果實著色期（2019年4月28日）、果實成熟期（2019年5月13日）、采后修剪期（2019年5月27日）。

可溶性糖含量采用蒽酮-硫酸法測定。取0.2 g葉片鮮樣，加蒸餾水15 mL于沸水中煮沸30 min，取出冷卻，定容至25 mL。取待測樣品提取液0.5 mL，加入1.5 mL蒸餾水，加入5 mL蒽酮試劑，搖勻，沸水浴1 min，冷卻后于630 nm處測定吸光度，計算可溶性糖含量（mg/g）。

淀粉含量采用碘量法測定。選取3片結果母枝末次枝梢中上部的新鮮成熟葉片，稱取重量，剪碎，于研缽中碾碎，加入80%硝酸鈣溶液，沸水浴5 min，取出冷卻，定容至25 mL刻度線。取5 mL待測樣品提取液，加2 mL 0.5%碘液，混勻后離心，棄上清。沉淀用含碘硝酸鈣溶液沖洗，加入0.1 mol/L NaOH混勻，沸水浴5 min后轉入50 mL容量瓶，加0.3 mL 0.5%碘液，蒸餾水沖洗容量瓶，加入1 mL 0.1 mol/L HCl，蒸餾水定容至刻度線并顯色，于590 nm處測定吸光度，計算淀粉含量（mg/g）。

試驗數據采用Excel 2007軟件進行統計分析，采用Origin 2019b（OriginLab）進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 妃子笑荔枝的物候期

我們對2016—2019年供試妃子笑荔枝的物候期進行了觀測，結果（表1）發現，樹體在5月下旬至6月上旬進行采后修剪，7月上旬至9月下旬即進入秋梢生長期，期間共有3批秋梢老熟，其中第1批秋梢在7月上旬老熟，第2批秋梢在8月上旬老熟，第3批秋梢在9月中下旬老熟。9月下旬進入控梢期，翌年1月上中旬出現花序原基（白點），1月下旬開始抽蕾，2月中下旬至3月上旬則為花期。3月中旬至4月上旬開始進入生理落果期，5月上旬果實成熟。

表1 2016－2019年妃子笑荔枝的物候期Table 1 Phenological periods of Feizixiao litchi from 2016 to 2019

2.2 不同物候期妃子笑荔枝葉片光合指標的變化

2.2.1 凈光合速率（Pn） 由圖1可知，妃子笑荔枝葉片Pn動態變化曲線為不明顯的雙峰型，Pn高峰值的出現時間受環境影響。葉片Pn在花芽分化期呈現下降趨勢，Pn動態曲線的第一個峰值（最高值，13.04±2.38 μmol/m2·s）在此階段出現，Pn在抽穗期小幅上升而后下降，果實發育期上升，果實著色期下降至最低值（4.73±0.60 μmol/m2·s），果實成熟期Pn再呈上升趨勢。

2.2.2 胞間CO2濃度（Ci）和氣孔導度（Gs） Pn最高峰值時，葉片Ci、Gs均處于峰值，后期數值下降與溫度有一定關系。在果實著色期由于氣溫較高，葉片為防止水分流失，氣孔部分關閉，導致Gs降低，CO2難以進入，促使Ci降低，從而影響凈光合速率Pn。

2.2.3 蒸騰速率（Tr） 蒸騰作用是植物進行礦物質運輸、葉面溫度調節以及為光合作用提供水分的重要過程，與Pn有密切聯系［15］。圖1顯示，Tr動態變化曲線為不明顯雙峰型，與Pn變化趨勢基本保持一致。Tr的第1個峰值（也是最大值，2.84±0.28 mmol/m2·s）出現在花芽分化期，花芽分化期到抽穗期Tr呈現下降趨勢，Tr在果實發育期出現第2個峰值，果實著色期下降并處于最低值（1.16±0.19 mmol/m2·s），到果實成熟期再呈現上升趨勢。

