噴施不同濃度鈣試劑對花后榛子果實生長及結(jié)實率的影響1)

陳龍濤　樊明壽　王迎男　　　楊博文　張會弟　耿婉婷

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，呼和浩特，010018)　　　　　　　　　　　　　(吉林師范大學(xué))

榛子(CorylusheterophyllaFisch)屬于樺木科榛屬植物，與扁桃(AmygdaluscommunisL.)、核桃(Juglansregia)、腰果(AnacardiumoccidentalieLinn)并稱為世界四大堅果，具有較高的營養(yǎng)價值[1-3]。我國榛子種植面積達(dá)到2萬hm2，主要分布于黑吉遼、西南橫斷山脈部分地區(qū)以及華北和西北等24省[4-6]。由于榛子具有較為特殊延遲受精的生物學(xué)習(xí)性，在受精過程中引起的胚敗育及受精至收獲期發(fā)生的敗育最終導(dǎo)致落果[7]，直接影響榛子收獲產(chǎn)量，導(dǎo)致低收益的經(jīng)濟(jì)問題突顯，嚴(yán)重制約榛子種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

鈣是植物生長所必須需的重要營養(yǎng)元素[8]，在維持細(xì)胞功能、控制植物體內(nèi)碳氮代謝、促進(jìn)植物生長發(fā)育及基因表達(dá)等方面起著關(guān)鍵的作用[9-11]，同時，鈣元素在花粉管萌發(fā)的過程中能夠起著重要的調(diào)控功能[12]。丁蕾[13]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)胞質(zhì)Ca2+濃度增加到一定的范圍后，直接激活花粉內(nèi)依賴Ca2+的生理生化反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)花粉管的萌發(fā)及受精作用；邱超等[14]在Ca2+對胡柚的生長研究中發(fā)現(xiàn)，Ca2+能顯著提高胡柚的果實產(chǎn)量。乙二醇雙(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)是Ca2+的專一性螯合劑，能夠與植物體內(nèi)Ca2+螯合，從而降低植物體內(nèi)游離的Ca2+。周衛(wèi)等[15]研究發(fā)現(xiàn)，EGTA能夠阻止植物細(xì)胞中Ca2+與鈣調(diào)蛋白(CaM)的結(jié)合反應(yīng)，進(jìn)而影響植物體內(nèi)的生理代謝過程。

近些年隨著我國對榛子種植產(chǎn)業(yè)的重視程度不斷加大，榛子品種選育等方面取得顯著成效[16]，但榛子種植的配套技術(shù)還在不斷完善，尤其在營養(yǎng)調(diào)控方面研究較為薄弱。魏麗紅等[17]研究發(fā)現(xiàn)，從花粉的萌發(fā)到榛子子房(幼果)的迅速發(fā)育，該時期是細(xì)胞組織生理代謝活動最旺盛的時期，需要足夠的礦質(zhì)營養(yǎng)供應(yīng)，應(yīng)注重養(yǎng)分積累。因此，本試驗通過在榛子花后進(jìn)行連續(xù)噴施不同濃度鈣的CaCl2溶液及EGTA溶液處理，分析鈣元素對榛子果實發(fā)育的影響、促進(jìn)榛子果實發(fā)育的有效因子及適宜濃度，為提高榛子的收獲產(chǎn)量提供參考。

1　材料與方法

試驗于2015年在吉林省四平市山門鎮(zhèn)榛子試驗園進(jìn)行(東經(jīng)124°30′16″，北緯43°9′20″)。試驗區(qū)屬于中高緯度下的大陸性溫帶季風(fēng)區(qū)，年均氣溫5.9 ℃，年均降水量572.8 mm，無霜期135～140 d。土壤類型為暗棕壤，pH為5.4～6.6。試驗材料為當(dāng)?shù)刂髟云贩N達(dá)維和薄殼紅2個品種，供試樹體10年生，株高2.5～3.0 m，株距×行距為3 m×4 m，種植密度為840株·hm-2。

