果樹落花落果機(jī)制研究進(jìn)展

許培磊，韓先焱，李昌禹，張寶香，秦紅艷，艾軍

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，長(zhǎng)春 130112）

果實(shí)的發(fā)育一般要經(jīng)歷坐果、生長(zhǎng)和成熟三個(gè)階段，坐果和種子生成是在受精過程中建立起來的，這個(gè)階段胚珠和子房分別發(fā)育成種子和果實(shí)，以細(xì)胞分裂和母系與后代組織的協(xié)調(diào)發(fā)展為主要特征[1，2]。坐果階段是果實(shí)發(fā)育過程中的一個(gè)重要階段，所以，對(duì)坐果階段的研究非常有意義，首先，負(fù)責(zé)坐果的分子和生化途徑可能會(huì)對(duì)后期發(fā)展產(chǎn)生較大影響；其次，該階段最大程度上決定果實(shí)和種子數(shù)量，果實(shí)大小和產(chǎn)量都取決于細(xì)胞數(shù)；最后，此階段易受到內(nèi)部和外部的脅迫，最容易影響果實(shí)和種子的發(fā)育而導(dǎo)致落花落果現(xiàn)象的發(fā)生[3]。

果樹普遍存在落花落果現(xiàn)象，在葡萄、棗、杏、李子、櫻桃、蘋果等均有報(bào)道，嚴(yán)重的落花落果會(huì)造成產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的下降，許多研究者報(bào)道了有關(guān)于葡萄的坐果率文章，在摘心[4]、藥劑處理[5]、光照[6]、激素處理[7]、鈣硼處理[8]等方面對(duì)提高坐果進(jìn)行了探討。在另一方面，不容忽視的是花序過多造成負(fù)載量過大也會(huì)影響果實(shí)的品質(zhì)，有研究者在蘋果[9]、獼猴桃[10]、桃[11]、柑橘[12]等果樹上對(duì)疏花疏果進(jìn)行了報(bào)道，結(jié)果顯示，疏花疏果不僅能夠提高果實(shí)品質(zhì)，并能提高花序的坐果率。葡萄樹若結(jié)果量超載，多余的花序不但消耗養(yǎng)分，影響果粒生長(zhǎng)成熟，導(dǎo)致個(gè)別小果不能著色，果實(shí)品質(zhì)下降，而且易造成樹勢(shì)早衰，影響下一年的花芽分化。因此，有必要通過合理的疏花疏果，使植株負(fù)載趨于合理，達(dá)到豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和提高果實(shí)綜合性狀的目的。山葡萄小青粒約占果實(shí)的20%～30%，嚴(yán)重影響釀酒品質(zhì)，是制約山葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一[13]。研究葡萄花序和幼果的脫落機(jī)制對(duì)于減少山葡萄小青粒具有重要的指導(dǎo)意義。

1 落果（落花）時(shí)期和分類

在果樹生長(zhǎng)發(fā)育過程中，由于樹體內(nèi)生理因素使花柄形成離層而引起果實(shí)脫落為生理落果。果樹生理落果可以分為三個(gè)時(shí)期，前期落果是在開花初期，大量異常和未授粉的雌花脫落；中期是在受精失敗后[14～16]；后期落果也被稱為六月落果，由于激烈的營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)和胚發(fā)育異常而引起的幼果脫落[17]。Patterson[18]將脫落分為4個(gè)階段：首先是離區(qū)的形成；其次是離區(qū)感受脫落信號(hào)并啟動(dòng)脫落進(jìn)程；然后細(xì)胞分離并導(dǎo)致器官脫落；最后是離區(qū)細(xì)胞分離及保護(hù)層的形成。離區(qū)的分化可能在器官脫落前的很長(zhǎng)時(shí)間就已經(jīng)完成，等候脫落信號(hào)，這暗示著分化程度是脫落發(fā)生的重要前提。因此，脫落是一個(gè)被高度調(diào)節(jié)的過程，受很多因素的影響和信號(hào)激活，主要有外部因素（環(huán)境信號(hào)：如光照、溫度、水分和病原菌等）與內(nèi)部因素（植株發(fā)育信號(hào)：如授粉、衰老和果實(shí)成熟等）。

2 落花落果的原因分析

2.1 環(huán)境因素

果樹花序發(fā)育過程中，常常會(huì)遭受到生物或非生物脅迫，引起生長(zhǎng)和發(fā)育延后、產(chǎn)量降低甚至絕產(chǎn)。有研究報(bào)道，柑橘受到炭疽病菌的侵染發(fā)生落果是因?yàn)樯L(zhǎng)素與吲哚化合物之間的平衡關(guān)系被打亂[19]。然而，關(guān)于生物脅迫的研究較少，在非生物脅迫引起的花和果實(shí)脫落方面的研究文獻(xiàn)較多?？蒲腥藛T研究了溫度對(duì)生殖器官和坐果率的影響，結(jié)果表明，不適宜的溫度會(huì)引起雌蕊和雄蕊發(fā)育不同步的現(xiàn)象發(fā)生，例如高溫會(huì)加速開花而不是雌蕊發(fā)育，會(huì)引起雌蕊變小和花柱長(zhǎng)度變短而影響坐果[20]；在花序發(fā)育時(shí)期遮光會(huì)使葡萄與蘋果的花序脫落和坐果率降低[21]；花期缺水會(huì)顯著影響蘋果和柑橘單株產(chǎn)量[22]。

