不同环剥处理对猕猴桃叶片衰老特性与果实品质的调控机制

《Horticulturae》：The Regulatory Effects of Different Girdling Treatments on Leaf Senescence Characteristics and Fruit Quality in Kiwifruit Siyu Wang, Qian Chen, Meng Zhang, Huihui Tao, Guiqing Tu and Chao Xu

本文系统研究了不同时期与强度的环剥处理对‘金艳’猕猴桃叶片衰老生理（ROS代谢、抗氧化酶活性、营养积累）及果实品质的调控作用。研究发现环剥可诱导短暂氧化爆发，激活抗氧化防御系统，并通过改变“源-库”关系促进叶片同化物积累。综合分析表明，盛花期后10天进行双层环剥可最有效地平衡叶片生理功能与树体“源-库”关系，是实现猕猴桃高产优质的最优方案。

　　

不同环剥处理对猕猴桃叶片衰老特性与果实品质的调控效应研究

1. 引言

环剥作为一种关键的园艺技术，通过切除韧皮部组织，暂时阻断光合产物（同化物）向下的运输，导致碳水化合物和內源激素在切口上方积累，从而从根本上改变树木的“源-库”关系，被公认为是一种精准调控树势、提升开花坐果和果实品质的高效策略。近年来，在苹果、梨、猕猴桃等多种果树上的研究已广泛开展。然而，环剥对叶片活性氧（ROS）代谢及抗氧化防御系统的精确调控机制尚未完全阐明。此外，由于显著的种间和品种间差异，确定最佳的环剥时机和强度仍是精准栽培中的关键挑战。

‘金艳’是江西省主栽的黄肉猕猴桃品种，其营养生长过旺的特性给树冠管理及果实产量与品质的同步提升带来了困难。当前生产过度依赖化学植物生长调节剂，带来了贮藏潜力下降、残留及环境危害等问题。因此，开发安全、可持续、高效的物理调控技术势在必行。本研究旨在通过系统研究环剥时期和强度对‘金艳’猕猴桃叶片氧化还原平衡、衰老生理及果实产量品质的影响，筛选出既能有效抑制树势又能提升品质的环剥方案，为‘金艳’猕猴桃的可持续优质栽培提供理论依据和技术支持。

2. 材料与方法

2.1. 试验概况与材料

试验在江西省宜春市奉新县一商业化猕猴桃园进行，该地区属典型的亚热带湿润季风气候，适宜猕猴桃生长。供试材料为10年生‘金艳’猕猴桃，采用标准的“一干两蔓”树形，选择生长健壮、长势均匀且无病虫害的植株。

2.2. 试验设计与样品采集

试验采用双因素随机区组设计。因素一为环剥时期，设两个水平：盛花期和盛花后10天。因素二为环剥强度，设四个水平：单层5毫米宽环剥、单层9毫米宽环剥、双层5毫米宽环剥、双层9毫米宽环剥。共组成8个处理组合，并以不环剥组作为对照。每个处理设3个生物学重复。

在环剥处理后第10、35和70天进行采样，采集结果枝上第6-8节位的成熟功能叶，液氮速冻后于-80℃超低温冰箱保存，用于后续生理生化分析。

2.3. 测定指标与方法

2.3.1. 果实外观与品质评估

测定单果重、果实纵径和横径（计算果形指数）、干物质含量、可溶性固形物含量。

2.3.2. 营养成分测定

测定可滴定酸、抗坏血酸、可溶性糖、淀粉及可溶性蛋白含量。

2.3.3. ROS代谢与抗氧化酶活性分析

测定超氧阴离子产生速率、过氧化氢含量以及作为脂质过氧化指标的丙二醛含量。测定超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶和过氧化物酶的活性。

2.4. 统计分析

采用SPSS 26.0进行双因素方差分析、皮尔逊相关性分析和主成分分析。处理间差异采用Duncan's新复极差法检验。

3. 结果

3.1. 环剥对叶片ROS代谢的影响

环剥处理显著诱导了猕猴桃叶片的氧化爆发。与对照相比，所有处理组的过氧化氢含量和超氧阴离子产生速率在处理后10、35和70天均持续较高。过氧化氢的积累与环剥强度呈正相关，在35天时达到峰值。盛花期处理组在10天时超氧阴离子产生速率增加26%至77%，而盛花后10天处理组的增加幅度相对较低。值得注意的是，强度最高的B4处理在所有采样点均保持了最高的ROS产生速率。

3.2. 环剥对叶片抗氧化酶活性的影响

环剥处理强烈激活了猕猴桃叶片的抗氧化防御系统。SOD、CAT、APX和POD的活性表现出相似的时间动态模式，均在环剥后35天达到峰值，随后在70天略有下降。在盛花期处理组，SOD活性较对照上调37-93%，其中中等强度处理A2的活性始终最高。在盛花后处理组，CAT、APX和POD活性均与环剥强度呈正相关，B4处理的诱导作用最强。POD对伤口胁迫的响应最为剧烈，在35天时活性激增高达约2倍。

