施硼方式對番木瓜光合特性和果實品質(zhì)的影響

關(guān)鍵詞：番木瓜；缺硼；施硼方法；光合特性；果實品質(zhì)

番木瓜CaricapapayaL.是番木瓜科Caricaceae番木瓜屬Carica的多年生常綠肉質(zhì)草本植物，周年開花結(jié)果，是世界上種植和消費最廣泛的熱帶水果之一[1-2]。硼是高等植物生長發(fā)育所必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，是我國當前施用的第一大微肥[3]，能抑制多種光合酶活性[4]，破壞葉綠體結(jié)構(gòu)[5]，從而影響植物光合作用，最重要的是影響生殖生長[6]。番木瓜對硼缺乏非常敏感，缺硼會導(dǎo)致植株矮化、頂端分生組織和果實變形以及果實成熟不均勻等，嚴重降低了番木瓜的產(chǎn)量和質(zhì)量[7]，限制了產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展。研究表明，適量的外源硼能穩(wěn)定番茄的葉片結(jié)構(gòu)[8]，顯著提高甜菜葉面積和干物質(zhì)積累量[9]，提高草莓的葉綠素含量和光合作用[10]以及番木瓜的產(chǎn)量[7]。但果樹需硼量從缺乏到過量范圍往往較窄，若施肥不當不僅易造成作物缺硼和硼毒害現(xiàn)象[11]，還會造成土壤和環(huán)境的污染，因此科學(xué)高效的施硼方法對解決實際生產(chǎn)中的問題尤為重要。王路紅等[12]和馬路婷等[13]均研究發(fā)現(xiàn)硼處理能提高果實品質(zhì)。鑒于番木瓜樹獨特的生理構(gòu)造（樹干中空，有髓腔），我們前期研究發(fā)現(xiàn)樹干髓腔中注射硼酸溶液能較好地矯正番木瓜缺硼癥，且溶液濃度為0.1%時效果最佳。為進一步探討硼素對番木瓜生理的影響，本試驗以果實發(fā)育期的番木瓜為材料，研究不同施硼方式對番木瓜葉片的光合作用及果實品質(zhì)的影響，旨在豐富番木瓜硼素營養(yǎng)研究以及為番木瓜栽培技術(shù)提供參考。

1材料方法

1.1試驗材料和處理

試驗于2021年6—9月進行，材料種植于廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所指導(dǎo)基地（23°01′N，107°51′E），海拔98.9m，年平均氣溫21.6℃，濕潤多雨，雨量集中，日照充足，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候。

選取果實發(fā)育期生長一致、無病蟲害的‘紅鈴’番木瓜植株作為試驗對象，經(jīng)不施硼素預(yù)處理2個月（果園其他管理按常規(guī)進行）后，設(shè)置4個不同處理（表1），每個處理選取長勢一致的15株番木瓜植株作為試驗材料，每5株為1次重復(fù)，共3次重復(fù)。在處理后的第0、10、20、40天選取不同處理植株中部功能葉片測定光合特性及葉綠素含量等指標，第40天測定果實畸形率和果實中維生素C、可溶性固形物、可滴定酸的含量。

1.2測定方法

1.2.1葉片葉綠素含量

參考陳建勛等[14]應(yīng)用乙醇丙酮混合液提取法測定。采集試驗新鮮葉片，剪碎，置于裝有丙酮和乙醇的混合液（體積比1∶1）的棕色瓶中于黑暗處提取葉綠素24h，利用分光光度計分別在波長663nm和646nm下測定OD值，并計算葉綠素總含量。重復(fù)3次。

1.2.2葉片光合參數(shù)

采用Li-6400型便攜式光合系統(tǒng)分析儀，測定番木瓜葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和胞間CO2濃度。測量時設(shè)定內(nèi)氣流速度為500μmol/s、光量子通量密度為1000μmol/（m2·s），具體使用方法按照說明書操作執(zhí)行。測定時間為上午9：00—11：00，重復(fù)3次。

1.2.3果實維生素C、可滴定酸和可溶性固形物含量

維生素C采用2，6-二氯酚靛酚滴定法進行測定；可滴定酸采用酸堿滴定法進行測定，具體操作參考曹建康等[15]編寫的《果蔬采后生理生化實驗指導(dǎo)》；可溶性固形物使用手持式測定儀，具體使用方法按照儀器說明書操作執(zhí)行。