2.2 果樹種質(zhì)資源差異

落花落果的比例會(huì)因樹種和種質(zhì)的不同而存在差異，如野生種葡萄的落花落果率高于歐美種和歐亞種葡萄[23]，釀酒用的山葡萄坐果率僅有21.6%。品種遺傳特性引起的花器官敗育是花形態(tài)建成中的常見現(xiàn)象[24]，如巨峰葡萄花器受遺傳因素影響，其胚珠發(fā)育不完全，胚珠異常率高達(dá)48%，并伴隨著花絲向背面反轉(zhuǎn)，不利于授粉；另外，有些葡萄品種是雄蕊退化，也會(huì)引起落花落果[25]。

2.3 植物發(fā)育

2.3.1 雌蕊敗育引發(fā)的果實(shí)脫落 根據(jù)果樹雌蕊發(fā)育不同階段受阻，雌蕊敗育類型分為珠被發(fā)育異常、胚囊發(fā)育受阻、花柱結(jié)構(gòu)異常、雌蕊分化進(jìn)程停滯或遲緩4大類型[26]。珠被是胚珠的一部分，在果實(shí)發(fā)育過程中參與種皮的形成，起到保護(hù)作用。珠被的缺失，一方面使種子在發(fā)育過程中失去保護(hù)，另一方面影響了果實(shí)的正常代謝活動(dòng)并減少了胚囊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的直接來源，限制了胚囊的進(jìn)一步發(fā)育[27]。Wetzstein等[28]研究發(fā)現(xiàn)，石榴敗育花雌蕊胚珠發(fā)育受阻形式多樣，有一種表現(xiàn)為內(nèi)珠被與外珠被之間存在空隙，外珠被發(fā)育異常。

合點(diǎn)區(qū)細(xì)胞具有吸器結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，其作用是促進(jìn)物質(zhì)由母體進(jìn)入胚囊。在核桃脫落果中，合點(diǎn)細(xì)胞解體，維管束細(xì)胞萎縮，使合點(diǎn)無法執(zhí)行轉(zhuǎn)輸組織的功能，斷絕了對(duì)胚囊的物質(zhì)供給，從而造成果實(shí)脫落[27]。杏開花期敗育花雌蕊發(fā)育過程的顯微觀察結(jié)果顯示：胚囊解體或未分化形成占50%，胚囊母細(xì)胞時(shí)期停滯發(fā)育占19.2%，單核胚囊期停滯發(fā)育占19.2%，在2核或4核胚囊期停滯發(fā)育占11.6%，沒有發(fā)現(xiàn)成熟胚囊形成[29]。

花柱結(jié)構(gòu)異常、柱頭不能黏合花粉或花粉與柱頭間不能識(shí)別都會(huì)影響果樹正常授粉受精的過程，導(dǎo)致雌雄配子不能正常結(jié)合而敗育。Wetzstein等[28]發(fā)現(xiàn)，石榴兩性花花柱高于雄蕊柱頭，表面有大量分泌物形成，花柱中有大量花粉管萌發(fā)；敗育花花柱顯著低于雄蕊柱頭，表面分泌物少，花粉不能正常黏合，難以進(jìn)入花柱萌發(fā)形成花粉管。

果樹花芽分化會(huì)影響植物開花的數(shù)量、質(zhì)量以及坐果率，果梅不同品種雌蕊分化進(jìn)程不同，品種‘大嵌蒂’花芽在進(jìn)入分化期后停滯而使花芽解體，也表現(xiàn)為雌蕊敗育[30]。邱燕平[31]認(rèn)為，荔枝胚胎營(yíng)養(yǎng)器官發(fā)育過程中的消長(zhǎng)、果實(shí)迅速發(fā)育期、植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛期均與生理落果密切相關(guān)。

2.3.2 雄蕊和授粉親和性 授粉是指雄蕊花藥中的花粉傳到雌蕊柱頭上的過程[32]。受精是果實(shí)坐果、生長(zhǎng)、品質(zhì)形成和發(fā)育的重要過程之一。散粉在臨近開花前已經(jīng)脫水，這提供了一個(gè)新陳代謝的靜止?fàn)顟B(tài)，花粉干燥避免了在散粉過程中遭遇環(huán)境脅迫，并可能是花粉活力和隨后萌芽的先決條件[33]?；ǚ蹚幕ㄋ幹忻撀洳⒃谥^表面沉積，干燥的花粉發(fā)生再水化分為兩步，最初階段，花粉受到柱頭分泌黏液的刺激，假定信號(hào)在花粉和柱頭之間交換；第二階段，內(nèi)壁從萌發(fā)溝突出伸長(zhǎng)形成花粉管[34]?；ǚ哿Ｖ袪I(yíng)養(yǎng)核和兩個(gè)精子隨同細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入花粉管到達(dá)子房后，隨花粉管從珠孔經(jīng)珠心噴射進(jìn)入胚囊，一個(gè)精子和卵細(xì)胞融合形成合子，另一個(gè)精子和兩個(gè)極核融合形成初生胚乳核完成雙受精[35]。這個(gè)過程極易受到外界環(huán)境的影響，如高溫或低溫脅迫會(huì)減少花粉萌發(fā)、花粉管生長(zhǎng)和受精的比例[36，37]?；ǚ墼谥^上的萌發(fā)比例隨適宜溫度的升高而升高[38]，但是，減數(shù)分裂和花粉粒發(fā)育階段對(duì)溫度比較敏感，高溫脅迫會(huì)破壞花粉粒的完整性，由于細(xì)胞壁脆弱會(huì)明顯降低葡萄花粉活力，高溫脅迫會(huì)使產(chǎn)量下降70%[36]；低溫脅迫抑制花粉管生長(zhǎng)，會(huì)降低梨中花粉管生長(zhǎng)的關(guān)鍵酶[37]。因此，花粉萌發(fā)是受精的前提，萌芽率較高且在低溫下易萌發(fā)的種質(zhì)是授粉品種的首選[39]。

