杧果成花过程碳水化合物和可溶性蛋白含量的变化

高天瑜，郑 斌，许文天，梁清志，王松标，李 蕊，曾教科，武红霞

(1 海南大学园艺学院，海口，570288；2 农业部热带果树生物学重点实验室/中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，广东湛江，524091；3 海南省热带园艺采后处理与保鲜重点实验室，广东湛江，524091)

杧果MangiferaindicaL.素有“热带果王”之称，果实香气浓郁，深受消费者喜爱。杧果成花是由外部环境条件和内部发育状态共同作用的结果，成花质量和数量直接决定了杧果产量，在杧果生产中具有重要价值和意义。果树普遍存在大小年结果的现象，如苹果、梨、油梨、荔枝等，杧果也不例外[1]。生产中不同杧果品种间成花差异明显，一些品种易成花，而有些主栽杧果品种成花难，影响杧果产量，严重制约杧果产业发展，但其成花差异的成因还未明确。影响果树成花的因素很多，碳水化合物在成花过程中的作用非常重要，果实收获后碳水化合物的积累对来年开花诱导具有重要作用[2]。碳水化合物是植物供能的主要物质，植物成花前积累的养分多少直接影响成花的数量和质量。Xing等[3]研究表明，“长富2号”苹果在成花诱导时期，顶芽和临近叶片的可溶性糖含量有显著变化。蛋白质的积累对成花也有举足轻重的作用，刘宗莉等[4]发现枇杷叶片的可溶性蛋白质升高对应成花诱导；而夏橙叶片在成花过程中供应给花芽大量的合成蛋白[5]。Kraus等[6]认为，碳水化合物与氮在决定花芽形成和果实生长方面起到不可忽略的作用。杧果成花的研究多集中在生理调控方面，适当修剪枝条可促进腋芽发育，在顶端修剪后的前几周小于20 ℃的低温不少于350 h是花芽分化的必需条件[7]。不同品种杧果在休眠芽发育后期对温度的响应不同，Honey Gold等品种更易感应低温诱导[8]。对本单位保存的260余份杧果种质资源初步观察发现，不同杧果品种间成花存在明显差异。因此本研究选择易成花的典型品种“南多美”和难成花典型品种“椰香”为材料，对其成花过程中物候期、抽梢及开花情况进行观察，测定成花过程不同发育阶段顶芽的碳水化合物和可溶性蛋白含量变化，以期探明杧果成花过程中营养物质变化规律，从而为调控杧果花芽分化提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

在中国热带农业科学院南亚热带作物研究所杧果种质资源圃，选取树体结构、树冠大小和枝梢生长势相近的高接换种3年的“南多美”和“椰香”杧果各10株，采用相同管理方式，以保证其外部环境条件一致。参照林淑增等[9]的杧果花芽分化时期并稍有改动，待末次梢转绿后，选择花芽分化前不同阶段(11月18日、11月27日、12月7日、12月17日)的顶芽，直至花芽分化后(12月30日)停止取样，每个发育时期采集具有代表性的健康顶芽，并置于-80 ℃保存。

1.2 方法

1.2.1 物候期观察及统计 在试验树不同方位随机取10个结果母枝挂牌定点观测。自2020年10月起，每隔10 d观察杧果成花阶段芽的状态，并统计抽梢数直至停梢，于末次梢转绿前后(11月4日和11月18日)测量秋梢长度和末次梢直径。随机抽取的单株结果母枝的开花枝条数占枝条总数的百分率即为成花率，从12月20日开始，每隔7 d调查枝条的成花率。

1.2.2 可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白含量测定 可溶性糖包括果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖等，其含量测定参考Rosa等[10]的方法，均采用高效液相色谱法(HPLC)。称取顶芽样品300 mg研磨粉碎，加入90%乙醇5 mL提取，于4 ℃ 12 000 r/min离心10 min，取上清液，剩余残渣用5 mL乙醇均质两次后离心，合并两次上清液；水浴蒸干后，残渣在2 mL蒸馏水中重悬，过滤后上机测定，根据样品的峰面积和不同糖组分的标准曲线计算其含量。

淀粉含量测定采用微量法植物淀粉试剂盒完成。将乙醇提取后的沉淀于1.5 mL蒸馏水中重悬，95 ℃水浴糊化15 min，然后用缓冲淀粉糖苷酶水解所得糊化淀粉，常温提取15 min，25 ℃ 3 000 r/min离心10 min，保留上清液，采用蒽酮比色法测定葡萄糖含量，根据标准曲线方程计算淀粉含量。总碳水化合物的含量为可溶性糖与淀粉之和。