3.3. 环剥对叶片膜脂过氧化（MDA含量）的影响

环剥以剂量依赖的方式诱导了MDA的积累，氧化损伤最严重的情况始终出现在高强度处理中。在10天时，MDA含量已显著升高。到35天时，趋势出现分化：盛花期处理组维持了较高的脂质过氧化水平，而盛花后处理组显示出适应迹象，显著积累仅局限于最高强度处理B4。至关重要的是，到70天时，低强度处理的MDA含量恢复到接近对照水平，表明细胞膜得到修复，而高强度处理则导致持续的氧化损伤。

3.4. 环剥对叶片养分含量（可溶性蛋白、淀粉和糖）的影响

环剥引发了叶片碳氮代谢物的动态变化。在盛花期处理组，低至中等强度的环剥持续促进了可溶性蛋白的积累，而高强度胁迫则无法在早期之后维持这种升高。可溶性糖表现出先下降后反弹的独特模式。可溶性淀粉积累在70天时达到峰值。在盛花后处理组，生理响应动态发生了转变。可溶性淀粉最初保持不变，但可溶性蛋白和糖在10天时即观察到显著增加。到35天时，所有三种代谢物在所有处理中均显著升高，表明全面的养分积累。

3.5. 生理生化指标的相关性分析

皮尔逊相关分析揭示了猕猴桃叶片中协调的生理响应网络。在两个处理组中，ROS与抗氧化防御系统之间均建立了基本的正相关关系，证实氧化应激触发了酶促防御机制。然而，具体的调控模式因时期而异。在盛花期组，MDA含量与ROS水平显著正相关，养分代谢与特定酶存在关联。相比之下，盛花后组展现了一个更复杂、高度整合的网络，MDA、可溶性蛋白、超氧阴离子和所有四种抗氧化酶形成了一个强大的簇，且彼此显著正相关。碳代谢物与氧化状态紧密耦合。

3.6. 生理生化指标的主成分分析

对十个生理生化指标的Z-score标准化数据进行主成分分析，在两个处理组中均识别出两个主成分。在盛花期组，PC1解释了63.396%的方差，高载荷指标为SOD、CAT、H₂O₂、POD、APX和O₂?^-，反映了植物的氧化应激水平和抗氧化防御能力。PC2解释了12.908%的方差，可溶性糖含量是关键因子。在盛花后组，PC1贡献了总方差的74.927%，主要由POD、APX、CAT、H₂O₂和O₂?^-驱动。PC2贡献了11.549%，可溶性淀粉含量起决定性作用。

3.7. 基于主成分得分的环剥效应综合评价

通过构建主成分得分模型计算综合得分，作为整体生理增强和应激响应强度的代理指标。结果表明，每个时期都有不同的最优处理。在盛花期组，处理A2获得了最高的综合得分，表明其诱导了最平衡的生理刺激。在盛花后组，处理B4表现出优越的性能，这与之前观察到的其对抗氧化酶和碳代谢物的强烈诱导作用一致。从时间上看，一个关键模式显现：所有处理的综合得分均在环剥后35天达到峰值，这表明35天是叶片生理代谢和抗逆机制被最大激活然后趋于稳定的关键窗口期。

3.8. 环剥对猕猴桃产量和品质的影响

环剥显著调控了‘金艳’猕猴桃的生产能力和果实品质属性。所有环剥处理均一致提高了生产力，单果重增加了4.01-13.99%，单株产量增加了6.28-15.21%。值得注意的是，除轻度处理外，环剥促进了果实纵向伸长，导致果形显著更趋于圆柱形和细长。

在内在品质指标上，可溶性固形物含量表现出最普遍的改善，在所有处理中均显著增加12.49-21.19%。相比之下，干物质积累仅在双层环剥方案下得到显著增强。同样，抗坏血酸含量在大多数处理中显著上升。在风味相关因素方面，处理B4通过显著增加可溶性糖含量而表现突出，而处理A3显著提高了可滴定酸度。关键的是，决定风味的糖酸比在盛花后环剥处理下得到最有效优化，其中处理B4实现了最高的比率。

4. 讨论

光合产物是果树生长发育和产量形成的物质基础。环剥作为一种暂时中断韧皮部通路的园艺措施，通过调节“源-库”动态来优化光合同化物分配。本研究选择盛花期和盛花后10天这两个关键时间点，旨在阐明环剥对叶片衰老生理和果实品质属性的影响。

活性氧在植物细胞中扮演着双重角色，既是必需的信号分子，又在正常生理条件下维持氧化还原稳态。环境扰动会破坏这种平衡，导致过氧化氢和超氧阴离子的过度积累。本研究中，所有环剥处理均显著上调了‘金艳’猕猴桃叶片的过氧化氢和超氧阴离子水平，且积累量与环剥宽度呈正相关。从时间上看，ROS水平在环剥后35天达到峰值，但在70天时呈下降趋势。这种模式表明，虽然最初的机械损伤引发了显著的氧化爆发，但随后由于愈伤组织形成和部分韧皮部再生导致的胁迫减轻，使得ROS产生减弱。