雄蕊發(fā)育好壞直接影響果樹的坐果率，研究雄配子體的發(fā)育對(duì)于提高坐果率、指導(dǎo)果樹育種和配置授粉樹具有十分重要意義。研究發(fā)現(xiàn)，坐果率隨授粉樹與主栽品種的距離加大而降低，授粉樹應(yīng)當(dāng)在主栽品種10米以內(nèi)栽種[40]。柱頭表面較高的花粉密度有助于提高梨的坐果、果實(shí)品質(zhì)及種子生活力。果樹不同種質(zhì)間的花粉粒存在很大差異，由于基因型不同的花粉型而導(dǎo)致的坐果率不同其實(shí)還是取決于品種基因型不同[41]。異花授粉比自花授粉的結(jié)實(shí)率高。毛葡萄自花授粉結(jié)實(shí)率低，原因是由雄配子體發(fā)育異?；驍∮?；雌雄配子體發(fā)育不同步；花粉在柱頭上不萌發(fā)或雖萌發(fā)但不能進(jìn)入柱頭，不能受精所導(dǎo)致的[42]。葡萄雜交坐果率與花粉柱頭萌發(fā)率間存在明顯的正相關(guān)趨勢(shì)[43]。但花粉發(fā)芽率與異花授粉的坐果率不存在顯著的相關(guān)性，因?yàn)樽逝c授粉親和性有關(guān)，這是品種內(nèi)在特性所決定的，在配置授粉樹時(shí)要通過授粉試驗(yàn)來確定，而不是僅通過花粉發(fā)芽率來判斷[44，45]。

2.4 激素調(diào)節(jié)

Gustafson[46]早在1936年發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)素可以使去雄的子房發(fā)育成果實(shí)，說明在花粉中存在類似生長(zhǎng)素類的激素物質(zhì)存在，通過授粉作用，就可以將花粉中的激素轉(zhuǎn)運(yùn)到子房中來啟動(dòng)果實(shí)的發(fā)育，表明果實(shí)形成和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑存在相關(guān)聯(lián)系。在植物整個(gè)脫落進(jìn)程中，激素由于可以調(diào)節(jié)植物器官應(yīng)答脅迫反應(yīng)而起到非常重要的調(diào)節(jié)作用[47]。根據(jù)激素在不同組織中的濃度、受體的濃度和親和力、激素間的平衡、運(yùn)輸或它們之間的相互作用，激素可以作為脫落的加速或抑制信號(hào)，乙烯、脫落酸和細(xì)胞分裂素一般作為加速脫落的信號(hào)物質(zhì)[48]，生長(zhǎng)素、赤霉素和多胺是抑制脫落的激素[48，49]。

2.4.1 乙烯 乙烯的合成在許多脫落器官脫落以前增加。在蘋果幼果期，化學(xué)稀釋劑促使乙烯合成，同時(shí)刺激關(guān)鍵調(diào)控基因上調(diào)，使乙烯前體ACC合成。這一調(diào)控在葡萄花果脫落時(shí)也已經(jīng)被報(bào)道[50]。落果研究中發(fā)現(xiàn)，葡萄外源施加乙烯合成抑制劑可提高其座果率，葡萄上的最新研究表明，幼果從果穗上脫落是由于這些小果的生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸能力減弱，而乙烯含量與乙烯相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平較高引起的[51]，因此，乙烯合成與信號(hào)通路可能被包含在脫落過程中。乙烯在脫落的最后階段起效應(yīng)，激活編碼水解酶基因的轉(zhuǎn)錄，增高離層組織細(xì)胞壁分解酶的活性，使離層細(xì)胞壁分解[52]。然而，脫落反應(yīng)中離層的特異性依賴于其對(duì)乙烯的敏感性，在某些情況下，脫落發(fā)生時(shí)并不伴隨乙烯的升高。

