張 超 李彤妤 裴 珂 段九菊

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西 太原 030031）

觀賞鳳梨為鳳梨科（Bromeliaceae）多年生草本植物，具有很高的觀賞價(jià)值，是年宵花卉市場的主流花卉之一，因其色彩艷麗、花型奇特、觀賞期長等特點(diǎn)，深受我國花卉消費(fèi)者喜愛。觀賞鳳梨自然條件下受株齡、葉齡、環(huán)境因素等共同影響，開花不整齊或不易開花。為使觀賞鳳梨成品能夠按需上市，生產(chǎn)上依據(jù)不同品種，一般采用乙炔氣飽和水溶液［1］、乙烯利［2］等進(jìn)行人工催花。對于北方主流品種擎天鳳梨屬觀賞鳳梨，以乙炔催花效果最好［3］。

前人對乙烯利誘導(dǎo)觀賞鳳梨成花的機(jī)理進(jìn)行了一些研究［2］，但目前對乙炔誘導(dǎo)觀賞鳳梨成花機(jī)理的研究卻較少。植物花芽分化主要發(fā)生在成熟莖尖生長點(diǎn)［4］，是植物從營養(yǎng)生長進(jìn)入生殖生長的標(biāo)志，對花卉的生長發(fā)育十分重要?；ㄑ糠只M(jìn)程伴隨著大量營養(yǎng)物質(zhì)的消耗。糖類是植物體內(nèi)一類重要有機(jī)物，既是植物光合作用產(chǎn)物，也是呼吸作用底物。糖代謝是植物整個(gè)生物代謝的中心，可為生命活動(dòng)提供能量和碳源［5］。已有研究表明，糖類物質(zhì)的積累對水仙［6］、番紅花［7］、側(cè)金盞花［8］、萱草［9］、雜交蘭［10］等花卉的成花具有促進(jìn)作用。石蘭蓉［11］研究表明，觀賞鳳梨粉葉蜻蜓在低溫下的碳水化合物積累速度減慢，促花效應(yīng)較差，碳水化合物含量的多少導(dǎo)致成花差異。研究花芽分化前后糖代謝及其相關(guān)酶活性的變化，對于生產(chǎn)上花芽分化前后進(jìn)行肥水管理具有重要的指導(dǎo)意義。為此，本試驗(yàn)在前期對觀賞鳳梨丹尼斯花芽分化進(jìn)程及其內(nèi)源激素代謝的研究基礎(chǔ)上［12］，進(jìn)一步對觀賞鳳梨花芽分化過程中的糖含量及其代謝相關(guān)酶活性變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，以期了解觀賞鳳梨糖代謝對花芽分化的影響，從而揭示乙炔促花的生理機(jī)制，為觀賞鳳梨花期調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為觀賞鳳梨，品種為丹尼斯（GuzmaniaDenise），種植于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝研究所溫室。植株生長期間，進(jìn)行正常的水肥管理和病蟲害防治。

1.2 試驗(yàn)處理

待植株長至20～25片葉時(shí)，選擇苗齡一致、長勢一致、生長健壯的植株分為2 組：一組為對照組（CK），每隔3 d 在植株葉杯中灌注純凈水，每株灌注200 mL，共灌注4 次；另一組為乙炔催花處理組，每隔3 d 在植株葉杯中灌注飽和乙炔水溶液進(jìn)行催花處理，每株灌注200 mL，共灌注4次。

前期試驗(yàn)已將觀賞鳳梨丹尼斯花芽分化進(jìn)程劃分為0 級—花芽未分化期、1 級—花序原基分化期（7～21 d）、2級—花原基分化期（21～35 d）、3級—花萼花瓣分化期（35～42 d）、4 級—雌雄蕊分化期（42～56 d）［12］。本試驗(yàn)處理開始后每隔7 d取樣1次（保證花芽分化關(guān)鍵期均有取樣），每處理每次取樣6 株，試驗(yàn)重復(fù)3 次。采樣時(shí)間為早晨8點(diǎn)左右，取對照組和處理組植株，采集莖頂端生長點(diǎn)及心葉往下第4～第5 片功能葉，所取鮮樣一份迅速用液氮固定，保存于超低溫冰箱中，待測糖代謝酶活性；另一份105 ℃殺青15 min，75 ℃烘至恒重，待測糖含量。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

