史文婷,王振平*
(寧夏大學農(nóng)學院,銀川 750021)
葡萄無核化栽培技術的研究及應用
史文婷,王振平*
(寧夏大學農(nóng)學院,銀川 750021)
利用赤霉素(GAs)等植物生長調(diào)節(jié)劑誘導有核葡萄的種子敗育形成無核果的技術即葡萄無核化栽培技術已得到廣泛推廣及應用。該技術可顯著增加坐果、提早成熟、改善品質(zhì)、提高商品和經(jīng)濟效益等。本文從葡萄無核化技術的研究進展、作用機理、常用試劑、技術要點、配套栽培管理措施、存在的問題及展望等方面進行綜述,以期為葡萄無核化生產(chǎn)提供一定的參考依據(jù)和指導價值。
植物生長調(diào)節(jié)劑;鮮食葡萄;無核化;栽培技術
鮮食葡萄在我國葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展中始終占據(jù)主導地位[1]。據(jù)國際葡萄與葡萄酒組織(OIV)統(tǒng)計,2015年我國葡萄栽培總面積為83萬 hm2,其中鮮食葡萄栽培面積占80%以上;葡萄總產(chǎn)量達1260萬 t,占世界葡萄總產(chǎn)量的17%,位列世界第一[2]。隨著生產(chǎn)技術的成熟、消費市場的多元化,無核、優(yōu)質(zhì)、安全逐漸成為國際鮮食葡萄的發(fā)展趨勢[1]。目前,市場上的無核葡萄品種不足10%,且大多果粒偏小,著色不良,香味不佳,適宜栽植區(qū)域較窄,無法滿足消費需求。利用赤霉素(Gibberellin acid,GAs)等植物生長調(diào)節(jié)劑誘導有核葡萄的種子敗育形成無核果的方法即葡萄無核化栽培技術已在鮮食葡萄生產(chǎn)中得到廣泛推廣及應用。利用該技術生產(chǎn)的無核葡萄因漿果成熟早、經(jīng)濟效益高、市場前景廣闊等優(yōu)點日益受到重視[3],因此研究無核化技術隨之成為我國優(yōu)質(zhì)葡萄栽培的重要課題之一。
GAs的應用對于葡萄無核化技術的發(fā)展意義重大。20世紀50年代中后期,美國的Weaver等[4-5]首次闡明GA3能誘導有核葡萄品種無核化,并有促使葡萄果粒增大的作用。50年代末期,日本學者利用GA3誘導玫瑰露葡萄形成無核果,并且到60年代形成了完善的玫瑰露葡萄無核化栽培技術[6]。隨后,日本又對100余個葡萄品種展開無核化試驗,但僅有與玫瑰露同為二倍體的蓓蕾玫瑰-A在生產(chǎn)上獲得成功,而巨峰等四倍體品種無一成功先例。1982年依田征四于盛花期至花后4 d采用10~25 mg/L GA3處理先鋒葡萄實現(xiàn)無核化栽培,并在岡山推廣應用[7]。80年代中期,GA3誘導巨峰、高尾、伊豆錦等大粒品種無核化也獲得成功[8]。到20世紀90年代,日本實現(xiàn)無核化栽培的品種主要是玫瑰露和蓓蕾玫瑰-A,而巨峰和先鋒也開始局部投入無核化生產(chǎn)。目前,日本葡萄無核化栽培面積約占葡萄栽培總面積的三分之一,無核化試驗主要集中在翠峰、安蕓皇后、戈爾比等四倍體品種上,部分己在生產(chǎn)中推廣[9]。
我國的相關研究報道始于20世紀60年代前后,羅國光等[10]在玫瑰香葡萄開花前及盛花期用GA3誘導果實無核化試驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn),該處理致使玫瑰香果實僵化、大小?,F(xiàn)象嚴重,產(chǎn)量損失顯著,無法應用于生產(chǎn)實踐。此后近20余年未見葡萄無核化相關報道,直到1984年李詡遠等[11]、齊與樞等[12]研究誘導巨峰和白玉葡萄無核化栽培技術,卻因與玫瑰香同樣的結(jié)果而未能推廣應用。20世紀90年代初,李世誠等[13]、楊承時等[14]在先鋒和馬奶子上試驗成功。至此,葡萄無核化技術在我國開始推廣應用。到了90年代中后期,我國關于無核化技術的研究和應用急速發(fā)展。近年來,葡萄無核化技術在我國的研究和應用趨勢方興未艾,尤其在南方巨峰系品種如醉金香[15]、夏黑[16]、翠峰[17]、先鋒[18]、巨峰[7]、京亞[19]等中的廣泛應用,成為巨峰系葡萄特色栽培中的新亮點。任俊鵬等[20]于盛花期使用50 mg/L GA3、花后2周50 mg/L GA3+3 mg/L噻苯隆(TDZ)處理夏黑葡萄時效果最好,果實品質(zhì)顯著提高。此外,陽光玫瑰葡萄作為我國南方逐漸擴大種植面積的新星,在實際生產(chǎn)中也已大量應用無核化技術[21-23]。
