外源GA3對油茶花器官內(nèi)源激素與坐果率的影響

葛曉寧，鐘秋平，羅 帥，曹林青，郭紅艷，袁婷婷，周幼成

(中國林業(yè)科學研究院亞熱帶林業(yè)實驗中心，江西 分宜 336600)

油茶（Camellia oleifera Abel.）屬山茶科（Theaceae）山茶屬（Camellia L.）植物，為灌木、小喬木或中喬木，雌雄同花，花果同期，是我國特有的木本食用油料樹種[1-3]。目前，在生產(chǎn)栽培中，油茶自交可育性低，若花期遇到陰雨天氣會嚴重影響授粉受精，導致落花落果嚴重，極大地影響油茶產(chǎn)業(yè)高產(chǎn)高效的發(fā)展[4]。在我國南方，低溫霜凍嚴重，油茶幼果在樹上過冬，不同品種與立地條件下的油茶產(chǎn)量差距很大[5]。因此，如何使油茶多花多果、提高坐果率、減少落果以促其豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，成為生產(chǎn)中亟待解決的問題。

植物生長發(fā)育的控制發(fā)生在3個層次上：胞內(nèi)控制、胞間控制和胞外控制，其中，胞間控制主要受植物激素調(diào)控，協(xié)調(diào)不同組織和細胞間的生理活動。激素在控制植物生長發(fā)育過程中起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。植物激素作為一種化學信號，介導細胞與細胞間、器官與器官間、環(huán)境與植物間的相互作用，貫穿在整個植物生長發(fā)育的全過程[6]。開花是植物生長發(fā)育過程中尤為重要的組成部分[7]。植物在開花結(jié)實過程中，激素水平與花器官發(fā)育以及植物坐果率息息相關(guān)[8-11]。油橄欖（Olea europaea L.）、庫爾勒香梨（Pyrus brestschneideri Rehd.）、扁桃（Amygdalus communis L.）等果樹花期噴施外源激素可顯著提高其坐果率和產(chǎn)量[12-14]。赤霉素（GAs）是一種二萜酸類植物激素，能夠防止植株花期落花，提高坐果率[15]。目前，通過噴施外源GA3來調(diào)控花卉作物開花坐果的研究較多[16-19]，而噴施GA3對油茶花器官內(nèi)源激素等影響的研究鮮有報道。本文以9年生‘長林4號’油茶為研究對象，探究不同濃度的外源GA3對油茶花器官內(nèi)源激素及坐果率的影響，分析油茶花器官內(nèi)源激素與坐果率間的相關(guān)性，為油茶高產(chǎn)栽培和科學管理提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與試驗材料

試驗于2017年在江西省分宜縣中國林科院亞熱帶林業(yè)實驗中心油茶繁育基地（114°29′ E，27°33′ N）進行。該地為低山丘陵地形，海拔100 m，亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫17.2℃，年平均降水量1 600 mm，降水量主要集中在春夏季 3—6月，全年無霜期 270 d。試驗林面積1.33 hm2，土壤為紅壤土，每年3月份施有機肥。供試材料為9年生油茶優(yōu)良無性系‘長林4號’，生長良好、長勢一致，地徑6.5～9.0 cm，樹高1.8～2.5 m，冠輻 1.8～2.5 m。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017年10月進行，采用單因素試驗設(shè)計，每個處理設(shè)3個重復，每個重復6株，處理之間留1株作為保護株，留1行作為保護行，并設(shè)置1個空白對照組（CK），共6個處理（表1）。每隔7 d進行葉面噴施，分別于10月25日（未開花）、11月3日、11月10日、11月18日噴施外源GA3，對照組噴施清水，噴施至滴水狀為止。

表 1 外源激素單因素試驗設(shè)計Table 1 Test factors level of hormone

1.3 調(diào)查方法

在試驗前期，將試驗樹編號標記掛牌，根據(jù)生長勢、枝粗以及枝位等指標選出標準枝，分別標記。于2017年11月15日最后一次噴施外源激素前統(tǒng)計各處理中每株的花朵數(shù)。于2018年4月8日坐果后調(diào)查記錄各處理中每株的坐果數(shù)，按照以下公式計算坐果率：坐果率=坐果數(shù)（個）/開花數(shù)（個）×100%。

