避雨栽培对四川盆地春季茄子光合电子传递、产量及品质的影响

付一峰，张泽锦，唐 丽

（1.四川开放大学 成都 610073；2.蔬菜种质与品种创新四川省重点实验室·四川省农业科学院园艺研究所 成都 610066；3.四川省蔬菜工程技术研究中心 四川彭州 611934）

避雨栽培是以避雨为目标的简易设施栽培技术，是避雨不遮风，介于温室栽培和露地栽培之间的一种栽培类型。避雨栽培广泛应用于我国的葡萄[1]种植中，并逐步推广于桃[2]、梨[3]、樱桃[4]、番茄[5]、辣椒[6]等作物种植中。其优点在于扩大了作物的适栽范围，能减少作物病虫害，提高品质和产量，方便农事操作；其缺点在于避雨栽培覆盖棚膜，容易造成弱光环境，弱光对作物的株高、叶面积、茎粗、节间长、比叶质量等都会产生影响[7-10]，同时研究表明，弱光环境会影响作物叶绿素含量，而叶绿素是光合作用中的重要[11]，在光合作用中起着吸收、传递光能的作用，作物叶绿素的多少直接影响其光合作用强弱，从而影响作物的品质和产量。

茄子是茄科茄属1 年生草本植物，是四川大宗蔬菜之一。茄子喜温喜强光，喜水怕涝，适宜温度为25～30 ℃，光饱和点40 000 lx[12]。茄子前期生长需水量小，成熟时需水量大，避雨栽培有利于茄子的前期生长，四川盆地属于寡日照气候[13]，棚膜覆盖不可避免造成弱光环境，又不利于茄子的生长发育。目前，关于葡萄等作物的避雨栽培研究较多[14-16]，针对茄子避雨栽培的相关研究较少，且主要集中于温室种植技术方面。笔者以茄子作为材料，对比其在避雨栽培和露天栽培的各项生长指标，为四川盆地茄子优质高效生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

茄子品种为黑冠（紫皮茄子），购自四川兴望种业有限公司。

1.2 试验设计

试验于2021 年1－8 月在四川省成都市四川省农业科学院园艺研究所试验避雨棚进行。选择籽粒饱满的茄子种子进行浸种催芽，出芽后种植于装有蔬菜专用基质的32 孔穴盘中，待幼苗具有4～5 片真叶时，选取长势一致幼苗移栽。试验共设2个处理，一个是露地栽培（CK），一个避雨栽培（避雨棚长30 m，跨度8 m，避雨棚顶部覆盖PEP 膜），四周通风无膜。茄子厢面为1.5 m，每厢栽2 行，行距0.5 m，株距0.5 m。随机选取20 株生长健壮一致的茄子作为1 个小区，3 次重复。水肥、病虫害等管理措施相同，露地和避雨处理均不做点花，自然结果。

1.3 测定指标和方法

1.3.1 光谱组成的测定 利用爱万提斯光纤光谱仪（AvaSpec-ULS2048x64-EVO）对避雨棚内和露地进行光谱测量，对不同波段光照度进行积分（紫外光：300～399 nm；蓝光：400～499 nm；绿光：500～599 nm；红光：600～699 nm；远红光：700～800 nm），以300～800 nm 进行积分表示光合有效辐射强度。

1.3.2 环境温度测定 试验期间，采用数据记录仪（RC-4HC，精创，徐州）每5 min 记录1 次不同处理的空气温度，取2 个处理平均值进行分析。

1.3.3 叶绿素、类胡萝卜素、花青素及叶绿素荧光参数测定 当茄子处于“四门斗”期时，取茄子中部叶片，采用丙酮法测定叶绿素和类胡萝卜素含量[17]。取茄子中部叶片和果实（含表皮），采用盐酸甲醇分光光度比色法测定花青素含量[18]。用分光光度计测定溶液530 nm 和657 nm 处的吸光值，A530–0.25×A657 即为花青素的相对含量。差值每增加0.01 定义为1 个单位（U）。每个重复取3 片叶混合采样，每个处理3 次重复。

利用双通道荧光仪Dual-PAM-100（Walz，德国）自动测量程序，在茄子中部叶片暗适应40 min后测定茄子中部叶片叶绿素荧光参数。每个处理测定5 片叶。

1.3.4 茄子花激素测定 在茄子“四门斗”期时花开放的时候，利用液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）定量测定其生长素、细胞分裂素、赤霉素及乙烯类激素的含量，每个重复2 朵花混合采样，每个处理3次重复。数据采集仪器系统主要包括超高效液相色 谱（Ultra Performance Liquid Chromatography，UPLC，ExionLC™AD，https://sciex.com.cn/）和串联质谱（Tandem Mass Spectrometry，MS/MS，QTRAP 6500±，https://sciex.com.cn/）。