可溶性蛋白含量测定采用BCA法蛋白含量测定试剂盒完成。称取顶芽样品0.1 g研磨成粉末，加入1 mL蒸馏水冰浴匀浆，10 000 r/min 4 ℃离心10 min，取上清液稀释待测；将试剂A和B按照50∶1比例混合，配制成工作液；取样本5 μL和工作液200 μL，置于60 ℃水浴保温30 min，于562 nm波长下测定吸光度值，由标准曲线方程计算可溶性蛋白含量。

1.3 数据处理

数据采用Excel 2016进行分析处理，应用SPSS 26软件进行Duncan多重比较和相关性分析，用Origin 21进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 成花阶段枝梢生长和成花率差异

2020年10—12月，“南多美”和“椰香”两个品种均未抽新梢，抽梢率没有显著变化。说明“南多美”和“椰香”在2020年10月底已经停止抽梢，营养生长趋势减缓。从表1看出，11月4日至11月18日，“南多美”和“椰香”的秋梢总梢长度有小幅度增加，但品种间差异不显著，“南多美”的总梢长度大于“椰香”。两个品种的末次梢直径均有增加，且两品种间有显著性差异，“南多美”显著高于“椰香”。说明“南多美”和“椰香”在休眠期前均有不同程度的营养物质积累，品种间差异较大。

表1 两个杧果品种不同时间总梢长度、末次梢直径和成花率变化

2020年12月20日至2021年1月11日，“南多美”和“椰香”的成花率变化不大，“南多美”的成花率为21%，“椰香”的成花率为1%～2%。2021年1月11日后，两个品种成花率均有大幅度增加，“南多美”为88%，“椰香”为33%。在成花过程中“南多美”成花率均显著高于“椰香”，说明“南多美”的成花效果优于“椰香”，即在自然条件下，“南多美”更易进行花芽分化。

2.2 花芽分化过程中碳水化合物含量变化

2.2.1 可溶性糖含量变化 从图1可以看出，在成花过程中，“南多美”和“椰香”的果糖含量均呈上升趋势，在12月30日达到最高，“南多美”为26.91 mg/g，“椰香”为19.93 mg/g。不同采样时间，果糖含量均以“南多美”始终高于“椰香”，说明果糖的增加有利于杧果花芽分化，果糖的积累量越多越能提高成花的可能性。在12月17日和12月7日，“南多美”的果糖含量显著高于“椰香”，说明果糖含量的增加在花序分化期起到显著效果。

注：不同小写字母表示在0.05水平上差异显著，图2和图3同。

“南多美”和“椰香”的葡萄糖含量变化趋势不同，“南多美”呈先升高后降低的趋势，12月17日时含量最高，为32.72 mg/g；在11月18日处于最低水平，为12.13 mg/g。“椰香”的葡萄糖含量在成花不同发育阶段呈上升趋势，11月18日含量最低，为11.82 mg/g；12月30日达到最高，为18.74 mg/g。在12月7日和12月17日，葡萄糖含量均以“南多美”显著高于“椰香”，说明葡萄糖在成花前期快速积累，有助于花芽形成。

在成花过程中，“南多美”和“椰香”的蔗糖含量均呈先下降后上升的趋势。“南多美”的蔗糖含量在12月17日最低，为21.90 mg/g；12月30日最高，为44.75 mg/g。“椰香”的蔗糖含量在12月7日最低，为45.42 mg/g；12月30日最高，为62.10 mg/g。在成花的各个时期，“椰香”的蔗糖含量均显著高于“南多美”，说明成花前期蔗糖以消耗为主，成花后期则多为积累，不同品种间蔗糖含量差异较大。

“南多美”和“椰香”的麦芽糖含量变化趋势不同。在成花的各个时期，“南多美”的麦芽糖含量逐渐升高，11月18日含量最低，为16.31 mg/g；12月30日含量最高，为37.94 mg/g。“椰香”则呈先少量下降后突增的趋势，12月17日含量最低，为19.87 mg/g；12月30日含量最高，为35.80 mg/g。在11月18日、11月27日、12月7日和12月17日，两个品种间麦芽糖含量差异显著；11月27日至12月30日，“南多美”的麦芽糖含量均高于“椰香”。说明从成花过程中总趋势来看，麦芽糖含量的增加有利于杧果成花。

