碳素营养由植物成熟叶片通过光合作用而合成,经韧皮部运输至幼叶、茎、花、果实和根中加以贮藏和利用[1]。碳素营养在植物代谢中主要是充当糖信号[2]、碳架和能量[3]等功能角色。果树中,碳素营养对幼果生长发育至关重要,是坐果的重要限制性因子[4]。大量研究结果表明,植株中碳素营养含量的丰缺是调控幼果脱落的一个重要因素,树干环割可中断树体光合同化物的向根运输[5]、疏果则减少营养代谢库数量[6],均缓解幼果间碳素营养竞争而有利于坐果;相反,去叶减少树体光合源[7]、树冠遮阴抑制了叶片光合作用能力[8],均造成树体碳素营养供应不足而促进幼果脱落。
果树的新梢生长常导致幼果大量脱落,已有的研究认为主要是由于新梢的代谢库极其强大,其营养生长消耗树体大量碳素营养,因此与幼果的碳素营养竞争中处强势地位,幼果遭受碳素营养胁迫后导致脱落[4, 9]。‘砂糖橘’（Citrus reticulata Blanco）幼果期的新梢（俗称夏梢）生长诱导幼果脱落现象尤为突出,笔者前期研究了‘砂糖橘’夏梢生长过程中糖代谢与落果的关系,发现夏梢生长促进幼果蔗糖分解方向的酶活性增加,从而加速幼果中蔗糖分解是导致幼果脱落的重要原因[10],进一步说明碳素营养在新梢调控幼果脱落中的重要性。果树的幼果生长期,增加树体碳素营养储备有利于坐果,而碳素营养的增加如何调控糖代谢和幼果脱落,相关研究尚未见报道。本研究在‘砂糖橘’夏梢生长期,通过树干注射蔗糖溶液的方式直接为树体供应碳源,研究供糖后幼果中糖含量、糖代谢酶活性以及幼果脱落的变化,以便为进一步揭示果树新梢生长诱导落果的机理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2012年4—7月在广州市增城区中新镇‘砂糖橘’园进行。试验柑橘品种为7年生‘红橘’（Citrus tangerina Hort. ex Tanaka）砧‘砂糖橘’（Citrus reticulata Blanco cv. Shatangju）,试验树的立地条件一致。
1.2 方法
1.2.1 试验设计 随机选取42株树势、夏梢生长及结果量基本一致的结果树,其中21株树进行树干注射100 g/L蔗糖溶液（此浓度能有效控制柑橘幼果脱落[11]）,其余注射蒸馏水作对照。每7株树为一个小区,随机区组排列,3次重复。试验采用的塑料输液袋由四川国光农化股份有限公司提供,大小规格为7.0 cm×29.0 cm,输液袋具有插头2个,输液袋与插头间由长度120 cm的塑料软管连接,试验前每个输液袋中均已灌入蔗糖溶液或蒸馏水（CK）各1000 mL。
于花后40 d进行树干注射处理,每株树均选周径15 cm以上的二级分枝2条,每条分枝于距地面约40~60 cm处用电钻斜向下打注射孔,注射孔与孔水平夹角约为30~45°,孔深2.5 cm。将输液袋的2个插头分别插入注射孔后旋紧、塞实,涂适量凡士林防止病虫感染。灌输液袋统一挂在离地面约1.5~1.7 m的树干上,每株处理树挂1袋。所有的试验树于注射孔下方2~3 cm处进行树干环割处理,以切断碳素营养的向根运输。
于试验树的树冠外围挑选挂果量较一致的7条结果枝进行挂牌、编号,其中3条果穗枝作调查幼果脱落情况,其余果穗枝留作取样分析。每天检查、人工抹除零星抽生的夏芽。花后70 d停止抹梢,让夏梢自然生长。于花后70、73、76、79、82、85 d进行调查落果率及取幼果样。样品用液氮冻存后带回实验室,-80 ℃保存备用。
