不同疏果处理下香草兰果荚脱落及其内源激素含量变化研究

顾文亮等

摘 要 香草兰果荚发育中存在严重的果荚脱落现象，对香草兰果荚脱落情况及其內源激素含量变化进行探讨，以期解决目前生产上果荚脱落率高的问题。设疏果后保留1个、8～10个香草兰果荚以及未疏果共3种处理，从果荚发育至脱落的60 d内分期取材，采用酶联免疫法分别测定各处理果荚中生长素（IAA）、赤霉素（GA）、玉米素核苷（ZR）和脱落酸（ABA）的含量。结果表明：3种处理的果荚脱落率与保留果荚数目呈正相关； IAA和ZR的含量在前期较高，ABA的含量在中、后期较高，GA的含量一直维持在较低的水平；较高的IAA/ABA 和（IAA+GA+ZR）/ABA比值有利于控制果荚脱落；疏果处理有利于坐果的激素平衡，而保留过多的果荚则不利于形成激素平衡。本研究可为解决生产中的香草兰落荚问题提供理论依据和技术方法。

关键词 香草兰；果荚脱落；內源植物激素

中图分类号 S682.31，S311 文献标识码 A

Abstract Pod abscission in Vanilla is very serious during pod development. In order to solve this problem， the changes of endogenous plant hormones and pod abscissions under different fruit load were examined in this study. Three levels of fruit load after pollination were set by fruit thinning i.e. 1，8-10 and all vanilla pods were retained as control. The contents of IAA，GA，ZR and ABA in pods from day 0 to day 60 after pollination were measured using enzyme-linked immunoassay. The results showed that the pod abscission rates of three fruit load treatments were positively correlated with the numbers of pods that retained. The contents of IAA and ZR were higher in earlier stage. while ABA content was higher in the middle and late stage，and GA content maintained a relatively low level.The higher ratio of IAA/ABA and（IAA+GA+ZR）/ABA were related to less pod abscission. Proper adjustment of fruit load may generated a hormone balance for pod retention. This study will provide theoretical basis for solving the problem of vanilla pod abscission during its production.

Key words Vanilla planifolia Andrews；Pod obscission；Endogenous plant hormones

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.03.018

墨西哥香草兰（Vanilla planifolia Andrews）是兰科（Orchidaceae）香草兰属（Vanilla）的热带攀援藤本植物，具有长势快、产量高和果荚品质好等特点，其栽培面积占世界香草兰栽培总面积的90%以上[1]。根据联合国粮食及农业组织（FAO）统计数据，墨西哥香草兰的总种植面积在8万hm2以上，鲜豆荚的总产量可达9 000 t[2]。墨西哥香草兰豆荚经发酵生香加工后含有250多种挥发性芳香成分，可用于香烟、名酒、茶叶及香水等高端的食品和化妆行业中，仅发酵后的豆荚年产值就可达20亿美元[3]。中国于20世纪60年代初从国外引种墨西哥香草兰，目前在海南和云南等地有一定的种植面积，且取得了较高的经济效益[4]。近年来，随着海南国际旅游岛的建设以及海南国际香岛的规划，中国香草兰产业的发展正处于一个新的上升阶段[5]。

在国内外的香草兰生产实践中发现，香草兰存在着严重的授粉后果荚脱落现象，其落荚率可达40%～60%[6]。根据香草兰产量的通径分析，果荚脱落是影响香草兰果荚产量的主要因素[7]。香草兰的花经人工授粉后，其果荚在35 d内迅速生长发育，至45 d时果荚基本定形并停止生长，此时果荚出现大规模的脱落现象。香草兰果荚在脱落前先是表皮失去光泽并棱角明显，而后果荚末端或基部出现黄化，同时在果荚与果柄的连接处发生离层脱落[8]。当前的研究一般认为，香草兰的落荚主要是由于植株内部的营养生长与生殖生长不平衡而导致的生理性落果，此外，光照直射、荫蔽度过大、高温降雨和幼荚染病等因素都会导致香草兰果荚脱落[9]。植物体的花、叶和果等器官脱落过程受到众多因素的诱导，而所有外在因素的诱导均是通过一系列内在因素实现的[10]。内源植物激素在植物器官的脱落过程中起着重要的作用，其中乙烯起着诱导脱落的作用，而生长素则通过与乙烯相拮抗起着抑制脱落的作用，内源植物激素之间通过相互作用构成了复杂的调控网络[11]。在国内外的香草兰果荚脱落研究中，多集中于利用外源人工生长素2，4-D控制落荚的栽培措施，而关于香草兰果荚发育至脱落过程中的内源植物激素研究尚处于空白。本研究拟通过分析内源植物激素在香草兰果荚发育至脱落过程中的变化特征，为解决生产中的香草兰落荚问题提供理论依据和技术方法。