當(dāng)考察不同語速是否給較高聽力水平班級(jí)HP－B在不同聽力測(cè)試題型中帶來成績(jī)明顯提高時(shí)，表6結(jié)果表明，較慢語速版本下，受試在長(zhǎng)對(duì)話和短文中的平均得分有了明顯提高，成績(jī)提高甚至在0．01水平上都具有明顯性。具體來說，短文中的成績(jī)提高最為明顯(t=－11．311，p=．000)，其次是受試在長(zhǎng)對(duì)話中的表現(xiàn)(t= －3．246，p=．002)。相反，受試在短對(duì)話中的表現(xiàn)正如獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)中的表現(xiàn)，并沒有任何顯著性的成績(jī)提高(t=－．785，p= ．435)。

2.4.2 生長(zhǎng)素 生長(zhǎng)素可以調(diào)節(jié)多樣的發(fā)育反應(yīng)，包括控制衰老和器官脫落。許多木本植物在施用生長(zhǎng)素類激素后脫落減少。有報(bào)道稱，生長(zhǎng)素合成后經(jīng)離層傳輸，可以通過降低離層對(duì)乙烯的敏感性來延緩生長(zhǎng)素活性[53]?！吧L(zhǎng)素梯度理論”于1955年提出[54]，該學(xué)說認(rèn)為，器官脫落由遠(yuǎn)軸端和近軸端的生長(zhǎng)素相對(duì)含量控制，遠(yuǎn)軸端生長(zhǎng)素相對(duì)含量越高越抑制脫落，相反則促進(jìn)脫落。用生長(zhǎng)素類物質(zhì)處理子房，會(huì)增加遠(yuǎn)軸端生長(zhǎng)素相對(duì)含量，從而抑制落果發(fā)生[55]。但也有研究表明，生長(zhǎng)素在許多果樹上可以當(dāng)做疏果劑來減少幼果之間的競(jìng)爭(zhēng)[56]。由此說明，外源生長(zhǎng)素既抑制落果又促進(jìn)落果，不能用單一的生長(zhǎng)素施用濃度來制定所有果樹防止落果的統(tǒng)一措施。

其實(shí)，生長(zhǎng)素響應(yīng)報(bào)告基因的表達(dá)信號(hào)可以在受精后2h～3h內(nèi)檢測(cè)到，此時(shí)胚乳僅進(jìn)行了1次分裂，可以說生長(zhǎng)素介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)可能是受精胚珠中最早的激素響應(yīng)信號(hào)。Nihal[57]報(bào)道，ARF與AUX/IAA家族的轉(zhuǎn)錄因子是生長(zhǎng)素信號(hào)響應(yīng)的關(guān)鍵基因，AUX/IAA家族的基因在番茄花前子房中大量表達(dá)，花后大幅下降，然而，生長(zhǎng)素響應(yīng)基因還需使AUX/IAA蛋白去泛素化，釋放ARF才可以活化。因此，ARF與AUX/IAA之間的互作對(duì)于調(diào)控生長(zhǎng)素非常重要。

2.4.3 脫落酸 脫落酸（ABA）具有調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和植物對(duì)環(huán)境脅迫的適應(yīng)能力，并具有控制植物生長(zhǎng)、抑制種子萌發(fā)及促進(jìn)植物衰老等效應(yīng)。雷霆等[58]研究結(jié)果表明，若幼果中脫落酸含量較高，不利于座果，使用外源赤霉素可抑制內(nèi)源脫落酸的增加。果實(shí)內(nèi)源ABA高峰期與落果高峰期相對(duì)應(yīng)，并且脫落幼果的脫落酸含量在整個(gè)生理落果期間始終高于正常幼果。

2.4.4 赤霉素 赤霉素在果實(shí)發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，授粉受精作用可使赤霉素合成關(guān)鍵酶的表達(dá)量升高[59]，從而使種子具有高濃度的赤霉素，種子是提供促進(jìn)生長(zhǎng)和坐果所需化合物的源[60]。與受精的子房相比，未受精的子房中GA-20氧化酶活性較低，也是未受精子房不能繼續(xù)發(fā)育成成熟果實(shí)的限制性因素。幼果脫落很可能是由于幼果中的赤霉素含量低于新梢，若減小與新梢的赤霉素比值，可以減緩幼果的脫落[61]。外施赤霉素可促進(jìn)花粉萌發(fā)和刺激子房膨大，果柄增長(zhǎng)，還可刺激雌花單性結(jié)實(shí)。Chandler等[62]研究表明，DELLA蛋白是抑制赤霉素響應(yīng)基因表達(dá)的抑制因子，可以限制細(xì)胞的膨大和增殖，授粉受精后的活性赤霉素可以使DELLA蛋白質(zhì)降解，釋放下游的赤霉素響應(yīng)基因，最后啟動(dòng)果實(shí)的發(fā)育。可以說，在果樹開花坐果期間，受精作用首先使子房中積累大量的生長(zhǎng)素，隨后在果實(shí)細(xì)胞膨大過程中，赤霉素始終保持著較高的濃度來促使果實(shí)繼續(xù)發(fā)育[63]。一旦赤霉素濃度低于新梢，源庫位置顛倒，極有可能發(fā)生落果現(xiàn)象。

