覆蓋雷竹筍籜葉碳氮代謝特征及其與竹筍食味品質(zhì)的關(guān)系*

徐 森 董亞文 陳雙林 郭子武 楊麗婷 謝燕燕

(中國林業(yè)科學研究院亞熱帶林業(yè)研究所 杭州 311400)

竹筍食味品質(zhì)是體現(xiàn)竹筍經(jīng)濟價值的重要因素，不同竹種以及同一竹種不同區(qū)域、環(huán)境條件和栽培措施下竹筍品質(zhì)差異明顯(郭子武等， 2019)。研究發(fā)現(xiàn)，土壤氯質(zhì)量濃度對雷竹(Phyllostachysviolascens‘Prevernalis’)筍呈味物質(zhì)和粗糙度物質(zhì)含量有重要影響，高氯施肥下竹筍甜味物質(zhì)含量及甜味和鮮味氨基酸比例均明顯提高，竹筍食味品質(zhì)明顯改善(楊麗婷等， 2020)。而光照與酚類和纖維類物質(zhì)的合成密切相關(guān)，遮光處理下毛竹(Phyllostachysedulis)筍單寧和纖維類物質(zhì)含量顯著降低，而竹筍的甜味明顯升高(艾文勝等， 2012)。也有研究表明，3月氣溫與厚竹(Phyllostachysedulis‘Pachyloen’)筍單寧含量呈明顯正相關(guān)，與粗纖維含量呈明顯負相關(guān)，而年降雨量影響厚竹根系吸收和竹筍生長速率，與竹筍碳水化合物等的合成密切相關(guān)(李苑等， 2018)?？梢姡瑴囟?、養(yǎng)分和土壤等環(huán)境因素對竹筍食味品質(zhì)有顯著影響，探索異質(zhì)環(huán)境下竹筍食味品質(zhì)形成機制，對于竹筍品質(zhì)改良技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用有重要參考。

雷竹隸屬竹亞科(Bambusoideae)剛竹屬，是我國優(yōu)良的筍材兼用竹種。20世紀90年代以來，依據(jù)雷竹生物學和生態(tài)學特性，浙江省杭州市臨安區(qū)和余杭區(qū)等竹產(chǎn)區(qū)推廣應(yīng)用雷竹林地覆蓋竹筍早出技術(shù)，林地覆蓋后筍期明顯提前，竹林經(jīng)濟效益顯著提高(郭子武等， 2013c)。覆蓋栽培不僅會引起雷竹林土壤養(yǎng)分、水分和土壤孔隙度等土壤理化性質(zhì)的明顯變化，同時雷竹鞭系生長區(qū)域的溫度和光照等環(huán)境條件亦會產(chǎn)生劇烈變化(Lietal.， 2017； 郭子武等， 2013b)，這種變化對立竹葉片養(yǎng)分特征(陳珊等， 2014a)、鞭根養(yǎng)分和抗性特征(時俊帥等， 2019a； 陳珊等， 2015)等的影響研究已有大量報道，但對籜葉碳氮代謝特征的影響及其與竹筍食味品質(zhì)關(guān)系的研究未見報道?；X葉是竹子分類的重要器官，著生于籜鞘頂端，是竹筍出土時最先感光器官(徐森等， 2022)，許多竹種竹筍在土中時，苦澀味輕、甜味強，但出土后，食味品質(zhì)就發(fā)生明顯變化，苦澀味明顯增強，甜味降低，這表明籜葉與竹筍食味品質(zhì)有明顯的相關(guān)關(guān)系。鑒于此，本試驗開展了自然經(jīng)營雷竹林和覆蓋雷竹林籜葉養(yǎng)分含量、碳氮代謝酶活性和竹筍食味品質(zhì)的差異探究，分析雷竹林地覆蓋對竹筍籜葉碳氮代謝特征的影響，以及與竹筍食味品質(zhì)存在密切的關(guān)系，進而探討籜葉對竹筍食味品質(zhì)的作用，為高品質(zhì)竹筍培育提供參考。

1 研究區(qū)概況

試驗地位于浙江省杭州市臨安區(qū)太湖源鎮(zhèn)(119.62°E，30.33°N)，該地為亞熱帶季風氣候，年平均氣溫15.4℃，極端高溫和低溫分別為40.2℃和-13.3℃，1月和7月平均氣溫分別為3.2℃和29.9℃，年降水量1 250～1 600mm，年日照時數(shù)1 850～1 950 h，全年平均無霜期235天，土壤為紅壤。該鎮(zhèn)雷竹資源豐富，現(xiàn)有竹林面積1萬多hm2。