1 材料与方法

1.1 材料

供试植株为生长3 a以上的墨西哥香草兰（V. planifolia Andrews），种植于海南省万宁市南桥六甲的中国热带农业科学院香料饮料研究所基地中，均在荫蔽条件下露地栽培。

1.2 方法

1.2.1 试验处理与采样 设3种保留香草兰果荚数量的处理：处理1（ET-1）为香草兰花序上授粉1朵花后保留1个果荚；处理2（ET-2）为香草兰花序上授粉8～10朵花后保留8～10个果荚；处理3（ET-3）为在香草兰花序上连续对全部花朵授粉后保留全部的果荚即13个以上的果荚。在授粉后的10～60 d内，每隔10 d于3种处理中各选6株香草兰供试植株，每株上均只处理1个花序；同时，每隔10 d对上述3种处理中的香草兰果荚进行取样。以未经任何疏花疏果处理的在40～50 d时自然脱落的果荚为对照，将其中的內源激素含量与同时期3种处理下的未脱落果荚进行对比。每种处理分别从不同香草兰植株上取6个以上的果荚，用液氮快速冷冻后放入-80 ℃超低温冰箱中保存。

1.2.2 果荚脱落的观测 设置3种保留香草兰果荚数量的处理，处理1（ET-1）、处理2（ET-2）和处理3（ET-3）同上。3种处理均设置3个试验小区，试验小区内均随机设3个处理，各个试验小区内的每个处理选30株香草兰供试植株，每株上均只处理1个花序。在授粉后的60 d时分别统计不同试验小区内3种处理的果荚脱落率。

1.2.3 果荚內源激素含量的测定 采用酶联免疫吸附测定法（ELISA）分别测定各处理的香草兰果荚中生长素（IAA）、赤霉素（GA）、玉米素核苷（ZR）和脱落酸（ABA）的含量，植物激素含量测定试剂盒购自中国农业大学。（1）称取0.5 g香草兰组织样品，加入2 mL样品提取液，在冰浴下研磨成匀浆，转入10 mL离心管中，再用2 mL提取液分2次将研钵冲洗干净，将冲洗液一并转入离心管中，摇匀后置于4 ℃冰箱中提取4 h，在3 500 r/min下离心8 min，取上清液；（2）于沉淀中加1 mL提取液并搅匀，置于4 ℃中再提取1 h，同条件下离心8 min，合并上清液并记录体积；（3）将上清液过C-18固相萃取柱后转入5 mL离心管中，用氮气仪吹干，除去提取液中的甲醇后即为植物激素样品，用2 mL样品稀释液定容，将其置于-20 ℃中封口保存；（4）按照试剂盒说明书，通过竞争、洗板、加二抗、洗板、加底物显色、比色等步骤分别测定各激素含量。

1.3 数据处理

运用Excel 2010软件处理试验数据与图表，采用SPSS 20.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 果荚脱落率的观测

由表1可知，处理1、处理2和处理3的平均果荚脱落率分别为41.11%、52.34%和64.48%。香草兰的果荚脱落高峰期一般在授粉后40～50 d之间，在60 d后果荚基本停止脱落，由此可见处理1的果荚脱落率最低，处理2的果荚脱落率较高，处理3的果荚脱落率最高，且3种处理间的平均果荚脱落率均呈显著差异。

