香草蘭花芽分化期蛋白質及碳水化合物變化研究

趙秋芳等

摘 要 以墨西哥香草蘭花芽分化期花芽、混合花芽、葉芽及其功能葉為研究對象，研究香草蘭花芽分化期蛋白質及碳水化合物變化及其差異，結果表明：香草蘭葉芽蛋白質含量持續下降，花芽和混合花芽的蛋白質含量在花序分化初期上升至頂峰而后下降，說明香草蘭花芽在花序分化前需要累積大量蛋白質。葉芽的可溶性糖、蔗糖含量均無顯著變化，花芽和混合花芽均存在明顯的上升和下降趨勢；在整個花芽分化期，花芽可溶性糖和蔗糖含量均高于葉芽。葉芽的淀粉含量呈升高趨勢，花芽和混合花芽的淀粉含量呈先上升后下降趨勢。在整個花芽分化期過程中，花芽、混合花芽功能葉C/N比均高于葉芽功能葉，且花芽功能葉和葉芽功能葉間差異達顯著水平。

關鍵詞 香草蘭；花芽分化；蛋白質；可溶性糖；蔗糖；淀粉

中圖分類號 S573；Q945.1 文獻標識碼 A

Abstract The flower buds， leaf buds， mixed flower buds and their functional leaves during flower bud differentiation of Vanilla planifolis Andrews were used as the material， the changes of protein and carbohydrate contents were studied. The results showed that the protein contents of leaf buds kept descending and protein contents of flower buds and mixed buds increased at beginning of inflorescence differentiation stage and then descended， indicating that flower buds need accumulate a large amount of protein before the inflorescence differentiation. The soluble sugar and sucrose contents of leaf buds didnt change significantly， and the contents of flower buds and mixed buds rose and descended obviously. The contents of soluble sugar and sucrose of flower buds were higher than that of leaf buds during the whole flower bud differentiation. The starch contents of leaf buds increased， and that of flower buds and mixed buds increased at beginning and then descended. The C/N of functional leaves of flower buds and mixed buds was higher than that of leaf buds during the whole flower bud differentiation， and significant differences were observed in functional leaves of flower buds and leaf buds.

Key words Vanilla planifolia Andrews； Flower bud differentiation； Protein； Soluble sugar； Sucrose； Starch

香草蘭是多年生蘭科攀援植物，原產墨西哥，被譽為食品香料之王，廣泛用于食品、飲料、化妝品和醫藥等行業[1]。世界上種植面積最大的香草蘭品種為墨西哥香草蘭（Vanilla planifolia Andrews），中國熱帶農業科學院香料飲料研究所（簡稱香飲所）于1983年開始引種試種，1987年試種成功，開始生產性種植[2]。幾十年間，香飲所在香草蘭引種試種、豐產栽培、病蟲害防控及產品初加工等領域開展系統研究，填補了我國香草蘭研究的空白。近年來，隨著海南國際旅游島的建設以及國際香島的規劃，我國香草蘭產業發展正處于一個新的上升階段。香草蘭一般在定植2～3年后即可自然開花，每年2～3月份芽點從香草蘭葉腋處萌發，逐步分化形成總狀花序，再進一步分化成花。但是，目前生產發現香草蘭花芽分化率低，開花量少，產量低等問題，影響香草蘭產業發展。