2 材料與方法

2.1 樣地設(shè)置和樣品采集

2020年1月和3月，在試驗區(qū)選取立地條件一致的覆蓋(LF)和未覆蓋(LZ)雷竹試驗林各3塊，每塊試驗林面積不小于0.4 hm2，其中覆蓋雷竹林具體措施為： 11月中下旬對林地施肥和澆水，后采用有機材料雙層覆蓋法進行地表覆蓋，即下層覆蓋10cm左右稻草作為增溫材料，上層覆蓋20～30cm左右礱糠或竹葉作為保溫材料，至翌年3月自然出筍時清除覆蓋物。在各覆蓋雷竹試驗林中挖取剛露出覆蓋物的竹筍20株，共計60株覆蓋筍； 未覆蓋雷竹試驗林中挖取出土約15cm的竹筍20株，共計60株未覆蓋筍。鮮筍標記編號后放在冰盒中立即帶回實驗室。

2.2 試驗方法

2.2.1 籜葉生理指標測定 清洗竹筍樣品，并擦干表面殘留水分，每株樣筍自下而上依次選取6～8片籜葉，混合均勻后取部分鮮樣剪碎裝瓶于-80℃低溫冰箱內(nèi)保存，供測定籜葉碳氮主要代謝酶活性，另一部分鮮樣于烘箱中105℃殺青30min，再85℃烘至恒質(zhì)量，研磨成粉末用于籜葉養(yǎng)分含量的測定?；X葉蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶、中性轉(zhuǎn)化酶和酸性轉(zhuǎn)化酶活性均采用高俊鳳(2006)的方法測定，淀粉酶活性采用李合生(2007)的方法測定，谷氨酸合酶活性采用熊丹(2012)的方法測定，硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性均采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的試劑盒測定，C、N含量分別采用重鉻酸鉀容量法和凱氏定氮法(魯如坤， 2000)測定，可溶性糖和淀粉含量采用蒽酮比色法(周永斌等， 2009)測定。

2.2.2 竹筍食味品質(zhì)測定 剝?nèi)庸S筍殼，切取可食用的鮮嫩部分用粉碎機粉碎，取部分勻漿用于竹筍呈味物質(zhì)的測定； 另一部分勻漿于烘箱中60℃烘至恒質(zhì)量后用于纖維類物質(zhì)的測定?？扇苄蕴堑臏y定參照NY/T 1278—2007 銅還原碘量法(中華人民共和國農(nóng)業(yè)部， 2007)，總酸的測定參照GB/T 12456—2008滴定法(中華人民共和國衛(wèi)生部， 2008)，單寧的測定參照NY/T 1600—2008分光光度計法(中華人民共和國農(nóng)業(yè)部， 2008)，草酸的測定參照俞樂等(2002)反相高效液相色譜法，游離氨基酸的測定參照莫潤宏等(2012)日立 L-8900氨基酸分析儀方法，纖維素和木質(zhì)素的測定參照王玉萬等(1987)硫酸水解法。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 23.0統(tǒng)計軟件進行獨立樣本t檢驗，分析(α=0.05)雷竹覆蓋筍和自然筍籜葉養(yǎng)分含量、碳氮代謝酶活性及竹筍食味品質(zhì)間的差異，采用Canoco5.0軟件進行冗余分析(Redundancy analysis，RDA)對雷竹筍籜葉碳氮代謝指標和竹筍呈味物質(zhì)、粗糙度物質(zhì)的關(guān)系進行分析，采用Origin 2018進行圖表制作。

3 結(jié)果與分析

3.1 雷竹籜葉養(yǎng)分含量的覆蓋效應(yīng)

由圖1可知，覆蓋后籜葉可溶性糖、淀粉和NSC含量均顯著升高，升幅分別為22.88%、34.66%和32.55%，N含量顯著降低，降幅為17.65%，而C含量無明顯變化。以上結(jié)果表明，覆蓋對籜葉主要養(yǎng)分特征有明顯的影響，這可能與覆蓋條件下雷竹林土壤濕度、溫度和光照等環(huán)境條件的劇烈變化，從而明顯影響竹林光合產(chǎn)物的代謝利用和氮素的吸收利用等有關(guān)。

圖1 雷竹籜葉養(yǎng)分含量

3.2 雷竹籜葉碳氮主要代謝酶活性的覆蓋效應(yīng)

由表1可知，覆蓋后雷竹籜葉蔗糖合成酶、谷氨酸合酶、硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性均顯著升高，其中覆蓋筍籜葉蔗糖合成酶、谷氨酸合酶、硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性分別是自然筍的1.24、3.06、1.34和4.30倍，而籜葉蔗糖磷酸合成酶、酸性蔗糖轉(zhuǎn)化酶、中性蔗糖轉(zhuǎn)化酶和淀粉酶活性均無顯著差異。以上結(jié)果表明，覆蓋對雷竹筍籜葉碳代謝酶活性的影響總體上并不明顯，但對籜葉氮代謝酶活性有明顯影響。