1.3.5 茄子花转录组分析 在茄子“四门斗”期时花开放的时候，分别取2 个处理的花，将样品放入液氮中速冻，保存于-80 ℃超低温冰箱中备用，用于转录组分析。每个重复取2 朵花混合采样，每个处理3 次重复。样品的后续处理包括RNA 抽提、纯化、建库以及采用第二代测序技术（next-generation sequencing，NGS），基于Illumina 测序平台，对这些文库进行双末端（paired-end，PE）测序。参考基因组：SME_r2.5.1；下载链接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/GCA_000787875.1/。

1.3.6 产量 单果质量用电子天平称量：每次采摘时记录单果质量和结果数，计算平均值，记为单果质量。茄子单株产量根据成熟情况，实时进行采摘并记录质量，直至试验结束。每个处理5 次重复。

1.3.7 品质测定 在结果盛期每个小区随机选取成熟期一致的5个果实样品，进行果实品质的测定，取平均值代表该小区指标测定值。采用2，6-二氯酚靛钠法[19]测定维生素C 含量，采用蒽酮比色法[20]测定可溶性糖含量。

2 结果与分析

2.1 避雨栽培对光照和温度的影响

由表1 可以看出，避雨棚内紫外光和蓝光有所降低，分别比露地降低11.9%和2.1%；绿光、红光及远红光有所增加，远红光增加较多，比露地增加4.6% ，绿光和红光分别增加0.5%和1.3%。避雨棚内300～800 nm 有效光合辐射仅为露地的75.1%。由此可见，避雨栽培不仅降低了光合有效辐射，还改变了照射在茄子叶片上的光质组分。避雨栽培的红光/远红光为1.21，露地为1.23。

表1 避雨栽培对光质组成的影响Table 1 Effect of rain shelter cultivation on composition of light quality

由图1 可以看出，在试验期间，避雨棚内日均温度为23.2 ℃，比露地日均温度高0.3 ℃。避雨棚内温度主要是在白天高于露地，夜晚棚内外温度无明显差异。

图1 避雨棚与露地温度差异Fig.1 Temperature difference between shelter and open field

2.2 避雨栽培对茄子叶片光合参数的影响

茄子避雨栽培后，叶绿素a 含量（w，后同）和叶绿素a/b 分别为2.46 mg·g-1和2.23，高于露地栽培17.7%和11.5%；但是叶绿素b 和总叶绿素含量分别是0.94、3.03 mg·g-1，分别是露地栽培的75.8%和81.9%。避雨栽培茄子叶片花青素含量为0.03 A530，仅为露地栽培的20.0%。二者类胡萝卜素含量无显著差异。由此可见，避雨栽培后茄子叶片中的叶绿素b、总叶绿素和花青素含量降低（表2）。

表2 避雨栽培对茄子叶片叶绿素、类胡萝卜素及花青素含量的影响Table 2 Effect of rain shelter cultivation on chlorophyll,carotenoid and anthocyanin content of eggplant leave

由表3 可知，避雨栽培茄子叶片PSI 的量子产量[Y（I）]、相对电子传递速率[ETR（I）]以及由于受体侧限制引起的PSI 处非光化学能量耗散的量子产量[Y（NA）]显著低于露地栽培，分别为露地栽培的85.3%、83.7%及60.0%；由于供体侧限制引起的PSI处非光化学能量耗散的量子产量[Y（ND）]显著高于露地栽培，为露地栽培的2.76 倍。避雨栽培茄子叶片PSII 的Y（II）和ETR（II）显著低于露地栽培，分别为露地栽培的64.3%和64.4%；但是PSII 处调节性能量耗散的量子产量[Y（NPQ）]和PSII 处非调节性能量耗散的量子产量[Y（NO）]显著高于露地栽培，比露地栽培增加15.5%和27.0%。

表3 避雨栽培对茄子叶片PSI 和PSII 量子产量及电子传递速率的影响（n=10）Table 3 Effect of rain shelter cultivation on the quantum yield of PSI and PSII and electron transfer rate of eggplant leave

2.3 避雨栽培对产量和品质的影响

由表4 可知，避雨栽培降低了单株结果数，比露地栽培降低了61.7%，单株产量降低了63.3%。但是茄子单果质量无显著差异，约为0.184 kg。由此可见，避雨栽培主要降低了结果数，最终导致单株产量下降。

表4 避雨栽培对茄子产量的影响Table 4 Effect of rain shelter cultivation on yield of eggplant

由表5 可知，避雨栽培后茄子的可溶性糖、维生素C 及花青素含量均显著低于露地栽培，分别是露地栽培的77.9%、70.3%及83.9%，花青素主要存在于茄子果皮中，避雨栽培花青素含量的降低，使果色比露地栽培浅。由此可见，四川盆地春季避雨栽培降低了茄子的品质。