1.3數(shù)據(jù)處理分析

數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計采用Excel2013軟件對原始數(shù)據(jù)進行整理、計算和繪圖，利用SPSS20.0進行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同施硼方式對番木瓜葉片光合參數(shù)的影響

2.1.1不同施硼方式對葉片凈光合速率的影響

葉片的光合作用是作物產(chǎn)量形成的直接動力，凈光合速率在一定程度上反映了植物光合作用的水平。由圖1可知，不同施硼方式處理的葉片凈光合速率隨著時間的延長均表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢。葉面噴施硼和樹干注射硼處理均能顯著提高番木瓜葉片的光合作用。處理10d時土壤施硼、葉面噴施硼及樹干注射施硼處理葉片的凈光合速率分別為12.28、26.14、25.98μmol·m-2·s-1。土壤施硼處理提高葉片的凈光合速率較慢，而葉面噴施硼和樹干注射施硼處理均能較快速地提高葉片的凈光合速率，但葉面噴施硼處理的凈光合速率維持較高水平時間較樹干注射施硼處理短。處理40d時，樹干注射施硼處理的葉片凈光合速率仍能維持較高水平，為22.23μmol·m-2·s-1。

2.1.2不同施硼方式對葉片氣孔導(dǎo)度的影響

氣孔是調(diào)控胞間CO2濃度的重要門禁，氣孔導(dǎo)度能反映氣孔張開的程度，衡量CO2在氣孔內(nèi)傳輸阻力的因子。由圖2可知，不同的施硼方式處理番木瓜葉片的氣孔導(dǎo)度變化趨勢與凈光合速率相似，均表現(xiàn)為先上升后下降。處理10d時，土壤施硼、葉面噴施硼和樹干注射施硼處理番木瓜葉片的氣孔導(dǎo)度分別為0.54、1.06、0.99mol·m-2·s-1。處理40d時，不施硼處理的葉片氣孔導(dǎo)度為0.48mol·m-2·s-1，土壤施硼和樹干注射施硼處理的葉片氣孔導(dǎo)度均顯著高于不施硼處理，分別為0.70和0.90mol·m-2·s-1；葉面噴施硼處理的氣孔導(dǎo)度與不施硼處理則無顯著性差異。結(jié)果表明，土壤施硼處理緩解缺硼引起的葉片氣孔關(guān)閉效果較慢；葉面噴施硼和樹干注射硼能較快地緩解葉片氣孔關(guān)閉；葉面噴施硼處理在初期效果較好，但持久性較差，樹干注射施硼不僅效果較好且時效長。

2.1.3不同施硼方式對葉片胞間CO2濃度的影響

胞間CO2濃度能反映出植物從環(huán)境中吸收、光合作用消耗及呼吸作用產(chǎn)生的CO2的含量變化情況。由圖3可知，不同的施硼方式處理的葉片胞間CO2濃度均先降低后升高。處理10d時，不施硼處理的葉片胞間CO2濃度為351.35μmol·mol-1，土壤施硼、葉面噴施硼及樹干注射施硼處理的葉片胞間CO2濃度均顯著低于不施硼處理，分別為323.97、269.86、267.96μmol·mol-1。隨著時間的延長各處理的葉片胞間CO2濃度先降低再升高，處理40d時，土壤施硼、葉面噴施硼及樹干注射施硼處理的葉片胞間CO2濃度分別為325.59、333.49、303.09μmol·mol-1。葉片對CO2的利用率越高其胞間CO2濃度越低，研究結(jié)果表明不同的施硼方式處理不同程度上降低了葉片的胞間CO2濃度，提高了CO2的利用率。

2.1.4不同施硼方式對葉片蒸騰速率的影響

由圖4可知，不同的施硼方式處理的葉片蒸騰速率先上升后下降，變化趨勢與凈光合速率、氣孔導(dǎo)度相同。處理10d時，不施硼處理的葉片蒸騰速率為1.66mmol·m-2·s-1，土壤施硼、葉面噴施硼及樹干注射施硼處理的葉片蒸騰速率均顯著高于不施硼處理，分別為3.36、3.56、4.00mmol·m-2·s-1。處理40d時，土壤施硼、葉面噴施硼及樹干注射施硼處理的葉片蒸騰速率分別為3.45、3.12、3.60mmol·m-2·s-1。