試驗設(shè)計：在2015年4月初(榛子雄花未開放時)采集適當(dāng)雄花枝條進(jìn)行實驗室溫室培養(yǎng)，雄花開始散粉，用硫酸紙進(jìn)行花粉收集，待雌花開花后施于雌花柱頭上，并檢測花粉萌發(fā)率為86%。對雌花序進(jìn)行人工授粉并掛牌標(biāo)記，在開花授粉后每隔3 d進(jìn)行CaCl2溶液及EGTA溶液噴施處理，共計3次，噴施程度以葉面均勻布滿霧狀水滴為宜。CaCl2與EGTA的濃度均為3個濃度梯度，分別為5、10、20 mmol·L-1，以清水作為對照。每個濃度處理選擇長勢良好、樹形較為一致的榛子樹6棵進(jìn)行噴施。在花后40、50、60 d及果實成熟期進(jìn)行采樣測定。

鈣試劑處理的果實直徑測定：在花后40、50、60 d，選擇長勢良好、樹形較為一致的掛牌標(biāo)記處理的榛子樹每個處理隨機(jī)采取30個果實，應(yīng)用SMZ-168型解剖顯微鏡及顯微標(biāo)尺對榛子果實直徑進(jìn)行測量，求平均值，試驗進(jìn)行3次重復(fù)。

鈣試劑處理的果實數(shù)量特征統(tǒng)計：在果實成熟期，采收掛牌標(biāo)記的全部果簇，對每個果簇的平均果實數(shù)量、每個果簇中平均敗育數(shù)量、每個果簇的敗育率及坐果率進(jìn)行統(tǒng)計。上述調(diào)查統(tǒng)計重復(fù)3次，每次重復(fù)50個果簇。每個果簇中果實敗育率={每個果簇中敗育果實數(shù)量/(每個果簇中平均果實數(shù)量+每個果簇中敗育果實數(shù)量)}×100%；坐果率={標(biāo)記的雌花花序得到的正常果實數(shù)量/(標(biāo)記的雌花花序數(shù)量×每個花序包含的平均雌花數(shù)量)}×100%。

數(shù)據(jù)處理：采用SAS 8.01和Microsoft Excel 2016對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并運用鄧肯氏檢驗法進(jìn)行顯著性差異檢驗。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同濃度鈣試劑處理對花后榛子果實大小變化的影響

在盛花期噴施不同濃度的CaCl2溶液，花后40、50、60 d對兩品種的果實直徑進(jìn)行測定發(fā)現(xiàn)，均高于清水對照處理，且隨著CaCl2溶液濃度的增加果實直徑增大明顯(見表1)?；ê?0 d，達(dá)維果實直徑分別增加了7.32%、14.63%、17.07%，薄殼紅果實直徑分別增加了7.05%、12.82%、16.67%，且CaCl2溶液濃度為10、20 mmol·L-1時與清水對照相比達(dá)到顯著差異水平?；ê?0 d，達(dá)維果實直徑分別增加了4.82%、7.23%、8.84%，CaCl2溶液濃度為20 mmol·L-1時與清水對照相比達(dá)到顯著差異水平；薄殼紅果實直徑分別增加了5.91%、9.28%、11.39%，CaCl2溶液濃度為10、20 mmol·L-1時，與清水對照相比均達(dá)到顯著差異水平?；ê?0 d，達(dá)維果實直徑分別增加了3.21%、6.22%、7.23%，不同CaCl2溶液濃度與清水對照相比差異不顯著；薄殼紅果實直徑分別增加了5.58%、9.66%、12.23%，CaCl2溶液濃度為10、20 mmol·L-1時，與清水對照相比均達(dá)到顯著差異水平。

表1　不同濃度CaCl2溶液處理花后榛子果實直徑變化的差異

注：表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同一品種內(nèi)，同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