本研究中环剥诱导的ROS积累和随后的抗氧化酶激活，被解释为一种旨在优化树体抗逆性、叶片生理功能和果实品质形成动态平衡的受控生理适应过程，而非最大化的胁迫响应。超氧化物歧化酶是植物体内抵御活性氧的第一道酶促防线。为减轻随后过氧化氢的积累，植物启动了协调的清除级联反应。过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶和过氧化物酶协同保护细胞结构免受氧化损伤。本研究发现，环剥显著增强了‘金艳’猕猴桃叶片的抗氧化酶活性，在处理后10、35和70天遵循先刺激后逐渐减弱的趋势。这表明环剥引起的机械破坏引发了氧化爆发，继而激活了植物的防御机制以清除ROS并恢复细胞稳态。

丙二醛是活性氧诱导脂质过氧化的终产物，是评估细胞氧化损伤和植物相对抗逆性的关键生物标志物。本研究结果与先前研究部分一致。在‘金艳’猕猴桃中，盛花期和盛花后早期进行的环剥诱导了叶片MDA水平的显著升高，过氧化程度与环剥宽度呈正相关，且所有处理的MDA含量整体呈现先升后降的趋势。这种最初的MDA积累表明了对机械损伤的短暂氧化应激响应，而随后的下降则反映了激活的抗氧化防御系统的清除作用以及随着伤口愈合叶片生理功能的恢复。高强度处理中MDA的持续升高仅表明一种延长的轻度氧化应激状态，而非不可逆的细胞损伤。相比之下，中等强度的环剥处理实现了更优的生理平衡。

可溶性蛋白和糖是植物中关键的渗透调节物质和信号分子。先前关于环剥生理影响的研究得出了不同的结果。本研究表明，所有环剥处理均引发了‘金艳’猕猴桃叶片中可溶性蛋白、淀粉和糖的同步积累，其中A2、A3和B4组的效果最为明显。这些结果表明，环剥诱导的韧皮部中断触发了一次代谢重编程，促进了渗透保护物质的隔离以维持细胞膨压和代谢稳态。

环剥诱导的韧皮部中断是调控猕猴桃“源-库”关系的核心生理基础，其对树体生长和果实品质的调控效应是通过碳水化合物积累、光合作用的反馈调节以及内源激素信号重配置的级联反应实现的。韧皮部是木本植物光合同化物向下转运的主要通道。环剥机械移除韧皮部组织，直接阻断了碳水化合物的向基运输，导致环剥部位上方叶片中可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白的快速积累。值得注意的是，本研究中叶片碳水化合物的积累并未引发典型的光合作用终产物反馈抑制，这是区分猕猴桃中等强度环剥与过度环剥的关键生理特征。除了碳水化合物代谢，内源激素信号重配置是韧皮部中断调控猕猴桃生长和果实品质的另一重要生理机制，且与碳水化合物积累密切耦合。需要指出的是，韧皮部中断对碳水化合物代谢和激素信号的调控作用具有时间依赖性，这解释了盛花期和盛花后10天环剥对猕猴桃的不同效应。

环剥的效果本质上由其精确的时机、位置和方法决定。通过机械阻断光合产物通过韧皮部的向基运输，策略性环剥有效地改变了植物的“源-库”分配。本研究表明，环剥对‘金艳’猕猴桃的产量和品质特征产生了深远影响。在果实形态方面，双层环剥显著促进了纵向膨大。在生化属性方面，所有环剥处理普遍提高了可溶性固形物总含量。此外，双层环剥显著增强了干物质积累。抗坏血酸的合成似乎遵循一种时间-强度互作模式。关键的是，延迟环剥在处理B4表现出在增加可溶性糖含量和优化糖酸比方面的卓越功效。

值得注意的是，由于试验材料、试验周期和初始研究设计的限制，本研究在研究范围上存在一定的局限性。树体生长动态以及叶片形态发育特性等指标未包含在原始实验观测体系中，因此在本次研究中未收集相关数据。在后续研究中，我们将延长实验观测周期，补充树体生长和叶片形态指标的测定，并结合叶片生理代谢、果实品质形成和产量性状进行多维度的系统分析。

5. 结论

本研究阐明了环剥调控猕猴桃产量和品质的生理机制。通过主成分分析，确定了两个主要的调控驱动因素：抗氧化防御系统和渗透/碳代谢调节。这些成分分别解释了盛花期处理组和盛花后10天处理组76.30%和86.48%的生理变异。综合评价优先将A2和B4视为具有最佳生理状态的处理。然而，当与农艺性能整合考虑时，B4成为最优策略。该特定方案有效地协调了叶片生理功能与树体“源-库”关系，促进了强大的养分积累和抗逆性。因此，我们推荐在盛花后10天进行双层环剥，作为提高‘金艳’猕猴桃生产力和果实品质的高效技术途径。