2.2.4 水分利用效率（WUE） WUE可用于表明植物在進行光合作用時消耗單位水量所能固定CO2的量，一般由Pn/Tr計算而來，是植物適應能力大小的體現，田間條件下，水分不足時能反映植物生長適應程度［16］。由圖2可知，WUE的變化曲線與Pn相似，均表現為波浪式減少趨勢。本試驗中，妃子笑荔枝葉片的WUE共有3個峰值，第1個峰值（最大值，6.48±0.66 μmol/mmol）在抽穗期出現，此時Pn第1個峰值出現，而Tr呈現下降趨勢，因此WUE最大；第2個峰值在果實發育期出現，此時Pn和Tr均處于上升狀態，但Pn的上升幅度大于Tr，故WUE上升；第3個峰值在果實成熟期出現，此時Pn和Tr均呈現下降趨勢，但Pn的下降幅度小于Tr，故WUE呈上升趨勢。成熟后期Pn的上升幅度小于Tr，故WUE下降。

2.3 不同物候期妃子笑荔枝葉片葉綠素含量的變化

植物葉片葉綠素含量的變化是體現其生理活性變化的重要指標，了解葉片葉綠素含量的變化規律是提高植物產量的基礎［14］。表2反映的是妃子笑荔枝葉片從第3批秋梢老熟期到果實成熟期葉綠素a、葉綠素b以及葉綠素（a+b）含量的動態變化。從表2可以看出，妃子笑荔枝葉片的葉綠素含量在秋梢老熟期最低（1.0±0.10 mg/g），果實著色期葉最高（5.2±0.28 mg/g）。花芽分化期到果實著色期，葉片葉綠素a含量逐漸上升，果實著色期達到最大值；葉綠素b含量與葉綠素a含量的變化趨勢基本一致，花芽分化期至果實著色期呈上升趨勢，葉綠素b含量的最大值也出現在果實著色期；葉綠素（a+b）含量在花芽分化期間逐漸增加至果實著色期達到最高值。葉綠素a、葉綠素b含量的變化引起了葉綠素（a+b）含量的變化，從秋梢老熟期到果實成熟期葉片葉綠素a、葉綠素b和葉綠素（a+b）含量的變化基本保持一致。

表2 不同物候期妃子笑荔枝葉片葉綠素含量的變化Table 2 Changes of chlorophyll contents of Feizixiao litchi leaves in different phenological periods

2.4 不同物候期妃子笑荔枝葉片碳水化合物含量的變化

2.4.1 可溶性糖含量 可溶性糖是植物光合作用的主要產物，也是碳水化合物代謝和臨時儲存的主要形式，其在植物代謝中具有重要地位。從圖2A可以看出，秋梢老熟期到果實成熟期可溶性糖含量的變化趨勢呈波浪形，可溶性糖含量在花芽分化期有兩個低值、抽穗期有一個低值、果實發育期有一個低值、果實成熟期出現最低值（16±1.89 mg/g），果實著色期可溶性糖含量呈現最高值（42±2.81 mg/g）。

2.4.2 淀粉含量 如圖2B所示，妃子笑荔枝葉片的淀粉含量在花芽分化期呈上升趨勢，白點期達最高值（237±8.29 mg/g）。抽穗期淀粉含量開始下降，然后上升后又開始下降，第2次生理落果期淀粉含量最低（102±3.28 mg/g），而后一段時間上升到相對較高值，果實著色期淀粉含量有所下降，果實成熟期小幅下降后又開始上升。

3 討論

圖2 不同物候期妃子笑荔枝葉片碳水化合物含量的變化Fig.2 Changes of carbohydrate content of Feizixiao litchi leaves in different phenological periods

不同物候期妃子笑荔枝葉片的凈光合速率（Pn）和碳水化合物含量變化明顯［17-18］。本研究發現，從花芽分化期到果實成熟期，妃子笑荔枝葉片凈光合速率在花芽分化期呈下降趨勢，白點期出現后回升，花蕾期下降，果實發育期有所回升，果實著色期處于最低值，進入果實成熟期后呈上升趨勢；葉綠素含量在整個過程中呈現上升趨勢，直至果實成熟期有小幅下降。可溶性糖含量在誘導期較高，白點期出現低值，花蕾期回升，進入花芽形態分化階段開始下降，果實發育期有所回升，落果期達到最高值。在花芽生理分化期，葉片淀粉含量一直在積累，花芽形態分化期下降，果實發育期達到最低值，果實著色期有所回升。

