保水劑吸附尿素對‘赤霞珠’葡萄果實糖積累及蔗糖代謝酶活性的影響

賈名波，肖秋紅，曹耀鵬，邵小杰*

（山東農業大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018）

保水劑（Super absorbent polymer，SAP）吸水后的水凝膠可緩慢釋放水分供作物利用[1]，同時具有改善土壤結構，增強土壤吸水、保水和保肥能力，在國內外逐漸得到廣泛應用[2-3]。葡萄是對氮素需求較高的果樹[4-5]，而尿素作為目前最主要的氮肥，與保水劑結合后能起到緩釋氮肥的效果[6-7]，茍春林[8]測定了保水劑在不同氮肥中的吸水倍率和肥料吸持量，證明尿素對保水劑的吸水倍率影響最小，保水劑對尿素的吸持量效果最佳。He等[9]利用紅外光譜（IR）、掃描電子顯微鏡（SEM）、差示掃描量熱法（DSC）等方法，發現保水劑對尿素的緩釋效果明顯。杜建軍等[10]通過測定高吸水性樹脂在不同肥料溶液中吸水倍率和肥料養分吸持量的影響程度，從大到小依次是過磷酸鈣、磷酸一銨、硫酸鉀、氯化銨、硫酸銨、氯化鉀、尿素。楊永輝等[11]研究表明，保水劑與225 kg/hm2氮肥配施處理的產量及水分生產效率均最高。俞滿源等[12]研究認為，保水劑與氮肥結合對馬鈴薯的增產效果更加顯著。郭江等[13]在新疆葡萄上應用保水劑后，葡萄的增產率達1.24%～14.25%，含糖量比對照增加0.4%～1.0%，干尖率比對照減少30%。果實糖含量對釀酒葡萄品質起著重要作用[14]，是釀酒葡萄發酵的基礎。

從以上研究可以看出，保水劑與氮肥混合施用，尿素無疑是最佳選擇。這樣既可以減少多次施用氮素造成的用工成本，也可以防止尿素在土壤溶液中的轉化和流失[15-16]。目前有關保水劑和肥料混施對‘赤霞珠’葡萄果實糖積累及蔗糖代謝酶活性影響的報道相對較少。本文利用保水劑和尿素混施的方法，研究對葡萄果實糖積累及蔗糖代謝酶活性的影響，期望為保水劑在葡萄上的科學應用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試材及處理

本試驗在山東農業大學葡萄示范園進行。試驗前取0～40 cm土壤，測定其主要養分含量，分別為：有機質含量12.09 g/kg、全氮1.28 g/kg、速效氮106.28 mg/kg、速效磷59.92 mg/kg、速效鉀58.73 mg/kg。

保水劑為BJ2101L型交聯聚丙烯酰胺保水蓄肥改土劑（丙烯酰胺-丙烯酸鉀共聚物，CL-PAM-K，CLP），由北京漢力淼新技術有限公司生產，直徑約5 mm。試驗前按照保水劑與尿素1∶20的比例制備保水劑吸附尿素，將保水劑放入尿素溶液中，待吸附完全后施入土壤。

葡萄為3年生自根‘赤霞珠’，株行距1 m×2.0 m。選取長勢基本一致的植株，每處理10株，單株為一次重復，每株留果12穗。試驗設置5個處理：

（1）B＋N：施入制備保水劑吸附尿素，其中尿素含量87.46 g，于5月1日一次性施入；（2）B＋2/3N：施入制備保水劑吸附尿素，其中2/3尿素含量58.31 g，于5月1日一次性施入，其他1/3不再施入，目的是為了查看減氮的效果；（3）N：5月1日一次性施入尿素87.46 g；（4）NF：分5次施入尿素87.46 g（5月1日新梢旺長期15%，6月1日坐果期15%，7月1日果實膨大期40%，8月1日轉色期10%，9月1日成熟期20%）；（5）CK：不施氮肥。所有處理新梢旺長期一次性施入P2O5和K2O，不再施其他肥料，常規管理。

