钙试剂处理对早期榛子果实发育与成果率的影响

陈龙涛 杨博文 王迎男 樊明寿*

(1.内蒙古农业大学农学院，呼和浩特 010018； 2.吉林师范大学生命科学学院，四平 136000)

榛子是世界四大坚果之一，具有较高的营养价值和经济价值，在中国有着较大的种植面积[1～2]，东北地区是我国传统的榛子种植产区，主要集中在辽宁、吉林及黑龙江三个省份[3]。榛子开花授粉期大约在每年的3月下旬至4月上旬，雌花与雄花同时开放，通常以风媒方式完成授粉受精作用，8月中下旬至9月上旬榛子果实成熟并收获，由于榛子具有特殊的受精生物学习性，在果实发育早期频繁出现败育[4～5]，败育果实最终导致落果，直接影响收获产量[6]，严重影响着东北地区榛子种植业的经济效益，阻碍了东北榛子种植业的可持续发展。

钙(Ca2+)是植物生长发育过程重要营养元素，作为第二信使在植物信号传导过程中承担着细胞生长分化等过程的调控[7]，同时在受精过程中影响着花粉管及雌蕊的发育[8]。EGTA是Ca2+的专一性螯合剂，通过与植物细胞中Ca2+鳌合而降低植物细胞中参与代谢的Ca2+[9]。Friedman等研究发现对牵牛花子叶施加EGTA可抑制其开花等生长发育及生理生化反应[10～11]，但近些年的研究中关于EGTA对植物生长发育的影响报道相对较少。

近几年，我国在榛子研究方面进步显著，通过引种及优良品系的选育已经从过去的野生资源利用向园艺化栽培模式过渡，但从营养角度精细化研究榛子高产栽培在较多方面尚为薄弱[3,12]。本试验在盛花期喷施适宜浓度外源钙试剂CaCl2溶液和EGTA溶液，在早期幼果形期及收获期对果实的发育进行研究，以期寻求钙对榛子果实发育的影响，最终挖掘促进榛子果实发育的有效因子及有效调控措施，为提高榛子的种植产量提供的理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2015年在吉林省四平市山门镇榛子试验园区东经124°30′16″，北纬43°09′20″进行。平均年降水量572.8 mm，全年平均气温5.9℃，土壤类型为暗棕土壤。试验材料为当地主栽品种达维和薄壳红两个品种，供试树体10年生，株高2.5～3.0 m，株行距约为3.0 m×4.0 m，种植密度为840 株·hm-2，选择长势良好，树形较为一致的进行处理。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验设计

2015年，在四月初(榛子雄花未开放时)采集适当雄花枝条进行实验室温室培养，花枝底端分别浸泡于清水中，置于温度25℃、光照强度为3 000 lx、光周期为16 h(光照)/8 h(黑暗)的GXG-160型智能光照培养箱(北京北方科仪)中进行催花培养。雄花开始散粉，用硫酸纸进行花粉收集，在室内自然干燥后置于4℃冰箱保存，待雌花开花后施于雌花柱头上，并检测花粉萌发率[13]。对雌花序进行人工授粉并挂牌标记，并每隔3 d进行CaCl2溶液及EGTA溶液喷施处理，共计3次，以滴水为度。每个处理选择长势良好，树形较为一致的榛子树6株进行喷施，CaCl2的浓度为20 mmol·L-1(T1)，EGTA的浓度为20 mmol·L-1(T2),以清水作为对照(CK)。在花后幼果发育关键期及果实成熟期进行采样测定。

1.2.2 钙试剂处理果实直径及含量的测定

榛子花粉萌发后25 d形成早期子房，30 d左右正常子房和败育子房出现明显差异，40 d时败育子房停止生长开始脱水萎蔫[14]。在花后30及35 d每个处理随机采取30个幼果，通过厦门麦克迪奥公司生产的SMZ-168型解剖显微镜及显微标尺对榛子幼果直径进行测量求平均值。通过北京核仪器厂生产的BH1324A型X-射线能谱仪对榛子幼果中钙元素含量进行测定，3次重复。

