活性炭与分子筛吸附乙烯诱导巴厘菠萝开花的研究

活性炭与分子筛吸附乙烯诱导巴厘菠萝开花的研究
刘胜辉;吴青松;张秀梅;孙伟生;孙光明
【摘要】为了开发一种新的菠萝催花方法,以200 mg/L乙烯利溶液为对照,研究了两种吸附乙烯饱和的吸附剂(活性炭和沸石分子筛)对菠萝品种巴厘的综合催花效果.结果表明:(1)活性炭吸附乙烯的能力及释放乙烯的速度极显著高于分子筛;(2)沸石分子筛与乙烯利均可诱导巴厘菠萝100％成花,活性炭处理抽蕾率为30％～60％,二者花期要比乙烯利延迟1～2 d;(3)催花后的菠萝小果数及单果重与乙烯吸附剂的投入量有关,吸附剂投放多,会降低菠萝果实的小果数及果重,0.1～0.2 g分子筛以及活性炭处理催花后所结的菠萝小果数均极显著高于对照乙烯利,单果重无显著差异;(4)分子筛及活性炭催花与乙烯利催花所结的果实在可溶性固形物、总酸和维生素C 含量上无显著差异.沸石分子筛吸附乙烯可以成功诱导巴厘菠萝开花,是一种新型的菠萝催花方法.
【期刊名称】《广东农业科学》
【年(卷),期】2014(041)010
【总页数】4页(P38-41)
【关键词】活性碳;分子筛;乙烯吸附剂;巴厘菠萝;催花
【作者】刘胜辉;吴青松;张秀梅;孙伟生;孙光明
【作者单位】中国热带农业科学院南亚热带作物研究所;海南省菠萝种质创新与利用工程技术研究中心,广东湛江524091;中国热带农业科学院南亚热带作物研究所;海南省菠萝种质创新与利用工程技术研究中心,广东湛江524091;中国热带农业科学院南亚热带作物研究所;海南省菠萝种质创新与利用工程技术研究中心,广东湛江
524091;中国热带农业科学院南亚热带作物研究所;海南省菠萝种质创新与利用工程技术研究中心,广东湛江524091;中国热带农业科学院南亚热带作物研究所;海南省菠萝种质创新与利用工程技术研究中心,广东湛江524091
【正文语种】中文
【中图分类】S668.3
菠萝是我国重要的南亚热带果树之一，具有重要的加工和鲜食价值[1]。

菠萝生育期一般为15～18个月，除了粉蚧引起的凋萎病、心腐病和金龟子外，很少有其他病虫害发生[2-5]，是热带果树中最适合进行有机栽培的果树之一。

人工催花技术可以保证菠萝市场周年均衡供应，是全球菠萝生产中的一个关键环节[6]，生产中通常采用乙烯利、电石等进行催花[7]，其中乙烯利是目前生产上最广泛应用的菠萝催花剂，价格低廉且使用安全、方便[8-11]，但是不允许在有机菠萝栽培园中使用。

尽管乙烯允许在有机菠萝栽培中使用，但是由于乙烯在水中的溶解度很低，使用乙烯催花时需要加高压，仅适合于机械化菠萝种植园，对于一般的山地菠萝种植园来说使用难度较大。

采取冰块降温可以使有些品种开花[12]，但每株菠萝需要施用500 g冰水，耗资较大，且不方便施用。

活性炭粉辅助用于菠萝的催花己有报道[12]，主要是添加在电石或乙烯利溶液中，通过活性炭短暂吸附溶解在水中的乙烯，以提高乙烯利或电石催花的效果。

由于乙烯是一种能引起凤梨科所有植物开花的气体激素[6]，利用一些特殊材料对乙烯气体的吸附及解吸附的作用，将乙烯安全有效地供应给菠萝植株，理论上可以达到催花的目的。