在盛花期連續(xù)對2個品種噴施不同濃度的EGTA溶液，花后40、50、60 d進(jìn)行果實直徑的測量，果實直徑隨噴施EGTA溶液濃度的增高而減小，且均小于清水對照處理(見表2)?；ê?0 d，達(dá)維果實直徑分別降低了5.49%、8.54%、9.76%，EGTA溶液濃度為10、20 mmol·L-1時與清水對照相比達(dá)到顯著差異水平；薄殼紅果實直徑分別降低了8.97%、12.18%、17.31%，且EGTA溶液濃度為5、10、20 mmol·L-1時與清水對照相比均達(dá)到顯著差異水平?；ê?0 d，達(dá)維果實直徑分別降低了11.24%、14.06%、16.06%，EGTA溶液濃度為5、10、20 mmol·L-1時與清水對照相比達(dá)到顯著差異水平；薄殼紅果實直徑分別降低了5.49%、8.86%、15.19%，EGTA溶液濃度為10、20 mmol·L-1時與清水對照相比達(dá)到顯著差異水平?；ê?0 d，達(dá)維果實直徑分別降低了6.83%、11.24%、13.86%，薄殼紅果實直徑分別降低了5.36%、8.58%、9.23%，且EGTA溶液濃度為10 mmol·L-1及20 mmol·L-1時與清水對照相比均達(dá)到顯著差異水平。

表2　不同濃度EGTA溶液處理花后榛子果實直徑變化的差異

注：表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同一品種內(nèi)，同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2　不同濃度鈣試劑處理對榛子果簇結(jié)實率的影響

由表3可見：2個品種成熟期，每個果簇中平均果實數(shù)量隨盛花期噴施CaCl2溶液濃度提高而增加，且與清水對照相比均達(dá)到顯著差異水平，達(dá)維平均果實數(shù)量分別提高16.67%、40.41%、46.53%，薄殼紅平均果實數(shù)量分別提高12.95%、28.42%、30.22%。2個品種每個果簇中敗育果實數(shù)量隨噴施CaCl2溶液濃度提高而降低，達(dá)維敗育果實數(shù)量分別降低8.00%、16.34%、18.81%，且均與清水對照相比呈顯著差異；薄殼紅敗育果實數(shù)量分別降低5.21%、11.43%、12.16%，CaCl2溶液濃度為10、20 mmol·L-1時與清水對照相比呈顯著性差異。2個品種每個果簇中果實敗育率與每個果簇中敗育果實數(shù)量變化趨勢較為一致，隨噴施CaCl2溶液濃度提高而降低，且CaCl2溶液濃度為10、20 mmol·L-1時與清水對照相比均呈顯著性差異。2個品種坐果率隨花期噴施CaCl2溶液濃度升高而提高，且CaCl2溶液濃度為5、10、20 mmol·L-1時與清水對照相比均呈顯著性差異，達(dá)維坐果率分別提高25.94%、58.09%、63.16%，薄殼紅坐果率分別提高22.02%、49.80%、54.46%。

表3　不同濃度CaCl2溶液處理榛子果簇結(jié)實率的差異

注：表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同一品種內(nèi)，同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表4可見：2個品種果實成熟后，每個果簇中平均果實數(shù)量隨盛花期噴施EGTA溶液濃度升高而降低，且EGTA溶液濃度為10、20 mmol·L-1時與清水對照處理相比均達(dá)到顯著性差異水平，達(dá)維平均果實數(shù)量分別降低8.57%、19.59%、24.90%，薄殼紅平均果實數(shù)量分別降低5.76%、16.91%、23.38%。每個果簇中敗育果實數(shù)量隨EGTA溶液濃度升高而升高，2個品種在EGTA溶液濃度為20 mmol·L-1時與清水對照相比均呈顯著性差異；其中，達(dá)維敗育果實數(shù)量分別升高3.47%、7.92%、10.07%，薄殼紅敗育果實數(shù)量分別升高2.32%、6.80%、9.41%。2個品種每個果簇中果實敗育率與每個果簇中敗育果實數(shù)量變化趨勢較為一致，隨噴施EGTA溶液濃度升高而升高，2個品種在EGTA溶液濃度為20 mmol·L-1時與清水對照相比均呈顯著性差異。2個品種坐果率隨著EGTA溶液濃度升高而降低，且3個濃度處理與清水對照相比均呈顯著性差異；其中，達(dá)維坐果率分別降低20.77%、34.47%、44.12%，薄殼紅坐果率分別降低10.47%、27.60%、41.35%。

表4　不同濃度EGTA溶液處理花后榛子果簇結(jié)實率的差異

注：表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同一品種內(nèi)，同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3　榛子果實直徑變化與榛子果簇結(jié)實率的相關(guān)性

