施硼方式对番木瓜光合特性和果实品质的影响

关键词：番木瓜；缺硼；施硼方法；光合特性；果实品质

番木瓜CaricapapayaL.是番木瓜科Caricaceae番木瓜属Carica的多年生常绿肉质草本植物，周年开花结果，是世界上种植和消费最广泛的热带水果之一[1-2]。硼是高等植物生长发育所必需的矿质营养元素，是我国当前施用的第一大微肥[3]，能抑制多种光合酶活性[4]，破坏叶绿体结构[5]，从而影响植物光合作用，最重要的是影响生殖生长[6]。番木瓜对硼缺乏非常敏感，缺硼会导致植株矮化、顶端分生组织和果实变形以及果实成熟不均匀等，严重降低了番木瓜的产量和质量[7]，限制了产业的稳定健康发展。研究表明，适量的外源硼能稳定番茄的叶片结构[8]，显著提高甜菜叶面积和干物质积累量[9]，提高草莓的叶绿素含量和光合作用[10]以及番木瓜的产量[7]。但果树需硼量从缺乏到过量范围往往较窄，若施肥不当不仅易造成作物缺硼和硼毒害现象[11]，还会造成土壤和环境的污染，因此科学高效的施硼方法对解决实际生产中的问题尤为重要。王路红等[12]和马路婷等[13]均研究发现硼处理能提高果实品质。鉴于番木瓜树独特的生理构造（树干中空，有髓腔），我们前期研究发现树干髓腔中注射硼酸溶液能较好地矫正番木瓜缺硼症，且溶液浓度为0.1%时效果最佳。为进一步探讨硼素对番木瓜生理的影响，本试验以果实发育期的番木瓜为材料，研究不同施硼方式对番木瓜叶片的光合作用及果实品质的影响，旨在丰富番木瓜硼素营养研究以及为番木瓜栽培技术提供参考。

1材料方法

1.1试验材料和处理

试验于2021年6—9月进行，材料种植于广西农业科学院园艺研究所指导基地（23°01′N，107°51′E），海拔98.9m，年平均气温21.6℃，湿润多雨，雨量集中，日照充足，属南亚热带季风气候。

选取果实发育期生长一致、无病虫害的‘红铃’番木瓜植株作为试验对象，经不施硼素预处理2个月（果园其他管理按常规进行）后，设置4个不同处理（表1），每个处理选取长势一致的15株番木瓜植株作为试验材料，每5株为1次重复，共3次重复。在处理后的第0、10、20、40天选取不同处理植株中部功能叶片测定光合特性及叶绿素含量等指标，第40天测定果实畸形率和果实中维生素C、可溶性固形物、可滴定酸的含量。

1.2测定方法

1.2.1叶片叶绿素含量

参考陈建勋等[14]应用乙醇丙酮混合液提取法测定。采集试验新鲜叶片，剪碎，置于装有丙酮和乙醇的混合液（体积比1∶1）的棕色瓶中于黑暗处提取叶绿素24h，利用分光光度计分别在波长663nm和646nm下测定OD值，并计算叶绿素总含量。重复3次。

1.2.2叶片光合参数

采用Li-6400型便携式光合系统分析仪，测定番木瓜叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度。测量时设定内气流速度为500μmol/s、光量子通量密度为1000μmol/（m2·s），具体使用方法按照说明书操作执行。测定时间为上午9：00—11：00，重复3次。

1.2.3果实维生素C、可滴定酸和可溶性固形物含量

维生素C采用2，6-二氯酚靛酚滴定法进行测定；可滴定酸采用酸碱滴定法进行测定，具体操作参考曹建康等[15]编写的《果蔬采后生理生化实验指导》；可溶性固形物使用手持式测定仪，具体使用方法按照仪器说明书操作执行。

1.3数据处理分析

数据处理与统计采用Excel2013软件对原始数据进行整理、计算和绘图，利用SPSS20.0进行方差分析。

2结果与分析

2.1不同施硼方式对番木瓜叶片光合参数的影响

2.1.1不同施硼方式对叶片净光合速率的影响

叶片的光合作用是作物产量形成的直接动力，净光合速率在一定程度上反映了植物光合作用的水平。由图1可知，不同施硼方式处理的叶片净光合速率随着时间的延长均表现为先上升后下降的趋势。叶面喷施硼和树干注射硼处理均能显著提高番木瓜叶片的光合作用。处理10d时土壤施硼、叶面喷施硼及树干注射施硼处理叶片的净光合速率分别为12.28、26.14、25.98μmol·m-2·s-1。土壤施硼处理提高叶片的净光合速率较慢，而叶面喷施硼和树干注射施硼处理均能较快速地提高叶片的净光合速率，但叶面喷施硼处理的净光合速率维持较高水平时间较树干注射施硼处理短。处理40d时，树干注射施硼处理的叶片净光合速率仍能维持较高水平，为22.23μmol·m-2·s-1。

