香草兰花芽分化期蛋白质及碳水化合物变化研究

赵秋芳等

摘 要 以墨西哥香草兰花芽分化期花芽、混合花芽、叶芽及其功能叶为研究对象，研究香草兰花芽分化期蛋白质及碳水化合物变化及其差异，结果表明：香草兰叶芽蛋白质含量持续下降，花芽和混合花芽的蛋白质含量在花序分化初期上升至顶峰而后下降，说明香草兰花芽在花序分化前需要累积大量蛋白质。叶芽的可溶性糖、蔗糖含量均无显著变化，花芽和混合花芽均存在明显的上升和下降趋势；在整个花芽分化期，花芽可溶性糖和蔗糖含量均高于叶芽。叶芽的淀粉含量呈升高趋势，花芽和混合花芽的淀粉含量呈先上升后下降趋势。在整个花芽分化期过程中，花芽、混合花芽功能叶C/N比均高于叶芽功能叶，且花芽功能叶和叶芽功能叶间差异达显著水平。

关键词 香草兰；花芽分化；蛋白质；可溶性糖；蔗糖；淀粉

中图分类号 S573；Q945.1 文献标识码 A

Abstract The flower buds， leaf buds， mixed flower buds and their functional leaves during flower bud differentiation of Vanilla planifolis Andrews were used as the material， the changes of protein and carbohydrate contents were studied. The results showed that the protein contents of leaf buds kept descending and protein contents of flower buds and mixed buds increased at beginning of inflorescence differentiation stage and then descended， indicating that flower buds need accumulate a large amount of protein before the inflorescence differentiation. The soluble sugar and sucrose contents of leaf buds didnt change significantly， and the contents of flower buds and mixed buds rose and descended obviously. The contents of soluble sugar and sucrose of flower buds were higher than that of leaf buds during the whole flower bud differentiation. The starch contents of leaf buds increased， and that of flower buds and mixed buds increased at beginning and then descended. The C/N of functional leaves of flower buds and mixed buds was higher than that of leaf buds during the whole flower bud differentiation， and significant differences were observed in functional leaves of flower buds and leaf buds.

Key words Vanilla planifolia Andrews； Flower bud differentiation； Protein； Soluble sugar； Sucrose； Starch

香草兰是多年生兰科攀援植物，原产墨西哥，被誉为食品香料之王，广泛用于食品、饮料、化妆品和医药等行业[1]。世界上种植面积最大的香草兰品种为墨西哥香草兰（Vanilla planifolia Andrews），中国热带农业科学院香料饮料研究所（简称香饮所）于1983年开始引种试种，1987年试种成功，开始生产性种植[2]。几十年间，香饮所在香草兰引种试种、丰产栽培、病虫害防控及产品初加工等领域开展系统研究，填补了我国香草兰研究的空白。近年来，随着海南国际旅游岛的建设以及国际香岛的规划，我国香草兰产业发展正处于一个新的上升阶段。香草兰一般在定植2～3年后即可自然开花，每年2～3月份芽点从香草兰叶腋处萌发，逐步分化形成总状花序，再进一步分化成花。但是，目前生产发现香草兰花芽分化率低，开花量少，产量低等问题，影响香草兰产业发展。

植物花芽分化是指植物生长到一定阶段便由叶芽生理和组织状态转化为花芽生理和组织状态，发育为花器官雏形的生理过程[3-5]。花芽分化是开花多少和质量好坏的基础，是有花植物发育中最为关键的阶段，花芽的数量和质量直接决定其经济价值。蛋白质是生物生理功能的执行者和生命现象的直接体现者[6]。李兴军等[7]研究发现在花芽分化过程中常伴随着蛋白质合成过程增强。房玉林等[8]研究葡萄冬芽萌发时蛋白质含量呈上升趋势。袁星星等[9]的研究结果表明嘎啦苹果花芽分化过程中可溶性蛋白含量持续缓慢增加，至花序分离期含量最高。碳水化合物是植物细胞的结构物质，同时又为植物生长提供所需能量，其积累量与花芽分化密切相关。Marcelle等[10]认为，碳水化合物是启动分生组织成花的重要因素之一。吴月燕等[11]认为葡萄花芽分化进度与淀粉、可溶性糖、蔗糖和果糖含量呈正相关。在杨梅花芽发端前，叶片中的还原糖、蔗糖和可溶性总糖的积累有利于花芽的孕育[7]。目前香草兰花芽分化期蛋白质及碳水化合物变化规律及其对香草兰花芽分化的影响尚不清楚，笔者主要研究香草兰花芽分化期蛋白质、碳水化合物动态变化，以期探明香草兰花芽分化期营养物质的变化规律，为研究香草兰促花栽培措施提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验在中国热带农业科学院香料饮料研究所香草兰试验基地进行，供试香草兰品种为墨西哥香草兰（Vanilla planifolia Andrews）。试验时间为2013年3～5月。