2.2.2 淀粉和碳水化合物总量变化 从图2可以看出，在成花的不同阶段，“南多美”和“椰香”的淀粉含量变化不明显。“南多美”在成花过程中淀粉含量先增后减，11月18日含量最低，为34.85 mg/g；12月30日含量最高，为38.21 mg/g。11月27日时，“椰香”淀粉含量最低，为30.46 mg/g；12月30日含量最高，为41.00 mg/g。除11月27日外，两个品种在成花的各个时期淀粉含量均无显著性差异。说明杧果在成花过程中淀粉维持一个稳定的水平。

图2 两个杧果品种成花过程中顶芽淀粉和碳水化合物总量变化

在成花不同阶段，“南多美”和“椰香”的碳水化合物总量变化趋势不同。“南多美”的碳水化合物总量逐渐升高，11月18日含量最低，为114.89 mg/g；12月30日含量最高，为168.90 mg/g。“椰香”则呈先下降后增加，12月7日含量最低，为126.46 mg/g；12月30日含量最高，为177.57 mg/g。在11月18日和12月7日，两个品种碳水化合物总量差异显著。从成花过程总趋势来看，碳水化合物不断在花芽中积累，且在成花后期积累程度大幅度增加，碳水化合物含量的增加有利于杧果成花，积累量在品种间差异不明显。

2.3 可溶性蛋白含量、碳水化合物与可溶性蛋白含量比值的变化

从图3可以看出，“南多美”和“椰香”的可溶性蛋白含量变化趋势基本一致，均呈先下降后增加的趋势，且“椰香”的可溶性蛋白含量始终高于“南多美”。在12月17日和12月30日，两个品种间的可溶性蛋白含量有显著性差异。说明在成花过程中可溶性蛋白不断在花芽中积累，且在成花后期积累程度大幅度增加，积累量在品种间差异较大。

图3 两个杧果品种成花过程中顶芽可溶性蛋白含量和碳水化合物与可溶性蛋白比值变化

碳水化合物与可溶性蛋白含量比值呈现先增后减的趋势，两个品种比值均在12月7日达到最大，分别为2.68和2.18。12月7日至12月30日，“南多美”的比值显著高于“椰香”。说明碳水化合物与可溶性蛋白含量比值升高有利于花芽的生理分化，而花器官的形态分化则使比值降低。

2.4 碳水化合物、可溶性蛋白与成花率的相关性

从表2可以看出，杧果成花率与麦芽糖含量、碳水化合物总量和可溶性蛋白含量呈显著正相关，相关系数分别为0.506、0.641和0.456。成花率与果糖含量呈极显著正相关，相关系数为0.816。综合来看，杧果的成花率与成花期间顶芽的碳水化合物总量和可溶性蛋白含量有较大关系，其中果糖与麦芽糖含量影响较大。

表2 “南多美”和“椰香”两个杧果品种成花过程中花芽碳水化合物、可溶性蛋白与成花率的相关性

3 结论与讨论

试验结果表明，杧果成花过程中，蔗糖含量呈先升高后降低的趋势，以“椰香”显著高于“南多美”；果糖、葡萄糖和麦芽糖均呈现升高的趋势，花芽分化后达到最高，以“南多美”显著高于“椰香”；淀粉含量在花芽分化前以“南多美”高于“椰香”；可溶性蛋白含量在花芽分化后达到最高，以“椰香”显著高于“南多美”。杧果成花过程中，碳水化合物和可溶性蛋白的积累有利于花芽分化，其比值呈先升高后降低的趋势，以“南多美”显著高于“椰香”，“南多美”成花率显著高于“椰香”。

3.1 碳水化合物在成花过程中的作用

碳水化合物是植物生长发育过程的重要结构物质和能量供给，其积累和消耗在很大程度上影响着花芽分化的基本进程。碳水化合物在启动花芽分化过程中起着关键作用，淀粉在花芽分化过程中水解为糖后供花芽分化利用；而葡萄糖、果糖等可溶性糖则被直接利用，为植物花芽分化提供充足的营养，其含量与花芽分化进程呈正相关。植物叶片在成花过程中，通过产生并传递糖信号到顶端分生组织，最终诱导形成花芽[11]。叶片和顶端分生组织中糖类物质的交换和传递是造成植物由营养生长向生殖生长转变的原因，而不是结果[12]。李辛雷等[13]研究报道，杜鹃红山茶可溶性糖的含量在生理分化期逐渐积累，在形态分化开始时达最高，此后逐渐降低。刘俊松等[14]在柑桔中测得可溶性糖在花芽分化期先上升后下降，可以得出可溶性糖在成花前期的积累有利于花芽分化。外施低浓度的葡萄糖可以显著促进苹果顶芽的花芽分化，增加花芽分化诱导期内顶芽葡萄糖和蔗糖的含量[15]。在“妃子笑”荔枝成花过程中，淀粉含量在花芽分化期有较大积累，为后续花器官的生长发育储备充足营养[16]。杧果相关研究中，葡萄糖的库—源流动为花芽分化积累了主要能量物质[17]。成花稳定的Amrapali在成花各个时期中叶片碳水化合物总量高于较难成花的Dashehari[18]。本研究中，花芽分化前，易成花品种“南多美”的淀粉含量显著或略高于难成花品种“椰香”；两个品种的果糖、葡萄糖和麦芽糖含量在成花过程均呈升高趋势，在花芽分化后达到最高；且易成花品种“南多美”显著高于难成花品种“椰香”。表明成花过程中碳水化合物的累积对杧果成花具有积极作用。