2.4.5 細(xì)胞分裂素 與其他激素一樣，細(xì)胞分裂素也是植物發(fā)育過程中的一個(gè)重要調(diào)節(jié)因子，其活性和濃度與果實(shí)的發(fā)育過程密切相關(guān)。Matsuo等[64]研究表明，細(xì)胞分裂素有可能負(fù)責(zé)受精后刺激子房細(xì)胞的分裂，對(duì)于維持授粉前后子房的生長(zhǎng)和細(xì)胞分裂是十分必要的。內(nèi)源細(xì)胞分裂素含量的增加或活性上升能夠刺激苜?；ㄑ堪l(fā)育和果實(shí)的形成；施用外源的細(xì)胞分裂素能增加種子的數(shù)量和總重量，也可以阻止落果。但是，一般在花前施用細(xì)胞分裂素，因?yàn)橐坏┳臃块_始凋零，就不再有促進(jìn)坐果和防止落果的功能，可能是因?yàn)橥庠醇?xì)胞分裂素促進(jìn)微管組織的發(fā)育，使子房恢復(fù)吸收同化物，從而啟動(dòng)果實(shí)的發(fā)育。細(xì)胞分裂素對(duì)同化物的運(yùn)輸調(diào)動(dòng)是通過誘導(dǎo)胞外轉(zhuǎn)移酶、蔗糖轉(zhuǎn)移蛋白以及液泡轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的[65]。

2.4.6 多胺 多胺是一類具有生物活性的低分子量脂肪族含氮堿，廣泛存在于植物體內(nèi)，并調(diào)節(jié)植物的生理代謝。與植物開花坐果相關(guān)的多胺主要有腐胺、精胺和亞精胺，三者在適宜的濃度下都能促進(jìn)花粉萌發(fā)，并且在受精后的幼果中含量升高，精胺與幼果脫落關(guān)系密切，Malik[66]研究發(fā)現(xiàn)，脫落的小杧果約是未脫落的3/4，在果實(shí)上噴施多胺可大幅度地減少落果現(xiàn)象?；ㄇ皣娛﹣喚房梢燥@著抑制葡萄的幼果脫落，可能與其增加了花序中可溶性糖、減少氨基酸含量有關(guān)[67]。這說明亞精胺調(diào)控影響蔗糖合成或是在庫器官中積累，幼果脫落與低濃度的多胺和糖含量有關(guān)[49]。

2.4.7 激素間相互作用 植物坐果過程受到多種激素的調(diào)控，例如，單獨(dú)施用生長(zhǎng)素或赤霉素都不能讓未受精的子房發(fā)育成正常的果實(shí)，只有同時(shí)施用，才會(huì)使去雄的子房發(fā)育成正常的果實(shí)。生長(zhǎng)素與赤霉素之間的相互作用是果實(shí)發(fā)育過程中研究最多的兩種激素間互作模式，種子里產(chǎn)生的生長(zhǎng)素可以在一定程度上增加下游赤霉素的合成，從而解除對(duì)子房發(fā)育的抑制，刺激果實(shí)的形成和發(fā)育[68]。赤霉素與細(xì)胞分裂素也存在相互關(guān)系，因?yàn)?，?xì)胞分裂素可能在調(diào)控細(xì)胞分裂以及赤霉素和生長(zhǎng)素的合成中起重要作用。此外，赤霉素還與乙烯有相互作用關(guān)系。Shinozaki等[69]研究結(jié)果表明，花前乙烯通過抑制赤霉素的代謝阻止子房的生長(zhǎng)，受精后子房中的生長(zhǎng)素信號(hào)抑制了乙烯的合成及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而促進(jìn)赤霉素的合成，誘導(dǎo)子房發(fā)育成果實(shí)。柑橘幼果中赤霉素缺乏引起脫落酸和乙烯的升高，導(dǎo)致幼果脫落[70]。

2.5 酶的調(diào)節(jié)作用

果實(shí)脫落過程是一個(gè)程序性細(xì)胞死亡過程，在凋亡過程中液泡膜破裂，釋放許多水解酶，引起離區(qū)的細(xì)胞死亡，執(zhí)行脫落過程的最后階段。對(duì)細(xì)胞壁有降解作用的酶有果膠酯酶、內(nèi)切-半乳糖醛酸酶、半纖維素酶及纖維素酶等。水解酶參與調(diào)控果實(shí)脫落過程中的合成、降解、信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞定位等生理過程[71]，在果實(shí)脫落過程中的作用無可替代，如果能設(shè)法阻斷或調(diào)控其阻斷作用，將會(huì)有助于解決生產(chǎn)中幼果脫落的難題。

2.6 營(yíng)養(yǎng)條件

果樹的花芽分化、花蕾形成、花和幼果的發(fā)育需要大量碳水化合物等有機(jī)養(yǎng)分，也需要大量的礦質(zhì)元素等無機(jī)養(yǎng)分[72]。果樹的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)共同競(jìng)爭(zhēng)上一年的貯藏養(yǎng)分，花量過大，消耗營(yíng)養(yǎng)過多，不僅影響花序發(fā)育，還會(huì)影響葉片發(fā)育以及光合效率，減少傳輸?shù)交ê陀坠械臓I(yíng)養(yǎng)，因而造成花和幼果的大量脫落[73]。

