付一峰，張澤錦，唐 麗

（1.四川開放大學(xué) 成都 610073；2.蔬菜種質(zhì)與品種創(chuàng)新四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所 成都 610066；3.四川省蔬菜工程技術(shù)研究中心 四川彭州 611934）

避雨栽培是以避雨為目標(biāo)的簡易設(shè)施栽培技術(shù)，是避雨不遮風(fēng)，介于溫室栽培和露地栽培之間的一種栽培類型。避雨栽培廣泛應(yīng)用于我國的葡萄[1]種植中，并逐步推廣于桃[2]、梨[3]、櫻桃[4]、番茄[5]、辣椒[6]等作物種植中。其優(yōu)點(diǎn)在于擴(kuò)大了作物的適栽范圍，能減少作物病蟲害，提高品質(zhì)和產(chǎn)量，方便農(nóng)事操作；其缺點(diǎn)在于避雨栽培覆蓋棚膜，容易造成弱光環(huán)境，弱光對作物的株高、葉面積、莖粗、節(jié)間長、比葉質(zhì)量等都會產(chǎn)生影響[7-10]，同時研究表明，弱光環(huán)境會影響作物葉綠素含量，而葉綠素是光合作用中的重要[11]，在光合作用中起著吸收、傳遞光能的作用，作物葉綠素的多少直接影響其光合作用強(qiáng)弱，從而影響作物的品質(zhì)和產(chǎn)量。

茄子是茄科茄屬1 年生草本植物，是四川大宗蔬菜之一。茄子喜溫喜強(qiáng)光，喜水怕澇，適宜溫度為25～30 ℃，光飽和點(diǎn)40 000 lx[12]。茄子前期生長需水量小，成熟時需水量大，避雨栽培有利于茄子的前期生長，四川盆地屬于寡日照氣候[13]，棚膜覆蓋不可避免造成弱光環(huán)境，又不利于茄子的生長發(fā)育。目前，關(guān)于葡萄等作物的避雨栽培研究較多[14-16]，針對茄子避雨栽培的相關(guān)研究較少，且主要集中于溫室種植技術(shù)方面。筆者以茄子作為材料，對比其在避雨栽培和露天栽培的各項(xiàng)生長指標(biāo)，為四川盆地茄子優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

茄子品種為黑冠（紫皮茄子），購自四川興望種業(yè)有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2021 年1－8 月在四川省成都市四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所試驗(yàn)避雨棚進(jìn)行。選擇籽粒飽滿的茄子種子進(jìn)行浸種催芽，出芽后種植于裝有蔬菜專用基質(zhì)的32 孔穴盤中，待幼苗具有4～5 片真葉時，選取長勢一致幼苗移栽。試驗(yàn)共設(shè)2個處理，一個是露地栽培（CK），一個避雨栽培（避雨棚長30 m，跨度8 m，避雨棚頂部覆蓋PEP 膜），四周通風(fēng)無膜。茄子廂面為1.5 m，每廂栽2 行，行距0.5 m，株距0.5 m。隨機(jī)選取20 株生長健壯一致的茄子作為1 個小區(qū)，3 次重復(fù)。水肥、病蟲害等管理措施相同，露地和避雨處理均不做點(diǎn)花，自然結(jié)果。

1.3 測定指標(biāo)和方法

1.3.1 光譜組成的測定 利用愛萬提斯光纖光譜儀（AvaSpec-ULS2048x64-EVO）對避雨棚內(nèi)和露地進(jìn)行光譜測量，對不同波段光照度進(jìn)行積分（紫外光：300～399 nm；藍(lán)光：400～499 nm；綠光：500～599 nm；紅光：600～699 nm；遠(yuǎn)紅光：700～800 nm），以300～800 nm 進(jìn)行積分表示光合有效輻射強(qiáng)度。

1.3.2 環(huán)境溫度測定 試驗(yàn)期間，采用數(shù)據(jù)記錄儀（RC-4HC，精創(chuàng)，徐州）每5 min 記錄1 次不同處理的空氣溫度，取2 個處理平均值進(jìn)行分析。