3.3 覆蓋對雷竹筍食味品質(zhì)的影響

由圖2可知，覆蓋后雷竹筍可溶性糖含量和糖酸比及甜味氨基酸含量及其比例均顯著升高，升幅分別為43.64%、89.53%、82.72%和118.89%，竹筍總酸、草酸、纖維素和苦味、芳香類氨基酸含量及鮮味氨基酸含量及其比例均顯著降低，降幅分別為24.47%、32.60%、13.20%、21.10%、12.49%、68.25%和62.00%，而其他食味品質(zhì)指標間無顯著變化。以上結(jié)果表明，覆蓋栽培可以顯著提高竹筍甜味，降低竹筍苦味、酸澀味和粗糙度，明顯改善竹筍食味品質(zhì)。

表1 雷竹籜葉碳氮代謝酶活性

圖2 雷竹筍呈味物質(zhì)和粗糙度物質(zhì)

3.4 雷竹筍籜葉碳氮代謝指標與食味品質(zhì)的RDA分析

除趨勢對應(yīng)分析(detrended correspondence analysis，RDA)結(jié)果如圖3所示，雷竹筍籜葉碳氮代謝指標對竹筍食味品質(zhì)累計解釋率為87.71%，可以較好的解釋籜葉碳氮代謝指標與竹筍呈味物質(zhì)和粗糙度物質(zhì)的關(guān)系。其中，籜葉N含量與竹筍總酸、草酸、纖維素、苦味氨基酸、芳香類氨基酸含量和鮮味氨基酸含量及其比例間兩兩呈顯著正相關(guān)； 而與可溶性糖含量、糖酸比和甜味氨基酸含量及其比例間兩兩呈顯著負相關(guān)； 籜葉可溶性糖、淀粉、NSC含量則相反。蔗糖合成酶、硝酸還原酶、谷氨酸合酶、谷氨酰胺合成酶活性與竹筍可溶性糖含量、糖酸比和甜味氨基酸含量及其比例間兩兩呈顯著正相關(guān)； 而與竹筍總酸、草酸、纖維素、苦味氨基酸、芳香類氨基酸含量和鮮味氨基酸含量及其比例間兩兩呈顯著負相關(guān)； 淀粉酶、蔗糖磷酸合成酶、酸性轉(zhuǎn)化酶和中性轉(zhuǎn)化酶與竹筍食味品質(zhì)指標間無明顯相關(guān)性。說明覆蓋雷竹筍可以通過調(diào)節(jié)籜葉養(yǎng)分含量和碳氮代謝酶活性以適應(yīng)環(huán)境條件的劇烈變化，同時對竹筍呈味物質(zhì)和粗糙度物質(zhì)產(chǎn)生影響，進而影響竹筍食味品質(zhì)。

圖3 雷竹籜葉碳氮代謝指標與竹筍食味品質(zhì)的RDA分析

4 討論

植物通常按照自身物質(zhì)合成需求調(diào)節(jié)其養(yǎng)分元素的含量，植物C、N 含量反映了植物應(yīng)對外界環(huán)境條件的生態(tài)策略和適應(yīng)特征(杜堯等， 2014； 陳珊等， 2014b)。本研究中，雷竹筍籜葉N含量對覆蓋栽培的響應(yīng)敏感，而籜葉C含量無明顯變化，引起N含量顯著降低的原因可能是覆蓋栽培下雷竹生長速率加快，其干物質(zhì)含量累積較多，竹鞭和根系的養(yǎng)分傳輸能力不足以支撐其高生長速率進程，一定程度上也引起了養(yǎng)分稀釋效應(yīng)(Yangetal.， 2006； 郭子武等， 2013a)； 而C在植物體內(nèi)起骨架作用，為植物生理代謝活動提供糖類等物質(zhì)，其含量有較好的穩(wěn)定性(許雪贇等， 2018)。

NSC是植物碳供應(yīng)水平的重要度量指標，可以反映植物的生長狀況及其應(yīng)對外界環(huán)境脅迫的緩沖能力(Myersetal.， 2007)，其中淀粉是植物主要的儲備物質(zhì)，而可溶性糖是碳水化合物運輸和轉(zhuǎn)化的主要形式，可被隨時調(diào)動參與植物的生理代謝活動(郭子武等， 2015a)。本研究中，覆蓋筍籜葉可溶性糖、淀粉和NSC含量均顯著升高，說明覆蓋栽培下雷竹筍用于自身生長代謝和儲存的非結(jié)構(gòu)性碳顯著增加，竹筍生長活性增強，這可能與覆蓋條件下環(huán)境的劇烈變化和有機覆蓋物分解提高了林地土壤養(yǎng)分有效供給能力和微生物活性等密切相關(guān)(陳珊等， 2014a)?？梢?，雷竹筍主要通過調(diào)節(jié)籜葉N和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量來提高竹筍對覆蓋栽培環(huán)境的適合度。