活性炭（Activated Carbon，简称AC）是由含碳物质制成的外观黑色、内部孔隙发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳，其性质稳定，耐酸碱、耐热，不溶于水或有机溶剂、容易再生，是一种环境友好型吸附剂[13-14]，沸石又称泡沸石，是一种结晶型的铝硅酸盐，其晶体结构中有规整而均匀的孔道，孔径为分子大
小的数量级，它只允许直径比孔径小的分子进入。

分子筛在化学工业中作为固体吸附剂，用于气体和液体的干燥、纯化、分离和回收，被其吸附的物质可以解吸，分子筛用后可以再生。

活性炭和分子筛广泛应用于工业废气的吸附，气体净化，用作乙烯吸附载体的研究也有报道[15-17]。

基于活性炭与分子筛对乙烯的吸附性能及
乙烯对菠萝的催花作用，本试验通过以上两方面的有机结合，测定了5A沸石分子筛及活性炭对乙烯的吸附性能，并将吸附乙烯的这两种材料用作菠萝催花剂，与200 mg/ L乙烯利（该浓度是夏季“巴厘”菠萝催花的最适浓度[18]）相比较，探讨了两种饱和吸附乙烯的新材料对菠萝的催花效果，试图找到一种简单有效的催花方法，以解决有机菠萝生产中关键的催花技术难题。

1.1 试验材料
本试验于2010年6月15日在中国热带农业科学院南亚热带作物研究所菠萝基地进行，供试品种为14月龄“巴厘”菠萝。

选取生长势一致、株高30 cm以上、
叶片达35片的植株作为催花材料，催花前1个月不施氮肥。

乙烯利为40%水剂，由上海彭浦化工厂生产。

5A沸石分子筛由上海分子筛有限公司生产，颗粒状果壳活性炭由苏州佳联活性炭公司生产。

塑料壶（带有进气口和出气口，其中进气口带有管道直插入壶底部，且进气口与出气口在外部有一活动软管相连，密封性好）由上海泽泉科技有限公司提供。

乙烯气体纯度为99%，由广东省佛山市梅塞尔气体
有限公司提供。

1.2 试验方法
1.2.1 催花用分子筛和活性炭制备先将分子筛和活性炭分别装入塑料桶中，装量大
约为桶的1/3，盖上盖子，缓慢通入乙烯气体，同时不断晃动分子筛和活性炭，直至吸附平衡，然后装入试剂瓶中，密封备用。

1.2.2 乙烯含量和释放量测定（1）乙烯含量测定：1分子乙烯利完全分解后可以释放1分子乙烯，计算公式如下：
式中，C为乙烯利摩尔浓度（mol/L），V为使用体积（mL）。

活性炭与分子筛
各取0.1 g，装入容积为20 mL的顶空进样瓶中，利用乙烯在水中溶解度很低的
特点，加入2 mL水，密闭5 min后，所吸附的乙烯全部释放出来，测得乙烯的
量即为活性炭与分子筛所吸附的全部质量。

（2）乙烯释放量测定：取200 mg/L乙烯利溶液2 mL、分子筛和活性炭各0.1～0.3 g，密闭5 min。

测定上述材料所释放乙烯的量。

乙烯定量方法按文献[18]方
法测定。

1.2.3 催花方法于傍晚进行，将已经吸附好乙烯的分子筛和活性炭，分别以不同的投入量（表1）准确投入至菠萝植株心部。

对照为200 mg/L的乙烯利溶液，每株灌心30 mL。

每处理20株，重复3次。

1.3 数据采集及统计
统计抽蕾日期和抽蕾率。

1/3小果黄时采收果实，测定单果重，小果数，可溶性固形物含量。

调查结果采用DPS数据处理系统进行分析。

2.1 不同处理材料的乙烯释放量
本试验中，每株菠萝催花用乙烯利30 mL，所用浓度为200 mg/L，根据计算公式，得出对照所使用的乙烯利完全分解时可释放出0.52 mg。