2.1.2不同施硼方式对叶片气孔导度的影响

气孔是调控胞间CO2浓度的重要门禁，气孔导度能反映气孔张开的程度，衡量CO2在气孔内传输阻力的因子。由图2可知，不同的施硼方式处理番木瓜叶片的气孔导度变化趋势与净光合速率相似，均表现为先上升后下降。处理10d时，土壤施硼、叶面喷施硼和树干注射施硼处理番木瓜叶片的气孔导度分别为0.54、1.06、0.99mol·m-2·s-1。处理40d时，不施硼处理的叶片气孔导度为0.48mol·m-2·s-1，土壤施硼和树干注射施硼处理的叶片气孔导度均显著高于不施硼处理，分别为0.70和0.90mol·m-2·s-1；叶面喷施硼处理的气孔导度与不施硼处理则无显著性差异。结果表明，土壤施硼处理缓解缺硼引起的叶片气孔关闭效果较慢；叶面喷施硼和树干注射硼能较快地缓解叶片气孔关闭；叶面喷施硼处理在初期效果较好，但持久性较差，树干注射施硼不仅效果较好且时效长。

2.1.3不同施硼方式对叶片胞间CO2浓度的影响

胞间CO2浓度能反映出植物从环境中吸收、光合作用消耗及呼吸作用产生的CO2的含量变化情况。由图3可知，不同的施硼方式处理的叶片胞间CO2浓度均先降低后升高。处理10d时，不施硼处理的叶片胞间CO2浓度为351.35μmol·mol-1，土壤施硼、叶面喷施硼及树干注射施硼处理的叶片胞间CO2浓度均显著低于不施硼处理，分别为323.97、269.86、267.96μmol·mol-1。随着时间的延长各处理的叶片胞间CO2浓度先降低再升高，处理40d时，土壤施硼、叶面喷施硼及树干注射施硼处理的叶片胞间CO2浓度分别为325.59、333.49、303.09μmol·mol-1。叶片对CO2的利用率越高其胞间CO2浓度越低，研究结果表明不同的施硼方式处理不同程度上降低了叶片的胞间CO2浓度，提高了CO2的利用率。

2.1.4不同施硼方式对叶片蒸腾速率的影响

由图4可知，不同的施硼方式处理的叶片蒸腾速率先上升后下降，变化趋势与净光合速率、气孔导度相同。处理10d时，不施硼处理的叶片蒸腾速率为1.66mmol·m-2·s-1，土壤施硼、叶面喷施硼及树干注射施硼处理的叶片蒸腾速率均显著高于不施硼处理，分别为3.36、3.56、4.00mmol·m-2·s-1。处理40d时，土壤施硼、叶面喷施硼及树干注射施硼处理的叶片蒸腾速率分别为3.45、3.12、3.60mmol·m-2·s-1。

2.2不同施硼方式对番木瓜叶片叶绿素含量的影响

叶绿素是光合作用必不可少的光合色素，可反映光合能力，是评价植株体生理状况的一项重要指标。由图5可知，不同的施硼方式处理均可一定程度提高叶片的叶绿素含量。处理10d时，不施硼处理的叶片叶绿素含量为1.47mg/g，土壤施硼、叶面喷施硼和树干注射施硼处理的叶片叶绿素含量分别为1.87、2.24、1.92mg/g，均显著高于不施硼处理。处理40d时，树干注射施硼处理的叶片叶绿素含量显著高于其他处理。

2.3不同施硼方式对番木瓜果实的影响

2.3.1不同施硼方式对果实外观和畸形率的影响

缺硼不仅影响番木瓜的外观品质且易导致果实畸形。不同的施外源硼方式处理均能提升果实外观品质（图6），显著降低果实的畸形率（图7）。不施硼处理的番木瓜果实出现明显的畸形，畸形率高达94.1%，而树干注射施硼处理的果实畸形率最低。由此可见，番木瓜对硼元素非常敏感，而缺硼可能是导致果实畸形的原因之一。

2.3.2不同施硼方式对果实品质的影响

由表2可知，不同的施硼方式处理能够显著提高番木瓜果实中的维生素C和可溶性固形物含量，一定程度上降低可滴定酸含量，提高果实的品质。其中，树干注射施硼处理的维生素C含量和可溶性固形物含量均显著高于土壤施硼和叶面喷施硼处理，由此表明树干注射外源硼对提高番木瓜果实品质效果最佳。