2.2 不同疏果处理下果荚的內源激素含量变化特征

2.2.1 IAA含量的变化特征 由图1可知，在香草兰的果荚发育过程中，在授粉10、20 d时处理3的IAA含量与处理1、处理2间呈显著差异，但处理1与处理2之间无显著差异；在30、50 d时处理1与处理2、处理3间均呈显著差异，但处理2与处理3之间均无显著差异；在40、60 d时3种处理之间无显著差异。在10、20 d的幼果荚期，处理3由于授粉果荚数量多，故其果荚中的IAA含量显著高于处理1和处理2。

2.2.2 GA含量的变化特征 由图2可知，在香草兰的果荚发育过程中，在授粉10 d时处理3的GA含量与处理1、处理2间呈显著差异，但处理1和处理2之间无显著差异；在20 d时处理1、处理2与处理3间均呈显著差异，但处理1和处理2之间无显著差异；在30、40 d时3种处理之间均呈显著差异；在50 d时处理1与处理2、处理3间呈显著差异，但处理2和处理3之间无显著差异；在60 d时处理3与处理1、处理2间呈显著差异，但处理1和处理2之间无显著差异。GA具有刺激果实生长，提高结实率的效果，故处理1的未脱落果荚中的GA含量均显著高于处理2和处理3，且落荚率越低则GA含量越高。

2.2.3 ZR含量的变化特征 由图3可知，在香草兰的果荚发育过程中，在授粉10 d时处理3的ZR含量与处理1、处理2间呈显著差异，但处理1和处理2之间无显著差异；在20 d时处理1、处理2与处理3之间均呈显著差异，但处理1和处理2之间无显著差异；在30 d时处理1与处理2、处理3间均呈显著差异，但处理2与处理3之间无显著差异；在40、50 d时3种处理之间均无显著差异；在60 d时处理1、处理3与处理2间均呈显著差异，但处理1和处理3之间无显著差异。在授粉10 d的幼果荚期，处理3由于授粉果荚数量多，故其果荚中的ZR含量显著高于处理1和处理2。

2.2.4 ABA含量的变化特征 由图4可知，在香草兰的果荚发育过程中，在授粉10 d时处理3的ABA含量与处理1、处理2间均呈显著差异，但处理1和处理2之间无显著差异；在20 d时处理1与处理2、处理3间均呈显著差异，但处理2与处理3之间无显著差异；在30、40、50 d时3种处理之间无显著差异；在60 d时处理3与处理1、处理2间均呈显著差异，但处理1和处理2之间无显著差异。

2.3 脱落果荚与未脱落果荚的內源激素含量对比分析

由表2可知，处理1的内源IAA含量显著高于脱落果荚，但处理2、处理3与脱落果荚之间均无显著差异。处理1、处理2和处理3的内源GA含量均显著高于脱落果荚。处理1、处理2和处理3的内源ZR、ABA含量均显著低于脱落果荚。脱落酸具有促进果实脱落的效果，故3种处理的未脱落果荚中的ABA含量均显著低于脱落果荚。

2.4 不同疏果处理下果荚的內源激素比值变化特征

2.4.1 IAA与ABA的比值变化特征 由图5可知，在香草兰的果荚发育过程中，在授粉10、60 d时3种处理的 IAA/ABA比值之间无显著差异；在20 d时3种处理之间均呈显著差异；在30 d时处理1与处理2、处理3间呈显著差异，但处理2与处理3之间无显著差异；在40 d时处理3与处理1、处理2间呈显著差异，但处理1与处理2之间无显著差异；在50 d时处理1与处理2、处理3间呈显著差异，但处理2与处理3之间无显著差异。

2.4.2 IAA、GA、ZR总和与ABA的比值变化特征 由图6可知， 在香草兰的果荚发育过程中，在授粉10 d时处理1、处理2和处理3的（IAA+GA+ZR）/ABA比值之间均无显著差异；在20、60 d时处理1、处理2和处理3之间均呈显著差异；在30 d时处理1与处理2、处理3间呈显著差异，但处理2和处理3之间无显著差异；在40 d时处理3与处理1、处理2间呈显著差异，但处理1与处理2之间无显著差异；在50 d时处理1与处理2、处理3间呈显著差异，但处理2与处理3之间无显著差异。