植物花芽分化是指植物生長到一定階段便由葉芽生理和組織狀態轉化為花芽生理和組織狀態，發育為花器官雛形的生理過程[3-5]。花芽分化是開花多少和質量好壞的基礎，是有花植物發育中最為關鍵的階段，花芽的數量和質量直接決定其經濟價值。蛋白質是生物生理功能的執行者和生命現象的直接體現者[6]。李興軍等[7]研究發現在花芽分化過程中常伴隨著蛋白質合成過程增強。房玉林等[8]研究葡萄冬芽萌發時蛋白質含量呈上升趨勢。袁星星等[9]的研究結果表明嘎啦蘋果花芽分化過程中可溶性蛋白含量持續緩慢增加，至花序分離期含量最高。碳水化合物是植物細胞的結構物質，同時又為植物生長提供所需能量，其積累量與花芽分化密切相關。Marcelle等[10]認為，碳水化合物是啟動分生組織成花的重要因素之一。吳月燕等[11]認為葡萄花芽分化進度與淀粉、可溶性糖、蔗糖和果糖含量呈正相關。在楊梅花芽發端前，葉片中的還原糖、蔗糖和可溶性總糖的積累有利于花芽的孕育[7]。目前香草蘭花芽分化期蛋白質及碳水化合物變化規律及其對香草蘭花芽分化的影響尚不清楚，筆者主要研究香草蘭花芽分化期蛋白質、碳水化合物動態變化，以期探明香草蘭花芽分化期營養物質的變化規律，為研究香草蘭促花栽培措施提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗在中國熱帶農業科學院香料飲料研究所香草蘭試驗基地進行，供試香草蘭品種為墨西哥香草蘭（Vanilla planifolia Andrews）。試驗時間為2013年3～5月。

1.2 試驗設計及采樣方法

選擇長勢良好，大小一致的植株，選取剛萌發的香草蘭花芽和葉芽，標記并記錄選取芽的位置，在選芽當天開始測定，記錄芽的長度，連續觀測6周直至花組織分化，記錄其生長量。通過試驗觀察，將香草蘭花芽分化劃分為6個時期。根據葉片同化物分配的就近運輸和優先供應生長中心的特點[12]，選取距離芽體最近的健康葉片作為芽體功能葉。試驗選取長勢良好且相對一致的香草蘭植株，在香草蘭花芽分化6個時期分別采集芽體和功能葉樣品各6個樣品，其中6個芽體和3個葉片樣品用于測定蛋白質、可溶性糖、蔗糖及淀粉含量，放入冰盒帶回實驗室-80℃冰箱保存備用，另外3個葉片樣品用蒸餾水迅速洗凈后放入105 ℃的烘箱，殺青30 min，70～80 ℃烘干粉碎后，用于測定其總氮、總碳含量，并計算C/N比。

1.3 測定方法

樣品中蛋白質含量測定用考馬斯亮藍G-250比色法，可溶性糖和淀粉含量測定采用硫酸-蒽酮比色法[13]；蔗糖含量測定采用間苯二酚法[14]，總氮含量采用硫酸-雙氧水消解，凱氏定氮儀測定，總碳含量測定采用總有機碳分析儀測定。

1.4 數據處理

采用Excel 2007和SPSS 20.0進行數據處理和顯著性分析，Excel 2007作圖。

2 結果與分析

2.1 香草蘭花芽分化時期劃分

試驗觀察發現在花芽分化過程中香草蘭芽不僅可以分化為花芽和葉芽，還存在一種特殊花芽-混合花芽，其花序軸不斷增長，僅在頂端有少量花序出現。根據觀察將香草蘭花芽分化過程劃分為花芽特征分化期（Ⅰ）、花芽分化初期（Ⅱ）、花芽分化中期（Ⅲ）、花序分化初期（Ⅳ）、花序分化中期（Ⅴ）、花分化初期（Ⅵ）6個時期。其生長發育狀況見圖1。

2.2 香草蘭花芽分化期蛋白質含量變化

香草蘭花芽分化過程中不同芽體蛋白質含量變化趨勢不同（圖2-A），葉芽蛋白質含量呈現下降-升高-下降的變化，總體呈下降趨勢。花芽和混合花芽蛋白質含量變化趨勢基本一致，在花序分化初期（Ⅳ）有明顯增大，隨后下降，至花分化初期（Ⅵ）略微升高。比較不同芽體蛋白質含量差異可知，在花芽特征分化期（Ⅰ），葉芽蛋白質含量高于花芽和混合芽，混合花芽蛋白質含量最低，至花分化初期（Ⅵ），花芽和混合花芽蛋白質含量高于葉芽。