從果實轉色50%左右開始取樣，每次每株選擇有代表性的果穗3穗，每穗上中下部均勻采樣3粒果，每次每個處理共計采果150粒左右，放進冰盒，立即帶回實驗室，用刀片分離收集果肉，迅速投入液氮中，分裝成袋，于-70 ℃保存待用，用于測定每個處理的可溶性糖含量及其代謝相關酶的活性。

1.2 測定方法及數據處理

果糖、葡萄糖和蔗糖的測定參照陳美霞等[17]方法，可溶性總糖的測定參照李合生方法[18]。蔗糖代謝相關酶的提取參照趙智中等[19]方法；AI（酸性轉化酶）和NI（中性轉化酶）測定參照Merlo等[20]方法；SS（蔗糖合成酶）分解方向測定參照Lowell等[21]方法；SS合成方向和SPS（蔗糖磷酸合成酶）的測定參照Rufty等[22]方法，3次重復，單位為μmol/h·g FW。

采用Microsoft excel 2010進行數據處理。采用SPSS 21.0數據分析，用Duncan新復極差法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 保水劑與尿素混施對果實糖積累的影響

葡萄糖和果糖是葡萄果實中含量最多的兩種糖，在‘赤霞珠’葡萄中二者所占比例相當，蔗糖含量較少（圖1）。從果實總糖含量來看，8月15日測定的保水劑吸附尿素的兩處理均顯著高于其他處理。9月1日仍有類似規律，但差異逐漸變小。9月15日，各施肥處理間無顯著性差異，均高于不施氮肥。到10月1日，各處理間均無顯著性差異。

葡萄果實中果糖含量各處理的基本趨勢是：保水劑吸附尿素＞保水劑吸附2/3尿素＞一次性施尿素＞分次施尿素＞不施尿素，保水劑與尿素配施提高了果實果糖含量。果實中葡萄糖的含量前期（8月15日和9月1日）趨勢是：分次施尿素＞一次性施尿素＞保水劑吸附尿素＞保水劑吸附2/3尿素＞不施氮，說明保水劑的施用前期降低了果實葡萄糖的含量，但到9月15日保水劑吸附尿素處理的果實葡萄糖含量上升，與分次施尿素處理無顯著性差異。在轉色期開始時果實中蔗糖含量非常低，且各處理無顯著差異，之后持續增加，各處理的趨勢為，分次施尿素≈一次性施尿素＞保水劑吸附尿素≈保水劑吸附2/3尿素＞不施氮肥，說明保水劑與尿素混施降低了果實中的蔗糖含量，但到成熟時均無顯著性差異。

圖1 保水劑與尿素混施對‘赤霞珠’果實中果糖、葡萄糖、蔗糖和總糖含量的影響（P＜0.05）Figure 1 Interactive effects of super absorbent polymer and urea on the contents of fructose, glucose, sucrose and total sugars of 'Cabernet Sauvignon' grapevine, P＜0.05

2.2 對果實蔗糖代謝相關酶活性的影響

圖2表明，果實從轉色期開始到成熟，酸性轉化酶（AI）、中性轉化酶（NI）、蔗糖合成酶（SS）（分解方向）3種蔗糖分解酶類活性存在差異：AI 酶活性最高，其次是NI、SS（分解方向）活性較低，3種酶的活性均隨著果實的成熟逐漸降低。不同處理間NI和SS（分解方向）的活性差異不明顯。三種分解酶中，試驗處理僅對‘赤霞珠’葡萄AI活性有較顯著影響，趨勢為：保水劑吸附尿素＞保水劑吸附2/3尿素＞其他施肥處理＞對照。其中8月15日和9月15日測定結果顯示，保水劑吸附尿素處理對AI活性的提高達到顯著性水平，到10月1日，各處理間AI活性無顯著性差異。

