钙素营养调控对“台农17号”菠萝裂柄的影响及作用机理

Peduncle cracking is a noticeable problem in the production of ‘Tainong 17’ pineapple, a high-quality cultivar introduced to mainland from Taiwan. It adversely influences fruit yield and quality, and thus restricts cultivation of this cultivar to larger area. It is imperative to solve this problem with both scientific and practical significance. Based on preliminary study, calcium nutrition is considered to be related with the occurrence of peduncle cracking, but the mechanisms are unclear. Using pot and field experiments, this study aims to clarify the effects of calcium nutrition as influenced by different calcium, nitrogen and potassium supply levels on peduncle cracking and underlying physiological and molecular mechanisms, and thus to guide fertilization in the field to reduce occurrence of peduncle cracking. The main measurements during the development of peduncle include: peduncle growth and cracking rate, nutrient contents in peduncle, calcium forms and Ca2+ localization and change in peduncle cells, peduncle microstructure and cell ultrastructure change, peduncle cell wall physiological and biochemical properties and expression of related genes, calcium signal system and expression of related genes in peduncle.

“台农17号”是从台湾引进大陆的优良菠萝品种，但种植中常出现果柄开裂的问题，影响产量和品质，限制了其大面积推广，解决这一问题具有重要的科学和实践意义。课题组初步工作表明，钙素营养可能与“台农17号”裂柄有重要关系，但相关机理鲜有报道。本研究通过盆栽模拟和大田试验，以探明钙素营养丰缺与“台农17号”裂柄的关系及其生理分子机理为主线，研究不同钙和氮钾供应对植株钙素营养的调控及其对裂柄的影响，为生产实践通过施肥防治“台农17号”裂柄提供理论依据。基于上述思路，本项目在“台农17号”果柄生长发育期重点关注以下指标：果柄生长和裂柄率、果柄养分含量、果柄中钙素形态与Ca2+超微细胞化学定位、果柄组织解剖结构和细胞超微结构变化、果柄中细胞壁相关的生理生化指标及相关基因表达、果柄中钙信号系统及相关基因表达。

台农17号菠萝在生产种植中易发生裂柄现象，影响菠萝果实产量和经济效益。前人研究发现钙营养对台农17号菠萝裂柄有较大影响，而生产中氮钾钙肥施用均可能影响植株钙营养，进而影响裂柄发生，但相关作用机理尚不清楚。本项目采用盆栽模拟和田间试验相结合的方法，综合运用植物营养学、植物生理学、代谢组学等研究手段开展研究。主要研究结果如下：（1）在盆栽条件下，不同钙素营养调控措施显著影响台农17号菠萝植株生长，缺钙会显著降低植株生物量和茎中钙浓度，但并不会直接导致裂柄的发生。（2）在田间条件下，土壤交换性钙含量较低时，施用钙肥可以有效降低台农17号菠萝的裂柄率，在施钙基础上施用较高的氮钾肥不会增加裂柄率。裂柄率的高低与土壤养分没有明显的相关性，但与小果期果柄的Cu含量显著负相关，而与果柄中N/Ca比呈极显著正相关关系。与正常果柄相比，裂柄果柄的水溶性钙含量较高，伴随着细胞壁代谢、抗氧化系统等生理生化代谢发生变化，且差异代谢物变化主要发生在裂柄初期的果柄中，不同氮钾钙肥处理会通过影响这些生理生化代谢变化而间接影响裂柄率。综述所述，本研究结果探讨了不同钙素营养调控措施对台农17号菠萝植株生长与裂柄的影响，初步揭示了其裂柄的生理生化特征与代谢变化，为进一步深入阐明钙素营养调控台农17号果柄生长，其与裂柄的关系及分子作用机理提供了基础依据。