普遍研究發(fā)現(xiàn),因葡萄品種不同、產(chǎn)地不同,無核化效果也不盡相同,故對于無核化機理、無核化藥劑、無核化控制技術等尚需分品種、分區(qū)域進行深入研究。
2.1 葡萄無核化的機理
無核化處理是指在葡萄花期的某一階段通過外界刺激使子房在未受精的情況下形成無核果的過程。普遍研究認為,赤霉素作為誘導葡萄無核的主劑,阻止葡萄子房受精產(chǎn)生種子的作用機理可概括為:
(1)胚囊在發(fā)育過程中的減數(shù)分裂期,外施赤霉素使蘋果酸脫氫酶活性受阻,呼吸減弱,能量不足,導致胚囊異?;虿环只?,致使葡萄果實無核。
(2)外施赤霉素不會阻礙胚囊的發(fā)育,但它能促使珠心和子房組織的發(fā)育而提早開花,在胚囊發(fā)育尚不成熟時開花結(jié)束,從而影響受精,形成無核果。
(3)在花粉成熟過程中,外施赤霉素抑制營養(yǎng)核與生殖核的分裂,使無生殖核的花粉增多,從而降低了花粉的發(fā)芽力。
(4)使受精胚不能正常發(fā)育和種皮不能硬化[24]。
2.2 葡萄無核化的激素平衡機制
果實的生長發(fā)育是果實細胞分裂、增大以及同化產(chǎn)物積累轉(zhuǎn)化的過程,是果樹生產(chǎn)上構(gòu)成經(jīng)濟效益的重要階段[25]。除外界環(huán)境、營養(yǎng)物質(zhì)等影響果實細胞分裂和增大外,植物激素對果實的生長發(fā)育也起著至關重要的作用。據(jù)報道[26],種子可合成一定量的赤霉素、細胞分裂素等內(nèi)源激素促使果實發(fā)育,若這些激素處于較低水平或某一激素在果實發(fā)育的某個階段受到抑制時,果粒將無法正常生長。在特定的時期,外施不同種類的植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)會影響果實的激素水平,促進無核果實的形成[27]。各類植物激素以不同的作用共同調(diào)控果實的生長發(fā)育,它們之間的比值和平衡關系比單一激素對種子敗育的發(fā)生更為重要,即無論果實有核還是無核,都是各類激素在果實生長發(fā)育階段相互協(xié)調(diào)、維持平衡的結(jié)果。從這一角度來說,外施激素誘導有核葡萄品種無核化的機理就是在胚囊發(fā)育到減數(shù)分裂期施入抑制劑誘發(fā)假單性結(jié)實,繼而根據(jù)果實對激素的需求在適當?shù)臅r期予以補充,使無核果實的激素水平達到平衡,保證果實正常發(fā)育,最終獲得優(yōu)質(zhì)無核果。
3.1 赤霉素類
赤霉素是一類四環(huán)雙萜類化合物,為植物天然激素,常見于有花植物中。目前為止,己在自然界發(fā)現(xiàn)136種赤霉素類物質(zhì),但只有極少數(shù)具生物活性[28]。GA3是最早被發(fā)現(xiàn)并用于誘導葡萄無核和果實膨大的赤霉素,可通過人工培養(yǎng)赤霉菌發(fā)酵后提取獲得穩(wěn)定的白色晶體,在中性或堿性水溶液中易失去活性,加熱至50 ℃以上也易失活[29]。
生產(chǎn)上以GA3和GA4+7誘導單性結(jié)實的效果最好?;ㄇ笆〨A3能誘導形成無核果,花后施還能促進果實膨大。各品種對GA3的敏感性不同,處理的時間和藥劑濃度不同。在開花前使用,一般可使花序伸長,提早開花,有的品種會產(chǎn)生花序過度伸長或扭曲;開花期或花后使用,使幼果細胞分裂變長;盛花后10 d使用,能促進細胞增大,促使果實膨大;盛花后20 d使用,對幼果增大作用不明顯;多次使用易引起裂果,且使果實成熟延遲[30]。