2.5 脱落果荚与未脱落果荚的相关內源激素比值对比分析

将授粉后50 d的脱落果荚与未脱落果荚中的相关内源激素比值进行比较。由表3可知，此时处理1、处理2和处理3的IAA/ABA比值均显著高于脱落果荚。另外，处理1、处理2和处理3的（IAA+GA+ZR）/ABA比值也均显著高于脱落果荚。

3 讨论与结论

植物体的花、叶和果等器官脱离母体过程是植物界普遍发生的生理现象，落花与落果问题是影响多数作物产量与品质的重要因素[12]。器官脱落过程受到众多因素的诱导，而所有外在因素的诱导均是通过一系列内在因素实现的。内源植物激素通过信号转导引发生理生化反应，从而调控植物的器官脱落过程[13]。在本研究中，授粉后10 d的幼果荚期，果荚生长迅速且细胞分裂旺盛，与果荚中的IAA和ZR含量较高相对应；授粉40 d后的果荚稳定期，果荚生长停止且细胞分裂停止，处理2和处理3果荚中的IAA和ZR含量均有所下降；授粉后50 d的果荚脱落期，脱落果荚中的ABA含量显著高于尚未脱落的正常果荚，但脱落果荚中的GA含量显著低于尚未脱落的正常果荚。另外，在本研究中也发现，IAA和ABA的绝对含量比GA和ZR的绝对含量高出许多，这说明IAA、ABA和GA分别在香草兰的果荚发育至脱落的不同时期起着关键作用。内源植物激素对器官脱落的调控是一个复杂的过程，在该过程中某一激素的消长及其含量的变化仅仅只是一方面，而内源植物激素的相互平衡及其相互的协同作用则显得更为重要[14]。在本研究中，授粉后50 d的果荚脱落高峰期，尚未脱落的正常果荚的IAA/ABA和（IAA+GA+ZR）/ABA比值均显著高于脱落果荚，这说明IAA/ABA和（IAA+GA+ZR）/ABA的激素平衡对果荚的脱落发挥了重要作用。

在前期的香草兰果荚脱落研究中，周如潺等[15]发现，在授粉后15～25 d用2，4-D涂抹果荚末端能够控制果荚脱落；也有研究发现，在末花期人工喷雾2，4-D能够控制果荚脱落[16]。但在长期的生产实际中发现，香草兰的花期较长，且同一植株的不同花序上的花发育也不同步，在授粉后人工涂抹的方式仅适合小范围使用，而在末花期进行人工喷雾往往已经错过果荚脱落高峰期，且容易造成药害。因此，在香草兰生产种植上通常采用控花疏果的防脱落栽培措施[17]。通过人为控制香草兰的授粉果荚数目，结果发现保留全部果荚的脱落率最高，处理2即保留8～10个果荚的脱落率次之，处理1即保留1个果荚脱落率则最低。在本研究中，处理3的IAA和ZR含量在授粉10 d时均显著高于处理1和处理2，这说明保留数量过多的果荚使得香草兰植株在前期消耗大量营养，用来合成大量的生长素类和细胞分裂素类激素；在授粉50 d时，处理2和处理3的IAA/ABA和（IAA+GA+ZR）/ABA比值均显著高于脱落果荚（对照），但又显著低于处理1，这说明后期IAA/ABA和（IAA+GA+ZR）/ABA的激素平衡与果荚脱落率呈负相关关系，比值越高则果荚的脱落率越低。

目前，在香草兰的生产种植上一般采用保留8～10个果荚的控花疏果措施，但较少采用喷施外源植物生长调节剂的保果措施。香草兰通常在3月初花期和5月末花期时由于花序分化的质量不高而导致成花数目较少，而且为了避免营养竞争，在每株香草兰上保留的花序数目也不宜过多。故笔者认为，应根据香草兰在当年的开花情况，人为抹去在3月初和5月底萌发的花序，在每株香草兰上仅保留2～3个花序，并在每个花序上授粉保留8～10个果荚。同时，结合本研究结果，笔者建议在4月中旬适量人工喷施含生长素和赤霉素的外源植物生长调节剂，以期达到控制果荚脱落的目的。目前，喷施生长素和赤霉素的含量以及喷施的时期尚需进行深入研究，这也是本研究下一步的研究方向。

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