1.2.2 测定方法 （1）树干吸收溶液量的调查方法。花后70 d（已供液30 d）,用量筒量取出各试验树输液袋中剩余的溶液体积（V1）,剩余溶液重新灌入输液袋后继续供液;花后85 d（已供液45 d）,相同方法量取各试验树输液袋中剩余的溶液体积（V2）。花后70 d树体吸收的溶液体积(mL)=V0-V1,花后85 d树体吸收的溶液总体积(mL)=V0-V2,V0为溶液初始总体积（1000 mL）。
（2）落果率调查。参照Wang等[12]的方法,分别统计相对落果率和累积落果率。
相对落果率=[(Nt-1-Nt)/N0·d]×100%
累积落果率=[(N0- Nt)/N0]×100%
式中,N0为初始坐果数量,Nt-1和Nt分别表示前后相邻两个时期的坐果数量,d是调查的间隔天数。以每天计算相对落果量的方式反映相对落果率。
（3）幼果生长发育的调查。采样后立即用电子游标卡尺测量幼果的纵、横径,每重复随机测定幼果2个。
1.3 数据处理
利用Excel 2003软件和SPSS 17.0软件进行数据统计分析和差异显著性检验。
2 结果与分析
2.1 试验树吸收溶液量的比较
如图1所示,花后70 d,平均每株试验树吸收的蔗糖、蒸馏水溶液体积分别为106.1、149.3 mL,花后85 d则分别为137.2、199.1 mL,树体对蒸馏水的吸收量显著大于蔗糖溶液,表明树体更易于吸收蒸馏水。进一步分析发现,前阶段（花后40~70 d）、后阶段（花后71~85 d）吸收的蔗糖分别为3.54、2.07 mL/d,吸收的蒸馏水溶液分别为4.98、3.32 mL/d,表明树体对蔗糖溶液、蒸馏水的吸收规律均为前期大于后期。
2.2 供糖对幼果脱落的影响
2.3 供糖对幼果生长发育的影响
如图3所示,试验期间,供糖、对照幼果的纵、横径变化均表现为缓慢持续增大的变化趋势。整个试验期间供糖处理幼果的纵径、横径均大于对照的,其中花后76 d开始,幼果生长加速,与对照的差异有逐渐增加趋势,花后85 d幼果的纵径、横径分别比对照增加9.42%和9.17%,表明树体供应蔗糖有利于幼果的生长发育。
2.4 供糖对蔗糖、还原糖和淀粉含量的影响
由图4A可知,供糖、对照幼果的蔗糖含量变化规律总体一致,均表现为先升高后逐渐下降的变化趋势。试验前期幼果的蔗糖含量一度得到升高,花后76 d达到高峰值后逐渐下降,花后82 d后逐渐趋于平稳。整个试验期间,供糖处理幼果中的蔗糖含量均高于对照,其中在花后79 d时蔗糖含量是对照的1.29倍,显著高于对照的,表明树体供应蔗糖有利于幼果蔗糖含量的提高。
试验期间供糖、对照幼果的还原糖含量总体上均表现为先持续下降、后于花后82 d时缓慢回升的变化趋势。整个试验期间,供糖处理幼果中的还原糖含量均高于对照,但差异没有达到显著水平（图4B）。
如图4C所示,树干供应蔗糖溶液一度促进幼果淀粉含量的迅速升高,其中在花后73 d和花后76 d,淀粉含量分别比对照增加22.91%和33.28%,处理间差异达到显著水平。随后供糖处理幼果的淀粉含量有所稳定,而对照有所上升,处理间差异不明显。
2.5 供糖对糖代谢酶活性的影响
由图5A可知,供糖幼果的AI活性变化与对照的总体一致,均表现为先升高后持续下降的变化趋势。于花后76 d时出现酶活性高峰值,峰值出现时间比对照的提前3 d;此时酶活性为16.76 mg/(g·h),略高于对照的15.11 mg/(g·h);整个试验期间的AI活性,除了在花后76 d外,其余时段均低于对照。
