避雨栽培對四川盆地春季茄子光合電子傳遞、產量及品質的影響

付一峰，張澤錦，唐 麗

（1.四川開放大學 成都 610073；2.蔬菜種質與品種創新四川省重點實驗室·四川省農業科學院園藝研究所 成都 610066；3.四川省蔬菜工程技術研究中心 四川彭州 611934）

避雨栽培是以避雨為目標的簡易設施栽培技術，是避雨不遮風，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。其優點在于擴大了作物的適栽范圍，能減少作物病蟲害，提高品質和產量，方便農事操作；其缺點在于避雨栽培覆蓋棚膜，容易造成弱光環境，弱光對作物的株高、葉面積、莖粗、節間長、比葉質量等都會產生影響[7-10]，同時研究表明，弱光環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弱，從而影響作物的品質和產量。

茄子是茄科茄屬1 年生草本植物，是四川大宗蔬菜之一。茄子喜溫喜強光，喜水怕澇，適宜溫度為25～30 ℃，光飽和點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境，又不利于茄子的生長發育。目前，關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研究較少，且主要集中于溫室種植技術方面。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生長指標，為四川盆地茄子優質高效生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

茄子品種為黑冠（紫皮茄子），購自四川興望種業有限公司。

1.2 試驗設計

試驗于2021 年1－8 月在四川省成都市四川省農業科學院園藝研究所試驗避雨棚進行。選擇籽粒飽滿的茄子種子進行浸種催芽，出芽后種植于裝有蔬菜專用基質的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。試驗共設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。隨機選取20 株生長健壯一致的茄子作為1 個小區，3 次重復。水肥、病蟲害等管理措施相同，露地和避雨處理均不做點花，自然結果。

1.3 測定指標和方法

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

1.3.2 環境溫度測定 試驗期間，采用數據記錄儀（RC-4HC，精創，徐州）每5 min 記錄1 次不同處理的空氣溫度，取2 個處理平均值進行分析。

1.3.3 葉綠素、類胡蘿卜素、花青素及葉綠素熒光參數測定 當茄子處于“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（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）。每個重復取3 片葉混合采樣，每個處理3 次重復。

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40 min后測定茄子中部葉片葉綠素熒光參數。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，利用液相色譜串聯質譜（LC-MS/MS）定量測定其生長素、細胞分裂素、赤霉素及乙烯類激素的含量，每個重復2 朵花混合采樣，每個處理3次重復。數據采集儀器系統主要包括超高效液相色 譜（Ultra Performance Liquid Chromatography，UPLC，ExionLC?AD，https://sciex.com.cn/）和串聯質譜（Tandem Mass Spectrometry，MS/MS，QTRAP 6500±，https://sciex.com.cn/）。

1.3.5 茄子花轉錄組分析 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，用于轉錄組分析。每個重復取2 朵花混合采樣，每個處理3 次重復。樣品的后續處理包括RNA 抽提、純化、建庫以及采用第二代測序技術（next-generation sequencing，NGS），基于Illumina 測序平臺，對這些文庫進行雙末端（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 產量 單果質量用電子天平稱量：每次采摘時記錄單果質量和結果數，計算平均值，記為單果質量。茄子單株產量根據成熟情況，實時進行采摘并記錄質量，直至試驗結束。每個處理5 次重復。

1.3.7 品質測定 在結果盛期每個小區隨機選取成熟期一致的5個果實樣品，進行果實品質的測定，取平均值代表該小區指標測定值。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，避雨棚內紫外光和藍光有所降低，分別比露地降低11.9%和2.1%；綠光、紅光及遠紅光有所增加，遠紅光增加較多，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組分。避雨栽培的紅光/遠紅光為1.21，露地為1.23。

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

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

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 和總葉綠素含量分別是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、總葉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 的量子產量[Y（I）]、相對電子傳遞速率[ETR（I）]以及由于受體側限制引起的PSI 處非光化學能量耗散的量子產量[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%；由于供體側限制引起的PSI處非光化學能量耗散的量子產量[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 處調節性能量耗散的量子產量[Y（NPQ）]和PSII 處非調節性能量耗散的量子產量[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 避雨栽培對產量和品質的影響

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

表4 避雨栽培對茄子產量的影響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。

表5 避雨栽培對茄子品質的影響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錄組，發現避雨栽培相比于露地栽培上調的基因數為1424 個，下調的基因數為2998 個。

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

KEGG 分析的結果表明，在玉米素生物合成（Zeatin biosynthesis）和植物激素信號轉導（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表達，從萜類主鏈生物合成的二甲基丙烯焦磷酸（DMAPP）與ATP、ADP、AMP 結合，合成的下游產物異戊烯—ATP（isopentenyl-ATP）、異戊烯—ADP（isopentenyl-ADP）及異戊烯—AMP（isopentenyl-AMP）減少，最終導致玉米素核苷的生成減少。此外，在植物激素信號轉導中發現，玉米素核苷在信號轉導行使功能的過程中編輯含組氨酸磷酸轉移蛋白（AHP）的Sme00112在避雨栽培的茄子花中上調表達（圖4）。

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

3 討論與結論

植物內源激素在作物果實發育期間發揮著重要作用，激素含量的高低直接影響開花坐果。在藤本作物草莓中發現，植物內源激素玉米素核苷含量隨開花進行不斷增加[21]。在木本作物無花果、蘋果中發現，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移酶的Sme00717基因下調，導致玉米素核苷生成量減少，從而導致了茄子成花后正常發育結實受到阻礙，單株結果率降低，最終導致產量降低。此外，植物激素信號轉導代謝途徑中編輯含組氨酸磷酸轉移蛋白的Sme00112在避雨栽培的花中上調表達，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償反應。為了提高茄子在避雨栽培下的坐果率和產量，建議在開花后進行一定的激素處理。

光質和光照度對作物果實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 的表達有著正調控作用；在無UV-B 時，UVR8 存在于細胞質和細胞核之中，UV-B 可以使細胞質中的UVR8 轉移到細胞核中并與COP1 發生相互作用，正向調節UV-B 誘導花青素苷和其他類黃酮的合成[25]。研究表明，在對溫室中進行UV-A 補光可以使茄子的顏色加深[26]。此外，增加光照可以促進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花青素的積累[28-29]。在辣椒中發現，提高藍光比例，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，栽培環境中有效光合輻射量的降低和光質成分的改變導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，從而降低茄子結果數，最終導致產量降低，為了適應四川盆地弱光條件下茄子避雨栽培，還應進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度，改變了光質組成，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基因下調表達，導致玉米素核苷含量降低，最終導致單株產量和可溶性糖、維生素C 及花青素含量等品質指標均低于露地栽培。