1.2 试验设计及采样方法

选择长势良好，大小一致的植株，选取刚萌发的香草兰花芽和叶芽，标记并记录选取芽的位置，在选芽当天开始测定，记录芽的长度，连续观测6周直至花组织分化，记录其生长量。通过试验观察，将香草兰花芽分化划分为6个时期。根据叶片同化物分配的就近运输和优先供应生长中心的特点[12]，选取距离芽体最近的健康叶片作为芽体功能叶。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6个时期分别采集芽体和功能叶样品各6个样品，其中6个芽体和3个叶片样品用于测定蛋白质、可溶性糖、蔗糖及淀粉含量，放入冰盒带回实验室-80℃冰箱保存备用，另外3个叶片样品用蒸馏水迅速洗净后放入105 ℃的烘箱，杀青30 min，70～80 ℃烘干粉碎后，用于测定其总氮、总碳含量，并计算C/N比。

1.3 测定方法

样品中蛋白质含量测定用考马斯亮蓝G-250比色法，可溶性糖和淀粉含量测定采用硫酸-蒽酮比色法[13]；蔗糖含量测定采用间苯二酚法[14]，总氮含量采用硫酸-双氧水消解，凯氏定氮仪测定，总碳含量测定采用总有机碳分析仪测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2007和SPSS 20.0进行数据处理和显著性分析，Excel 2007作图。

2 结果与分析

2.1 香草兰花芽分化时期划分

试验观察发现在花芽分化过程中香草兰芽不仅可以分化为花芽和叶芽，还存在一种特殊花芽-混合花芽，其花序轴不断增长，仅在顶端有少量花序出现。根据观察将香草兰花芽分化过程划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个时期。其生长发育状况见图1。

2.2 香草兰花芽分化期蛋白质含量变化

香草兰花芽分化过程中不同芽体蛋白质含量变化趋势不同（图2-A），叶芽蛋白质含量呈现下降-升高-下降的变化，总体呈下降趋势。花芽和混合花芽蛋白质含量变化趋势基本一致，在花序分化初期（Ⅳ）有明显增大，随后下降，至花分化初期（Ⅵ）略微升高。比较不同芽体蛋白质含量差异可知，在花芽特征分化期（Ⅰ），叶芽蛋白质含量高于花芽和混合芽，混合花芽蛋白质含量最低，至花分化初期（Ⅵ），花芽和混合花芽蛋白质含量高于叶芽。

由图2-B可知，花芽和混合花芽功能叶片蛋白质含量变化趋势大致相同，在花序分化初期（Ⅳ）均明显升高，随后降低。叶芽功能叶蛋白质含量在花序分化初期（Ⅳ）也有显著增加，花序分化中期（Ⅴ）下降，至花分化初期（Ⅵ）上升。在花芽特征分化期（Ⅰ），花芽功能叶蛋白质含量高于叶芽和混合花芽，表明花芽分化前期，花芽功能叶累积较多的蛋白质有利于花芽形态分化。

2.3 香草兰花芽分化期可溶性糖含量变化

香草兰花芽分化期芽体可溶性糖含量变化见图3-A。整个花芽分化过程中，花芽与混合花芽可溶性糖含量均呈下降-升高-下降的趋势。除花芽特征分化期（Ⅰ）外，花芽可溶性糖含量均高于混合花芽，在花芽分化中期（Ⅲ）差异最大。叶芽可溶性糖含量在整个花芽分化期变化不大，且均低于花芽。

香草兰花芽分化期功能叶可溶性糖含量变化趋势不同（图3-B），花芽功能叶可溶性含量呈现双峰曲线变化，在花芽分化初期（Ⅱ）和花序分化初期（Ⅳ）达到高峰。叶芽功能叶呈现先下降后升高，在花芽分化初期（Ⅱ）阶段达到最低值。混合花芽功能叶可溶性糖含量呈单峰曲线变化，在花序分化初期（Ⅳ）达到峰值。

2.4 香草兰花芽分化期蔗糖含量变化

香草兰花芽分化期芽体蔗糖含量变化趋势见图4-A，叶芽蔗糖含量在整个香草兰花芽分化期变化不大，且处于较低水平。花芽和混合花芽的变化较大，在花序分化初期（Ⅳ）达到最大值，且高于叶芽，在花序分化初期（Ⅳ）至花分化初期（Ⅵ）差异显著，表明花芽分化后期需要大量的蔗糖累积，以促进花芽分化进程。

由图4-B可知，混合花芽功能叶片蔗糖含量呈上升趋势，叶芽功能叶片在花序分化初期（Ⅳ）升至最高，随后下降，花芽功能叶片蔗糖含量在花芽分化中期（Ⅲ）最高，随后下降。至花芽分化中期（Ⅲ），3种芽体功能叶蔗糖含量差异不大。在花序分化初期（Ⅳ），花芽蔗糖含量明显下降，叶芽和混合花芽上升。