1.4 采樣與測定方法

分別于2017年11月2日、11月9日、11月17日和11月26日采集油茶開花的4種狀態(tài)即含苞、半開、全開與初萎的樣品，每個處理采取15朵，迅速將雌蕊、雄蕊分離，分別取樣于錫箔紙內(nèi)，各1 g，置于存有足量液氮的泡沫箱中速凍，超低溫冰箱保存?zhèn)溆?，用于植物?nèi)源激素的測定?；ㄆ鞴僦袃?nèi)源激素生長素（IAA）、赤霉素（GA3）、細胞分裂素（ZR）與脫落酸（ABA）采用酶聯(lián)免疫法（ELISA）測定，試劑盒來源于中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學與生物技術(shù)學院。

1.5 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016、SPSS Statistics17.0軟件進行Duncan多重比較與Kendall顯著差異性分析，并用Origin7.5軟件進行二階指數(shù)線性回歸。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度外源GA3對油茶坐果的影響

由圖1可見：噴施低濃度的GA3可顯著提高油茶坐果率；對照組CK坐果率為46.30%，噴施100 mg·L-1GA3的油茶坐果率最高，為70.38%；200 mg·L-1GA3處理的油茶坐果率低于對照組，為 44.65%；300、400、500 mg·L-1GA3處理的油茶坐果率依次降低，分別為42.10%、38.61%、32.48%，均低于對照。說明在試驗水平范圍內(nèi)，低濃度的外源GA3處理有助于提高油茶坐果率，高濃度的外源GA3處理則起到抑制作用。

對油茶坐果率（y）與外源GA3濃度（x）進行單因素回歸分析，通過對單因素回歸方程式求導可知，當x=0時，y=46.30，即a點代表對照組的坐果率；當x=xc=66.69±5.72時，y=77.05，此時b點y值達到最大，且坐果率增幅達到66.40%；當y=46.30時，可得d點外源GA3的濃度值x=132.63；當 x=100時，c點坐果率增幅達 40.00%；當33.03≤x≤100時，y≥64.98，才能達到油茶坐果率增幅大于或等于40.00%的效果。因此，提高油茶坐果率的最佳GA3濃度為66.69 mg·L-1，外源GA3濃度在 33.03～100.00 mg·L-1能獲得坐果率增幅大于或等于40.00%的效果，當外源GA3濃度超過132.63 mg·L-1時，對油茶坐果產(chǎn)生抑制作用。

圖 1 不同濃度GA3對油茶坐果率的影響Fig. 1 Effects of different concentrations of GA3 on the fruit setting rate of C. oleifera

2.2 不同濃度外源GA3對油茶花器官內(nèi)源激素含量的影響

2.2.1 外源GA3對油茶雌蕊ABA含量的影響 由圖2可見：含苞時期，不同濃度GA3處理油茶雌蕊ABA含量與對照差異均顯著，其中200 mg·L-1GA3處理的雌蕊ABA含量顯著高于對照，其它濃度GA3處理的雌蕊ABA含量均顯著低于對照；半開時期，與對照相比，300 mg·L-1GA3處理的雌蕊ABA含量顯著高于對照，100、200、400 mg·L-1GA3處理的雌蕊ABA含量顯著低于對照；全開時期，與對照相比，400、200、100 mg·L-1GA3處理的雌蕊 ABA含量顯著高于對照，300 mg·L-1GA3處理的雌蕊ABA含量顯著低于對照；初萎時期，與對照相比，300 mg·L-1GA3處理的雌蕊ABA含量顯著高于對照，100、500、200 mg·L-1GA3處理的雌蕊ABA含量顯著低于對照。

圖 2 GA3處理對油茶雌蕊ABA含量的影響Fig. 2 Effects of GA3 treatment on the contents of ABA in pistil of C. oleifera

2.2.2 外源GA3對油茶雌蕊ZR含量的影響 由圖3可見：含苞時期，與對照相比，200、300 mg·L-1GA3處理的雌蕊ZR含量顯著高于對照，500 mg·L-1GA3處理雌蕊ZR含量顯著低于對照；半開時期，與對照相比，500、100、300 mg·L-1GA3處理的雌蕊ZR含量顯著高于對照，其它處理的雌蕊ZR含量顯著低于對照；全開時期，與對照相比，100、400、300、200 mg·L-1GA3處理的雌蕊 ZR含量顯著高于對照，500 mg·L-1GA3處理的雌蕊ZR含量顯著低于對照；初萎時期，與對照相比，400、500、100 mg·L-1GA3處理的雌蕊ZR含量顯著高于對照，其它處理的雌蕊ZR含量顯著低于對照。