兩種蔗糖合成酶活性大小相近，SS（合成方向）活性略高于蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性，但均低于分解酶活性，兩種酶活性均隨著果實的成熟逐漸降低。其中，各處理間SPS活性無顯著性差異，保水劑吸附尿素主要對SS（合成方向）產生影響。其規律與果實蔗糖含量相似，保水劑吸附尿素能夠顯著降低SS（合成方向）的活性。不同之處在于果實蔗糖含量前期差異不明顯，而SS（合成方向）活性為后期差異不明顯。

2.3 葡萄果實中蔗糖代謝相關酶活性與糖含量組分相關性分析

表1顯示，酶和糖含量均呈負相關，5種處理中 AI、NI活性與葡萄糖、果糖、蔗糖含量呈顯著的負相關，由此看出AI和NI是果實糖代謝調節的關鍵酶。而合成方向的兩種酶與糖分之間無顯著相關性，說明這兩種酶不是葡萄果實中糖分積累的關鍵限制酶，而不同處理間糖-酶相關系數無明顯規律，施肥處理可能對糖分和代謝酶的相關性無顯著影響。

圖2 保水劑與尿素混施對‘赤霞珠’果實中糖代謝相關酶活性的影響（P＜0.05）Figure 2 Interactive effects of super absorbent polymer and Urea on fruit sugar metabolism related enzyme activity of 'Cabernet Sauvignon' grapevine, P＜0.05

3 討論與結論

葡萄葉片進行光合作用后，其產物主要以蔗糖的形式通過韌皮部運入果實[23]，但葡萄果實中積累最多的是葡萄糖和果糖。由此可以看出，葡萄果實的生長和發育特別是糖分積累存在一個糖分代謝的過程。與蔗糖代謝相關的所有轉化酶的活性隨果實發育而減小，蔗糖分解相關的酶均大于合成相關酶的活性。相關性分析表明，各處理AI和NI均與葡萄果實中的糖呈顯著負相關，而且AI在整個果實發育過程中的活性均顯著高于其它代謝酶。Pan等[24]也研究發現，AI活性大小是不同葡萄果實中糖含量差異的主要原因。本研究中保水劑處理顯著提高了AI活性，是保水劑處理果實中總糖和果糖含量提高的主要原因。然而葡萄糖含量卻有所降低，其機理有待進一步探究。同時保水劑提高了蔗糖合成酶（合成方向）的活性，從而提高了該處理蔗糖含量。

測定氮素釋放速率可知，B＋N處理介于NF和N處理之間，如果氮素因素是對果實糖分代謝影響的單一因素，那么各處理的糖代謝試驗結果應該遵循氮素釋放速率的大小順序[25]，但是本試驗得出的結論不遵循上述假設，我們猜想保水劑本身也對果實的糖代謝產生一定影響，或者兩者的互作發生了作用。目前關于保水劑和尿素互作對果樹糖代謝的研究不多，大多集中在氮素營養上，而關于保水劑對果實糖分代謝影響的研究較少。有人在蜜柑[26]、小麥[27]、玉米[28]、番茄[29]等作物上做過研究，結果比較相似，適當氮水平有利于蔗糖代謝酶活性的提高，果實糖含量增加，過量施用氮肥則會引起含糖量減少。本試驗中保水劑因為對尿素有緩釋效果[30]，從而影響了葡萄對氮素的吸收。而氮素能促進蛋白質和葉綠素的形成，光合效能增強，促進了碳的同化，增加養分積累，對果實產量形成起重要作用[25,31]。同時，保水劑本身對土壤理化環境，尤其是水分環境產生影響，進而對葡萄的生長和果實品質產生影響[32]。有研究顯示水分脅迫使糖在韌皮部卸載量減少導致糖含量降低[33]。由此可見，保水劑與尿素混施是由于氮肥和保水劑的共同作用而對葡萄糖代謝產生影響。

表 1 各處理葡萄果實中蔗糖代謝相關酶活性與糖含量組分相關性分析Table 1 Correlation analysis between soluble sugars and related metabolism enzymes of grape berries in response to different treatments

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