2.5 香草兰花芽分化期淀粉含量变化

香草兰花芽分化期芽体淀粉含量变化趋势见图5-A，整个花芽分化期总体含量在0.5～1.4 mg/g FW之间变化。至花芽分化中期（Ⅲ），花芽和混合花芽淀粉含量均呈上升趋势，花芽分化初期（Ⅱ）至花序分化中期（Ⅴ），花芽和混合花芽淀粉含量高于叶芽，在花分化初期（Ⅵ）叶芽淀粉含量升高，高于花芽和混合花芽。不同芽体功能叶淀粉含量变化如图5-B所示，3种芽体功能叶的变化趋势不同，至花芽分化初期（Ⅱ），香草兰花芽和混合花芽功能叶淀粉含量呈上升趋势，花芽功能叶淀粉含量高于混合花芽。叶芽功能叶淀粉含量与花芽相反，呈下降趋势。花序分化中期（Ⅴ），混合花芽功能叶淀粉含量明显高于花芽和叶芽功能叶。

2.6 香草兰花芽分化期功能叶C、N及C/N比值变化

叶片总C变化没有明显变化趋势（图6-A），在花芽分化前3个时期，花芽功能叶总C含量高于叶芽功能叶，后3个时期叶芽功能叶高于花芽功能叶。由图6-B可知，整个香草兰花芽分化期N元素含量顺序为叶芽功能叶>混合花芽功能叶>花芽功能叶，且变化趋势基本一致，呈略微上升趋势。香草兰花芽分化期功能叶C/N比值变化如图6-C所示，花芽分化期C/N比变化不大。花芽功能叶C/N比高于叶芽和混合花芽，差异达5%显著水平；混合花芽功能叶C/N比也高于叶芽，差异不显著。各时期功能叶C/N比值顺序为：花芽>混合芽>叶芽，说明C/N比高有利于香草兰花芽分化。

3 讨论与结论

蛋白质是维系植物生命的重要基础物质，其含量的高低是植物体总代谢水平的重要指标，是花器官形态建成的物质基础。在花芽分化过程中，植物体内的一些蛋白质水解酶的活性开始增强，把植物体内的组合蛋白分解成可溶性蛋白质，以满足花芽形态建成需要[15]。孙乃波等[16]认为，草莓花芽分化开始期蛋白质的大量积累是其成花的重要物质基础。林贵玉等[15]研究发现菊花在花芽分化起动期可溶性蛋白质迅速增加并保持在较高水平。本研究中香草兰花芽和混合花芽在花序分化前，蛋白质含量均较高，且花芽蛋白质含量明显高于混合花芽，说明蛋白质累积量多少会影响香草兰花芽分化进程快慢。臧纱纱等[17-18]研究发现线辣椒和朝天椒在生理分化期叶片内积累大量的可溶性蛋白，随着植株发育进程的推进叶片内可溶性蛋白含量迅速下降与本研究结果一致（图2-B）。

碳水化合物的供应是否充足，对花芽分化质量优劣起决定性作用[19-20]。在整个花芽分化期，香草兰花芽的可溶性糖含量均高于叶芽，表明高含量的可溶性糖能够促进花芽分化。研究结果表明：在花芽萌发和花器官的形成中，花芽中首先要储备一定量的可溶性糖和淀粉，为花芽分化提供物质保障[21]。本研究中，花序分化初期后，香草兰花器官开始发育，花芽碳水化合物含量大量累积，为花芽器官发育提供能量和物质基础。花芽中可溶性糖、蔗糖、淀粉含量的最大值均在花序分化初期，表明这一时期前有碳水化合物的积累，混合花芽的可溶性糖和蔗糖含量在花序分化初期也较高。大量研究表明花芽和叶片中的淀粉累积直接影响植物花芽分化[11，22-24]。本研究发现香草兰混合花芽和其功能叶片的淀粉累积量均低于花芽，至花序分化中期（Ⅴ），混合花芽功能叶淀粉含量明显高于花芽，说明花芽发育需要一定量的淀粉累积，可以推测淀粉累积量不足可能是混合花序发育晚，花量少的原因。

糖为植物的生殖生长提供能量，通过储藏在叶片或花序上的光合作用合成[25]。叶片和芽保持一定的“库源”关系，叶片中碳水化合物含量也影响植物的花芽分化。纵观3种芽体及功能叶的碳水化合物含量变化，说明香草兰花芽分化期间，需要大量可溶性糖和淀粉以维持花芽生长发育，其含量的高低同时决定花芽发育进程快慢。这一研究结果与四季花龙眼[26]和板栗[23]的研究结果一致。

“碳氮比学说”被众多学者所认可，研究结果表明：当植物体内C/N比值高时，有利于生殖体的形成，促进开花；反之，有利于营养生长，延迟开花[27]。齐红岩等[28]的研究结果表明高水平的C/N有利于薄皮甜瓜的花芽形态分化。本研究中香草兰花芽和混合花芽功能叶C/N比值均高于叶芽功能叶，花芽和叶芽功能叶C/N差异显著，表明高C/N可以促进香草兰开花。

综上所述，蛋白质和碳水化合物的储备可为花芽分化提供能量物质，有利于香草兰花芽分化，因此在生产上可以通过在花芽分化前增施肥料等栽培措施，以提高光合作用，增加功能叶和芽体的蛋白质和碳水化合物的累积，以调控其花芽分化，提高产量。笔者仅对香草兰花芽分化过程中的蛋白质及碳水化合物变化情况进行研究，影响香草兰花芽分化的其他因素及相应的调控花芽分化的栽培措施有待进一步研究。

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