2.2.3 外源GA3對油茶雌蕊GA3含量的影響 由圖4可見：含苞時期，與對照相比，200、500、400 mg·L-1GA3處理的雌蕊GA3含量顯著高于對照，300、100 mg·L-1GA3處理的雌蕊GA3含量顯著低于對照；半開時期，300、100、500 、400 mg·L-1GA3處理的雌蕊GA3含量顯著高于對照；在全開時期，不同濃度GA3處理的雌蕊GA3含量均顯著高于對照；初萎時期，與對照相比，100、400、300、200 mg·L-1GA3處理的雌蕊GA3含量均顯著高于對照，500 mg·L-1GA3處理的雌蕊GA3含量顯著低于對照。

圖 3 GA3處理對油茶雌蕊ZR含量的影響Fig. 3 Effects of GA3 treatment on the contents of ZR in pistil of C. oleifera

圖 4 GA3處理對油茶雌蕊GA3含量的影響Fig. 4 Effects of GA3 treatment on the contents of GA3 in pistil of C. oleifera

2.2.4 外源GA3對油茶雌蕊IAA含量的影響 由圖5可見：含苞時期，與對照相比，300、400 mg·L-1GA3處理的雌蕊IAA含量顯著高于對照，其它處理的雌蕊IAA含量顯著低于對照；半開時期，與對照相比，100 mg·L-1GA3處理的雌蕊IAA含量顯著低于對照；全開時期，與對照相比，300、400、100、500 mg·L-1GA3處理的雌蕊IAA含量顯著高于對照；初萎時期，與對照相比，100 mg·L-1GA3處理的雌蕊IAA含量顯著高于對照，其它處理的雌蕊IAA含量顯著低于對照?？傮w來看，隨著采樣時期的進行，噴施外源GA3使雌蕊IAA含量呈先上升后下降的變化趨勢。

2.2.5 外源GA3對油茶雄蕊ABA含量的影響 由圖6可見：含苞時期，與對照相比，400、500、200、300 mg·L-1GA3處理的雄蕊ABA含量顯著高于對照，100 mg·L-1GA3處理的雄蕊ABA含量顯著低于對照；半開時期，與對照相比，200、300、400 mg·L-1GA3處理的雄蕊ABA含量顯著高于對照，500 mg·L-1GA3處理的雄蕊ABA含量顯著低于對照；全開時期，與對照相比，100、400 mg·L-1GA3處理的雄蕊ABA含量顯著高于對照，200、300、500 mg·L-1GA3處理的雄蕊ABA含量顯著低于對照；初萎時期，與對照相比，不同濃度GA3處理的雄蕊中ABA含量顯著低于對照。

圖 5 GA3處理對油茶雌蕊IAA含量的影響Fig. 5 Effects of GA3 treatment on the contents of IAA in pistil of C. oleifera

圖 6 GA3處理對油茶雄蕊ABA含量的影響Fig. 6 Effects of GA3 treatment on the contents of ABA in stamen of C. oleifera

2.2.6 外源GA3對油茶雄蕊ZR含量的影響 由圖7可見：含苞時期，與對照相比，200、500、100、300 mg·L-1GA3處理的雄蕊ZR含量顯著高于對照；半開時期，與對照相比，不同濃度GA3處理的雄蕊ZR含量均顯著低于對照；全開時期，與對照相比，200、400、100 mg·L-1GA3處理的雄蕊ZR含量顯著高于對照；初萎時期，與對照相比，100、500、300 mg·L-1GA3處理的雄蕊ZR含量顯著高于對照，200 mg·L-1GA3處理的雄蕊ZR含量顯著低于對照。

圖 7 GA3處理對油茶雄蕊ZR含量的影響Fig. 7 Effects of GA3 treatment on the contents of ABA in stamen of Camellia oleifera