表5 避雨栽培对茄子品质的影响Table 5 Effect of rain shelter cultivation on quality of eggplant

2.4 避雨栽培对茄子花激素含量的影响

由表6 可以看出，避雨栽培对茄子花激素含量的影响集中在细胞分裂素类，异戊烯腺嘌呤核苷（IPA）和玉米素核苷（tZR）含量分别为1.07、0.44 ng·g-1，显著低于露地栽培，是露地栽培的37.3%和19.0%。在其他测出的激素中，二者生长素、赤霉素及乙烯类激素之间无显著差异。

表6 避雨栽培对茄子花激素含量的影响Table 6 Effect of rain shelter cultivation on hormone content of eggplant flower （ng·g-1）

2.5 转录组初步分析

由图2 可知，通过对比同时期露地和避雨栽培茄子花的转录组，发现避雨栽培相比于露地栽培上调的基因数为1424 个，下调的基因数为2998 个。

图2 差异表达基因火山图Fig.2 The volcano map of the differentially expressed genes

KEGG 分析的结果表明，在玉米素生物合成（Zeatin biosynthesis）和植物激素信号转导（Plant hormone signal transduction）2 条代谢通路中存在差异基因（图3）。玉米素生物合成通路中用于编辑腺苷酸二甲基烯丙基转移酶（IPT，Adenylate dimethylallyltransferase）的Sme00717在避雨栽培处理的茄子花中相对露地栽培下调表达，从萜类主链生物合成的二甲基丙烯焦磷酸（DMAPP）与ATP、ADP、AMP 结合，合成的下游产物异戊烯—ATP（isopentenyl-ATP）、异戊烯—ADP（isopentenyl-ADP）及异戊烯—AMP（isopentenyl-AMP）减少，最终导致玉米素核苷的生成减少。此外，在植物激素信号转导中发现，玉米素核苷在信号转导行使功能的过程中编辑含组氨酸磷酸转移蛋白（AHP）的Sme00112在避雨栽培的茄子花中上调表达（图4）。

图3 差异表达基因KEGG 分类图Fig.3 The statistics of KEEG enrichment of the differentially expressed genes

3 讨论与结论

植物内源激素在作物果实发育期间发挥着重要作用，激素含量的高低直接影响开花坐果。在藤本作物草莓中发现，植物内源激素玉米素核苷含量随开花进行不断增加[21]。在木本作物无花果、苹果中发现，在花芽分化阶段，玉米素核苷在初期含量较低，后期大幅提高并稳定在较高水平[22-23]。植株维持较高水平的异戊烯腺嘌呤核苷利于龙眼的开花坐果[24]。由此可见，玉米素核苷和异戊烯腺嘌呤核苷维持在较高水平能保证正常坐果成熟。通过对转录组的初步分析，四川盆地春季茄子避雨栽培后，由于光照度和光质组成的改变，茄子花中玉米素核苷合成途径中编辑腺苷酸二甲基烯丙基转移酶的Sme00717基因下调，导致玉米素核苷生成量减少，从而导致了茄子成花后正常发育结实受到阻碍，单株结果率降低，最终导致产量降低。此外，植物激素信号转导代谢途径中编辑含组氨酸磷酸转移蛋白的Sme00112在避雨栽培的花中上调表达，这可能是避雨栽培后茄子对玉米素核苷生成减少的一种补偿反应。为了提高茄子在避雨栽培下的坐果率和产量，建议在开花后进行一定的激素处理。

光质和光照度对作物果实着色及光合电子传递有着显著的影响。在UV-B 处理下，拟南芥COP1 与UVR8 互作，并对HY5 的表达有着正调控作用；在无UV-B 时，UVR8 存在于细胞质和细胞核之中，UV-B 可以使细胞质中的UVR8 转移到细胞核中并与COP1 发生相互作用，正向调节UV-B 诱导花青素苷和其他类黄酮的合成[25]。研究表明，在对温室中进行UV-A 补光可以使茄子的颜色加深[26]。此外，增加光照可以促进苹果果皮中花青素的积累[27]，增加光照还能提高番茄和辣椒果实花青素的积累[28-29]。在辣椒中发现，提高蓝光比例，可以提高辣椒叶片吸收光量子的能力，提高电子传递速率[30]。由此可见，光照度、蓝光及紫外光的降低，可能是避雨栽培茄子叶片光合电子传递速率和叶片及果皮中花青素含量降低的原因。与露地栽培相比，四川盆地茄子避雨栽培，栽培环境中有效光合辐射量的降低和光质成分的改变导致花中异戊烯腺嘌呤核苷（IPA）、玉米素核苷（tZR）含量和叶片光合电子传递速率的降低，从而降低茄子结果数，最终导致产量降低，为了适应四川盆地弱光条件下茄子避雨栽培，还应进一步筛选对光不敏感型的茄子品种。

综上所述，避雨栽培降低了光照有效辐射强度，改变了光质组成，叶片中的叶绿素含量和花青素含量降低，光合电子传递性能下降，茄子花中玉米素核苷生物合成通路中Sme00717基因下调表达，导致玉米素核苷含量降低，最终导致单株产量和可溶性糖、维生素C 及花青素含量等品质指标均低于露地栽培。