3.2 細胞分裂素類
6-芐氨基腺嘌呤(6-BA)是較早由人工合成的嘌呤類細胞分裂素,在與生長素(IAA)和赤霉素的共同作用下不僅促進細胞分裂,而且促使細胞增大。6-BA常于開花前與GA3混合使用,可延長花前處理的有效時間,還能提高坐果率、增大果粒以及提高無核率。但須注意把握6-BA的使用濃度及處理時期。由于6-BA能促進蛋白質(zhì)合成、抑制頂端生長、延緩衰老等,若早期使用濃度過高,果粒會變短;若花后使用會使?jié){果成熟期延遲[24]。
N-(2-氯-4-吡啶基)-N'-苯基脲[N-(2-chloro-4-pyridyl)-N'-phenylurea,CPPU],商品名為氯吡脲、吡效隆,是人工合成的一種苯脲類細胞分裂素,比嘌呤類細胞分裂素的活性高出100倍以上[31]。CPPU能促進單性結(jié)實,提高坐果,還可延緩葉片衰老,打破種子休眠。有研究發(fā)現(xiàn),CPPU在巨峰、蓓蕾玫瑰-A等品種上應用較廣泛,除了作無核處理外,與GA3混合使用比單獨使用GA3增加單粒重10%~20%,且果實品質(zhì)較佳[32]。但CPPU使用濃度過高時會導致果實糖度降低,酸度升高,著色遲緩,成熟推遲。
N-苯基-N'-1,2,3-噻二唑[(N-phenyl-N'-1,2,3-thiadiazol-5-ylurea),TDZ][33],商品名為噻苯隆、益果靈,是一種與CPPU化學結(jié)構(gòu)相似的苯脲類化合物,其膨大效應比CPPU更強,且使用中出現(xiàn)的副作用相對較輕。但TDZ在低濃度時方可當做植物生長調(diào)節(jié)劑來促使果實膨大,濃度過高時則會引發(fā)植物葉片脫落,其使用濃度一般為CPPU的一半[24]。
3.3 生長素類
4-氯苯氧乙酸(4-CPA),商品名為促生靈、防落素,是人工合成的類生長素化合物,在植物體內(nèi)有很強的生長素活性,且不易被酶破壞分解。4-CPA常與GA3混合使用,不但能誘發(fā)無核果,提高無核率和坐果率,促使果粒增大,產(chǎn)量增加,改善果實品質(zhì),而且能減輕因GA3引起的葡萄穗軸硬化等副作用[24]。葡萄對4-CPA較敏感,通常用15 mg/L以下的濃度與GA3聯(lián)用,超過20 mg/L易產(chǎn)生藥害,并使葡萄漿果的成熟受到嚴重影響。處理時期因品種而異,一般在開花前5~15 d處理可達到較好的無核化效果,若花后處理時期過晚則會推遲漿果成熟[30]。
3.4 抗生素類
鏈霉素(SM)和卡那霉素(KM)是目前公認的無核化效果較好的兩種抗生素,它們的藥用效果甚至優(yōu)于單用赤霉素,且不會出現(xiàn)穗軸硬化、木質(zhì)化等副作用[30]。單用SM時,常使無核果粒偏小,究其緣由,可能是SM處理降低了幼果內(nèi)IAA和GA3的水平。在生產(chǎn)中一般不單獨使用SM,而是花前單用SM處理誘使?jié){果無核,花后再用赤霉素處理促使無核果膨大。SM誘導葡萄無核的處理時期很寬,從花前20 d到盛花期均可,一般花前10~15 d效果最佳,使用濃度在100~400 mg/L,與GA3混合使用時可適當降低濃度[24]。
4.1 處理時期