2.2.7 外源GA3對油茶雄蕊GA3含量的影響 由圖8可見：含苞時期，與對照相比，100、300、400、500 mg·L-1GA3處理的雄蕊GA3含量顯著高于對照，200 mg·L-1GA3處理的雄蕊GA3含量顯著低于對照；半開時期，與對照相比，400、300、500、100 mg·L-1GA3處理的雄蕊GA3含量顯著高于對照，200 mg·L-1GA3處理的雄蕊GA3含量顯著低于對照；全開時期，與對照相比，200、400、100 mg·L-1GA3處理的雄蕊GA3含量顯著高于對照，500、300 mg·L-1GA3處理的雄蕊GA3含量顯著低于對照；初萎時期，與對照相比，不同濃度GA3處理的雄蕊GA3含量均顯著低于對照。

圖 8 GA3處理對油茶雄蕊GA3含量的影響Fig. 8 Effects of GA3 treatment on the contents of ABA in stamen of C. oleifera

2.2.8 外源GA3對油茶雄蕊IAA含量的影響 由圖9可見：含苞時期，與對照相比，300 mg·L-1GA3處理的雄蕊IAA含量顯著高于對照，其它濃度GA3處理的雄蕊IAA含量顯著低于對照；半開、全開時期，與對照相比，不同濃度GA3處理的雄蕊IAA含量均顯著低于對照；初萎時期，與對照相比，100、300、400、200 mg·L-1GA3處理的雄蕊IAA含量顯著高于對照。總體來看，在初萎時期噴施外源GA3可顯著提高雄蕊IAA的含量。

圖 9 GA3處理對油茶雄蕊IAA含量的影響Fig. 9 Effects of GA3 treatment on the contents of IAA in stamen of C. oleifera

2.3 外源GA3與油茶雌蕊、雄蕊內(nèi)源激素和坐果率的相關(guān)性分析

2.3.1 外源GA3與油茶雌蕊內(nèi)源激素和坐果率的相關(guān)性分析 由表2可見：外源GA3與油茶雌蕊ABA在含苞時期呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），在半開時期呈顯著負相關(guān)（P＜0.05），在全開時期呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；外源GA3與油茶雌蕊ZR在半開、全開時期均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），在初萎時期呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；外源GA3與油茶雌蕊GA3在半開、全開與初萎時期均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；外源GA3與油茶雌蕊IAA在含苞、半開時期均呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），外源GA3與油茶雌蕊IAA在全開、初萎時期均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。初萎時期雌蕊ABA與坐果率呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）。外源GA3與油茶坐果率呈正相關(guān)，相關(guān)性不顯著。在試驗水平范圍內(nèi)，噴施較低濃度外源GA3可能通過調(diào)控不同時期油茶雌蕊內(nèi)源ABA、ZR、GA3、IAA含量，影響油茶雌蕊內(nèi)源激素間的平衡，從而降低初萎時期油茶雌蕊ABA含量，進而提高油茶坐果率。

2.3.2 外源GA3與油茶雄蕊內(nèi)源激素和坐果率的相關(guān)性分析 由表3可知：外源GA3與油茶雄蕊ABA在含苞、初萎時期均呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），在全開時期呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；外源GA3與油茶雄蕊ZR在含苞時期呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），在半開時期呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），在初萎時期呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；外源GA3與油茶雄蕊GA3在含苞、半開時期呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），在全開時期呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；外源GA3與油茶雄蕊IAA在含苞、半開與全開時期均呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），在初萎時期呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。

表 2 外源GA3與油茶雌蕊內(nèi)源激素和坐果率的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis between exogenous GA3 and pistil endogenous hormones,fruit setting rate of C. oleifera

表 3 外源GA3與油茶雄蕊內(nèi)源激素和坐果率的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis between exogenous GA3 and stamen endogenous hormones, fruit setting rate of C. oleifera

3 討論

赤霉素是一種重要的植物激素，在種子萌發(fā)、莖桿伸長、花粉成熟、開花誘導和花器官發(fā)育等方面具有重要作用[20-22]。開花作為植物由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，受光周期途徑、春化途徑、自主途徑、環(huán)境溫度途徑以及赤霉素途徑等多種途徑調(diào)控[23]。已有研究證實，噴施低濃度的GA3對提高植物坐果率具有促進作用，如噴施濃度過大，易造成果實日灼、采前落果和耐貯性降低等問題[24-27]。本研究表明：在試驗水平范圍內(nèi)，油茶花期噴施低濃度外源GA3有利于提高油茶坐果率；提高油茶坐果率的外源GA3最佳噴施濃度為66.69 mg·L-1。這與杜研[28]、董勝利等[29]的研究結(jié)果相似。

