香草兰花芽分化期叶片矿质元素变化研究

赵秋芳+陈娅萍+顾文亮+赵青云+王辉+王华+庄辉发+朱自慧

摘要 以香草兰花芽和叶芽功能叶为试验材料，研究其在香草兰花芽分化期矿质元素含量动态变化及差异。结果表明：在香草兰花芽分化期，叶芽和花芽功能叶N含量呈上升趋势，P、K呈下降趋势；Mg、Mn呈先升高后下降趋势，Cu、Zn反之；Ca、Fe、B含量波动频繁且花芽和叶芽功能叶变化不一致。整个香草兰花芽分化期中，花芽功能叶N、P、K含量均低于叶芽功能叶，Mg、Mn、Cu、Zn含量高于叶芽功能叶，二者的Ca、Fe、B含量呈高低波动，无统一规律。

关键词 香草兰 ；花芽分化 ；功能叶 ；矿质元素

分类号 S573 ；Q945.1

香草兰（Vanilla planifolia Andrews.）是兰科香草兰属热带攀缘藤本香料植物，原产自墨西哥，素有“天然食品香料之王”之称，鲜豆荚经过生香加工后含有250多种芳香成分，被广泛用于高档香水、食品、饮料等的配香原料，在国际市场上供不应求[1]。另外香草兰已作为用途广泛的天然药材，列入美国、德国、英国等国家药典中，有补肾、健胃、消胀、健脾之功效[2]。香草兰广泛分布于热带和亚热带地区，南北纬25°以内，在中国海南省及云南西双版纳地区均有栽培。但是在生产的过程中发现香草兰花芽分化率低，成花量少的问题，影响其豆荚产量，严重制约香草兰产业的可持续发展。因此如何调控香草兰花芽分化，提高香草兰花芽分化率是目前生产急需解决的技术问题。

植物的花芽分化是一个复杂的形态建成过程，受光照、温度、水分、矿质营养等外部因素和糖类、蛋白质、内源激素等内部因子众多因素的共同调控[3-5]。目前对影响香草兰花芽分化因素的研究较少，仅对香草兰花芽分化期糖类物质累积及内源激素变化做了初步研究[6-7]，而香草兰花芽分化期叶片矿质养分动态变化的研究未见报道。本文主要对香草兰花芽分化期不同芽体功能叶矿质营养变化及差异进行研究，以期揭示香草兰花芽分化期的矿质营养变化规律，为研究香草兰促花栽培措施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

试验时间为2013年3～5月，试验地点在中国热带农业科学院香料饮料研究所内试验基地。根据观察数据，将香草兰花芽分化过程分为花芽特征分化期（Ⅰ）、花芽分化初期（Ⅱ）、花芽分化中期（Ⅲ）、花序分化初期（Ⅳ）、花序分化中期（Ⅴ）、花分化初期（Ⅵ）6个阶段。叶片同化物的分配特点主要有就近运输、优先供应生长中心等，在花芽分化期，芽体作为生长中心与距离其最近健康叶片间存在较强的库/源关系，是光合产物与矿质营养的分配中心[8]，试验选取长势良好且相对一致的香草兰植株，在香草兰花芽分化各个时期采集芽体旁叶片作为芽体功能叶，分别采集香草兰花芽分化各时期的花芽和叶芽旁叶片作为其功能叶，每个样品3次重复，带回实验室，清洗干净，105℃杀青，65℃烘干，粉碎后测定功能叶中矿质养分。

1.2 测定方法

香草兰叶片N、P、K测定采用硫酸和过氧化氢消解法，凯氏定氮法测定叶片全N含量，钼锑抗比色法测定叶片全P含量，原子吸收分光光度法测定叶片全K含量。叶片全Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn测定采用浓硝酸、盐酸和过氧化氢消解，原子吸收分光光度法测定。叶片B含量采用1 mol/L 盐酸浸提，姜黄素比色法测定[9]。