幼果的NI活性规律性变化明显,趋势与AI的基本一致。花后70~79 d处理间酶活性持续不断上升,均在花后79 d时出现活性峰值。该时期供糖处理的酶活性均比对照低,其中花后76 d时其酶活性仅为对照的75.66%,处理间达到显著性差异水平;从花后82 d开始,处理间的NI活性有所下降,但供糖处理的降幅相对缓慢,此阶段的酶活性水平反而略高于对照（图5B）。
3 讨论
幼果、新梢均是异养型“库”器官,其生长发育所需的碳素营养主要依赖叶片光合供应。幼果、新梢从外源获取光合同化物的能力取决于自身的库强,幼果的代谢库极弱,其与新梢（强库）的碳素营养竞争中处于劣势地位而导致落果[19]。提高树体碳素营养储备可减缓幼果与新梢间的碳素营养竞争,最终有效控制幼果脱落。Iglesias等[11]对柑橘结果枝进行去叶的同时树干注射蔗糖溶液,发现幼果的落果率比单独去叶的下降36.91%,证明碳素营养在柑橘坐果中的重要性。本研究在砂糖橘夏梢生长的同时进行树干注射100g/L蔗糖溶液,幼果的累积落果率为73.35%,比对照下降10.05%。方差分析显示,与对照间差异不显著,表明树体供应碳素营养仅部分抵消了夏梢生长对落果的影响,暗示在夏梢生长条件下,除碳素营养外,还有其他因素也参与了幼果脱落的调控。
果实的库强大小常决定于其糖代谢关键酶的活性水平[21]。酸性转化酶（AI）、中性转化酶（NI）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）和蔗糖合成酶（SS）是糖代谢的主要调控酶,其中AI、NI起分解蔗糖作用,而SPS不可逆地催化蔗糖的合成,SS则可合成也可分解蔗糖,幼果中以分解蔗糖为主。幼果生长发育过程中,可自我调节其糖代谢水平,以应对外界环境、碳素营养胁迫等条件的变化。枸杞幼果遮光[22]、葡萄果实套袋[23]处理使果实的光合作用受到抑制,自身产生的光合产物减少,促进了幼果中AI、NI酶活性的提高,以增强幼果库强而有利于叶片光合产物的向幼果运输。杨子琴等[7]对龙眼结果枝进行摘叶处理,减少树体营养源,幼果遭受饥饿胁迫后,蔗糖分解方向的酶活性一度增强,但随着蔗糖含量的持续降低,蔗糖分解代谢酶活性转而减弱。笔者前期通过人工抹除‘砂糖橘’夏梢的方式减轻新梢对幼果脱落的影响,发现新梢生长明显促进幼果AI、NI活性的提高,从而加速幼果中蔗糖的损耗,相反去梢后幼果间碳素营养胁迫下降,幼果AI、NI活性因而受到抑制[10]。本研究发现,幼果中AI和NI的活性远高于SPS和SS,表明调控‘砂糖橘’幼果糖代谢的关键酶是AI和NI。测定结果显示,树体供应蔗糖溶液后,幼果中NI活性最先（花后70~79 d）受到抑制,其中在花后76 d,酶活性仅为对照的75.66%;随后（花后79~85 d）AI活性亦受到抑制,其中在花后79 d,酶活性仅为对照的81.72%。据此认为,供糖条件下幼果转化酶活性被抑制,可能与供糖增加了树体碳素营养、减轻了幼果与新梢或幼果间的碳素营养竞争,致使其转化酶活性有所降低有关。AI、NI活性的下降,降低蔗糖的分解速度并有利于幼果中蔗糖的积累,而幼果期蔗糖对柑橘坐果是至关重要的[11]。此外,树体供糖对幼果SPS、SS活性影响不明显,再次证明了‘砂糖橘’夏梢诱导幼果脱落过程中,SPS、SS在参与调控幼果脱落调控中处次要地位。
综上所述,‘砂糖橘’夏梢生长条件下,树干供应蔗糖可抑制转化酶活性,进而影响幼果中糖的积累,从而有利于坐果。树干供应蔗糖虽然在一定程度上减轻落果,但不能全部抵消新梢生长对落果的影响,证明糖代谢不是调控幼果脱落的唯一因素。