可溶性總糖、淀粉、蔗糖含量測定采用蒽酮比色法［13］，單位為μg·g-1。α-淀粉酶、β-淀粉酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法［14］，酶活性單位為mg·g-1·min-1。蔗糖合成酶（sucrose synthase，SS）及蔗糖磷酸合成酶（sucrophosphate synthase，SPS）的酶液提取參照Douglas 等［15］的方法，蔗糖磷酸合成酶活性測定參考Rufty 等［16］的方法，蔗糖合成酶活性測定時(shí)將6-磷酸果糖換成果糖，其他步驟與蔗糖磷酸合成酶測定方法相同。酶活性單位為μmol·h-1·g-1FW。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS 19.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析、Duncan’s（P＜0.05）多重比較、相關(guān)性分析，采用Excel 2010繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 乙炔催花對觀賞鳳梨淀粉含量的影響

由圖1 可知，整個(gè)試驗(yàn)過程中，與初始取樣相比，對照組生長點(diǎn)和葉片中淀粉含量變化幅度不大。乙炔催花后，植株生長點(diǎn)和葉片中淀粉含量變化趨勢基本一致，即隨著花芽分化進(jìn)程的推進(jìn)，淀粉含量均呈升高-降低-升高-再降低的變化趨勢，生長點(diǎn)中淀粉含量在處理7 d 后即迅速增加，于14 d 時(shí)達(dá)到第一個(gè)峰值，為25.46 mg·g-1，較對照增加了125.99%，之后降至對照水平，于28 d時(shí)達(dá)到第二個(gè)峰值，為13.18 mg·g-1，顯著高于同期對照，之后又逐漸降至對照水平。葉片中淀粉含量的升高峰值晚于生長點(diǎn)，于處理21 d 時(shí)升至峰值，為10.48 mg·g-1，顯著高于同期對照。乙炔處理生長點(diǎn)中淀粉含量較對照升高幅度大于葉片中淀粉含量較對照升高幅度。

圖1 乙炔對觀賞鳳梨生長點(diǎn)（A）和葉片（B）淀粉含量的影響Fig.1 Effects of acetylene on starch contents in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

2.2 乙炔催花對觀賞鳳梨蔗糖含量的影響

由圖2 可知，對照組觀賞鳳梨生長點(diǎn)和葉片中的蔗糖含量變化趨勢基本一致，均呈升高-降低-升高-降低-再升高的變化趨勢。乙炔處理后，生長點(diǎn)中蔗糖含量緩慢下降，14 d時(shí)降至最低值，為12.51 mg·g-1，較對照降低28.95%。之后迅速上升，21 d 時(shí)升至峰值，升高為對照的1.95 倍，之后下降至對照水平。葉片中蔗糖含量在乙炔處理后即迅速升高，呈“雙峰曲線”，分別于7 和28 d 時(shí)達(dá)到兩次峰值，均顯著高于對照，分別較對照增加31.63%和43.03%，之后下降至對照水平，與對照變化趨勢基本一致。

圖2 乙炔對觀賞鳳梨生長點(diǎn)（A）和葉片（B）蔗糖含量的影響Fig.2 Effects of acetylene on sucrose contents in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

2.3 乙炔催花對觀賞鳳梨可溶性總糖含量的影響

由圖3 可知，整個(gè)處理過程中，與初始取樣相比，對照組生長點(diǎn)和葉片中可溶性總糖含量變化幅度不大。乙炔處理后，生長點(diǎn)中可溶性總糖含量于處理21 d 時(shí)顯著高于對照，為20.26 mg·g-1，升高為對照的9.89 倍；葉片中可溶性糖含量于處理28 d 時(shí)顯著高于對照，升高為對照的6.25倍。