不同品種的處理時期不相同,無核化效果也存在差異。傳統(tǒng)的葡萄無核化栽培需兩次藥劑處理,首次誘導無核,第二次促使果實膨大。根據(jù)品種特性對癥下藥,選定合適處理時期。一般情況下,玫瑰香、馬奶子、亞歷山大等二倍體品種,果實含籽多,自然無核化程度極低,通常于盛花前10~14 d進行第一次處理,花后10 d第二次處理;巨峰、紅富士、白玉等四倍體大粒品種,果實少核或軟核多,易誘導,多在花前2~3 d或始花期進行第一次處理,花后10~15 d第二次處理;而那些能在一定程度上自然單性結(jié)實的品種,即使不用外施藥劑也能產(chǎn)生無核果,故第一次處理在盛花末期,第二次處理在花后10 d[34]。但各地研究略有差異。首次處理時期的確定是控制無核化的關鍵。處理過早,無核率低,果粒小,穗軸扭曲伸長,坐果稀疏;處理過晚,坐果少,有核果多。因此,要掌握處理時期就需準確判斷花期。根據(jù)經(jīng)驗、有效積溫和歷年開花物候期進行判斷等都是有效的方法,但要更準確的把控時間,應根據(jù)樹體發(fā)育狀態(tài)和花器發(fā)育形態(tài)進行衡量[35]。
4.2 處理方法
在葡萄無核化栽培中,浸、噴、涂、蘸的處理方法均可。一般情況下,兩次處理均以完全浸沒式浸漬花/果穗3~5 s為宜。為方便實際生產(chǎn)中大面積操作,也有第二次直接向果穗均勻噴布藥液的。在誘導有核葡萄無核化時,外施藥劑要隨配隨用,添加吐溫等展著劑利于藥液均勻吸附在花/果穗上。若藥劑處理6 h內(nèi)遇雨,藥效會受到影響,需視情況重新處理。也有直接將藥劑涂抹到巨峰葡萄花穗上的報道,無核化效果良好,果實品質(zhì)顯著提高[36]。
葡萄無核化栽培要想獲得預期的效果需考慮多種因素,葡萄品種、樹體長勢、整形修剪、肥水管理等都會影響無核化的效果。因此,有核葡萄無核化處理時應注意配套栽培技術及生產(chǎn)管理。
5.1 品種的選擇
理論上,任何有核品種都可以無核化,但難易程度大相徑庭。無核率絕不是評判一個品種能否投入無核化栽培的唯一標準。不同的葡萄品種對處理藥劑的敏感性不同,產(chǎn)生的無核化效果存在很大差異,且或多或少的伴有各種副作用。因此,判斷某一品種是否適合無核化生產(chǎn),應綜合考慮以下因素:
(1)無核化處理后的葡萄無核率應在90%以上。一般而言,凡是具有落花落果嚴重、少籽、長勢旺等特點的品種,在無核化栽培時更易于誘導無核。
(2)無核化處理后對穗軸無副作用或極輕微。凡是伴有穗軸扭曲硬化、果梗增粗、落粒加重等副反應的不宜無核化栽培。
(3)無核化處理后的果粒大小應與該品種的有核果粒大小相似。
(4)無核化處理后的果實品質(zhì)和產(chǎn)量穩(wěn)定性良好,不受或較少受環(huán)境、年份、栽培條件等因素影響[24]。
5.2 培養(yǎng)樹勢
無論品種的生長特性如何,實行無核化栽培時,都需要培養(yǎng)強健的樹勢。樹勢較強,易于無核化處理,處理后小青粒少,成熟較早。為此,需要注意以下幾點:
(1)選擇在土壤較肥沃,土層深厚,通氣性良好,便于排灌的土塊建園,以獲得較強樹勢;對于地力瘠薄和干旱無灌溉條件的葡萄園,應加強土壤培肥,增強樹勢。
(2)對于上一年負載合理,未遭受嚴重病、蟲和自然災害,主蔓和結(jié)果枝粗壯、充實,芽飽滿的植株,維持正常管理;對于上一年結(jié)果過多或管理粗放,樹勢衰弱的樹體,應合理控制負載,加強田間管理,提高樹勢。
(3)在樹體健壯的基礎上,通過冬季重剪,保留較少冬芽,減少新梢數(shù)量,促使新梢健壯生長,以利于早期形成較大的葉面積,滿足無核化處理對養(yǎng)分的需求[24]。
5.3 花果管理
葡萄無核化處理配套的栽培管理措施至關重要,尤其是對花/果穗的整形修剪。無核化栽培的果實早熟,在花期前后需加強管理,以提高葡萄的商品性。生產(chǎn)中一般采取以下措施:
(1)疏花序。通常在始花期前進行,最晚不超過開花期,采取“強二中一弱不留”的原則選留花序,并剪掉歧肩及過長的花穗,有助于營養(yǎng)的集中供給。但日本岡山也有研究發(fā)現(xiàn),以留取歧肩代替主穗的技術措施可提高花穗整形速度,且效果不變[9]。但由于主穗穗尖部分花期比較整齊一致,有助于藥液浸蘸處理,且葡萄成熟時穗形美觀,故無核化處理多選留主穗穗尖。