1.3 数据处理

采用SPSS 20进行数据处理和显著性分析，EXCEL 2003作图。

2 结果与分析

2.1 香草兰花芽分化期叶片N、P、K变化

功能叶作为花芽分化的主要养分供应源，为香草兰花芽分化提供所需养分。如图1A所示，香草兰花芽分化期不同芽体功能叶中氮含量大体呈上升趋势。在整个花芽分化期，香草兰叶芽功能叶N含量高于花芽功能叶。由图1B可知，叶芽功能叶P含量呈现略微下降趋势，花芽功能叶P含量呈缓慢上升趋势。且在整个发育过程中，叶芽功能叶的P含量高于花芽功能叶。不同芽体功能叶片K含量变化见图1C，在花芽分化期，叶芽和花芽功能叶K含量变化趋势基本一致，呈现先升高后下降的趋势。与N、P相似，在整个花芽分化期，叶芽功能叶K含量高于花芽功能叶。

2.2 香草兰花芽分化期叶片Ca、Mg变化

由于Ca是难移动元素，在香草兰整个花芽分化期，Ca均处于较高水平，变化较平稳。在香草兰花芽分化期间，叶芽和花芽功能叶Ca含量变化趋势不一致，叶片Ca含量在花芽分化初期（Ⅱ）呈现最大值，至花分化期（Ⅵ），叶芽功能叶Ca含量降至最低，花芽功能叶Ca含量高于叶芽。见图2A。

在芽体分化过程中，Mg移动性较强，花芽和叶芽功能叶Mg含量均呈现先升高后下降的趋势，且整个花芽分化期，花芽功能叶Mg含量高于叶芽功能叶，见图2B。

2.3 香草兰花芽分化期叶片微量元素变化

香草兰花芽特征分化期（Ⅰ），花芽功能叶Fe含量最高，随后呈显著下降趋势，叶芽功能叶Fe含量在花芽分化初期（Ⅱ）上升，之后下降。花芽功能叶在花芽分化中期（Ⅲ）至花序分化中期（Ⅴ）Fe含量高于叶芽功能叶（图3A）。花芽和叶芽功能叶Mn含量均在花序分化初期（Ⅳ）最大，且花芽功能叶Mn含量高于叶芽功能叶（图3B）。叶芽和花芽功能叶Cu含量变化趋势基本一致，总体呈下降趋势，且花芽功能叶Cu含量高于叶芽功能叶（图3C）。香草兰花芽分化期不同芽体Zn含量变化如图3D所示，与Cu相似，花芽和叶芽功能叶含量变化较一致，且花芽功能叶Zn含量高于叶芽叶片。由图3E可知，香草兰花芽、叶芽功能叶的B含量均较低。在花芽分化初期（Ⅱ），花芽功能叶中B含量升高至峰值，其含量高于叶芽，之后呈下降趋势，其含量低于叶芽功能叶。叶芽功能叶B含量总体呈上升趋势，峰值出现在花芽分化中期（Ⅲ），其含量高于花芽功能叶。

3 讨论与结论

叶片是植物制造养分的主要器官，为植物花芽分化提供营养物质的主要来源。氮素是蛋白质、氨基酸、核酸等的主要成分，是植物生长发育必不可少的营养元素，影响植物的成花发育。有研究表明氮素过高，易使营养生长过旺，对生殖生长不利[9]。在香草兰花芽分化期，花芽功能叶N含量低于叶芽功能叶，表明在香草兰花芽分化过程中，叶片含氮量少时较有利于花芽的分化。P是核酸、磷脂等的重要组成成分，在花芽分化过程中花芽功能叶P含量低于叶芽功能叶，这与在黄连木[11]上的研究结果一致。花芽功能叶K含量低于叶芽功能叶，另外K的变化趋势呈先升高后降低的趋势，这说明分化前期足够的K素有利于香草兰芽体分化，这与钾素能够促进植物光合作用及碳水化合物、蛋白质合成等密切相关[12]。