2.2不同施硼方式對番木瓜葉片葉綠素含量的影響

葉綠素是光合作用必不可少的光合色素，可反映光合能力，是評價植株體生理狀況的一項重要指標。由圖5可知，不同的施硼方式處理均可一定程度提高葉片的葉綠素含量。處理10d時，不施硼處理的葉片葉綠素含量為1.47mg/g，土壤施硼、葉面噴施硼和樹干注射施硼處理的葉片葉綠素含量分別為1.87、2.24、1.92mg/g，均顯著高于不施硼處理。處理40d時，樹干注射施硼處理的葉片葉綠素含量顯著高于其他處理。

2.3不同施硼方式對番木瓜果實的影響

2.3.1不同施硼方式對果實外觀和畸形率的影響

缺硼不僅影響番木瓜的外觀品質(zhì)且易導(dǎo)致果實畸形。不同的施外源硼方式處理均能提升果實外觀品質(zhì)（圖6），顯著降低果實的畸形率（圖7）。不施硼處理的番木瓜果實出現(xiàn)明顯的畸形，畸形率高達94.1%，而樹干注射施硼處理的果實畸形率最低。由此可見，番木瓜對硼元素非常敏感，而缺硼可能是導(dǎo)致果實畸形的原因之一。

2.3.2不同施硼方式對果實品質(zhì)的影響

由表2可知，不同的施硼方式處理能夠顯著提高番木瓜果實中的維生素C和可溶性固形物含量，一定程度上降低可滴定酸含量，提高果實的品質(zhì)。其中，樹干注射施硼處理的維生素C含量和可溶性固形物含量均顯著高于土壤施硼和葉面噴施硼處理，由此表明樹干注射外源硼對提高番木瓜果實品質(zhì)效果最佳。

3討論

硼對植物的光合特性有一定的促進作用，缺硼條件下植物葉片氣孔導(dǎo)度、光合速率和蒸騰速率顯著降低[16]，而花期噴施一定質(zhì)量分數(shù)的硼肥可顯著提高‘燕紅’板栗葉片的光合作用[12]。本研究結(jié)果顯示，不施硼會嚴重影響番木瓜葉片的光合作用，不同方式施硼處理均能一定程度上提高果實發(fā)育期的番木瓜葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率，提高葉片光合作用，這與謝志南等[17]開展的外源硼對幼齡番木瓜葉片凈光合速率的研究結(jié)果一致。凈光合速率在一定程度上反映了植物光合作用的水平。研究發(fā)現(xiàn)處理10d時，不同處理凈光合速率大小依次為葉面噴施硼＞樹干注射施硼＞土壤施硼＞不施硼；處理40d時，凈光合速率大小依次為樹干注射施硼＞土壤施硼＞葉面噴施硼＞不施硼。表明番木瓜葉片的凈光合速率因施硼方式不同而存在差異；土壤施硼處理提高葉片的凈光合速率較慢，葉面噴施硼處理提高效果僅在初期較好，而樹干注射施硼不僅效果較好且時效長。影響光合作用的內(nèi)在因素主要包括每單位葉的1，5-二磷酸核酮糖羧化酶活性、1，5-二磷酸核酮糖合成速率和CO2供應(yīng)，而CO2供應(yīng)由氣孔導(dǎo)度和環(huán)境CO2決定[18]，氣孔導(dǎo)度越大，氣孔對CO2的傳輸阻力越小[19]。本研究中，隨時間的延長不同施硼方式處理葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率均表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，而胞間CO2濃度則表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢。不同方式施硼處理番木瓜的葉片氣孔導(dǎo)度隨凈光合速率的增大而增大，這說明外源硼能緩解缺硼引起的氣孔關(guān)閉，促進氣體交換，從而提高光合速率。葉片的胞間CO2濃度隨凈光合速率增大而降低，可能由于外源硼能提高光合作用，提高CO2利用率，降低胞間CO2濃度，從而改善缺硼對光合作用的限制。葉片的蒸騰速率隨氣孔導(dǎo)度增大而增大，說明氣孔的開放有利于提高葉片的蒸騰速率。葉綠素含量反映植株生理狀況和作物生產(chǎn)能力，與葉片凈光合速率密切相關(guān)[20]。有研究表明，花期噴硼對甜櫻桃葉片光合色素含量有正向影響，但噴硼兩次反而會降低葉片光合色素含量[21]。本研究中不施硼會降低果實發(fā)育期的番木瓜葉片的葉綠素含量，而不同方式的施硼處理可一定程度提高葉片的葉綠素含量。究其原因，硼對維持葉綠體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著重要作用，缺硼會破壞番木瓜葉綠體超微結(jié)構(gòu)，減少葉綠素含量，致使葉片畸形，嚴重影響了氣孔的開閉，從而影響光合作用。葉面噴施硼和樹干注射施硼處理能較快地提高番木瓜的光合作用可能與其能較快地提高葉綠素含量有關(guān)。

