蜂糖李果实内源激素含量与其生理落果的关系

2022-03-18尚磊，高倩，李悦，陈红*

南方农业学报 2022年11期

尚磊，高倩，李悦，陈红*

（1贵州大学/贵州省果树工程技术研究中心，贵州贵阳 550025；2贵州大学科技学院，贵州贵阳 550025）

0 引言

【研究意义】蜂糖李是具有贵州地域特色的优良李品种（张毅等，2018a），果实含糖量高，风味口感佳，富含多种营养成分（董晓庆等，2020），经济效益极佳。在不断推广下，蜂糖李在贵州的栽培面积已达1.32万ha，已成为当地支柱产业，发展前景可观，近年来由于周围省份不断引种栽培，发展势头愈发强劲。但随着种植面积的扩大，生产上的难题也愈发显现出来，其中坐果率低的问题最严重。蜂糖李成花量巨大且成花相对简单，但由于落果现象严重，经济效益大打折扣，这个问题成为了蜂糖李产业健康发展的绊脚石。生产上果农主要从土肥水管理、修剪整枝等措施来减少落果的发生，但效果甚微，未能有效解决问题，还催生出由于不当使用各种肥料和保果试剂引起的树体老化等问题。因此，明确生理落果特性及规律，对蜂糖李产业的健康发展具有重要意义。【前人研究进展】影响生理落果的因素很多，如遗传特性（Mitra et al.，2005）、田间管理水平（陈波浪等，2011）、生态环境（姚珍珍，2012）、树体养分（Eccher et al.，2013）及激素水平（Glazinska et al.，2017）等，其中内源激素与植物器官的脱落密切相关，多种内源激素协同调控其脱落过程（孟玉平等，2005；牛建新和何子顺，2009）。这些植物体本身产生的激素不仅对其生长发育过程影响显著，在植物器官生长发育和成熟脱离阶段也一样重要（黄卫东等，1996）。目前常见的与落果相关的植物激素主要有脱落酸（ABA）、赤霉素（GA3）、生长素（IAA）、细胞分裂素（CTK）和乙烯（ETH）等（Glazinska et al.，2017），其中GA3、IAA和CTK为促进生长型激素（Taylor and Whitelaw，2001），而ABA和ETH为抑制生长型激素（Hedden and Kamiya，1997）。作为一种促进生长型激素，GA3参与植物体内许多生物学过程，如使植物体内的IAA含量增加。抑制生长型激素ABA的作用与GA3和IAA的作用相反，其在调控植物生长进程及对环境的适应性方面效果显著，具有促进植物衰老与休眠、调节种子发育等效果。前人研究表明，随着促进型生长素的含量在植物体内增加，幼果脱落比率显著降低。毕平等（1996）发现枣树生长发育过程中生理落果和最终坐果率与枣花的内源激素含量有很大关联，通过在花期科学施用植物生长调节剂能显著提高其坐果率，而GA3的田间施用效果最好且最稳定。胡芳名等（1999）使用高效液相色谱法测定了从盛花期到果实成熟期正常果和脱落果及叶片中的内源激素含量，发现在生理落果期，一些植物器官（叶片和果实）中GA3和IAA含量极低，而在果实成熟前期，果实的生长发育显著受到GA3和IAA的调控作用。在苹果、梨和荔枝等果树的生长发育过程中，有关内源激素变化的报道已有不少（王进等，2010；李伟才等，2011）。在有关李树内源激素研究方面，赵金凤等（2011）发现GA3能有效改善长白山欧李在生理落果期落果率高的问题，50 mg/kg的GA3对于抑制长白山欧李生理落果有显著作用，其果实品质（单果重、可溶性固形物等）均显著增加。外源喷施GA3可延缓果实的脱落（王雄等，2012）。相关研究表明，明确幼果发育过程中内源激素的含量变化规律，可初步揭示落果与内源激素含量变化的关系。张淑文等（2019）研究发现，落果较轻的品种果实和果柄中GA3和IAA含量显著高于易落果品种，ABA的表现则相反。韩先焱等（2020）研究发现，正常发育的果实中生长促进型物质GA3、IAA和ZR含量整体上高于脱落幼果，生长抑制型物质ABA含量则低于脱落幼果，认为低浓度IAA和高浓度ABA很可能促进离层出现是导致落果发生的重要原因。李慧等（2020）在研究枣树激素含量、环割与坐果间的关系时发现，合理施用GA3对果树的保花保果具有显著作用。赵通等（2020）研究得出，科学施用GA3可有效提高李广杏正常花比例，进而降低落果率，提高产量。【本研究切入点】目前有关蜂糖李的研究仍处于初步阶段，仅果实品质（王小红等，2018）和栽培管理（张毅等，2018b）方面有少量研究，针对生理落果方面的研究鲜见报道，蜂糖李幼果的脱落规律、生理落果期果实中内源激素的含量变化和积累规律均尚未明晰。【拟解决的关键问题】基于对蜂糖李幼果脱落规律、新梢和幼果的生长动态，以及落果期正常发育果和脱落幼果中内源激素的含量变化的分析，明确蜂糖李幼果的脱落规律及影响因素，为提高蜂糖李的坐果率及蜂糖李花期的管理和保花保果措施提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试材取自贵州省黔南州惠水县断杉镇大坡村蜂糖李栽培果园，海拔1080 m，沙性土壤（pH 5.5～6.5），株行距3 m×4 m。2021年3月，选择6年生、长势和花量基本一致，田间管理和立地条件相同的40株蜂糖李挂牌标记，10株用于统计落果率，测定新梢长度、果实的单果重和直径，30株用于测定果实中内源激素含量。