中微量元素也是植物生长发育的必需元素，在植物花芽分化过程中同样发挥着重要作用。Ca作为偶联胞外信号与胞内生理变化的第二信使，在植物花芽孕育、形成及分化过程中发挥重要作用[13-15]。Fe是形成叶绿素不可缺少的元素，在光合作用中是许多电子传递体的成分，也是许多酶的活化剂，同时参与蛋白质、核酸的合成等生化过程[12，16]。在香草兰花芽分化中后期，花芽功能叶Ca、Fe含量均高于叶芽功能叶，说明后期累积较多的Ca和Fe有利于花芽后期分化的完成。Mg、Mn也是组成叶绿素的重要元素，参与植物的光合作用和呼吸作用，Cu、Zn也是多种酶的组成成分，参与光合作用和碳氮同化等生理过程[12，16]。另外有研究表明，Cu对花器官发育起促进作用[17]。在香草兰花芽分化期，花芽功能叶中Mg、Mn、Cu、Zn含量均高于叶芽功能叶，说明在香草兰花芽分化过程中，叶片高含量的Mg、Mn、Cu、Zn有利于促进芽体向花芽分化。B元素与生殖关系密切，参与糖的运转与代谢[12]，香草兰花芽功能叶B含量在花芽分化初期（Ⅱ）高于叶芽功能叶，之后低于叶芽功能叶，说明花芽分化前期高含量的B有利于花芽的分化。

综上所述，叶片中较高的N、P、K含量有利于香草兰叶芽的发育，而较高的Mg、Mn、Cu、Zn含量较有利于香草兰花芽的发育，因此为促进香草兰花芽分化，应在花芽分化前适当施用Mg、Mn、Cu、Zn等中微量肥料。

参考文献

[1] 宋应辉，王庆煌，赵建平，等. 香草兰产业化综合技术研究[J]. 热带农业科学，2006，26（6）：43-46.

[2] Gerasimov A V， Gornova N V， Rudometova N V， et al. Determination of vanillin and ethylvanillin in vanilla flavorings by planar （Thin-Layer） chromatography[J]. Journal of Analytical Chemistry， 2003， 58（7）： 677-684.

[3] 郜爱玲，李建安，刘 儒，等. 高等植物花芽分化机理研究进展[J]. 经济林研究，2010，28（2）：131-136.

[4] 马月萍，戴思兰. 植物花芽分化机理研究进展[J]. 分子植物育种，2003，l（4）：539-545.

[5] 金亚征，姚太梅，丁丽梅，等. 果树花芽分化机理研究进展[J]. 北方园艺，2013（7）：193-196.

[6] 郑焕娣，陈善娜，田育天，等. 香荚兰花芽分化期与萌发期可溶性糖和蔗糖变化[J]. 云南大学学报（自然科学版），2001（23）：93-95.

[7] 田育天，陈善娜，郑焕娣，等. 香荚兰花芽分化至萌发期内源激素的变化[J]. 云南植物研究，2004，26（2）：213-220.

[8] 李合生. 现代植物生理学（第2版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006：171-188.

[9] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京：中国农业出版社，2000：268-280.

[10] 杨期和，冯惠玲，叶万辉，等. 环境因素对薇甘菊开花结实影响初探[J]. 热带亚热带植物学报， 2003， 11（2）： 123-126.

[11] 张彦卿，齐国辉，李保国，等. 黄连木雌花芽形态分化期叶片氮、磷、钾含量变化研究[J]. 河北农业大学学报，2014（34）： 50-53.

[12] 陆景陵. 植物营养学（上册）[M]. 北京： 中国农业大学出版社，2003：35-48.

[13] 彭抒昂，罗 充，李国怀. 钙在梨成花中的动态及作用研究[J]. 华中农业大学学报，1998，17（3）：267-270.

[14] 罗 充，彭抒昂，马湘涛. Ca2+-CaM信号转导系统与草莓花芽分化[J]. 西南园艺，2001，29（1）：3-5.

[15] Hepler P K. Calcium： a central regulator of plant growth and development[J]. The Plant Cell. 2005， 17（8）： 2 142-2 155.

[16] 潘瑞炽. 植物生理学（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2001：29-42.

[17] 赵 鹏， 谢海松，陈 春. Cu2+对离体培养下黄瓜子叶花芽分化的影响[J]. 浙江师范大学学报，2000，23（3）：300-303.