花芽分化期是生長發育的關鍵時期，也是果樹生長發育研究的重要時期。研究表明，無花果花托分化期間葉片可溶性糖含量逐漸增加，而進入花芽分化期可溶性糖含量下降，淀粉含量在整個花芽分化期間變化較為平緩［19］；楊桃從“露紅”到花芽分化期，枝梢可溶性糖含量和淀粉含量均呈現增加趨勢［20］；草莓花芽分化過程中葉片可溶性糖含量呈逐步上升趨勢，淀粉含量在花芽生理分化期略有下降，花芽分化期上升到最大值后下降［21］；李樹花芽生理分化期間葉片可溶性糖含量不斷增加，并達到最高值，而至花芽形態分化期可溶性糖含量呈明顯下降趨勢［22］。荔枝結果樹生長發育周期分為枝梢生長發育期、花芽分化和花器官生長發育期、果實生長發育期3個階段，在這3個生長發育時期光合作用能力以及所需碳水化合物的量也不同。從花芽分化期到果實成熟期整個過程中，妃子笑荔枝葉片的凈光合速率在果實著色期處于最低值，抽穗期開始上升，花蕾期后出現下降。葉片光合作用受外界環境因素的影響，尤其是溫度和光照［23-24］。荔枝成花誘導期需低溫環境，導致葉片的凈光合速率呈下降趨勢；白點期，環境溫度回升，葉片的凈光合速率也隨之回升。而果實著色期氣溫較高，為阻止葉片內水分流失，葉片氣孔部分關閉，導致氣孔導度（Gs）下降，進而影響CO2進入葉片細胞，所以胞間CO2濃度（Ci）也下降，故葉片的凈光合速率在此時處于最低值。此時若能提高空氣濕度，葉片的凈光合速率可以有所提升。葉片葉綠素含量整體呈現上升趨勢，在果實成熟期后小幅下降，說明妃子笑荔枝從控梢期到果實成熟期這個階段葉片沒有明顯褪綠現象；果實著色期葉綠素含量達到最高值，是因為葉片在果實著色期時成熟度最高，所以此時期的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素（a+b）呈現出最高峰值。

花芽分化主要涉及到碳水化合物庫源方向的轉換，在成花誘導期間，花發端要成為調運碳水化合物的庫，所以果樹花芽分化需要用到較多可溶性糖［22,25］。本研究結果表明，可溶性糖含量在誘導期含量較高，在白點期處于低值，之后花蕾出現，可溶性糖含量上升，這與在龍眼［26］上的研究結果基本一致。在整個花芽分化過程中，初期可溶性糖含量較高，可能是因為淀粉分解成可溶性糖；白點期后出現下降，這與花芽萌發以及抽穗需要消耗大量能量有關；花期前葉片可溶性糖含量上升，為開花積累能量物質；果實發育期，可溶性糖含量變化明顯；生理落果期結束后，可溶性糖含量達到最大值；果實著色期又迅速下降到最小值，說明果實發育前期可溶性糖的積累是為后期果實生長發育提供所需能量。淀粉含量高低對植物開花結果有很大影響。花芽分化期初期，淀粉含量與可溶性糖含量變化趨勢相反，說明兩者之間相互轉化；采后修剪后，經過3批枝梢的生長，花芽生理分化期淀粉含量呈現上升趨勢，說明淀粉在進行大量積累，為后期葉片花芽分化作足營養儲備；抽穗期，淀粉含量下降，是因為淀粉分解轉化成可溶性糖，以滿足花芽分化期葉片較為旺盛的新陳代謝；果實發育期，淀粉含量處于最低值，是因為果實的生長發育需要消耗大量能量，故淀粉分解轉化以提供果實生長所需能量；果實著色期，淀粉含量回升到相對較高水平，再次進行積累，為后續果實的成熟發育提供營養。

4 結論

通過分析妃子笑荔枝不同物候期葉片光合特性和碳水化合物含量的變化情況發現，從花芽分化期到果實成熟期整個過程中，葉片凈光合速率存在兩個峰值，分別在花芽分化期和果實發育期出現；可溶性糖含量和淀粉含量有兩次較大的積累，可溶性糖含量在果實發育期和果實著色期達到最大值，淀粉含量在花芽分化期和果實著色期達到最大值；兩次積累均是為后續生長發育儲備充足營養。在整個過程中，葉片無明顯退綠現象。