1.2 试验方法

1.2.1 落果统计、新梢生长量测定盛花后14～70 d统计落果率，参照Wang等（2005）的方法统计：累计落果率（%）=（初始坐果数-当日调查坐果数）/初始坐果数×100，相对落果率（%）=相邻两时期落果数/（初始坐果数×间隔天数）×100。测量东、西、南、北4个方位的结果枝上新梢长度，每株测量6个新梢，共计60个新梢。测量树冠外围和中部的落果（轻触碰即脱落的幼果）和正常果的单果重和直径，每株各测3个，重复3次，分别共计90个。

1.2.2 内源激素含量测定盛花后21 d开始第1次取样，此后每隔7 d取1次，直至坐果率基本稳定，树体无明显脱落现象为止。采用混合取样，收集每株当天的脱落果和20个正常果，正常果的取样量随果实生长有所调整，混匀后的样品用四分法取回，用液氮处理后分装放入超低温冰箱保存备用。采用酶联免疫法（ELISA）测定果实中IAA、GA3、ZT和ABA等内源激素含量，试剂盒购自深圳子科生物科技有限公司。

1.3 统计分析

采用Excel 2007统计数据，使用SPSS 23.0分析数据，以及Origin 2016制图。

2 结果与分析

2.1 蜂糖李落果和新梢生长的动态分析

如图1所示，蜂糖李整个生理落果期为盛花后14～70 d，即整个生理落果过程持续56 d，期间出现一个落果高峰即花后28 d，此后进入缓慢落果期。蜂糖李花后14 d开始落花落果，至花后28 d累计落果率高达82.73%，此时相对落果率（9.87%）最高，为蜂糖李的落果高峰。花后14～28 d为快速落果期，历时14 d，期间相对落果率和累计落果率均处于较高水平。花后28～70 d落果速度缓慢，相对落果率保持在0.11%～0.38%，处于较低水平，整体呈下降趋势。花后70 d累计落果率达91.59%，比花后28 d提高10.55%，期间累计落果率以每周2.11%的平均速率增加，上升幅度小，因此，花后28～70 d为蜂糖李的缓慢落果期，历时42 d。

蜂糖李花后7 d开始抽生出新梢，花后14 d新梢长8.11 cm，花后28 d长至20.59 cm，为新梢快速生长期；而花后14～28 d落果率在整个生理落果过程中增长最快，新梢生长与累计落果率趋势一致。花后28～56 d为新梢缓慢生长期，花后56 d新梢长35.43 cm，是花后28 d的1.72倍，期间新梢以每周的1.15倍平均速率增长。花后56～70 d是新梢的第2个快速生长期，花后70 d新梢长是花后56 d的1.62倍。新梢生长整体呈快—慢—快的趋势。