3讨论

硼对植物的光合特性有一定的促进作用，缺硼条件下植物叶片气孔导度、光合速率和蒸腾速率显著降低[16]，而花期喷施一定质量分数的硼肥可显著提高‘燕红’板栗叶片的光合作用[12]。本研究结果显示，不施硼会严重影响番木瓜叶片的光合作用，不同方式施硼处理均能一定程度上提高果实发育期的番木瓜叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率，提高叶片光合作用，这与谢志南等[17]开展的外源硼对幼龄番木瓜叶片净光合速率的研究结果一致。净光合速率在一定程度上反映了植物光合作用的水平。研究发现处理10d时，不同处理净光合速率大小依次为叶面喷施硼＞树干注射施硼＞土壤施硼＞不施硼；处理40d时，净光合速率大小依次为树干注射施硼＞土壤施硼＞叶面喷施硼＞不施硼。表明番木瓜叶片的净光合速率因施硼方式不同而存在差异；土壤施硼处理提高叶片的净光合速率较慢，叶面喷施硼处理提高效果仅在初期较好，而树干注射施硼不仅效果较好且时效长。影响光合作用的内在因素主要包括每单位叶的1，5-二磷酸核酮糖羧化酶活性、1，5-二磷酸核酮糖合成速率和CO2供应，而CO2供应由气孔导度和环境CO2决定[18]，气孔导度越大，气孔对CO2的传输阻力越小[19]。本研究中，随时间的延长不同施硼方式处理叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均表现为先上升后下降的趋势，而胞间CO2浓度则表现为先降低后升高的趋势。不同方式施硼处理番木瓜的叶片气孔导度随净光合速率的增大而增大，这说明外源硼能缓解缺硼引起的气孔关闭，促进气体交换，从而提高光合速率。叶片的胞间CO2浓度随净光合速率增大而降低，可能由于外源硼能提高光合作用，提高CO2利用率，降低胞间CO2浓度，从而改善缺硼对光合作用的限制。叶片的蒸腾速率随气孔导度增大而增大，说明气孔的开放有利于提高叶片的蒸腾速率。叶绿素含量反映植株生理状况和作物生产能力，与叶片净光合速率密切相关[20]。有研究表明，花期喷硼对甜樱桃叶片光合色素含量有正向影响，但喷硼两次反而会降低叶片光合色素含量[21]。本研究中不施硼会降低果实发育期的番木瓜叶片的叶绿素含量，而不同方式的施硼处理可一定程度提高叶片的叶绿素含量。究其原因，硼对维持叶绿体结构的稳定性起着重要作用，缺硼会破坏番木瓜叶绿体超微结构，减少叶绿素含量，致使叶片畸形，严重影响了气孔的开闭，从而影响光合作用。叶面喷施硼和树干注射施硼处理能较快地提高番木瓜的光合作用可能与其能较快地提高叶绿素含量有关。

缺硼易引起果实生理失调，如导致番茄花序间距变大、坐果率降低、果形指数变大等[22]。施外源硼后能减轻刺梨的生理落果并减少畸形果[23]，显著提高‘燕红’板栗结实率[12]，显著提高成熟期枣果的维生素C含量和可溶性糖含量，提高果实品质[13]。但植物体内能利用的有效硼浓度范围非常窄，因此合理施用硼肥是果实优产、优质的必要条件。桑雯[24]研究表明叶面施0.3%硼砂和0.2%ZnSO4可使番木瓜果实的可溶性固形物、硬度和可滴定酸达到最大值。纪方炎[25]研究显示硼处理能上调与蔗糖合成相关基因的表达量，影响果实中糖代谢相关酶基因的表达。但张健[26]研究显示喷硼对‘满天红’梨可溶性糖和可溶性固形物含量影响不显著。另有报道表明，喷硼后虽增加了草莓果实的含硼量，但对采收时的果实产量、可溶性固形物、可滴定酸和畸形果数量等并无显著影响[27]。本研究中不同方式的施硼处理能显著降低番木瓜畸形率，提高果实中的维生素C和可溶性固形物含量，一定程度降低可滴定酸含量，提高果实品质。其中，树干注射0.1%硼酸溶液矫正番木瓜缺硼症效果最佳。这与桑雯[24]对番木瓜、纪方炎[25]对草莓、马路婷等[13]对灰枣的研究结果相似。但是，补硼效果因补硼时期、方法和树种或品种的不同而存在差异。

果实品质的变化跟相关酶及蛋白质变化有关，根本原因是基因表达的差异。本研究仅从生理层面研究不同的施硼方式对番木瓜的影响，加强相关基因表达及蛋白质变化研究有助于阐明硼对番木瓜叶片和果实品质调控相关的机制。此外，本研究中树干注射施硼矫正番木瓜缺硼症的效果明显优于其他处理，具有时效长、吸收快、环境友好等特点，这可能跟番木瓜硼的吸收和转运有关。然而有关番木瓜硼素转运的机制并不清楚，需要在透射电镜和扫描电镜对番木瓜硼运输和分布进行精准定位的基础上，结合转录组和代谢组学对番木瓜的硼素转运机制进行系统地研究。

4结论

番木瓜对硼素敏感，缺硼不仅限制叶片的光合作用，而且影响果实的品质。不同方式的施硼处理均能一定程度上提高番木瓜叶片的光合作用，降低果实畸形率，提高果实品质。其中，树干注射硼缓解番木瓜缺硼症效果具有时效长、吸收快、环境友好等特点；叶面喷施硼缓解效果前期较好，但持久性较差；土壤施硼不仅效果不佳且较缓慢。因此，推荐‘红铃’番木瓜的施硼方法采用树干注射的方式。