外源激素通過改變植物IAA、ABA、GA3、ZR等內(nèi)源激素含量，影響內(nèi)源激素間的平衡來調(diào)節(jié)自身的代謝水平，從而影響植株的開花和坐果[30]。脫落酸含量的升高將會加速植物果實離層的產(chǎn)生，從而導致植物果實的衰老脫落[31]。細胞分裂素可促進植物坐果和果實發(fā)育[6]，生長素恰恰對離區(qū)水解酶含量的升高有抑制作用[32-33]。赤霉素作為植物內(nèi)源激素與植物成花息息相關(guān)，具有促進細胞伸長，加速生長和發(fā)育，使作物提早成熟，減少器官脫落，提高果實的結(jié)實率等作用[34-35]。已有研究報道，噴施外源GA3使杜鵑（Rhododendron hybridum Planch）內(nèi)源GA3含量上升[36-37]；于冬棗（Zizyphus jujuba Mill. cv. Dongzao）花期噴施外源GA3可提高樹體內(nèi)GA3、IAA與ZR的含量。本研究表明：油茶花期噴施 100 mg·L-1外源 GA3使油茶雌蕊ABA含量降低，這與吳建明等[38]噴施外源GA3降低甘蔗（Saccharum officinarum）幼莖的內(nèi)源ABA含量的研究結(jié)果相似；于油茶花期噴施100 mg·L-1外源GA3使油茶雌蕊GA3含量升高，與陳顯[39]噴施低濃度的外源GA3可提高油茶內(nèi)源GA3含量的研究結(jié)果相似。于油茶花期噴施100 mg·L-1外源GA3使油茶雌蕊ZR含量升高，IAA含量先降低后升高，這與李田等[40]研究結(jié)果相似，而內(nèi)源IAA含量降低可能與油茶花苞片的脫落有關(guān)。油茶花期噴施100 mg·L-1外源GA3使雄蕊內(nèi)源ABA含量先升高后降低，ZR、GA3含量升高，IAA含量先降低后升高，其中，內(nèi)源ABA含量先升高后下降，這可能是由于隨著油茶花的開放，雄蕊逐漸脫落造成的。由此可知，油茶花期噴施100 mg·L-1的外源GA3可能通過調(diào)節(jié)油茶花器官的內(nèi)源激素含量，進而影響油茶坐果率。本研究通過對試驗各測定指標進行相關(guān)性分析得出，100 mg·L-1的外源GA3可能通過調(diào)控油茶雌蕊內(nèi)源激素ZR、IAA、ABA、GA3間的平衡來降低油茶初萎時期雌蕊的ABA含量，進而提高油茶坐果率，這與前述推論相印證。此外，油茶雄蕊各內(nèi)源激素與坐果率相關(guān)性均不顯著，這可能是由于油茶雄蕊在開花后期脫落造成的，而油茶雌雄蕊間內(nèi)源激素的關(guān)系還有待進一步研究。本文僅對外源GA3對油茶開花過程中花器官內(nèi)源激素與坐果率的影響進行初步研究，而外源GA3對油茶花器官其它內(nèi)含物質(zhì)是否存在影響還有待進一步試驗和探討。

4 結(jié)論

本研究表明：在試驗水平范圍內(nèi)，噴施低濃度外源GA3有利于提高油茶坐果率，提高油茶坐果率的外源GA3最佳噴施濃度為66.69 mg·L-1。油茶花期噴施低濃度的外源GA3使油茶雌蕊內(nèi)源ABA含量降低，GA3含量升高，ZR含量升高，IAA含量先降低后升高，雄蕊內(nèi)源ABA含量先升高后降低，ZR、GA3含量升高，IAA含量先降低后升高。通過相關(guān)性分析可知，在試驗水平范圍內(nèi)，噴施低濃度外源GA3可能通過調(diào)節(jié)油茶花器官內(nèi)源ZR、IAA、ABA、GA3含量來影響其ABA含量，進而影響油茶坐果率。