‘陽光玫瑰’葡萄冬果采后葉片光合同化物轉運能力研究

覃富強，王博，韓佳宇，黃秋秘，廖原，張延暉，岑佳慧，陳志寧，白先進，曹雄軍

（1. 廣西農業科學院葡萄與葡萄酒研究所，廣西南寧 530007；2. 廣西大學農學院，廣西南寧 530004；3. 廣西生態工程職業技術學院，廣西柳州 545004；4. 廣西真誠農業有限公司，廣西南寧 530007）

葉片衰老是植物為適應環境而進化的自然現象，具有重要的生物學意義[1]。葉片衰老是葉片由綠轉黃的過程，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）誘導期：在環境或激素等因子誘導下啟動或加速葉片衰老；（2）重組期：細胞組分中大分子物質如蛋白質、核酸、酯類等物質開始降解；（3）終止期：細胞發生自溶反應，細胞器開始裂解和死亡[2]。葉片衰老時最明顯的外觀形態變化是顏色由綠轉黃，因此人們常用形態指標來對葉片衰老進行判斷。然而，從外觀形態判別葉片衰老程度受主觀意識的影響較大。研究發現，光合能力下降是葉片衰老的實質性特征，因此常根據葉片凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導度、蒸騰速率、細胞超微結構、葉綠素和蛋白質含量等指標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穩定同位素示蹤技術在植物光合產物轉運、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用13C穩定同位素示蹤來研究光合同化物的去向和分配情況的報道[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，進行下一年度的生產。采后修剪時期不同，葉片的衰老程度就不同，進而會影響樹體葉片光合同化產物的回流，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運能力對冬果采后修剪時間的確定具有重要的生產指導意義。

1 材料與方法

1.1 試材及地點

試驗在廣西農業科學院明陽葡萄示范基地內進行。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，按照當地兩收栽培模式常規管理。該地屬于亞熱帶季風氣候，示范區冬果生長季光照時數為785.6 h、平均溫度為21.8 ℃、有效積溫3486.1 ℃。

1.2 試驗設計

試驗于冬果采收后第7天（2021年12月27日）進行，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。在園區內隨機選取長勢一致的枝梢，把第4節位以下的葉片摘除，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節位葉片光合參數。為探究葉片無光環境下是否有光合同化物的合成與轉運，設計一個完全遮光13C處理。遮光處理枝梢葉片為全綠狀態，隨后利用13C穩定同位素標記以上枝梢全部葉片，測定標記枝條和葉片的13C豐度。同時，另選葉片為全綠狀態的3個枝梢，不進行13C穩定同位素標記，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特征Figure 1 Leaf appearance morphology of 'Shine Muscat' grapevine with different senescence degrees

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉片光合參數的測定

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∶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）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）等。

1.3.213C同位素標記方法

標記前在枝條基部第1至2節位節間處進行環割，寬度5 mm，深度達木質部，防止光合同化物往其他部位轉運。標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室內，將50 mL的反應瓶和電風扇掛在兩端，反應瓶中加入0.6 g Ba13CO3（98%13C，上海化工研究院）＋0.74 g BaCO3。標記時向反應瓶中注射6 mL 40%的乳酸溶液產生13CO2，為了確保產生的13CO2被葉片充分吸收，同時添加0.74 g BaCO3到反應瓶中，開啟電風扇以促進反應室內的氣體流通。標記24 h后從枝條基部環割處剪下，分解為葉片、枝條，分裝并帶回實驗室。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、港務局局長Pongwish Innmai 向記者表示，這次學習交流很有意義，受益匪淺，加深了我對中國海上交通安全監管工作的認識，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。在危險天氣預警，船舶違章處理等方面可以向佛山海事學習。希望可以繼續加強中國和東南亞國家船舶安全管理經驗交流，以提升自己國家的船舶安全管理能力。

1.3.313C測定與數據計算方法

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入元素分析同位素質譜聯用儀（Elementar-Sercon Integra 2，UK）測定樣品中13C的相對豐度（δ13C）和總碳含量（C）。

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

總含碳量計算公式：C（%）＝20/[(W樣品/W標樣) ×(BA樣品/BA標樣)]×100

其中，W樣品（樣品質量，μg）；W標樣（標準物質量，μg）；BA樣品（樣品峰面積）；BA標樣（標準物峰面積）

各器官含碳量：Ci（g）＝各器官干質量×C

標記樣品中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 數據處理

試驗數據使用SPSS 18.0軟件進行數據統計分析，Microsoft Excel 2016對數據整理并作圖。

2 結果分析

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胞蒸發到細胞間隙，然后擴散至植物體外的過程，產生的拉力能為植物營養物質、水分運輸提供動力保障[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。

氣孔導度能反映葉片與外界氣體交換的能力，氣孔導度數值越大葉片光合能力越強[9]。如圖2C所示，隨著葉片黃化程度的加深，氣孔導度不斷降低。全綠葉片的氣孔導度為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時，葉片仍有合成光合同化物并向枝條轉運的能力，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13C同化物分配到葉片當中。其中，全綠葉片13C分配率達到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。這些數據表明，雖然半綠葉片仍具有將光合同化物向枝條轉運的能力，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，進一步驗證了全黃狀態葉片已基本喪失將光合同化物向枝條轉運的能力。

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，該狀態下葉片光合強度大于呼吸強度。

葡萄生長前期光合同化物主要集中轉運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，而后期則穩定回流至主蔓和根系[17-18]。本試驗表明，冬果采后第7天葉片為全綠狀態的枝條中13C含量為2.762 mg；葉片為半綠狀態的枝條中13C含量為2.33 mg，顯著高于全黃狀態和遮光處理枝條13C含量，說明半綠葉片仍有合成光合同化物并向枝條轉運的能力；而從13C分配率得知，全黃葉片將光合同化物向枝條轉運的能力低下。由于構成大氣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]，因此自然狀態下在植株中仍能檢測到13C。試驗中全黃葉片的枝條中13C含量顯著低于自然狀態下的枝條，進一步說明全黃葉片已基本喪失將光合同化物向枝條轉運的能力。

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月進行修剪[20]。生產過程中，有時會在葉片還未失綠黃化時進行修剪，或者在葉片已失綠黃化仍然未修剪。試驗結果表明，從光合同化物轉運角度考慮，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時再進行修剪，這樣更有利于營養回流和樹體樹勢的恢復，而對于已經失綠黃化的葉片，可及時摘除。