蔗糖在成花过程中起到非常重要的作用，蔗糖是光合作用的主要产物，是果树体内糖分运输的主要形式[19]；还可作为植物开花的信号因子起作用。蔗糖可通过细胞壁转化酶(CWINV)、中性转化酶(NINV)、液泡转化酶(VINV)或蔗糖合成酶(SUSY)转化为果糖和葡萄糖[20]。有研究表明，蔗糖能够调控对果糖有聚合作用的酶(6-SFT)活性及其相关基因的表达[21]。另外相关研究发现，蔗糖转化酶(INV)是高等植物体内控制蔗糖分解的关键酶，而转化酶抑制子(InvInh)则通过与转化酶结合成复合物来抑制INV酶活性。INV与InvInh相结合参与糖信号的传导，从而在糖代谢和果树发育过程中发挥重要作用[22]。牛俊奇等[23]与苗小荣等[24]发现InvInh基因在花中表达量高于茎和叶，可能是成花后期蔗糖含量积累的原因之一。本研究中，在杧果成花过程中蔗糖含量呈先下降后升高的趋势，且以难成花品种“椰香”显著高于易成花品种“南多美”；蔗糖在花芽分化早期消耗，后期大量积累，其对成花的作用机制还有待于进一步研究。

3.2 可溶性蛋白在成花过程中的作用

可溶性蛋白包括结构蛋白和酶蛋白，是花器官建成的重要结构物质，在成花过程中的需求量大[25]。馥郁滇丁香“香妃”在成花过程中，可溶性蛋白在营养生长期处于中等水平，在花序原基分化期达到最高水平[26]。郭金丽等[27]和马青枝等[28]认为苹果梨的花芽分化过程与蛋白质合成增加有关。花芽分化期间，香草兰的叶芽蛋白质含量持续下降，花芽和混合花芽的蛋白质含量则先上升后下降，说明花芽在花序分化前期需累积大量蛋白质[29]。李志娟[30]报道，萱草茎尖在花序原基分化期需消耗大量的蛋白质，茎尖可溶性蛋白质含量的升高更有利于萱草花芽分化。黄润生等[31]通过对油茶的代谢物分析，得出激素调节可能在成花后期促进氨基酸合成可溶性蛋白。本研究中，两个杧果品种可溶性蛋白含量在花器官分化期达到最高，说明杧果花器官的建成需要大量可溶性蛋白积累。

3.3 碳水化合物与可溶性蛋白含量比值对成花的影响

成花的碳氮比学说认为，碳作为主要供能物质可以促进花芽分化，氮作为主要结构物质则促进营养生长。因此很多学者研究认为，C/N较高时，有利于植物开花，反之则促进营养生长。张建铭等[32]通过研究大花栀子成花诱导期和花芽孕育期的碳氮比发现，在成花诱导期，碳氮比的变化不明显；而在花芽孕育期，碳氮比呈明显升高趋势。蛋白质在成花转变过程中既是结构物质又是不可或缺的营养物质，可溶性蛋白是成花的重要因素[33]。Kitsaki等[34]对油橄榄成花研究发现，在碳水化合物充足的条件下，氮的代谢更倾向于合成蛋白质。馥郁滇丁香“香妃”的可溶性糖/可溶性蛋白维持在较低水平有利于成花[25]。本研究发现，花芽生长发育过程中两个品种碳水化合物与可溶性蛋白比值均呈先升高后降低的趋势，12月7日达到最高，12月30日达到最低，且易成花的“南多美”的比值显著高于难成花的“椰香”。由此可见，碳水化合物与可溶性蛋白比值升高有利于杧果花芽的生理分化，而比值降低则有利于花器官的形态建成。