彭映赫 陳永忠 許彥明 王 瑞 陳隆升 馬 力 彭邵鋒

(1. 湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410004；2. 國家油茶工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004)

庫源關(guān)系改變可通過影響卡爾文循環(huán)、PSII反應(yīng)中心光化學(xué)效率、葉片氣孔閉合等過程調(diào)節(jié)作物的光合作用及其產(chǎn)物的運輸和分配[1-2]。研究表明，減源增庫可提高作物光合能力，增加碳代謝能力[3]。生產(chǎn)中，摘葉、疏花疏果等措施都會影響庫源關(guān)系，改變光合同化產(chǎn)物在庫源間的分配，從而影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)[2-5]。源活性可用光合末端產(chǎn)物碳水化合物衡量，庫源關(guān)系中源葉碳水化合物含量變化受其代謝相關(guān)酶活性調(diào)控，因此，它們的動態(tài)變化及相互關(guān)系是研究庫源關(guān)系的重要內(nèi)容之一，對闡明庫源關(guān)系中光合末端產(chǎn)物對源葉光合作用的調(diào)控具有重要價值。

經(jīng)濟林木生長周期長，類型豐富，但庫源關(guān)系的研究相對滯后。近年來，隨著林木栽培生理的發(fā)展和生產(chǎn)中精細(xì)化栽培需求的增長，經(jīng)濟林木庫源關(guān)系成為研究熱點。油茶 (Camelliaoleifera) 為山茶科山茶屬常綠灌木或小喬木，是重要的木本食用油料樹種，全國栽培總面積達(dá)3.67 × 106hm2，年產(chǎn)茶油4.5 × 108kg。目前，煙草 (Nicotianatabacum)[6]、水稻 (Oryzasativa)[7-8]、玉米 (Zeamays)[9]、西紅柿 (Lycopersiconesculentum)[10]、棉花 (Gossypiumspp.)[11-12]等農(nóng)作物的庫源關(guān)系方面已有大量報道，但針對油茶的研究較少，尤其碳代謝相關(guān)酶活性變化方面幾乎處于空白。已有研究表明，在環(huán)剝枝條上，通過調(diào)控葉果比來研究庫源關(guān)系是可行的[13]。因此，本試驗以5年生油茶為試材，通過調(diào)控葉果比來研究庫源關(guān)系改變對源葉片可溶性糖和淀粉含量及其相關(guān)酶活性的變化。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

試驗于2015年8月在湖南省林業(yè)科學(xué)院試驗林場進行。試驗材料為5年生油茶，株行距2 m × 3 m。試驗選用立地條件相似、長勢基本一致的油茶樹6株，在其果實膨大期間，每株選取樹冠外圍南面長勢基本相同的當(dāng)年生枝條，在非人為去果情況下，選擇自然生長的不同葉果比營養(yǎng)枝，分別為T1(5葉，即無果)，T2(3葉1果枝)，T3(4葉1果枝)，T4(5葉1果枝)，T5(5葉2果枝)。同一株樹相同處理均為12枝，同時對試驗枝基部進行環(huán)剝，通過環(huán)剝實現(xiàn)對庫源關(guān)系進行控制，阻斷試驗枝與樹體其他部分之間碳水化合物的流動。

于2015年8月21日對所有處理的葉片全部取樣，每2株樹相同處理葉片混為一個樣品，共計3份樣品，樣品放入冰盒迅速帶回實驗室，用去離子水清洗擦干，其中每個處理的葉片選擇一部分80 ℃烘干，用于碳水化合物含量的測定，剩余的放于-70 ℃冰箱中保存用于酶活性的測定。

1.2 測定指標(biāo)與方法

總可溶性糖采用乙醇提取，蒽酮比色法[14]測定；蔗糖采用間苯二酚法[14]測定；果糖采用間苯二酚法[14]測定；淀粉采用高氯酸提取，用蒽酮比色法[14]測定；蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性采用間苯二酚法[15]測定；酸性轉(zhuǎn)化酶、堿性轉(zhuǎn)化酶活性采用3, 5-二硝基水楊酸比色法[15]測定；淀粉磷酸化酶活性采用無機磷比色法[15]測定。室內(nèi)實驗測定均為3次重復(fù)。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007及SPSS 19.0進行統(tǒng)計和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 油茶葉片可溶性糖和淀粉含量變化

由圖1可知，油茶葉片的可溶性總糖和蔗糖含量隨葉果比的變化呈先下降后上升的趨勢，不同處理組之間差異未達(dá)顯著水平。去葉減源處理 (T2) 可溶性總糖和蔗糖含量最低，分別比T1低6.63%、11.43%。增源處理 (T3、T4) 葉片可溶性糖及淀粉含量分別較T2增加了0.05%、12.8%和1.43%、10.12%。增庫處理 (T5) 使庫的需求相對增加，植株體內(nèi)更多的光合產(chǎn)物流向果實庫。同處理間，果糖和淀粉含量差異明顯 (P< 0.05)。其中，果糖與可溶性總糖含量變化趨勢一致，當(dāng)留葉數(shù)為4 (T3) 時，果糖含量最低，分別較其他各處理組降低了5.83%、3.11%、15.55%和8.6%。T4葉片果糖含量最高，為15.48 mg/kg，增庫處理后，果糖含量隨之下降。無果處理組 (T1) 葉片淀粉含量達(dá)到最大值，為106.72 mg/kg，葉果比減小 (T2，T5)，葉片淀粉積累量下降，并顯著低于其他各處理 (P< 0.05)。對于不同葉果比處理，葉片可溶性糖和淀粉含量與其留葉數(shù)目呈正相關(guān)關(guān)系。