由表5可見：2種試劑噴施后，榛子果實直徑與每個果簇中果實敗育率及坐果率呈相似的相關(guān)關(guān)系，說明榛子開花40 d后是果實發(fā)育的重要時期，這個時期通過有效農(nóng)業(yè)措施的調(diào)控直接影響榛果的最終形成。

在花期噴施CaCl2溶液處理的2個品種，在花后40、50、60 d果實直徑大小與每個果簇中果實敗育率呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系、與坐果率呈顯著正相關(guān)關(guān)系。其中，達(dá)維在花后40、60 d與每個果簇中果實敗育率及坐果率呈現(xiàn)極顯著關(guān)系，而薄殼紅各時期均呈現(xiàn)顯著相關(guān)關(guān)系，這與2個品種存在品種間差異有關(guān)，在生長發(fā)育過程中的各階段對Ca2+的需求及敏感性有所不同。

對花期噴施EGTA溶液處理，分析花后榛子果實直徑變化與果簇結(jié)實率相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，40、50、60 d兩個品種果實直徑大小，與每個果簇中果實敗育率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系、與坐果率呈正相關(guān)關(guān)系，個別時期關(guān)系不顯著，這說明EGTA與榛果中Ca2+結(jié)合形成螯合物，使得榛果內(nèi)Ca2+濃度降低，其對不同生育時期的生長發(fā)育影響程度有所不同。

表5　噴施鈣試劑處理花后榛子果實直徑變化與榛子果簇結(jié)實率的相關(guān)性

注：*表示顯著相關(guān)(P<0.05)，**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)。

3　結(jié)論與討論

鈣是植物體內(nèi)重要營養(yǎng)元素，在植物生命周期中承擔(dān)著極其關(guān)鍵的生理功能，有著“植物細(xì)胞代謝的總調(diào)節(jié)者”之稱[18]。植物體內(nèi)的鈣，一方面與細(xì)胞壁構(gòu)成及細(xì)胞的功能穩(wěn)定有著重要的關(guān)系[19]，影響著生長過程中礦物質(zhì)的吸收；另一方面鈣能夠與作為細(xì)胞信使的鈣調(diào)蛋白結(jié)合，對植物體內(nèi)的生理代謝過程進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而促進(jìn)植物的生長[20]。孫大業(yè)等研究發(fā)現(xiàn)，Ca2+能夠降低原生膠體的分散度，調(diào)節(jié)原生質(zhì)的膠體狀態(tài)，使細(xì)胞充水度、黏滯性、彈性以及滲透性等發(fā)生改變，使其適應(yīng)植物生長。當(dāng)植物受到外界環(huán)境刺激脅迫時，細(xì)胞膜透Ca2+通道開啟，胞內(nèi)Ca2+迅速增加，Ca2+與CaM結(jié)合后活化CaM，然后激活相應(yīng)的靶酶，引發(fā)相應(yīng)的生理生化反應(yīng)，進(jìn)而調(diào)控植物的正常生長[18,21]。王芳等在Ca2+對花生的生長研究中發(fā)現(xiàn)，Ca2+能夠顯著促進(jìn)花生各生長期的株高及鮮質(zhì)量等生長指標(biāo)[22]，同時可以提高植株葉片氮代謝酶活性及不同形態(tài)氮含量，提高產(chǎn)量及品質(zhì)[9]，這表明Ca2+能夠增強(qiáng)植物體內(nèi)氮代謝酶活性，提升了植株的光合作用及蛋白質(zhì)的合成能力，使得植株得到顯著增長。EGTA是鈣離子的抑制劑，通過與植物細(xì)胞中Ca2+鰲合而降低植物細(xì)胞中參與代謝的Ca2+，從而抑制植物的生長發(fā)育，在研究中通常作為Ca2+的對照組進(jìn)行相關(guān)研究。Friedman et al.在研究Ca2+對牽?；ㄉL的影響中發(fā)現(xiàn)，對牽?；ㄗ尤~施加EGTA，可抑制其開花等生長發(fā)育及生理生化反應(yīng)[23]。本試驗在花后連續(xù)噴施不同濃度的CaCl2溶液及EGTA溶液與噴施清水作對照，在花后40、50、60 d測定榛子果實直徑大小發(fā)現(xiàn)，高濃度的CaCl2溶液能夠促進(jìn)果實的生長，且不同時期與對照組均達(dá)到顯著差異水平；說明在榛子生長前期對其施加一定濃度的Ca2+，對果實后期的生長發(fā)育具有一定的促進(jìn)作用，這與馮靜等研究適宜鈣濃度促進(jìn)黃瓜生長的結(jié)論相一致[8]。這表明，一定濃度的Ca2+能夠影響植物細(xì)胞內(nèi)的正常有絲分裂，從而促進(jìn)組織旺盛生長，同時，鈣是植物體內(nèi)部分酶的組分和活化劑，參與植物體內(nèi)的氮代謝及碳水化合物的代謝，最終影響果實的生長[18,24]。EGTA處理，隨濃度的升高抑制果實增長的作用明顯加強(qiáng)，這與羅充等研究EGTA處理對刺梨果實發(fā)育抑制顯著較一致[25]。