此外，由图1也可看出，蜂糖李的幼果脱落与新稍生长时期基本吻合，大致可分为Ⅰ和Ⅱ阶段。其中，从盛花后14～28 d为Ⅰ阶段，历经14 d，既是蜂糖李幼果的快速落果期，又是蜂糖李新稍生长的快速生长期；自盛花后28～56 d为Ⅱ阶段，共28 d，既是蜂糖李幼果的缓慢脱落期，又是蜂糖李新梢生长的缓慢生长期。

图1 蜂糖李落果规律和新梢生长动态Fig.1 Fruit abscission pattern and shoot growth dynamics of Fengtang plum

2.2 蜂糖李果实生长动态分析

蜂糖李生理落果期为59 d，期间的果实生长动态变化如图2所示，盛花后各时期正常果的单果重和果实直径均显著高于落果（P＜0.05，下同），正常果生长快速，落果生长缓慢。单果重和果实直径增长规律基本一致，花后21～42 d增长缓慢、无明显变化，单果重基本不变，花后42 d开始迅速增长，果实从此时进入快速生长期，此时果实发育也开始进入硬核期。落果单果重积累速度慢，且由于初始值较小，花后21 d仅0.024 g，至花后70 d单果重为1.150 g，此时正常果为8.150 g，是落果的7.09倍；正常果直径的增长速度比落果快，花后70 d，正常果直径是花后21 d的7.74倍，落果为5.26倍。可见，果实的发育动态与落果规律不完全一致，快速落果期时果实发育缓慢，缓慢落果期时果实发育先慢后快。

图2 蜂糖李果实生长发育动态变化Fig.2 Dynamic changes of Fengtang plum fruit growth

2.3 蜂糖李新梢、果实生长动态与落果率的相关分析

从表1可知，花后21～42 d，单果重与落果率呈负相关，花后49～70 d，单果重与落果率呈正相关，均未达显著水平（P＞0.05）；花后28和63 d果实直径与落果率呈负相关，且28 d的相关系数较低，其余时间与落果率呈正相关。说明在快速落果期，蜂糖李幼果的生长对落果率影响较小，主要在缓慢落果期影响落果。花后21 d，新梢长度与落果率呈极显著相关（P＜0.01）；新梢长度只在花后21～28 d与落果率呈正相关，其余时间均呈负相关。花后63 d新梢长度与落果率呈显著负相关，说明新梢的快速生长在快速落果期会影响幼果的脱落，而在缓慢落果期对蜂糖李果实脱落影响较小。

表1 蜂糖李新梢、幼果生长动态与落果率的相关分析Table 1 Correlation analysis of growth dynamics of Fengtang plum shoot and young fruit growth and fruit dropping rate

2.4 蜂糖李生理落果期果实中IAA和GA3含量变化

蜂糖李生理落果期正常果与落果中IAA含量变化如图3-A所示，蜂糖李生理落果期间，正常果和落果中IAA浓度呈升—降的波动变化趋势，正常果中IAA平均含量（0.0738 μg/g）高于落果（0.0533 μg/g），且各时期正常发育的果实中IAA含量均分别明显高于同期落果。说明正常发育的果实中IAA含量较高，有利于坐果。花后21～28 d，正常果中IAA含量升高，花后28 d达峰值（0.0831 μg/g），而此时落果中IAA含量降低。随后正常果中IAA含量下降，降至花后42 d最低（0.0593 μg/g）；落果也是花后42 d IAA含量最低（0.0392 μg/g）。花后42 d起正常果和落果中IAA浓度上升，至56 d后下降。

