不同疏果處理下香草蘭果莢脫落及其內(nèi)源激素含量變化研究

顧文亮等

摘 要 香草蘭果莢發(fā)育中存在嚴重的果莢脫落現(xiàn)象，對香草蘭果莢脫落情況及其內(nèi)源激素含量變化進行探討，以期解決目前生產(chǎn)上果莢脫落率高的問題。設疏果后保留1個、8～10個香草蘭果莢以及未疏果共3種處理，從果莢發(fā)育至脫落的60 d內(nèi)分期取材，采用酶聯(lián)免疫法分別測定各處理果莢中生長素（IAA）、赤霉素（GA）、玉米素核苷（ZR）和脫落酸（ABA）的含量。結(jié)果表明：3種處理的果莢脫落率與保留果莢數(shù)目呈正相關(guān)； IAA和ZR的含量在前期較高，ABA的含量在中、后期較高，GA的含量一直維持在較低的水平；較高的IAA/ABA 和（IAA+GA+ZR）/ABA比值有利于控制果莢脫落；疏果處理有利于坐果的激素平衡，而保留過多的果莢則不利于形成激素平衡。本研究可為解決生產(chǎn)中的香草蘭落莢問題提供理論依據(jù)和技術(shù)方法。

關(guān)鍵詞 香草蘭；果莢脫落；內(nèi)源植物激素

中圖分類號 S682.31，S311 文獻標識碼 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

墨西哥香草蘭（Vanilla planifolia Andrews）是蘭科（Orchidaceae）香草蘭屬（Vanilla）的熱帶攀援藤本植物，具有長勢快、產(chǎn)量高和果莢品質(zhì)好等特點，其栽培面積占世界香草蘭栽培總面積的90%以上[1]。根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計數(shù)據(jù)，墨西哥香草蘭的總種植面積在8萬hm2以上，鮮豆莢的總產(chǎn)量可達9 000 t[2]。墨西哥香草蘭豆莢經(jīng)發(fā)酵生香加工后含有250多種揮發(fā)性芳香成分，可用于香煙、名酒、茶葉及香水等高端的食品和化妝行業(yè)中，僅發(fā)酵后的豆莢年產(chǎn)值就可達20億美元[3]。中國于20世紀60年代初從國外引種墨西哥香草蘭，目前在海南和云南等地有一定的種植面積，且取得了較高的經(jīng)濟效益[4]。近年來，隨著海南國際旅游島的建設以及海南國際香島的規(guī)劃，中國香草蘭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正處于一個新的上升階段[5]。

在國內(nèi)外的香草蘭生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，香草蘭存在著嚴重的授粉后果莢脫落現(xiàn)象，其落莢率可達40%～60%[6]。根據(jù)香草蘭產(chǎn)量的通徑分析，果莢脫落是影響香草蘭果莢產(chǎn)量的主要因素[7]。香草蘭的花經(jīng)人工授粉后，其果莢在35 d內(nèi)迅速生長發(fā)育，至45 d時果莢基本定形并停止生長，此時果莢出現(xiàn)大規(guī)模的脫落現(xiàn)象。香草蘭果莢在脫落前先是表皮失去光澤并棱角明顯，而后果莢末端或基部出現(xiàn)黃化，同時在果莢與果柄的連接處發(fā)生離層脫落[8]。當前的研究一般認為，香草蘭的落莢主要是由于植株內(nèi)部的營養(yǎng)生長與生殖生長不平衡而導致的生理性落果，此外，光照直射、蔭蔽度過大、高溫降雨和幼莢染病等因素都會導致香草蘭果莢脫落[9]。植物體的花、葉和果等器官脫落過程受到眾多因素的誘導，而所有外在因素的誘導均是通過一系列內(nèi)在因素實現(xiàn)的[10]。內(nèi)源植物激素在植物器官的脫落過程中起著重要的作用，其中乙烯起著誘導脫落的作用，而生長素則通過與乙烯相拮抗起著抑制脫落的作用，內(nèi)源植物激素之間通過相互作用構(gòu)成了復雜的調(diào)控網(wǎng)絡[11]。在國內(nèi)外的香草蘭果莢脫落研究中，多集中于利用外源人工生長素2，4-D控制落莢的栽培措施，而關(guān)于香草蘭果莢發(fā)育至脫落過程中的內(nèi)源植物激素研究尚處于空白。本研究擬通過分析內(nèi)源植物激素在香草蘭果莢發(fā)育至脫落過程中的變化特征，為解決生產(chǎn)中的香草蘭落莢問題提供理論依據(jù)和技術(shù)方法。