圖3 乙炔對觀賞鳳梨生長點(diǎn)（A）和葉片（B）可溶性總糖含量的影響Fig.3 Effects of acetylene on soluble sugar contents in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

2.4 乙炔催花對觀賞鳳梨淀粉酶活性的影響

由圖4 可知，整個(gè)處理過程中，對照組觀賞鳳梨生長點(diǎn)和葉片中α-淀粉酶活性變化幅度較小，生長點(diǎn)中變化范圍為3.43～7.15 mg·g-1·min-1，葉片中變化范圍為2.93～5.33 mg·g-1·min-1。乙炔處理后，生長點(diǎn)中α-淀粉酶活性于處理14 d 后快速上升，于處理21 d 時(shí)達(dá)到峰值，顯著高于同期對照，升高為對照的3.03 倍，之后快速下降，于處理35 d 時(shí)下降至對照水平；葉片中α-淀粉酶活性于處理0、14、28 d 時(shí)顯著高于對照，其余時(shí)間段與對照相比無顯著差異。乙炔處理葉片中α-淀粉酶活性較對照升高幅度明顯小于生長點(diǎn)中α-淀粉酶活性升高幅度。

圖4 乙炔對觀賞鳳梨生長點(diǎn)（A）和葉片（B）α-淀粉酶活性的影響Fig.4 Effects of acetylene on α-amylase activities in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

由圖5 可知，乙炔催花處理后，觀賞鳳梨植株生長點(diǎn)和葉片中β-淀粉酶活性均在處理后緩慢升高，生長點(diǎn)中于處理7 d 時(shí)顯著高于對照，處理21、28 d 時(shí)顯著低于對照，其余時(shí)間與同期對照相比無顯著差異。葉片中于處理7 d時(shí)顯著高于對照，之后緩慢下降至對照水平，與對照變化趨勢基本保持一致，且無顯著差異。

圖5 乙炔對觀賞鳳梨生長點(diǎn)（A）和葉片（B）β-淀粉酶活性的影響Fig.5 Effects of acetylene on β-amylase activities in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

2.5 乙炔催花對觀賞鳳梨蔗糖磷酸合成酶活性的影響

由圖6 可知，試驗(yàn)過程中，處理組觀賞鳳梨生長點(diǎn)和葉片中蔗糖磷酸合成酶活性均呈先升高后降低的變化趨勢。生長點(diǎn)中于處理7 d時(shí)即顯著高于對照，處理21 d 時(shí)升至峰值，升高為對照的2.71 倍；葉片中也于處理7 d 時(shí)即顯著高于對照，于處理28 d 時(shí)升至峰值，升高為對照的2.68倍，之后下降至接近對照水平。

圖6 乙炔對觀賞鳳梨生長點(diǎn)（A）和葉片（B）蔗糖磷酸合成酶活性的影響Fig.6 Effects of acetylene on sucrophosphate synthase activities in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

2.6 乙炔催花對觀賞鳳梨蔗糖合成酶活性的影響

由圖7 可知，在整個(gè)處理過程中，生長點(diǎn)中蔗糖合成酶活性除處理28 和56 d 顯著高于對照外，其余時(shí)間與同期對照相比無顯著差異；葉片中蔗糖合成酶活性除處理7 和35 d 顯著高于對照外，其余時(shí)間與同期對照相比無顯著差異。

圖7 乙炔對觀賞鳳梨生長點(diǎn)（A）和葉片（B）蔗糖合成酶活性的影響Fig.7 Effects of acetylene on sucrose synthase activities in ornamental pineapple stem apex （A） and leaves （B）

2.7 觀賞鳳梨糖組分間及其與相關(guān)酶活性間的相關(guān)性

由觀賞鳳梨糖組分之間的相關(guān)性分析（表1）可見，生長點(diǎn)、葉片中的蔗糖與可溶性總糖含量之間呈極顯著正相關(guān)，生長點(diǎn)中相關(guān)系數(shù)為0.868，葉片中相關(guān)系數(shù)為0.670。蔗糖和淀粉、可溶性總糖和淀粉含量之間均無顯著相關(guān)性。