2.6.1 有機(jī)養(yǎng)分 在適宜的生長(zhǎng)環(huán)境中，花的脫落不僅與生殖器官的發(fā)育有關(guān)，還與花中的碳水化合物總量有關(guān)，脫落最終是由于減少或禁止?fàn)I養(yǎng)向果實(shí)離層組織輸送營(yíng)養(yǎng)所致。幼果中葡萄糖含量低于閾值時(shí)就會(huì)引發(fā)脫落，說明葡萄糖在離區(qū)存在像生長(zhǎng)素一樣的梯度效應(yīng)[74]。

脫落敏感型葡萄品種“瓊瑤漿”營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)勢(shì)比耐脫落型品種“黑比諾”強(qiáng)，說明花的脫落敏感性與可用于花發(fā)育的最低糖含量有關(guān)[75]。花和幼果脫落與光有效輻射、葉面積以及營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)有關(guān)，說明坐果與源強(qiáng)度有關(guān)，品種間脫落比例與其品種的源強(qiáng)度存在高度相關(guān)性。糖除了作為碳源和能源物質(zhì)，也作為調(diào)控基因表達(dá)的信號(hào)分子，還可以決定樹體各器官間的源庫關(guān)系。糖以蔗糖的形式長(zhǎng)距離運(yùn)輸，通過韌皮部從源葉運(yùn)輸?shù)焦麑?shí)中，當(dāng)果實(shí)中的蔗糖水平較低時(shí)，會(huì)刺激葉片光合作用，養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移和運(yùn)出；當(dāng)果實(shí)中的蔗糖水平較高時(shí)，會(huì)抑制葉的光合作用，刺激庫細(xì)胞的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)存儲(chǔ)。幼果中較高的碳水化合物含量會(huì)降低落果率，因?yàn)椋?dāng)幼果碳水化合物缺乏時(shí)，會(huì)引起ABA含量的生高，繼而調(diào)控ACC（乙烯合成前體物質(zhì)）和乙烯的合成，乙烯是參與脫落調(diào)控的最終信號(hào)，會(huì)引發(fā)大量的幼果脫落[76]。

蔗糖和己糖可以作為信號(hào)分子來調(diào)控基因的表達(dá)，關(guān)于己糖激酶感受器介導(dǎo)葡萄糖信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究較多，糖還可以同多種激素信號(hào)相互作用共同調(diào)控植物發(fā)育過程，如細(xì)胞分裂素能調(diào)控蔗糖酶的表達(dá)和己糖的運(yùn)輸[77]。

2.6.2 無機(jī)養(yǎng)分 礦質(zhì)元素是植物正常生長(zhǎng)的必需條件，氮、磷、鉀是果樹生長(zhǎng)結(jié)實(shí)所需要的大量元素。氮是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸及葉綠素的組成部分，氮元素的補(bǔ)充有利于合成較多的蛋白質(zhì)，增大葉面積，提高光合效率，碳水化合物的合成量增多。磷能促進(jìn)碳水化合物代謝，利于積累干物質(zhì)和糖，提高可溶性糖含量。鉀能催化植物體內(nèi)多種酶，促進(jìn)光合作用，鉀含量高低決定著蔗糖的運(yùn)轉(zhuǎn)速率。杏落果樹葉片中氮、磷、鉀、鈣、鎂5種元素含量較正常樹葉片降低75%，氮、鉀、鎂元素含量差異顯著，落果嚴(yán)重的杏樹葉片氮、鉀元素含量較低[78]。

硼在花粉萌發(fā)中對(duì)果膠物質(zhì)合成起重要作用，硼在花粉中以柱頭和子房含量最多，可以刺激花粉管伸長(zhǎng)，加速受精過程，刺激坐果。此外，硼能促進(jìn)碳水化合物的運(yùn)轉(zhuǎn)，促進(jìn)蔗糖的合成，提高可運(yùn)態(tài)蔗糖所占比例。幼果是硼庫，盛花期與生理落果初期的硼含量最高，葉片在這兩個(gè)時(shí)期的硼含量最低，老葉的硼含量變化則比較緩和[79]。植物缺硼時(shí)，花藥和花絲萎縮，花粉敗育，出現(xiàn)“花而不實(shí)”的病癥。

綜上，果樹落花落果存在3個(gè)階段：信號(hào)識(shí)別、激素調(diào)控以及脫落階段。在信號(hào)識(shí)別階段，外界環(huán)境，如光照、溫度、水分、病原菌侵害等條件發(fā)生變化，內(nèi)部環(huán)境，如品種遺傳特性、花器官發(fā)育情況、授粉親和性、樹體營(yíng)養(yǎng)狀況、內(nèi)源激素含量變化等都會(huì)為植物傳遞脫落信號(hào)，脫落信號(hào)傳輸至離層，離層主要對(duì)脫落酸和乙烯敏感，而對(duì)生長(zhǎng)素不敏感，當(dāng)脫落酸和乙烯的量達(dá)到一定水平時(shí)，離層組織激活脫落特異轉(zhuǎn)錄因子，表達(dá)脫落基因，上調(diào)表達(dá)細(xì)胞壁水解酶（纖維素酶、多聚半乳糖糖醛酸酶、-半乳糖苷酶等），溶解中間層，最終導(dǎo)致細(xì)胞壁溶解發(fā)生脫落。因此，影響果樹落花落果的因素繁多，對(duì)其機(jī)制的剖析還要借助各種技術(shù)手段。