如图3-B所示，从快速落果期（盛花期21 d）开始，蜂糖李果实中GA3含量迅速升高，落果的增长速度远小于正常果。整个落果期间GA3平均含量整体表现为正常果＞落果，正常果和落果中GA3含量均随着落果率的增加而升高，而正常果中GA3含量则明显高于脱落幼果，但在花后63和70 d正常果中GA3含量低于落果，说明在落果后期，正常果实中GA3的积累开始减少，正常果中GA3平均含量为0.411 μg/g，是落果的1.12倍，说明蜂糖李正常发育的幼果中GA3含量较高。正常果中GA3含量在硬核期前变化大，活动剧烈，硬核期后的变化幅度则较小，整个落果期变化幅度小。正常果和落果中GA3含量变化趋势相似，花后21～28 d，均上升，峰值出现在盛花后28 d（此时处于新梢生长期Ⅰ阶段）；28 d后GA3含量降低，降至42 d开始回升，49 d后均呈V形变化。

图3 蜂糖李落果期果实中IAA和GA3含量变化Fig.3 Changes of IAA and GA3 content in Fengtang plum fruit during fruit dropping perid

2.5 蜂糖李生理落果期果实中ZT和ABA含量变化

如图4-A所示，蜂糖李幼果脱落过程中，正常果中ZT含量为0.233～0.441 μg/g，落果为0.162～0.282 μg/g，平均含量分别为0.335和0.224 μg/g。可知正常果ZT含量较高且波动幅度大，活动剧烈；落果中ZT波动幅度小，总体保持平稳状态，且一直处于较低的水平状态，说明果实中高水平的ZT有利于蜂糖李的坐果。正常果与落果的ZT含量变化趋势相似，总体上含量均呈M形变化。花后21～35 d，正常果和落果中ZT含量上升，随后均呈下降趋势，盛花后56 d，二者ZT含量均达最小值，之后均略有回升，至63 d后含量又开始下降。由此看出，蜂糖李快速落果期的落果高峰与其果实中ZT含量变化密切相关。

如图4-B所示，正常果和脱落果中ABA平均含量分别为0.708和0.845 μg/g。可知落果的ABA含量高于正常果，说明果实中较低水平的ABA利于蜂糖李的坐果。蜂糖李正常果在整个生理落果期间，ABA含量始终处于较低水平。快速落果期正常果的ABA含量与落果率的变化呈正相关。花后21～28 d，落果中ABA含量上升，而正常果的ABA含量则降低。落果的含量在28 d开始下降，正常果的含量在花后28 d则上升，在35 d正常果和落果含量均开始下降，在42 d均降至最低，分别为0471和0.519 μg/g；之后随着果实的生长，正常果与落果含量均上升，至56 d二者ABA含量均开始下降，趋于平稳。

图4 蜂糖李落果期果实中ZT和ABA含量变化Fig.4 Dynamic changes of ZT and ABA contents in fruit of Fengtang plum during fruit dropping period

2.6 蜂糖李生理落果期果实中激素比值变化

由表2可知，正常果与脱落果中促进生长型激素（IAA/ABA、GA3/ABA、ZT/ABA）与抑制生长型激素［（IAA+GA3+ZT）/ABA］的浓度比率变化规律基本保持一致，除花后42 d正常果ZT/ABA微小于落果外，其余时期正常发育的果实中促进生长型与抑制生长型激素的比值均大于落果，说明果实中较高的促进生长型激素与抑制生长型激素浓度比值利于坐果。

表2 生理落果期间蜂糖李各组织中促进与抑制生长型激素比值Table 2 Ratio of growth-promoting and growth-inhibiting hormones in tissues of Fengtang plum during physiological fruit dropping period