表1 觀賞鳳梨糖組分之間的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation coefficient between sugar composition in ornamental pineapple

由觀賞鳳梨糖組分與相關(guān)酶活性之間的相關(guān)性分析（表2）可見，觀賞鳳梨生長點(diǎn)中蔗糖磷酸合成酶活性與蔗糖、可溶性總糖含量之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.530 和0.721，葉片中蔗糖磷酸合成酶活性與蔗糖、可溶性總糖含量之間也呈顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.632和0.504。蔗糖合成酶活性僅在葉片中與淀粉含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.528。觀賞鳳梨生長點(diǎn)和葉片中α-淀粉酶活性與淀粉含量之間呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.678和-0.547，β-淀粉酶活性與各碳水化合物含量之間均無顯著相關(guān)性。

表2 觀賞鳳梨糖組分與相關(guān)酶活性的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient between sugar composition and related enzyme acivities in ornamental pineapple

3 討論

花器官的分化和發(fā)育是一個(gè)形態(tài)建成過程，營養(yǎng)是花器官形成與生長的物質(zhì)基礎(chǔ)［17］。營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)是否充足決定了花芽分化質(zhì)量的優(yōu)劣［18］。在營養(yǎng)物質(zhì)中，碳水化合物對花芽的形態(tài)發(fā)育尤為重要，它既是結(jié)構(gòu)物質(zhì)，又是能量的提供者，其積累與花芽分化密切相關(guān)［19］。

淀粉是植物界常見的多糖，在淀粉酶的作用下可以水解為可溶性糖為花芽分化供能［20］?？扇苄蕴窃谥参矬w內(nèi)能夠被直接利用作為能源物質(zhì)參與調(diào)控花芽分化過程［21］。本試驗(yàn)中，乙炔催花處理后，觀賞鳳梨生長點(diǎn)中淀粉含量在花序原基分化盛期（14 d）大量積累；花序原基分化期向花原基分化期轉(zhuǎn)變時(shí)（21 d），淀粉不斷被水解轉(zhuǎn)化為可溶性糖（淀粉含量與α-淀粉酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)），且此時(shí)生長點(diǎn)中可溶性總糖含量恰好處于較高水平，二者趨勢吻合；進(jìn)入花原基分化盛期（28 d）階段，淀粉含量再次大量積累，雖低于花序原基分化期，但其含量仍處在較高水平，進(jìn)入雌雄蕊分化期后，淀粉含量降至對照水平。葉片中淀粉含量在21 d 時(shí)迅速上升，在28 d 時(shí)大量消耗轉(zhuǎn)化為可溶性總糖，且此時(shí)可溶性糖含量處于較高水平?？梢?，觀賞鳳梨花芽分化前期淀粉和可溶性總糖的積累為植株進(jìn)行花芽分化提供了有利條件，通過維持生長點(diǎn)中的高糖水平為觀賞鳳梨花芽分化及發(fā)育提供能量，這與番紅花［7］、側(cè)金盞花［8］、杧果［22］、橄欖［23］等園藝作物花芽分化的研究結(jié)果相似。

蔗糖是可溶性糖的一種，是高等植物光合作用的主要終產(chǎn)物，調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育和生理過程，較高水平的蔗糖含量有利于花芽分化［24］。乙炔催花處理誘導(dǎo)觀賞鳳梨花芽分化過程中，生長點(diǎn)和葉片中的蔗糖含量與可溶性總糖含量呈顯著正相關(guān)；生長點(diǎn)和葉片中蔗糖含量在花序原基分化期和花原基分化期大量積累，進(jìn)入器官分化期后降至對照水平；生長點(diǎn)中蔗糖水平較對照升高幅度大于葉片，且峰值出現(xiàn)在葉片峰值之后。這可能與葉片作為“源”而生長點(diǎn)頂芽作為“庫”有關(guān)。