植物果實的發(fā)育通常與其花的發(fā)育為基礎(chǔ)，花粉在雌蕊柱頭上萌發(fā)不順利、萌發(fā)速度較慢及花粉管的萌發(fā)最終不能到達(dá)子房完成正常的受精，均會嚴(yán)重影響果實的最終成果率。由于榛子具有特殊的延遲受精生物學(xué)習(xí)性，果實敗育現(xiàn)象頻繁發(fā)生[26]。榛子花后2 d花粉在柱頭萌發(fā)并伸長生長，大約花后10 d停滯生長，此時花柱基本的子房原基迅速生長，花后15～24 d花粉管腔的直徑和長度增長明顯，24 d后花粉管繼續(xù)伸長生長，子房在此過程中保持快速生長狀態(tài)[6]。于曉俊等認(rèn)為，花粉管生長受其頂端的限制，其生長速率與管頂端Ca2+的濃度呈正相關(guān)關(guān)系[27]，通過外援鈣的噴施調(diào)控可以影響植物花粉管的長勢而完成受精作用。劉劍鋒等研究發(fā)現(xiàn)，梨果等受精作用后，Ca2+與CaM含量均增加[28]，部分?jǐn)∮臃坎荒苄纬烧５墓麑嵍罱K導(dǎo)致落果[6]。本試驗通過以清水為對照，在花后噴施不同濃度的CaCl2溶液及EGTA溶液發(fā)現(xiàn)，Ca2+濃度顯著影響2個品種榛子的坐果率及敗育率，同時發(fā)現(xiàn)，花后果實大小與坐果率及敗育率有顯著相關(guān)關(guān)系；這表明，通過噴施Ca2+在影響花粉管長勢的同時對子房的生長起到了促進(jìn)作用，提升了受精作用的效果，進(jìn)而降低了果實的敗育率，提高其坐果率；這與孫鵬等研究得出鈣離子對花粉管的生長具有誘導(dǎo)作用并促進(jìn)受精作用的結(jié)論相一致[29-30]。EGTA處理，表現(xiàn)出與CaCl2處理相反的效果，這與關(guān)軍峰等對蘋果果實發(fā)育中隨EGTA濃度提高，EGTA抑制花粉萌發(fā)和花粉管生長的效應(yīng)增強(qiáng)的結(jié)論較為一致[31]。

綜上，本試驗結(jié)果表明，通過花后噴施不同濃度鈣的CaCl2溶液，可以促進(jìn)當(dāng)?shù)?個主栽榛子品種果實的發(fā)育，提高果實的坐果率，降低果實的敗育率，且隨濃度的升高促進(jìn)效果顯著。噴施不同濃度的EGTA溶液，在一定程度上抑制了果實的發(fā)育，降低了果實的坐果率，提高了果實的敗育率，且隨濃度的增加抑制效果增強(qiáng)。通過對花后不同階段榛子果實大小與成果率相關(guān)分析得出，不同階段的果實大小與坐果率呈顯著正相關(guān)關(guān)系、與敗育率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。試驗得到與前人相關(guān)研究較為一致的結(jié)果，但從分子水平上分析Ca2+如何進(jìn)行調(diào)控榛子果實生長發(fā)育的機(jī)理有待深入研究。