1.2.3 钙试剂处理的果实数量特征统计

在果实成熟期，采收挂牌标记的全部剩余果簇,进行果簇的果实数量及果实败育率统计。每个果簇中果实败育率(%)=每个果簇中败育果实数量×100%/(每个果簇中平均果实数量+每个果簇中败育果实数量)，重复3次。通过美国SAS软件公司开发的SAS 8.01统计分析软件进行显著性差异分析。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2016和SAS 8.01对试验数据进行统计分析，并运用邓肯氏检验法进行显著性差异(P<0.05)检验。

2 结果与分析

2.1 钙试剂处理对榛子幼果直径变化的影响

T1处理的两个榛子品种在花后30 d幼果直径与CK处理相比分别增长了12.63%和14.13%，且达到显著差异水平；T2处理的两个品种榛子的幼果直径小于CK处理，分别减少了11.58%和13.04%(P<0.05)(表1)。在榛子花后35 d对幼果直径进行测定，发现不同钙试剂处理榛子幼果直径差异变化表现出与花后30 d差异变化一致，T1处理的两个榛子品种幼果直径与CK处理比分别增长了10.94%和15.18%；T2处理的两个品种榛子的幼果直径分别小于对照处理15.63%和13.39%，且均达到显著差异(P<0.05)(表1)。

表1 氯化钙和EGTA处理对榛子幼果直径变化的影响Table 1 Effects of Calcium Chloride and EGTA treatment on diameter of hazelnut young fruit

2.2 钙试剂处理对榛子幼果钙含量的影响

T1处理的两个榛子品种在花后30和35 d对幼果含钙量测定发现其元素质量分数和原子百分数均高于CK处理，且均呈现显著性差异,花后30d达维分别提高了27.2%和9.7%，薄壳红分别提高44.63%和26.67%,花后35 d达维分别提高了25.13%和28.13%，薄壳红分别提高40.61%和39.09%(P<0.05)(表2)。相反，T2处理的两个榛子品种其幼果中钙元素质量分数和钙原子百分数均低于CK处理，不同处理间达到显著性差异，花后30 d达维分别降低了9.74%和26.87%，薄壳红分别降低了13.76%和12.38%,花后35 d达维分别降低了26.8%和17.86%，薄壳红分别降低了26.06%和12.18%(P<0.05)(表2)。

表2 氯化钙和EGTA处理对榛子幼果钙含量的影响Table 2 Effects of Calcium Chloride and EGTA treatment on calcium content of hazelnut young fruit

2.3 钙试剂处理对榛子果簇成果率的影响

T1处理的两个品种果簇的平均果实数量明显高于CK处理，分别提高46.53%和30.22%，且两品种均呈现显著差异水平；T2处理的两个品种果簇的平均果实数量明显低于CK处理，分别降低24.9%和23.38%，且差异显著(P<0.05)(表3)。对成熟期两品种的平均果实败育数量进行统计得出，T1处理的平均果实败育率低于CK处理，分别降低18.82%和12.16%，且差异显著；T2处理的两品种平均果实败育率高于CK处理，分别提高10.07%和9.41%，且达到显著差异水平(P<0.05)(表3)。

表3 氯化钙和EGTA处理对榛子果簇成果率的影响Table 3 Effects of Calcium Chloride and EGTA treatment on the yield of hazelnut clusters

2.4 幼果含钙量与成熟期成果率的关系

两个品种榛子幼果钙元素的质量分数及原子百分数与榛子果实成熟后的果簇的平均果实数量呈显著正相关关系，其中薄壳红品种幼果钙元素的质量分数及原子百分数与果簇的平均果实数量呈极显著正相关关系。相反，对榛子幼果钙元素的质量分数及原子百分数与榛子果实成熟后的平均果实败育情况进行相关分析发现，两个品种幼果钙元素的质量分数及原子百分数与榛子果实成熟后的平均果实败育率呈显著负相关关系，其中薄壳红品种幼果钙元素的质量分数及原子百分数与成熟期平均果实败育率呈极显著负相关关系。

图1 榛子幼果含钙量与成熟期成果率的关系Fig.1 Relationship between the calcium content of hazelnut fruit and the yield of maturity