蔗糖磷酸合成酶是促進(jìn)蔗糖合成的限速酶［25］，其活性與植物中淀粉和蔗糖積累的平衡有關(guān)［26］。蔗糖合成酶是一種既可催化蔗糖合成又可催化蔗糖分解的糖基轉(zhuǎn)移酶［27］。本試驗(yàn)過程中，觀賞鳳梨生長點(diǎn)和葉片中蔗糖磷酸合成酶活性明顯高于蔗糖合成酶活性，且與蔗糖含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，而蔗糖合成酶活性與蔗糖含量無顯著相關(guān)性。表明蔗糖主要在蔗糖磷酸合成酶作用下形成，以葉片作為“源”而生長點(diǎn)頂芽作為“庫”供給器官分化。淀粉酶的作用是對淀粉分子進(jìn)行酶切，從而使大分子的淀粉降解成二糖。α-淀粉酶是內(nèi)切型淀粉酶［28］，β-淀粉酶是外切型糖化酶［29］。本試驗(yàn)中，α-淀粉酶活性與淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)，β-淀粉酶活性與淀粉含量之間無顯著相關(guān)性，α-淀粉酶為觀賞鳳梨淀粉降解的主要淀粉酶，且生長點(diǎn)中α-淀粉酶活性變化幅度大于葉片，其活性增加促進(jìn)淀粉向可溶性糖轉(zhuǎn)化?；ㄑ可矸只跗?，淀粉酶活性較低，淀粉含量較高。進(jìn)入花芽生理分化盛期后，淀粉酶活性增加，淀粉含量下降。綜上所述，觀賞鳳梨花芽分化期的關(guān)鍵酶是蔗糖磷酸合成酶、α-淀粉酶，其他酶類起調(diào)節(jié)作用。

乙炔為乙烯的同類物，乙炔和乙烯利在誘導(dǎo)觀賞鳳梨成花方面具有相同的促花作用［30］。石蘭蓉等［2］采用乙烯利處理觀賞鳳梨粉菠蘿，提高了葉片中還原糖、可溶性總糖等營養(yǎng)物質(zhì)的積累，從而達(dá)到乙烯促花的目的。本試驗(yàn)中，乙炔催花后觀賞鳳梨葉片中糖含量的變化與上述結(jié)果基本一致，推測乙炔誘導(dǎo)觀賞鳳梨成花可能是通過乙烯信號途徑實(shí)現(xiàn)的［31］。乙烯作為信號分子誘導(dǎo)觀賞鳳梨生長點(diǎn)和葉片中脫落酸/赤霉素（abscisic acid/ gibberellins，ABA/GAs）、玉米素核苷/赤霉素（zeatin nucleotides/gibberellins，ZRs/GAs）、玉米素核苷/生長素（zeatin nucleotides/auxins，ZRs/IAA）等內(nèi)源激素比值在花序原基分化期、花原基分化期和器官分化早期顯著增加［12］，并誘導(dǎo)一系列生化反應(yīng)或調(diào)控某些基因表達(dá)，最終導(dǎo)致下游糖代謝酶活性及糖含量發(fā)生變化［32］。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，觀賞鳳梨乙炔催花處理后，在花序原基分化期和花原基分化期，植株生長點(diǎn)和葉片中淀粉、蔗糖、可溶性總糖大量積累，且生長點(diǎn)中的積累幅度大于葉片，碳水化合物的儲備可為觀賞鳳梨花芽分化提供養(yǎng)分和能量，加快植株從營養(yǎng)生長到生殖生長的轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到乙炔促花的目的。進(jìn)入器官分化期后，三種糖含量逐漸下降至對照水平。因此，生產(chǎn)上可以通過在觀賞鳳梨花芽分化前后進(jìn)行肥料調(diào)控等栽培措施增加花芽和功能葉中碳水化合物的累積，以調(diào)控其花芽分化。