由圖2-B可知，花芽和混合花芽功能葉片蛋白質含量變化趨勢大致相同，在花序分化初期（Ⅳ）均明顯升高，隨后降低。葉芽功能葉蛋白質含量在花序分化初期（Ⅳ）也有顯著增加，花序分化中期（Ⅴ）下降，至花分化初期（Ⅵ）上升。在花芽特征分化期（Ⅰ），花芽功能葉蛋白質含量高于葉芽和混合花芽，表明花芽分化前期，花芽功能葉累積較多的蛋白質有利于花芽形態分化。

2.3 香草蘭花芽分化期可溶性糖含量變化

香草蘭花芽分化期芽體可溶性糖含量變化見圖3-A。整個花芽分化過程中，花芽與混合花芽可溶性糖含量均呈下降-升高-下降的趨勢。除花芽特征分化期（Ⅰ）外，花芽可溶性糖含量均高于混合花芽，在花芽分化中期（Ⅲ）差異最大。葉芽可溶性糖含量在整個花芽分化期變化不大，且均低于花芽。

香草蘭花芽分化期功能葉可溶性糖含量變化趨勢不同（圖3-B），花芽功能葉可溶性含量呈現雙峰曲線變化，在花芽分化初期（Ⅱ）和花序分化初期（Ⅳ）達到高峰。葉芽功能葉呈現先下降后升高，在花芽分化初期（Ⅱ）階段達到最低值。混合花芽功能葉可溶性糖含量呈單峰曲線變化，在花序分化初期（Ⅳ）達到峰值。

2.4 香草蘭花芽分化期蔗糖含量變化

香草蘭花芽分化期芽體蔗糖含量變化趨勢見圖4-A，葉芽蔗糖含量在整個香草蘭花芽分化期變化不大，且處于較低水平。花芽和混合花芽的變化較大，在花序分化初期（Ⅳ）達到最大值，且高于葉芽，在花序分化初期（Ⅳ）至花分化初期（Ⅵ）差異顯著，表明花芽分化后期需要大量的蔗糖累積，以促進花芽分化進程。

由圖4-B可知，混合花芽功能葉片蔗糖含量呈上升趨勢，葉芽功能葉片在花序分化初期（Ⅳ）升至最高，隨后下降，花芽功能葉片蔗糖含量在花芽分化中期（Ⅲ）最高，隨后下降。至花芽分化中期（Ⅲ），3種芽體功能葉蔗糖含量差異不大。在花序分化初期（Ⅳ），花芽蔗糖含量明顯下降，葉芽和混合花芽上升。

2.5 香草蘭花芽分化期淀粉含量變化

香草蘭花芽分化期芽體淀粉含量變化趨勢見圖5-A，整個花芽分化期總體含量在0.5～1.4 mg/g FW之間變化。至花芽分化中期（Ⅲ），花芽和混合花芽淀粉含量均呈上升趨勢，花芽分化初期（Ⅱ）至花序分化中期（Ⅴ），花芽和混合花芽淀粉含量高于葉芽，在花分化初期（Ⅵ）葉芽淀粉含量升高，高于花芽和混合花芽。不同芽體功能葉淀粉含量變化如圖5-B所示，3種芽體功能葉的變化趨勢不同，至花芽分化初期（Ⅱ），香草蘭花芽和混合花芽功能葉淀粉含量呈上升趨勢，花芽功能葉淀粉含量高于混合花芽。葉芽功能葉淀粉含量與花芽相反，呈下降趨勢。花序分化中期（Ⅴ），混合花芽功能葉淀粉含量明顯高于花芽和葉芽功能葉。

2.6 香草蘭花芽分化期功能葉C、N及C/N比值變化

葉片總C變化沒有明顯變化趨勢（圖6-A），在花芽分化前3個時期，花芽功能葉總C含量高于葉芽功能葉，后3個時期葉芽功能葉高于花芽功能葉。由圖6-B可知，整個香草蘭花芽分化期N元素含量順序為葉芽功能葉>混合花芽功能葉>花芽功能葉，且變化趨勢基本一致，呈略微上升趨勢。香草蘭花芽分化期功能葉C/N比值變化如圖6-C所示，花芽分化期C/N比變化不大。花芽功能葉C/N比高于葉芽和混合花芽，差異達5%顯著水平；混合花芽功能葉C/N比也高于葉芽，差異不顯著。各時期功能葉C/N比值順序為：花芽>混合芽>葉芽，說明C/N比高有利于香草蘭花芽分化。