3 讨论

钙元素是植物生长所需的重要矿质元素，是参与完成植物体内各种代谢的重要因子之一[15]，是植物细胞分裂所必需的成分，而且是促进碳水化合物转运、转化以及其他营养元素吸收代谢的功能元素，因此它能有效地促进植物生长[16～18]。同时也是调节植物体内激素及环境信号传导的第二信使，它在植物生长发过程中具有着中心调控地位[19～21]。李贺等在Ca2+对蒜苗的生长研究中发现Ca2+能显著促进青蒜苗各生长期的生长[22]，同时Ca2+也能够显著提高花生植株的株高和鲜重[23]。本试验通过在花期喷施CaCl2溶液及EGTA溶液处理与喷施清水作对照发现，喷施CaCl2溶液能够促进榛子幼果生长，喷施EGTA溶液能够抑制幼果的生长，说明Ca2+促进了榛子幼果的生长。这与张逸等研究得出的适量施钙可显著促进大葱生长的结论一致[24]。本试验通过测定榛子花后30及35 d幼果含钙量可以得出喷施适量的Ca2+可以提高幼果的含钙量，与于会丽等研究得出的喷施钙肥能够增加桃叶片和果肉钙含量较为一致[25]，这表明在幼果形成关键期进行一定的钙处理，能够影响细胞内的正常有丝分裂，从而促进组织旺盛生长，同时钙是植物体内部分酶的组分和活化剂，有效参与了植物体内的氮代谢及碳水化合物的代谢，最终影响榛子果实的生长[26]。

榛子雌花序如果没有完成受精作用，它将在果实采收期到来以前发生脱落，自交不亲和与榛子的败育最终导致高空壳率的发生有密切关系[27]。花粉管在花柱中生长受多个信号分子的协同调控,钙离子在其中发挥着重要作用[28]，当胞质Ca2+浓度增加到一定的范围后，直接激活花粉内依赖Ca2+的生理生化反应，进而促进花粉管的萌发及受精作用[29]。榛子品种具有特殊的延迟受精特性，榛子从花粉粒萌发至发育成成熟胚珠大约需要55 d左右，由于延迟受精特性，花粉管在花柱中存在大约26 d的停滞生长期。张会弟研究发现榛子花后2 d花粉粒接触柱头并萌发，花后10 d花粉管在柱头基部中所形成的花粉腔中停滞生长，在花后15～24 d花粉管腔直径和长度明显增加，花后24 d花粉管腔中的花粉管继续伸长生长[27]，在此阶段通过钙营养试剂的补充处理在一定程度上可以有效调控榛子花粉管的长势，进而完成受精作用。本试验通过在花期进行不同钙处理对成熟期榛子果簇成果率研究表明，Ca2+能够提高榛子果簇的平均果实数量，降低榛子果实的败育率，同时发现喷施钙试剂的幼果大小及钙含量与成果率呈现显著正相关关系，与果簇果实败育率呈显著负相关关系。这与张秀梅及张会弟等人研究得出钙和钙调素对花粉萌发和花粉管生长具有调节促进作用，最终提高植物受精作用较为一致[27,30]。在萌动的花粉粒或生长的花粉管中，已发现受Ca2+-CaM调控的蛋白质磷酸化作用、脐眠质合成、高尔基体小泡的分泌与融合、细胞骨架的构建与解聚及原生质环流，以及调节Ca2+激活的植酸酶和Ca2+-CaM依赖的ATPase活性及花粉萌发过程中受Ca2+-CaM调控的脂类代谢均与钙离子有关[31～32]。因此，通过调控喷施钙试剂对榛子花粉管的生长及受精作用有着重要的影响。

本试验结果表明，通过喷施CaCl2溶液和EGTA溶液对两个当地主栽品种在花期进行处理后，CaCl2溶液可以促进榛子果实的幼果发育，且有助于提高榛子果簇成果率；EGTA溶液抑制了榛子果实的幼果发育，降低了榛子果簇成果率，说明钙在榛子生长发育前期起到了重要得作用，并对后期榛子果簇的形成具有重要影响。试验得到与前人在相关领域对不同植物的研究较为一致的结果。但从分子水平上分析Ca2+如何进行调控榛子果实生长发育的机理有待深入研究。