活性炭吸附乙烯为62.53 mg/g，5A分子筛吸附乙烯总量为13.68 mg/g。

活性炭吸附乙烯的能力极显著高于分子筛，两者所吸附的乙烯总量要显著高于乙烯利全部分解所产生的乙烯量。

乙烯利在水中释放速度极为缓慢，为0.49 μg/min，活性炭释放乙烯的速度极显著
高于分子筛。

在密闭环境中，乙烯释放量与活性炭重量成正相关，与分子筛重量则无线性关系，0.2与0.3 g分子筛所释放的乙烯量无显著差异，可能是由于分子筛
之间存在相互的解吸与吸附过程，而活性炭之间这种关系较弱，尽管乙烯在活性炭中的吸附量非常大，但一旦解吸很难再吸附。

2.2 不同处理对菠萝抽蕾率和抽蕾时间的影响
抽蕾率高低是衡量菠萝催花成功与否的重要指标，直接影响菠萝的产量。

试验结果表明，0.1～0.3 g吸附乙烯饱和的分子筛和200 mg/L乙烯利均可诱导“巴厘”
菠萝100%的成花。

活性炭处理的成花率与活性炭加入量有关，但最高只有60%，达不到商业生产的技术要求。

乙烯利处理的菠萝抽蕾要比分子筛与活性炭的要提早1～2 d。

巴厘作为一个对乙烯利（乙烯）催花敏感的菠萝品种[11]，不能被吸附乙烯饱和的活性炭成功催花，说明活性炭作为乙烯吸附载体不适用于菠萝催花。

2.3 不同催花处理对菠萝果实品质的影响
对3种催花方法共7个处理催花后，所结的果实进行了可溶性固形物、总酸、维
生素C测定，结果表明，活性炭0.1g处理所得的小果数最高。

除分子筛0.3 g处理外，其他处理所结菠萝果实的小果数均极显著高于对照乙烯利处理，但是单果重之间不存在显著差异，活性炭与分子筛催花的效果与吸附剂的使用量有关，随着用量的增加，菠萝的单果重及小果数减少，各处理间在总酸、可溶性固形物、维生素C含量上无显著差异。

分子筛与活性炭均有较强的吸附乙烯的能力，且能快速释放乙烯。

活性炭吸附能力及释放速度极显著高于分子筛，乙烯利释放乙烯的速度十分缓慢，但催花后花期会提早2 d。

分子筛0.1～0.3 g处理可诱导100%成花，0.1～0.3 g活性炭处理抽蕾率很低，为30%～60%，达不到商业生产要求。

催花后的菠萝小果数及单果重与
乙烯吸附剂的投入量有关，吸附剂投放越多，所结果实的小果数及单果重越低，0.1～0.2 g的分子筛和活性炭处理催花后所结的菠萝小果数均极显著高于对照乙
烯利，单果重则无显著差异。

分子筛及活性炭催花与乙烯利催花所结的果实在可溶性固形物、总酸和维生素C含量上无显著差异。

活性炭与分子筛在果蔬保鲜上已有广泛运用，如在活性炭中加入高锰酸钾可将其吸附的乙烯再通过高锰酸钾氧化成二氧化碳，达到清除乙烯的目的。

李德伏等[19]报道活性炭的吸附性能要优于5A及13X的沸石分子筛。

本试验中活性炭的吸附性
能确实比沸石分子筛强。

但是催花效果不如分子筛，可能是由于其解吸速度快，导致乙烯很快散发在空气中。

乙烯利即使全部分解释放出乙烯，其含量也远远低于分子筛和活性炭，在本试验中，乙烯利释放乙烯的速度为0.49 μg/min，极显著低
于活性炭，但仍然有非常好的催花效果，且花期提早1～2 d。

可见，乙烯的释放
速度与持久性才是关键。

刘胜辉等[20]研究表明，乙烯利对“珍珠”菠萝催花存在最佳浓度，当乙烯利超过最佳浓度时会影响菠萝的小果数及单果重。

本试验中，活性炭与分子筛用于菠萝催花的效果与分子筛投入量有关，可能是由于乙烯吸附量与吸附剂的量成正相关；分子筛0.3 g/株催花所结果实小果数及单果重要低于0.1 g，说明吸附了乙烯的分子筛对菠萝植株催花的原理及催花效果与乙烯利相似，即乙烯浓度存在最佳值，如果乙烯量超过了最适浓度，小果数及单果重会下降。