1 材料與方法

1.1 材料

供試植株為生長3 a以上的墨西哥香草蘭（V. planifolia Andrews），種植于海南省萬寧市南橋六甲的中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院香料飲料研究所基地中，均在蔭蔽條件下露地栽培。

1.2 方法

1.2.1 試驗處理與采樣 設3種保留香草蘭果莢數(shù)量的處理：處理1（ET-1）為香草蘭花序上授粉1朵花后保留1個果莢；處理2（ET-2）為香草蘭花序上授粉8～10朵花后保留8～10個果莢；處理3（ET-3）為在香草蘭花序上連續(xù)對全部花朵授粉后保留全部的果莢即13個以上的果莢。在授粉后的10～60 d內(nèi)，每隔10 d于3種處理中各選6株香草蘭供試植株，每株上均只處理1個花序；同時，每隔10 d對上述3種處理中的香草蘭果莢進行取樣。以未經(jīng)任何疏花疏果處理的在40～50 d時自然脫落的果莢為對照，將其中的內(nèi)源激素含量與同時期3種處理下的未脫落果莢進行對比。每種處理分別從不同香草蘭植株上取6個以上的果莢，用液氮快速冷凍后放入-80 ℃超低溫冰箱中保存。

1.2.2 果莢脫落的觀測 設置3種保留香草蘭果莢數(shù)量的處理，處理1（ET-1）、處理2（ET-2）和處理3（ET-3）同上。3種處理均設置3個試驗小區(qū)，試驗小區(qū)內(nèi)均隨機設3個處理，各個試驗小區(qū)內(nèi)的每個處理選30株香草蘭供試植株，每株上均只處理1個花序。在授粉后的60 d時分別統(tǒng)計不同試驗小區(qū)內(nèi)3種處理的果莢脫落率。

1.2.3 果莢內(nèi)源激素含量的測定 采用酶聯(lián)免疫吸附測定法（ELISA）分別測定各處理的香草蘭果莢中生長素（IAA）、赤霉素（GA）、玉米素核苷（ZR）和脫落酸（ABA）的含量，植物激素含量測定試劑盒購自中國農(nóng)業(yè)大學。（1）稱取0.5 g香草蘭組織樣品，加入2 mL樣品提取液，在冰浴下研磨成勻漿，轉(zhuǎn)入10 mL離心管中，再用2 mL提取液分2次將研缽沖洗干凈，將沖洗液一并轉(zhuǎn)入離心管中，搖勻后置于4 ℃冰箱中提取4 h，在3 500 r/min下離心8 min，取上清液；（2）于沉淀中加1 mL提取液并攪勻，置于4 ℃中再提取1 h，同條件下離心8 min，合并上清液并記錄體積；（3）將上清液過C-18固相萃取柱后轉(zhuǎn)入5 mL離心管中，用氮氣儀吹干，除去提取液中的甲醇后即為植物激素樣品，用2 mL樣品稀釋液定容，將其置于-20 ℃中封口保存；（4）按照試劑盒說明書，通過競爭、洗板、加二抗、洗板、加底物顯色、比色等步驟分別測定各激素含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運用Excel 2010軟件處理試驗數(shù)據(jù)與圖表，采用SPSS 20.0進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 果莢脫落率的觀測

由表1可知，處理1、處理2和處理3的平均果莢脫落率分別為41.11%、52.34%和64.48%。香草蘭的果莢脫落高峰期一般在授粉后40～50 d之間，在60 d后果莢基本停止脫落，由此可見處理1的果莢脫落率最低，處理2的果莢脫落率較高，處理3的果莢脫落率最高，且3種處理間的平均果莢脫落率均呈顯著差異。

2.2 不同疏果處理下果莢的內(nèi)源激素含量變化特征

2.2.1 IAA含量的變化特征 由圖1可知，在香草蘭的果莢發(fā)育過程中，在授粉10、20 d時處理3的IAA含量與處理1、處理2間呈顯著差異，但處理1與處理2之間無顯著差異；在30、50 d時處理1與處理2、處理3間均呈顯著差異，但處理2與處理3之間均無顯著差異；在40、60 d時3種處理之間無顯著差異。在10、20 d的幼果莢期，處理3由于授粉果莢數(shù)量多，故其果莢中的IAA含量顯著高于處理1和處理2。