1.3.3 葉綠素、類胡蘿卜素、花青素及葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定 當(dāng)茄子處于“四門斗”期時，取茄子中部葉片，采用丙酮法測定葉綠素和類胡蘿卜素含量[17]。取茄子中部葉片和果實(shí)（含表皮），采用鹽酸甲醇分光光度比色法測定花青素含量[18]。用分光光度計測定溶液530 nm 和657 nm 處的吸光值，A530–0.25×A657 即為花青素的相對含量。差值每增加0.01 定義為1 個單位（U）。每個重復(fù)取3 片葉混合采樣，每個處理3 次重復(fù)。

利用雙通道熒光儀Dual-PAM-100（Walz，德國）自動測量程序，在茄子中部葉片暗適應(yīng)40 min后測定茄子中部葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)。每個處理測定5 片葉。

1.3.4 茄子花激素測定 在茄子“四門斗”期時花開放的時候，利用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）定量測定其生長素、細(xì)胞分裂素、赤霉素及乙烯類激素的含量，每個重復(fù)2 朵花混合采樣，每個處理3次重復(fù)。數(shù)據(jù)采集儀器系統(tǒng)主要包括超高效液相色 譜（Ultra Performance Liquid Chromatography，UPLC，ExionLC?AD，https://sciex.com.cn/）和串聯(lián)質(zhì)譜（Tandem Mass Spectrometry，MS/MS，QTRAP 6500±，https://sciex.com.cn/）。

1.3.5 茄子花轉(zhuǎn)錄組分析 在茄子“四門斗”期時花開放的時候，分別取2 個處理的花，將樣品放入液氮中速凍，保存于-80 ℃超低溫冰箱中備用，用于轉(zhuǎn)錄組分析。每個重復(fù)取2 朵花混合采樣，每個處理3 次重復(fù)。樣品的后續(xù)處理包括RNA 抽提、純化、建庫以及采用第二代測序技術(shù)（next-generation sequencing，NGS），基于Illumina 測序平臺，對這些文庫進(jìn)行雙末端（paired-end，PE）測序。參考基因組：SME_r2.5.1；下載鏈接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/GCA_000787875.1/。

1.3.6 產(chǎn)量 單果質(zhì)量用電子天平稱量：每次采摘時記錄單果質(zhì)量和結(jié)果數(shù)，計算平均值，記為單果質(zhì)量。茄子單株產(chǎn)量根據(jù)成熟情況，實(shí)時進(jìn)行采摘并記錄質(zhì)量，直至試驗(yàn)結(jié)束。每個處理5 次重復(fù)。

1.3.7 品質(zhì)測定 在結(jié)果盛期每個小區(qū)隨機(jī)選取成熟期一致的5個果實(shí)樣品，進(jìn)行果實(shí)品質(zhì)的測定，取平均值代表該小區(qū)指標(biāo)測定值。采用2，6-二氯酚靛鈉法[19]測定維生素C 含量，采用蒽酮比色法[20]測定可溶性糖含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 避雨栽培對光照和溫度的影響

由表1 可以看出，避雨棚內(nèi)紫外光和藍(lán)光有所降低，分別比露地降低11.9%和2.1%；綠光、紅光及遠(yuǎn)紅光有所增加，遠(yuǎn)紅光增加較多，比露地增加4.6% ，綠光和紅光分別增加0.5%和1.3%。避雨棚內(nèi)300～800 nm 有效光合輻射僅為露地的75.1%。由此可見，避雨栽培不僅降低了光合有效輻射，還改變了照射在茄子葉片上的光質(zhì)組分。避雨栽培的紅光/遠(yuǎn)紅光為1.21，露地為1.23。

表1 避雨栽培對光質(zhì)組成的影響Table 1 Effect of rain shelter cultivation on composition of light quality

由圖1 可以看出，在試驗(yàn)期間，避雨棚內(nèi)日均溫度為23.2 ℃，比露地日均溫度高0.3 ℃。避雨棚內(nèi)溫度主要是在白天高于露地，夜晚棚內(nèi)外溫度無明顯差異。