3 落花落果的研究手段

3.1 形態(tài)學(xué)研究

形態(tài)學(xué)研究能夠直觀顯示組織細(xì)胞的變化，是植物深入研究的基礎(chǔ)，石蠟切片是形態(tài)學(xué)觀察中最常用的技術(shù)手段。研究人員運(yùn)用石蠟切片技術(shù)研究了果樹花芽分化[80]、配子體發(fā)育[81]、胚胎發(fā)育[82]、落果的組織解剖[27]。賀普超等[83]運(yùn)用熒光顯微鏡觀察了花粉管伸長(zhǎng)過程。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，形態(tài)學(xué)觀察設(shè)備不斷更新。Crest等[84]運(yùn)用透射電鏡和掃描電鏡觀察了葡萄花粉發(fā)育過程。近年來，也有人運(yùn)用激光共聚焦觀察蘋果胚囊發(fā)育過程[85]和寧夏枸杞的胚囊發(fā)育[86]，豐富了果樹落花落果的研究方法，為脫落機(jī)制研究提供了新的視角。

3.2 分子生物學(xué)研究

由于果樹生命周期較長(zhǎng)、基因組雜合度較高、重復(fù)序列較多、遺傳背景復(fù)雜等原因，一直限制果樹分子生物學(xué)研究和全基因組測(cè)序研究的進(jìn)程。近年來，隨著測(cè)序技術(shù)的不斷發(fā)展，果樹全基因組測(cè)序工作在全世界展開。自2007年葡萄（Vitisvinifera）基因組測(cè)序完成以來，陸續(xù)有14種果樹的全基因組測(cè)序完成，分別是葡萄、蘋果、草莓、甜橙、番木瓜、香蕉、梨、梅花、桃、獼猴桃、棗、菠蘿，楊梅、黑樹莓[87]。上述果樹的全基因組測(cè)序結(jié)果搭建了龐大的分子生物學(xué)研究平臺(tái)，對(duì)于研究果樹落花落果具有重要意義。Shi等[88]以桃基因組為參考，運(yùn)用轉(zhuǎn)錄組對(duì)果梅雌蕊敗育相關(guān)基因進(jìn)行分析，初步篩選出與果梅雌蕊發(fā)育相關(guān)的36個(gè)基因。

研究者對(duì)控制水稻落粒性QTL進(jìn)行了定位，克隆了4個(gè)控制落粒性的基因[89]。擬南芥中控制離區(qū)發(fā)育的基因有BOP1和BOP2[90]。脫落的正調(diào)控因子IDA[91]通過HAESA受體引發(fā)花器官的脫落[92]。利用 RNAi技術(shù)產(chǎn)生的 ARP7敲除轉(zhuǎn)基因株系的花器官脫落明顯推遲[93]。杜藝[94]對(duì)荔枝盛花后的結(jié)果母枝進(jìn)行環(huán)剝?nèi)ト~、環(huán)剝?nèi)ト~后浸泡2，4-D、乙烯利處理后，運(yùn)用熒光定量表達(dá)差異技術(shù)，篩選出12個(gè)與荔枝幼果脫落相關(guān)的基因。

表觀遺傳學(xué)是近年來發(fā)展起來的，不基于DNA序列變異的基因表達(dá)的可遺傳改變。表觀遺傳對(duì)開花及花器官發(fā)育產(chǎn)生關(guān)鍵調(diào)控作用。miRNAs的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制是植物分子發(fā)育生物學(xué)研究的重要方面，例如miR159的過量表達(dá)會(huì)引起花藥和花粉的敗育。miR167的過量表達(dá)導(dǎo)致ARF6和ARF8轉(zhuǎn)錄本水平下降，導(dǎo)致花藥和雌蕊的敗育，這些都與落花落果有關(guān)系。

蛋白質(zhì)組包含一個(gè)細(xì)胞或一個(gè)組織的基因組所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)，較基因水平更能闡明植物生長(zhǎng)現(xiàn)象和本質(zhì)。因此，自1994年被澳大利亞學(xué)者首次提出以來，蛋白質(zhì)組學(xué)已經(jīng)在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)多個(gè)研究領(lǐng)域迅速發(fā)展，由最初的蛋白質(zhì)組的大規(guī)模定性分析，逐漸發(fā)展成為對(duì)蛋白質(zhì)的相對(duì)定量和絕對(duì)定量分析[95]。研究者運(yùn)用差異蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對(duì)花序發(fā)育與授粉受精后的柱頭和子房蛋白質(zhì)進(jìn)行分析，篩選出大量與花發(fā)育調(diào)控和雙受精相關(guān)蛋白質(zhì)[96，97]。