植物蔗糖的合成和分解依賴于蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶以及蔗糖轉(zhuǎn)化酶等的協(xié)同調(diào)控，而硝酸還原酶是調(diào)控植物氮素同化速率的首個關(guān)鍵酶，谷氨酸合酶/谷氨酰胺合成酶循環(huán)是植物氮同化的代謝中心(吳能表等， 2014； Leaetal.， 2003)。本研究發(fā)現(xiàn)，雷竹覆蓋筍籜葉蔗糖合成酶活性顯著提高，一方面可能是由于覆蓋下竹筍處于避光環(huán)境，竹筍通過采取提高糖代謝的方式減少能量消耗，另一方面可能是光照不足的條件下蔗糖的生產(chǎn)和消耗加劇所致(孫恒等， 2020)。氮代謝酶活性與土壤養(yǎng)分、水分等密切相關(guān)，覆蓋栽培可以明顯提高土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮以及土壤水分含量(葉莉莎等， 2016)，進而影響籜葉氮代謝速率，這也說明覆蓋栽培可以明顯提高籜葉碳氮同化能力，尤其是氮素同化能力。

覆蓋栽培后竹筍處于避光環(huán)境，且土壤水分相對充足，筍芽處于“暗形態(tài)建成”階段，一定程度上促進糖類物質(zhì)的合成，而抑制纖維類、總酸和草酸等的合成(徐森等， 2021； 郭子武等， 2015b)； 同時覆蓋栽培下土壤養(yǎng)分、溫度等發(fā)生變化，可能影響了竹筍對氮素的吸收轉(zhuǎn)運及代謝過程，進而改變竹筍氨基酸組分含量及其比例(李明良等， 2015)。進一步分析雷竹筍籜葉碳氮代謝特征與竹筍食味品質(zhì)的關(guān)系，籜葉N含量與竹筍酸味、苦味、鮮味、粗糙類和芳香類物質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，而與竹筍甜味物質(zhì)含量呈顯著負相關(guān)，這與王榮萍等(2013)在無核黃皮(Clausenalansium)上的研究結(jié)果和哈地爾·依沙克等(2018)對灰棗(Ziziphusjujuba)的研究結(jié)果相反，其原因可能與覆蓋栽培明顯提高竹筍生長活性，導致其總生物量較高從而引起N的稀釋有關(guān)?；X葉可溶性糖、淀粉、NSC含量和蔗糖合成酶、硝酸還原酶、谷氨酸合酶、谷氨酰胺合成酶活性與竹筍甜味物質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，而與竹筍酸味、苦味、鮮味、粗糙類和芳香類物質(zhì)含量呈顯著負相關(guān)。碳代謝是碳水化合物轉(zhuǎn)化與積累的重要環(huán)節(jié)，而氮代謝是合成蛋白質(zhì)和氨基酸的主要途徑(寧宇， 2019)，覆蓋栽培下，環(huán)境水分、溫度和光照等的變化影響雷竹筍碳氮代謝效率，促進甜味物質(zhì)等合成，而竹筍出土后受光照影響，單寧和草酸等酸澀類物質(zhì)合成加劇，同時出土后竹筍組織老化速度加快，粗糙度提高(時俊帥等， 2019b)，進而導致覆蓋筍食味品質(zhì)的明顯提升。可見，雷竹筍通過調(diào)節(jié)籜葉主要養(yǎng)分含量和碳氮代謝酶活性來適應(yīng)覆蓋條件下環(huán)境的劇烈變化，從而使竹筍食味品質(zhì)也發(fā)生明顯協(xié)同變化。

5 結(jié)論

雷竹筍通過調(diào)節(jié)籜葉碳氮代謝來提高竹筍對覆蓋栽培環(huán)境的適合度，且林地覆蓋栽培下竹筍甜味明顯提高，酸澀味和粗糙度明顯降低，竹筍食味品質(zhì)明顯改善。同時，雷竹籜葉養(yǎng)分含量和氮代謝酶活性與竹筍食味品質(zhì)密切相關(guān)，覆蓋下雷竹籜葉碳氮代謝特征及竹筍食味品質(zhì)表現(xiàn)出協(xié)同變化關(guān)系。