(2)果穗管理。無核化處理坐果高,果實成熟時膨大相互擠壓,容易裂果,繼而引發(fā)病害。因此,在果粒長至黃豆大小時進行疏粒。疏掉內(nèi)生、交叉、畸形及少量有核果粒,每穗果留30~60粒即可。
5.4 肥水管理
葡萄無核化栽培需在生長前期加強施肥,尤其在開花前,葡萄的需肥量和耐肥力都比常規(guī)栽培要高,因而在此期間的施肥量及氮肥使用比例相對較高。葡萄坐果后,應及時追肥,它既可保證當年產(chǎn)量,又可為來年結(jié)果奠定基礎,但要注意及早控制氮肥的供應,以防止營養(yǎng)生長過旺。果實成熟采收后也應適當追肥,提高葉片光合效率,增加貯藏營養(yǎng),解決樹體營養(yǎng)虧缺和花芽分化的矛盾。
無核化栽培中,葡萄在萌芽至開花、落花后至果實軟化前、果實軟化至采收這3個時期對水分特別敏感。
(1)萌芽至開花期間,及時澆水,持續(xù)保持較好的土壤水分有助于培養(yǎng)強旺的生長勢和快速形成葉片以達到無核化栽培的要求。
(2)落花后至果實軟化前,適當灌水,防止因土壤缺水致使幼果發(fā)育受阻,出現(xiàn)小粒果和生青果,并預防日灼病和裂果等現(xiàn)象發(fā)生。
(3)果實軟化至采收期間,土壤干濕不勻,大量灌水極易引發(fā)裂果。在此期間,應適當控灌水,使土壤含水量較低且平穩(wěn),缺水時宜少量補給。在葡萄整個生長期內(nèi),園地要注意及時排水,以防因長期淹水或地下水位過高導致根系缺氧,引發(fā)大量落葉、落果甚至死亡等現(xiàn)象。
葡萄無核化生產(chǎn)中仍存在很多問題:
(1)因品種、區(qū)域不同,投入無核化生產(chǎn)的標準尚不明確,無核化效果大相徑庭。
(2)對于植物生長調(diào)節(jié)劑等藥物的應用尚未規(guī)范化。生產(chǎn)者對該領域的認知欠缺,盲目追求高產(chǎn),人為加大藥劑使用量和使用濃度等濫用植物生長調(diào)節(jié)劑的方式,導致果品下降甚至失去原有性狀,產(chǎn)量損失慘重。
(3)過分看重無核處理而忽視配套的栽培管理措施,導致樹體嚴重早衰,壽命大大縮短。
日本在前期研究的基礎上把原需二次藥劑處理改為一次處理的創(chuàng)新性做法值得我們深思和借鑒。傳統(tǒng)意義上的葡萄無核化技術需二次藥劑處理,操作較繁復,費時費力。日本試驗研發(fā)出藥劑一次處理的無核化栽培新技術,簡化操作,節(jié)省農(nóng)本,且緩解了田間用工高峰的壓力。該技術的實質(zhì)是,通過略微推遲誘導無核的時間、提早使用較大濃度膨大劑的方式,達到藥劑一次處理就可實現(xiàn)無核化的栽培目的。一次處理的無核化栽培技術集誘導無核和膨大處理于同一天,既減弱了常規(guī)的首次處理使穗軸硬化等副作用,又減輕了CPPU對果實色澤與品質(zhì)的影響,這更符合葡萄產(chǎn)業(yè)優(yōu)質(zhì)化的發(fā)展方向。目前這項新技術已通過日本農(nóng)藥使用登錄,獲取行政管理部門的批準,面向社會推廣使用。
近年來,隨著葡萄無核化技術不斷完善,無核化產(chǎn)品的應用領域不僅僅局限于鮮食和制罐,在觀光葡萄園和其他旅游景點也有應用價值。今后,隨著這項技術進一步成熟,適于無核化的優(yōu)良品種也更加多樣化,其無核產(chǎn)品的應用領域更為廣泛,市場前景更加廣闊。
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10.13414/j.cnki.zwpp.2017.05.016
2017-03-26
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系專項資金(CARS-30)
史文婷(1993-),女,碩士研究生,研究方向:葡萄栽培與釀造。E-mail: 1262633225@qq.com
*通訊作者:王振平(1965-),男,碩士生導師,研究員,研究方向:葡萄栽培與釀造。E-mail: dr.wangzhp@163.com