缺硼易引起果實生理失調(diào)，如導(dǎo)致番茄花序間距變大、坐果率降低、果形指數(shù)變大等[22]。施外源硼后能減輕刺梨的生理落果并減少畸形果[23]，顯著提高‘燕紅’板栗結(jié)實率[12]，顯著提高成熟期棗果的維生素C含量和可溶性糖含量，提高果實品質(zhì)[13]。但植物體內(nèi)能利用的有效硼濃度范圍非常窄，因此合理施用硼肥是果實優(yōu)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的必要條件。桑雯[24]研究表明葉面施0.3%硼砂和0.2%ZnSO4可使番木瓜果實的可溶性固形物、硬度和可滴定酸達到最大值。紀方炎[25]研究顯示硼處理能上調(diào)與蔗糖合成相關(guān)基因的表達量，影響果實中糖代謝相關(guān)酶基因的表達。但張健[26]研究顯示噴硼對‘滿天紅’梨可溶性糖和可溶性固形物含量影響不顯著。另有報道表明，噴硼后雖增加了草莓果實的含硼量，但對采收時的果實產(chǎn)量、可溶性固形物、可滴定酸和畸形果數(shù)量等并無顯著影響[27]。本研究中不同方式的施硼處理能顯著降低番木瓜畸形率，提高果實中的維生素C和可溶性固形物含量，一定程度降低可滴定酸含量，提高果實品質(zhì)。其中，樹干注射0.1%硼酸溶液矯正番木瓜缺硼癥效果最佳。這與桑雯[24]對番木瓜、紀方炎[25]對草莓、馬路婷等[13]對灰棗的研究結(jié)果相似。但是，補硼效果因補硼時期、方法和樹種或品種的不同而存在差異。

果實品質(zhì)的變化跟相關(guān)酶及蛋白質(zhì)變化有關(guān)，根本原因是基因表達的差異。本研究僅從生理層面研究不同的施硼方式對番木瓜的影響，加強相關(guān)基因表達及蛋白質(zhì)變化研究有助于闡明硼對番木瓜葉片和果實品質(zhì)調(diào)控相關(guān)的機制。此外，本研究中樹干注射施硼矯正番木瓜缺硼癥的效果明顯優(yōu)于其他處理，具有時效長、吸收快、環(huán)境友好等特點，這可能跟番木瓜硼的吸收和轉(zhuǎn)運有關(guān)。然而有關(guān)番木瓜硼素轉(zhuǎn)運的機制并不清楚，需要在透射電鏡和掃描電鏡對番木瓜硼運輸和分布進行精準定位的基礎(chǔ)上，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)對番木瓜的硼素轉(zhuǎn)運機制進行系統(tǒng)地研究。

4結(jié)論

番木瓜對硼素敏感，缺硼不僅限制葉片的光合作用，而且影響果實的品質(zhì)。不同方式的施硼處理均能一定程度上提高番木瓜葉片的光合作用，降低果實畸形率，提高果實品質(zhì)。其中，樹干注射硼緩解番木瓜缺硼癥效果具有時效長、吸收快、環(huán)境友好等特點；葉面噴施硼緩解效果前期較好，但持久性較差；土壤施硼不僅效果不佳且較緩慢。因此，推薦‘紅鈴’番木瓜的施硼方法采用樹干注射的方式。