3 討論與結論

蛋白質是維系植物生命的重要基礎物質，其含量的高低是植物體總代謝水平的重要指標，是花器官形態建成的物質基礎。在花芽分化過程中，植物體內的一些蛋白質水解酶的活性開始增強，把植物體內的組合蛋白分解成可溶性蛋白質，以滿足花芽形態建成需要[15]。孫乃波等[16]認為，草莓花芽分化開始期蛋白質的大量積累是其成花的重要物質基礎。林貴玉等[15]研究發現菊花在花芽分化起動期可溶性蛋白質迅速增加并保持在較高水平。本研究中香草蘭花芽和混合花芽在花序分化前，蛋白質含量均較高，且花芽蛋白質含量明顯高于混合花芽，說明蛋白質累積量多少會影響香草蘭花芽分化進程快慢。臧紗紗等[17-18]研究發現線辣椒和朝天椒在生理分化期葉片內積累大量的可溶性蛋白，隨著植株發育進程的推進葉片內可溶性蛋白含量迅速下降與本研究結果一致（圖2-B）。

碳水化合物的供應是否充足，對花芽分化質量優劣起決定性作用[19-20]。在整個花芽分化期，香草蘭花芽的可溶性糖含量均高于葉芽，表明高含量的可溶性糖能夠促進花芽分化。研究結果表明：在花芽萌發和花器官的形成中，花芽中首先要儲備一定量的可溶性糖和淀粉，為花芽分化提供物質保障[21]。本研究中，花序分化初期后，香草蘭花器官開始發育，花芽碳水化合物含量大量累積，為花芽器官發育提供能量和物質基礎。花芽中可溶性糖、蔗糖、淀粉含量的最大值均在花序分化初期，表明這一時期前有碳水化合物的積累，混合花芽的可溶性糖和蔗糖含量在花序分化初期也較高。大量研究表明花芽和葉片中的淀粉累積直接影響植物花芽分化[11，22-24]。本研究發現香草蘭混合花芽和其功能葉片的淀粉累積量均低于花芽，至花序分化中期（Ⅴ），混合花芽功能葉淀粉含量明顯高于花芽，說明花芽發育需要一定量的淀粉累積，可以推測淀粉累積量不足可能是混合花序發育晚，花量少的原因。

糖為植物的生殖生長提供能量，通過儲藏在葉片或花序上的光合作用合成[25]。葉片和芽保持一定的“庫源”關系，葉片中碳水化合物含量也影響植物的花芽分化。縱觀3種芽體及功能葉的碳水化合物含量變化，說明香草蘭花芽分化期間，需要大量可溶性糖和淀粉以維持花芽生長發育，其含量的高低同時決定花芽發育進程快慢。這一研究結果與四季花龍眼[26]和板栗[23]的研究結果一致。

“碳氮比學說”被眾多學者所認可，研究結果表明：當植物體內C/N比值高時，有利于生殖體的形成，促進開花；反之，有利于營養生長，延遲開花[27]。齊紅巖等[28]的研究結果表明高水平的C/N有利于薄皮甜瓜的花芽形態分化。本研究中香草蘭花芽和混合花芽功能葉C/N比值均高于葉芽功能葉，花芽和葉芽功能葉C/N差異顯著，表明高C/N可以促進香草蘭開花。

綜上所述，蛋白質和碳水化合物的儲備可為花芽分化提供能量物質，有利于香草蘭花芽分化，因此在生產上可以通過在花芽分化前增施肥料等栽培措施，以提高光合作用，增加功能葉和芽體的蛋白質和碳水化合物的累積，以調控其花芽分化，提高產量。筆者僅對香草蘭花芽分化過程中的蛋白質及碳水化合物變化情況進行研究，影響香草蘭花芽分化的其他因素及相應的調控花芽分化的栽培措施有待進一步研究。

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