4 落花落果選擇機(jī)制研究

花的脫落（花受精后子房膨大前）和幼果脫落（子房膨大后再萎縮）在美國(guó)馬利筋中被研究，報(bào)道稱，有97%的雌蕊不能發(fā)育為成熟的豆莢，因?yàn)槎骨v之間競(jìng)爭(zhēng)有限營(yíng)養(yǎng)資源的能力不同，通過在早期選擇性消滅競(jìng)爭(zhēng)力差的（發(fā)育緩慢或者是相對(duì)小的）豆莢使其脫落，最終完成后代的優(yōu)勝劣汰[98]。事實(shí)證明，果實(shí)發(fā)育成熟是具有選擇性的，取決于品種的授粉花和幼果在受精次序、種子發(fā)育數(shù)、花粉來源等因素或是這些因素共同作用的基礎(chǔ)上選擇是否繼續(xù)發(fā)育至成熟。1）最早受精的花通常比后受精花更容易成熟。基部花存在空間和時(shí)間優(yōu)勢(shì)，它們離葉片和根的距離近，從葉片和根部向上運(yùn)輸?shù)酿B(yǎng)分都需要通過基部幼果，所以當(dāng)資源有限時(shí)，離源較遠(yuǎn)的生殖器官最先脫落。2）生長(zhǎng)在末端的花常常脫落并具有較少的種子數(shù)。種子數(shù)較少的幼果降低了從源吸收養(yǎng)分的能力，因此容易脫落。3）與異花授粉的果實(shí)相比，自花授粉果實(shí)的種子數(shù)少，并且容易脫落。研究發(fā)現(xiàn)可能是由于異花花粉花粉管生長(zhǎng)速度較快，自花授粉花粉管生長(zhǎng)速度慢并且在未到達(dá)胚珠時(shí)就停止伸長(zhǎng)[99]。

5 意義與展望

1975年，山葡萄首個(gè)兩性花品種“雙慶”由吉林省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，結(jié)束了栽培山葡萄必須配備授粉樹的歷史，是山葡萄品種選育工作中的里程碑。但是，“雙慶”的產(chǎn)量較低，并且存在大量的小青粒，所以，不能作為山葡萄的主栽品種。研究表明，青粒性狀是“雙慶”的固有特性，呈顯性遺傳，其雜交后代中多帶有小青粒特征，不僅影響果實(shí)產(chǎn)量，也影響釀酒品質(zhì)，是限制山葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題?！半p紅”、“雙豐”為“雙慶”的雜交后代，其青粒較多，研究者通過摘心和硼等藥劑處理，可以使小青粒由20%～30%降到10%以下[13]。在對(duì)山葡萄花性遺傳的研究中發(fā)現(xiàn)，兩性花“雙慶””存在閉花受精現(xiàn)象[100]。孢粉學(xué)研究葡萄的花粉形態(tài)時(shí)發(fā)現(xiàn)巨峰和“雙慶”的畸形花粉率較高[101]。在自花授粉條件下，“雙慶”小青粒的形成原因很有可能是由于畸形花粉不能在柱頭上萌發(fā)，或是花粉管生長(zhǎng)速度較慢，授粉受精不良所導(dǎo)致的胚囊發(fā)育遲緩，種子發(fā)育受阻，營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不良，果實(shí)不能繼續(xù)膨大，果皮不能著色，最終在果穗中以小青粒存在。然而，對(duì)于山葡萄小青粒的研究主要集中在栽培管理、藥劑噴施等技術(shù)措施上，對(duì)其形成機(jī)制缺少系統(tǒng)深入地研究。

植物落花落果的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，其影響因素貫穿于花果的整個(gè)發(fā)育過程，不僅包括品種遺傳特性、花器官發(fā)育情況、授粉親和性、樹體營(yíng)養(yǎng)狀況、內(nèi)源激素含量變化等，還包括外部環(huán)境對(duì)開花坐果的影響。隨著植物發(fā)育生物學(xué)研究手段的不斷更新，有望從形態(tài)學(xué)、孢粉學(xué)、分子生物學(xué)等層面對(duì)山葡萄小青粒的形成機(jī)制進(jìn)行深入地剖析。首先，應(yīng)對(duì)山葡萄資源小青粒情況進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析，找出品種、花性、起源地等與青粒數(shù)量的相關(guān)系數(shù)；然后，通過形態(tài)學(xué)觀察山葡萄配子體發(fā)育情況，是否存在雌蕊或雄蕊敗育現(xiàn)象，計(jì)算敗育比例與青粒比例的關(guān)系；通過授粉試驗(yàn)，觀察兩性花和雌能花在同一花粉（兩性花花粉）來源條件下的親和性分析、花粉管伸長(zhǎng)速度、胚囊發(fā)育情況、差異蛋白質(zhì)表達(dá)情況等；在生理落果期對(duì)正常發(fā)育和即將脫落的果粒進(jìn)行離層顯微結(jié)構(gòu)觀察、激素含量測(cè)定、差異蛋白質(zhì)表達(dá)情況等研究。旨在找出青粒形成的關(guān)鍵時(shí)期，在此過程中是否存在甲基化的表觀遺傳現(xiàn)象，找出調(diào)控青粒形成的基因。兩性花是否存在閉花受精現(xiàn)象，山葡萄幼果脫落與不脫落是否是形成青粒的直接原因，山葡萄體內(nèi)存在什么樣的脫落選擇機(jī)制值得我們探討。