圖1 避雨棚與露地溫度差異Fig.1 Temperature difference between shelter and open field

2.2 避雨栽培對茄子葉片光合參數(shù)的影響

茄子避雨栽培后，葉綠素a 含量（w，后同）和葉綠素a/b 分別為2.46 mg·g-1和2.23，高于露地栽培17.7%和11.5%；但是葉綠素b 和總?cè)~綠素含量分別是0.94、3.03 mg·g-1，分別是露地栽培的75.8%和81.9%。避雨栽培茄子葉片花青素含量為0.03 A530，僅為露地栽培的20.0%。二者類胡蘿卜素含量無顯著差異。由此可見，避雨栽培后茄子葉片中的葉綠素b、總?cè)~綠素和花青素含量降低（表2）。

表2 避雨栽培對茄子葉片葉綠素、類胡蘿卜素及花青素含量的影響Table 2 Effect of rain shelter cultivation on chlorophyll,carotenoid and anthocyanin content of eggplant leave

由表3 可知，避雨栽培茄子葉片PSI 的量子產(chǎn)量[Y（I）]、相對電子傳遞速率[ETR（I）]以及由于受體側(cè)限制引起的PSI 處非光化學(xué)能量耗散的量子產(chǎn)量[Y（NA）]顯著低于露地栽培，分別為露地栽培的85.3%、83.7%及60.0%；由于供體側(cè)限制引起的PSI處非光化學(xué)能量耗散的量子產(chǎn)量[Y（ND）]顯著高于露地栽培，為露地栽培的2.76 倍。避雨栽培茄子葉片PSII 的Y（II）和ETR（II）顯著低于露地栽培，分別為露地栽培的64.3%和64.4%；但是PSII 處調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量[Y（NPQ）]和PSII 處非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量[Y（NO）]顯著高于露地栽培，比露地栽培增加15.5%和27.0%。

表3 避雨栽培對茄子葉片PSI 和PSII 量子產(chǎn)量及電子傳遞速率的影響（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 避雨栽培對產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表4 可知，避雨栽培降低了單株結(jié)果數(shù)，比露地栽培降低了61.7%，單株產(chǎn)量降低了63.3%。但是茄子單果質(zhì)量無顯著差異，約為0.184 kg。由此可見，避雨栽培主要降低了結(jié)果數(shù)，最終導(dǎo)致單株產(chǎn)量下降。

表4 避雨栽培對茄子產(chǎn)量的影響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、維生素C 及花青素含量均顯著低于露地栽培，分別是露地栽培的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，使果色比露地栽培淺。由此可見，四川盆地春季避雨栽培降低了茄子的品質(zhì)。

表5 避雨栽培對茄子品質(zhì)的影響Table 5 Effect of rain shelter cultivation on quality of eggplant

2.4 避雨栽培對茄子花激素含量的影響

由表6 可以看出，避雨栽培對茄子花激素含量的影響集中在細(xì)胞分裂素類，異戊烯腺嘌呤核苷（IPA）和玉米素核苷（tZR）含量分別為1.07、0.44 ng·g-1，顯著低于露地栽培，是露地栽培的37.3%和19.0%。在其他測出的激素中，二者生長素、赤霉素及乙烯類激素之間無顯著差異。

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

2.5 轉(zhuǎn)錄組初步分析

由圖2 可知，通過對比同時期露地和避雨栽培茄子花的轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)避雨栽培相比于露地栽培上調(diào)的基因數(shù)為1424 個，下調(diào)的基因數(shù)為2998 個。

圖2 差異表達(dá)基因火山圖Fig.2 The volcano map of the differentially expressed genes

KEGG 分析的結(jié)果表明，在玉米素生物合成（Zeatin biosynthesis）和植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（Plant hormone signal transduction）2 條代謝通路中存在差異基因（圖3）。玉米素生物合成通路中用于編輯腺苷酸二甲基烯丙基轉(zhuǎn)移酶（IPT，Adenylate dimethylallyltransferase）的Sme00717在避雨栽培處理的茄子花中相對露地栽培下調(diào)表達(dá)，從萜類主鏈生物合成的二甲基丙烯焦磷酸（DMAPP）與ATP、ADP、AMP 結(jié)合，合成的下游產(chǎn)物異戊烯—ATP（isopentenyl-ATP）、異戊烯—ADP（isopentenyl-ADP）及異戊烯—AMP（isopentenyl-AMP）減少，最終導(dǎo)致玉米素核苷的生成減少。此外，在植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)現(xiàn)，玉米素核苷在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)行使功能的過程中編輯含組氨酸磷酸轉(zhuǎn)移蛋白（AHP）的Sme00112在避雨栽培的茄子花中上調(diào)表達(dá)（圖4）。