2.2.2 GA含量的變化特征 由圖2可知，在香草蘭的果莢發(fā)育過程中，在授粉10 d時處理3的GA含量與處理1、處理2間呈顯著差異，但處理1和處理2之間無顯著差異；在20 d時處理1、處理2與處理3間均呈顯著差異，但處理1和處理2之間無顯著差異；在30、40 d時3種處理之間均呈顯著差異；在50 d時處理1與處理2、處理3間呈顯著差異，但處理2和處理3之間無顯著差異；在60 d時處理3與處理1、處理2間呈顯著差異，但處理1和處理2之間無顯著差異。GA具有刺激果實生長，提高結(jié)實率的效果，故處理1的未脫落果莢中的GA含量均顯著高于處理2和處理3，且落莢率越低則GA含量越高。

2.2.3 ZR含量的變化特征 由圖3可知，在香草蘭的果莢發(fā)育過程中，在授粉10 d時處理3的ZR含量與處理1、處理2間呈顯著差異，但處理1和處理2之間無顯著差異；在20 d時處理1、處理2與處理3之間均呈顯著差異，但處理1和處理2之間無顯著差異；在30 d時處理1與處理2、處理3間均呈顯著差異，但處理2與處理3之間無顯著差異；在40、50 d時3種處理之間均無顯著差異；在60 d時處理1、處理3與處理2間均呈顯著差異，但處理1和處理3之間無顯著差異。在授粉10 d的幼果莢期，處理3由于授粉果莢數(shù)量多，故其果莢中的ZR含量顯著高于處理1和處理2。

2.2.4 ABA含量的變化特征 由圖4可知，在香草蘭的果莢發(fā)育過程中，在授粉10 d時處理3的ABA含量與處理1、處理2間均呈顯著差異，但處理1和處理2之間無顯著差異；在20 d時處理1與處理2、處理3間均呈顯著差異，但處理2與處理3之間無顯著差異；在30、40、50 d時3種處理之間無顯著差異；在60 d時處理3與處理1、處理2間均呈顯著差異，但處理1和處理2之間無顯著差異。

2.3 脫落果莢與未脫落果莢的內(nèi)源激素含量對比分析

由表2可知，處理1的內(nèi)源IAA含量顯著高于脫落果莢，但處理2、處理3與脫落果莢之間均無顯著差異。處理1、處理2和處理3的內(nèi)源GA含量均顯著高于脫落果莢。處理1、處理2和處理3的內(nèi)源ZR、ABA含量均顯著低于脫落果莢。脫落酸具有促進果實脫落的效果，故3種處理的未脫落果莢中的ABA含量均顯著低于脫落果莢。

2.4 不同疏果處理下果莢的內(nèi)源激素比值變化特征

2.4.1 IAA與ABA的比值變化特征 由圖5可知，在香草蘭的果莢發(fā)育過程中，在授粉10、60 d時3種處理的 IAA/ABA比值之間無顯著差異；在20 d時3種處理之間均呈顯著差異；在30 d時處理1與處理2、處理3間呈顯著差異，但處理2與處理3之間無顯著差異；在40 d時處理3與處理1、處理2間呈顯著差異，但處理1與處理2之間無顯著差異；在50 d時處理1與處理2、處理3間呈顯著差異，但處理2與處理3之間無顯著差異。

2.4.2 IAA、GA、ZR總和與ABA的比值變化特征 由圖6可知， 在香草蘭的果莢發(fā)育過程中，在授粉10 d時處理1、處理2和處理3的（IAA+GA+ZR）/ABA比值之間均無顯著差異；在20、60 d時處理1、處理2和處理3之間均呈顯著差異；在30 d時處理1與處理2、處理3間呈顯著差異，但處理2和處理3之間無顯著差異；在40 d時處理3與處理1、處理2間呈顯著差異，但處理1與處理2之間無顯著差異；在50 d時處理1與處理2、處理3間呈顯著差異，但處理2與處理3之間無顯著差異。

2.5 脫落果莢與未脫落果莢的相關(guān)內(nèi)源激素比值對比分析

將授粉后50 d的脫落果莢與未脫落果莢中的相關(guān)內(nèi)源激素比值進行比較。由表3可知，此時處理1、處理2和處理3的IAA/ABA比值均顯著高于脫落果莢。另外，處理1、處理2和處理3的（IAA+GA+ZR）/ABA比值也均顯著高于脫落果莢。