0.1～0 .2 g的5A分子筛饱和吸附乙烯后可以100%地诱导“巴厘”开花，且处理后综合效果显著优于对照。

由于该分子筛的平均质量为0.05 g/颗，使用时只需将2～4颗分子筛投入植株心部，即可诱导“巴厘”品种100%成花，使用过程中不
需加水。

由于我国云南、广西的菠萝产区均为旱坡地，用乙烯利或电石催花均需要人工远距离运水，运用此方法对菠萝进行催花，可以节省大量劳力。

更为重要的是，其符合有机菠萝生产过程中对菠萝催花的要求。

【相关文献】
[1]广东省农科院果树研究所.菠萝及其栽培[M].北京:轻工业出版社,1987:4-5.
[2]罗志文.海南省菠萝主要病原真菌鉴定及病原病毒多重RT-PCR检测体系的建立[D].海口:海南大学,2011.
[3]孙伟生,窦美安,蒋晶,等.海南菠萝病虫害发生情况调查初报[J].中国植保导刊,2010(5):30-32.
[4]张妮,陈泽坦,张小冬,等.我国菠萝病虫害及其防治[J].中国南方果树;2009,38(3):52-55.
[5]何衍彪,詹儒林,赵艳龙.菠萝粉蚧及菠萝凋萎病研究进展[J].广东农业科学,2007(2):47-50.
[6]Getúlio Augusto Pinto da Cunha.Applied aspects of pineapple
flowering[J].Bragantia,2005,64(4):489-516.
[7]Cunha G A P.Controle da época de p rodu c，do abacaxizeiro[J].Informe
Agropecuário,Belo Horizonte, 1998,195(19):29-32.
[8]刘荣光,刘安阜，彭宏祥，等.菠萝高产栽培技术[M].南宁：广西科学技术出版社,1999:52-53.
[9]黄隆军.提高菠萝催花抽薹率研究[J].中国南方果树,2003,3 (4):41-42.
[10]石兰蓉,吴岚芳,徐立,等.乙烯利促进观赏凤梨花芽分化的生理机制初探[J].热带农业科
学,2005(1):149-160.
[11]Chan Y K.Breeding Horticultural Crops@MARDI[M].Kuala Lumpur:Malaysian Agriculture Research Development Institute,2008:215.
[12]Subbiyan M,Ling Y S,Murugan L.Forced flowering of pineapple(Ananas comosus cv.Tainon17)in response to cold stress,ethephon and calcium carbide with or without activated charcoal[J].Plant Growth Regulation,2010,60(2): 83-90.
[13]安鑫南.林产化学工艺学[M].北京:中国林业出版社,2002: 412-418.
[14]张世润.活性炭工艺学[M].哈尔滨:东北林业大学出版社, 2002:54-62.
[15]李菲菲,桂兴华,刘道胜,等.乙烯在丝光沸石和改性丝光沸石孔道内的吸附行为[J].物理化学学报,2008,24(4):659-664.
[16]赵莹,崔秉鸿,赵军.13X沸石分子筛的改性并用于脱除空气中微量乙烯的研究[J].山东化
工,2006,35(2):4-6.
[17]曾来,刘克万,辜敏,等.气体分离用碳分子筛吸附剂的制备研究进展[J].碳素技术,2007,26(3):26-31.
[18]刘胜辉.菠萝〔Ananas comosus（L.）Merril〕花芽分化及乙烯利催花技术研究[D].湛江:广东海洋大学,2009.
[19]李德伏,王金渠.活性炭的改性及对乙烯的吸附性[J].石油化工,2001,30(9):677-680.
[20]刘胜辉,臧小平,孙光明.乙烯利对珍珠菠萝综合催花效应研究,2009(8):78-80.。