圖3 差異表達(dá)基因KEGG 分類圖Fig.3 The statistics of KEEG enrichment of the differentially expressed genes

3 討論與結(jié)論

植物內(nèi)源激素在作物果實(shí)發(fā)育期間發(fā)揮著重要作用，激素含量的高低直接影響開花坐果。在藤本作物草莓中發(fā)現(xiàn)，植物內(nèi)源激素玉米素核苷含量隨開花進(jìn)行不斷增加[21]。在木本作物無花果、蘋果中發(fā)現(xiàn)，在花芽分化階段，玉米素核苷在初期含量較低，后期大幅提高并穩(wěn)定在較高水平[22-23]。植株維持較高水平的異戊烯腺嘌呤核苷利于龍眼的開花坐果[24]。由此可見，玉米素核苷和異戊烯腺嘌呤核苷維持在較高水平能保證正常坐果成熟。通過對轉(zhuǎn)錄組的初步分析，四川盆地春季茄子避雨栽培后，由于光照度和光質(zhì)組成的改變，茄子花中玉米素核苷合成途徑中編輯腺苷酸二甲基烯丙基轉(zhuǎn)移酶的Sme00717基因下調(diào)，導(dǎo)致玉米素核苷生成量減少，從而導(dǎo)致了茄子成花后正常發(fā)育結(jié)實(shí)受到阻礙，單株結(jié)果率降低，最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低。此外，植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)代謝途徑中編輯含組氨酸磷酸轉(zhuǎn)移蛋白的Sme00112在避雨栽培的花中上調(diào)表達(dá)，這可能是避雨栽培后茄子對玉米素核苷生成減少的一種補(bǔ)償反應(yīng)。為了提高茄子在避雨栽培下的坐果率和產(chǎn)量，建議在開花后進(jìn)行一定的激素處理。

光質(zhì)和光照度對作物果實(shí)著色及光合電子傳遞有著顯著的影響。在UV-B 處理下，擬南芥COP1 與UVR8 互作，并對HY5 的表達(dá)有著正調(diào)控作用；在無UV-B 時，UVR8 存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核之中，UV-B 可以使細(xì)胞質(zhì)中的UVR8 轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中并與COP1 發(fā)生相互作用，正向調(diào)節(jié)UV-B 誘導(dǎo)花青素苷和其他類黃酮的合成[25]。研究表明，在對溫室中進(jìn)行UV-A 補(bǔ)光可以使茄子的顏色加深[26]。此外，增加光照可以促進(jìn)蘋果果皮中花青素的積累[27]，增加光照還能提高番茄和辣椒果實(shí)花青素的積累[28-29]。在辣椒中發(fā)現(xiàn)，提高藍(lán)光比例，可以提高辣椒葉片吸收光量子的能力，提高電子傳遞速率[30]。由此可見，光照度、藍(lán)光及紫外光的降低，可能是避雨栽培茄子葉片光合電子傳遞速率和葉片及果皮中花青素含量降低的原因。與露地栽培相比，四川盆地茄子避雨栽培，栽培環(huán)境中有效光合輻射量的降低和光質(zhì)成分的改變導(dǎo)致花中異戊烯腺嘌呤核苷（IPA）、玉米素核苷（tZR）含量和葉片光合電子傳遞速率的降低，從而降低茄子結(jié)果數(shù)，最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低，為了適應(yīng)四川盆地弱光條件下茄子避雨栽培，還應(yīng)進(jìn)一步篩選對光不敏感型的茄子品種。

綜上所述，避雨栽培降低了光照有效輻射強(qiáng)度，改變了光質(zhì)組成，葉片中的葉綠素含量和花青素含量降低，光合電子傳遞性能下降，茄子花中玉米素核苷生物合成通路中Sme00717基因下調(diào)表達(dá)，導(dǎo)致玉米素核苷含量降低，最終導(dǎo)致單株產(chǎn)量和可溶性糖、維生素C 及花青素含量等品質(zhì)指標(biāo)均低于露地栽培。