2.2 油茶葉片碳水化合物代謝相關(guān)酶活性的變化

與碳水化合物代謝相關(guān)酶的活性變化見圖2，不同處理組間相關(guān)酶活性均存在顯著性差異 (P< 0.05)，無果處理組 (T1) 中轉(zhuǎn)化酶 (AI)、蔗糖合成酶 (SS)、淀粉磷酸化酶 (SP) 活性顯著降低 (P< 0.05)，增源處理后 (T2～T5)，酶的活性逐漸增加。其中SS、蔗糖磷酸合成酶 (SPS) 呈單峰曲線類型，T3、T4達(dá)到最大值，增庫處理 (T5)其酶活性顯著下降，分別低于最大值34.68%、17.96%；增源擴庫處理后 (T2～T5)，AI和SP活性逐漸增加，在T5出現(xiàn)最大值。除 T1外，各組酶活性存在顯著性差異 (P< 0.05)。

圖1不同庫源比條件下葉片碳水化合物含量變化
Fig.1 Variation of carbohydrate content in leaves of different sink-source ratio

圖2不同庫源比條件下葉片碳水化合物代謝相關(guān)酶活性變化
Fig.2 Variation of related enzymes activities to carbohydrate metabolism in leaves of different sink-source ratio

2.3 油茶葉片碳水化合物含量與其代謝相關(guān)酶活性的相關(guān)性分析

可溶性糖及淀粉含量與其代謝相關(guān)酶活性之間的相關(guān)性分析見表1。結(jié)果表明，可溶性總糖含量與蔗糖、果糖含量呈顯著正相關(guān) (P< 0.05)，r分別為0.634、0.612，而與SS、SPS、AI相關(guān)性不明顯。蔗糖含量與其代謝酶活性間沒有明顯的相關(guān)性，果糖含量與其均呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著。淀粉含量與AI、淀粉磷酸合成酶成極顯著負(fù)相關(guān) (P< 0.01)，r分別為-0.669、-0.517。各代謝酶之間也存在明顯相關(guān)性，SS與酸性轉(zhuǎn)化酶、堿性轉(zhuǎn)化酶、淀粉磷酸化酶呈顯著正相關(guān)，r分別為0.674、0.567和0.734，同時，AI與淀粉磷酸化酶亦呈極顯著正相關(guān) (P< 0.01)，r為0.815、0.687。

表1 葉片碳水化合物與代謝相關(guān)酶活性的相關(guān)性Table 1 The correlation between carbohydrate content and its related enzymes activities in leaves

注：*表示差異顯著，**表示差異極顯著。

3 結(jié)論與討論

庫源關(guān)系改變是提高光合效率和光合產(chǎn)物總量、調(diào)整同化物運輸與分配的重要途徑[16]，并可對經(jīng)濟林木樹種的經(jīng)濟產(chǎn)量及品質(zhì)產(chǎn)生影響[1]。葉片光合產(chǎn)物需輸出以滿足庫生長發(fā)育的需要，而果實是油茶重要的庫[17]。本試驗中，無果處理組(T1)庫強低，葉片可溶性糖和淀粉含量顯著增加，但與其代謝相關(guān)的酶活性顯著低于其他各組，在庫相同的條件下(T2、T3、T4)，留葉數(shù)增加，其可溶性糖和淀粉含量亦有所升高，該結(jié)果也印證了“反饋抑制假說”[18-19]。但也有研究表明，去果降低庫強導(dǎo)致的可溶性糖和淀粉的積累并不導(dǎo)致光合末端產(chǎn)物合成的關(guān)鍵酶活性的降低[20-22]。越來越多的研究結(jié)果認(rèn)為，潛在酶活性并不因為末端產(chǎn)物在葉片中的積累而受影響，低庫強下葉光合作用調(diào)節(jié)一定存在反饋抑制以外的其他調(diào)節(jié)途徑。因此，油茶庫源關(guān)系調(diào)節(jié)對其碳水化合物代謝、光合作用調(diào)控的研究還需進一步對長期響應(yīng)過程中葉片氣體交換。葉綠素?zé)晒狻⒐夂袭a(chǎn)物變化特征及各項參數(shù)間的相互關(guān)系上展開。

前人研究表明，油茶果實發(fā)育所需的營養(yǎng)物質(zhì)主要是由臨近的葉片提供[23]，減源處理在短期內(nèi)可提高留存葉片的光合效率，增加葉片可溶性糖及淀粉的積累量，但后期留存葉片光合能力的下降可造成源對庫供給的同化物總量減少，引起果實品質(zhì)產(chǎn)量下降。本試驗中，葉片中可溶性糖和淀粉含量對庫源比的降低而顯著升高，但隨處理時間的延長，縮庫處理是否會影響庫源間同化物的供給，并進一步影響果實品質(zhì)及產(chǎn)量，因此，更有利于提高果實單果重和出籽率、促進茶油產(chǎn)量上升的最優(yōu)葉果比還需進一步的研究。

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