3 討論與結(jié)論

植物體的花、葉和果等器官脫離母體過程是植物界普遍發(fā)生的生理現(xiàn)象，落花與落果問題是影響多數(shù)作物產(chǎn)量與品質(zhì)的重要因素[12]。器官脫落過程受到眾多因素的誘導，而所有外在因素的誘導均是通過一系列內(nèi)在因素實現(xiàn)的。內(nèi)源植物激素通過信號轉(zhuǎn)導引發(fā)生理生化反應，從而調(diào)控植物的器官脫落過程[13]。在本研究中，授粉后10 d的幼果莢期，果莢生長迅速且細胞分裂旺盛，與果莢中的IAA和ZR含量較高相對應；授粉40 d后的果莢穩(wěn)定期，果莢生長停止且細胞分裂停止，處理2和處理3果莢中的IAA和ZR含量均有所下降；授粉后50 d的果莢脫落期，脫落果莢中的ABA含量顯著高于尚未脫落的正常果莢，但脫落果莢中的GA含量顯著低于尚未脫落的正常果莢。另外，在本研究中也發(fā)現(xiàn)，IAA和ABA的絕對含量比GA和ZR的絕對含量高出許多，這說明IAA、ABA和GA分別在香草蘭的果莢發(fā)育至脫落的不同時期起著關(guān)鍵作用。內(nèi)源植物激素對器官脫落的調(diào)控是一個復雜的過程，在該過程中某一激素的消長及其含量的變化僅僅只是一方面，而內(nèi)源植物激素的相互平衡及其相互的協(xié)同作用則顯得更為重要[14]。在本研究中，授粉后50 d的果莢脫落高峰期，尚未脫落的正常果莢的IAA/ABA和（IAA+GA+ZR）/ABA比值均顯著高于脫落果莢，這說明IAA/ABA和（IAA+GA+ZR）/ABA的激素平衡對果莢的脫落發(fā)揮了重要作用。

在前期的香草蘭果莢脫落研究中，周如潺等[15]發(fā)現(xiàn)，在授粉后15～25 d用2，4-D涂抹果莢末端能夠控制果莢脫落；也有研究發(fā)現(xiàn)，在末花期人工噴霧2，4-D能夠控制果莢脫落[16]。但在長期的生產(chǎn)實際中發(fā)現(xiàn)，香草蘭的花期較長，且同一植株的不同花序上的花發(fā)育也不同步，在授粉后人工涂抹的方式僅適合小范圍使用，而在末花期進行人工噴霧往往已經(jīng)錯過果莢脫落高峰期，且容易造成藥害。因此，在香草蘭生產(chǎn)種植上通常采用控花疏果的防脫落栽培措施[17]。通過人為控制香草蘭的授粉果莢數(shù)目，結(jié)果發(fā)現(xiàn)保留全部果莢的脫落率最高，處理2即保留8～10個果莢的脫落率次之，處理1即保留1個果莢脫落率則最低。在本研究中，處理3的IAA和ZR含量在授粉10 d時均顯著高于處理1和處理2，這說明保留數(shù)量過多的果莢使得香草蘭植株在前期消耗大量營養(yǎng)，用來合成大量的生長素類和細胞分裂素類激素；在授粉50 d時，處理2和處理3的IAA/ABA和（IAA+GA+ZR）/ABA比值均顯著高于脫落果莢（對照），但又顯著低于處理1，這說明后期IAA/ABA和（IAA+GA+ZR）/ABA的激素平衡與果莢脫落率呈負相關(guān)關(guān)系，比值越高則果莢的脫落率越低。

目前，在香草蘭的生產(chǎn)種植上一般采用保留8～10個果莢的控花疏果措施，但較少采用噴施外源植物生長調(diào)節(jié)劑的保果措施。香草蘭通常在3月初花期和5月末花期時由于花序分化的質(zhì)量不高而導致成花數(shù)目較少，而且為了避免營養(yǎng)競爭，在每株香草蘭上保留的花序數(shù)目也不宜過多。故筆者認為，應根據(jù)香草蘭在當年的開花情況，人為抹去在3月初和5月底萌發(fā)的花序，在每株香草蘭上僅保留2～3個花序，并在每個花序上授粉保留8～10個果莢。同時，結(jié)合本研究結(jié)果，筆者建議在4月中旬適量人工噴施含生長素和赤霉素的外源植物生長調(diào)節(jié)劑，以期達到控制果莢脫落的目的。目前，噴施生長素和赤霉素的含量以及噴施的時期尚需進行深入研究，這也是本研究下一步的研究方向。

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