3 讨论

3.1 蜂糖李落果动态与新梢和果实生长的关系

本研究中，蜂糖李生理落果期可分为快速落果和缓慢落果2个阶段。其中快速落果期大约82.58%幼果会脱落，为主要的落果发生时期，期间有一个落果高峰，即花后28 d，该结果与刘宁等（2010）提出的落果高峰发生在花后24 d存在差异，可能与品种特性、地区和调查的间隔时间等有关。快速落果期蜂糖李的新梢生长非常快速，生长趋势与累计落果率一致，说明新梢伸长在果实脱落中有重要影响。可能新梢的营养竞争能力强，新梢库大于果实库，促进幼果的大量脱落。在桃（Nicolás et al.，2006）和苹果树上（Dal Cin et al.，2007）认为碳水化合物可在新梢和果实间转运，存在碳素营养竞争。快速落果期果实生长缓慢，可能幼果的生长对果实脱落影响较小。且蜂糖李先开花后长叶，花量大，花期营养消耗大；而此时重要营养器官叶还未长成，会大量消耗原有树体储备的营养，造成快速落果期的大量落果。缓慢落果期，新梢和果实生长呈先慢后快趋势，与落果规律不完全一致，且从落果率的相关分析可知，果实生长主要在缓慢落果期影响落果率；此期新梢对落果的影响较小，而果实的生长会影响落果。

3.2 蜂糖李落果与内源激素的关系

内源激素影响果实的脱落，当前其调控的生理机制接受度较高的为内源激素平衡学说（Borwn，1997），即内源激素间的平衡调控离区细胞的分离，导致了果实的脱落。在扁桃（杨波等，2015）和骏枣（于婷等，2016）等果树上研究发现，促进生长型激素含量的降低和抑制生长型激素的升高与落果高峰有关，本研究结果也得出类似结论。与落果相比，蜂糖李正常发育果实的IAA、ZT、GA3及IAA/ABA、GA3/ABA、ZT/ABA、（IAA+GA3+ZR）/ABA均较高，ABA含量则较低，有利于果实的生长发育和坐果，且促进生长型与抑制生长型激素间的平衡关系也会影响坐果。

本研究中，花后21～28 d，脱落果中IAA含量下降，IAA/ABA、GA3/ABA和（IAA+GA3+ZR）/ABA比值下降，而ABA含量上升，此时蜂糖李幼果大量且快速的脱落，说明该时期促进生长型激素浓度低，抑制生长型激素浓度高，导致幼果脱落，造成蜂糖李的落果高峰；该结果与关于甜樱桃的研究结果（刘丙花等，2007）一致，即ABA升高及（IAA+GA3+ZR）/ABA下降与落花落果时期重合，高含量ABA可促进落花落果。快速落果期的大量落果主要由授粉受精不良引起，可能因蜂糖李花期较早，容易遭受早春低温影响，授粉受精不良，常导致子房不能合成足够的激素。幼果中促进生长型激素含量低，难以调运充足养分供其正常生长，导致果实生长缓慢，营养严重缺乏造成了幼果的脱落。缓慢落果期，脱落果中GA3和ZT含量较正常发育果实的变化幅度小，IAA和ABA变化则较为活跃。脱落果中IAA、GA3和ZT的含量，及促进生长型和抑制生长型激素比值变化，并非随着累计落果率的放缓而缓慢变化，与落果规律不完全一致该结果与杨波等（2015）在扁桃上的研究结论存在差异。可能蜂糖李缓慢落果期激素的变化对果实脱落产生的影响较小，或是材料造成的差异，如幼果个体差异大；且果实不同部位的激素水平也存在差异（董倩倩等，2018），或同批单株连续性的取材，可能影响了树体的激素水平或源库关系。

本研究发现蜂糖李幼果中ABA含量较高，均分别高于GA3、IAA和ZT的含量，也远高于其他李品种，安哥诺李（崔艳涛等，2006）、奈李（郭时印，2006）及华秀李（翁文昕等，2018）的果实ABA含量最高分别为0.258 μg/g、0.186 μg/g和93.21 ng/g，研究发现ABA在坐果期间会参与脱落过程的调控（Pozo，2001），推测这可能是一直以来造成蜂糖李坐果率低的重要原因。植物生长调节剂的使用可有效提高坐果率（王栋梁等，2017），但植物生长调节剂在田间的使用仍存在许多问题，如调节剂单一或复合使用的区别，以及浓度配比、喷施次数、间隔时间等；在树体上的具体表现存在很大的不确定性。需要进一步在田间做长时间且大量的花期和幼果期保花保果调控工作，使调控体系达到稳定，才能作为指导田间生产的依据。