陳龍濤 楊博文 王迎男 樊明壽*

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，呼和浩特 010018； 2.吉林師范大學生命科學學院，四平 136000)

榛子是世界四大堅果之一，具有較高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值，在中國有著較大的種植面積[1～2]，東北地區(qū)是我國傳統(tǒng)的榛子種植產(chǎn)區(qū)，主要集中在遼寧、吉林及黑龍江三個省份[3]。榛子開花授粉期大約在每年的3月下旬至4月上旬，雌花與雄花同時開放，通常以風媒方式完成授粉受精作用，8月中下旬至9月上旬榛子果實成熟并收獲，由于榛子具有特殊的受精生物學習性，在果實發(fā)育早期頻繁出現(xiàn)敗育[4～5]，敗育果實最終導致落果，直接影響收獲產(chǎn)量[6]，嚴重影響著東北地區(qū)榛子種植業(yè)的經(jīng)濟效益，阻礙了東北榛子種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

鈣(Ca2+)是植物生長發(fā)育過程重要營養(yǎng)元素，作為第二信使在植物信號傳導過程中承擔著細胞生長分化等過程的調(diào)控[7]，同時在受精過程中影響著花粉管及雌蕊的發(fā)育[8]。EGTA是Ca2+的專一性螯合劑，通過與植物細胞中Ca2+鰲合而降低植物細胞中參與代謝的Ca2+[9]。Friedman等研究發(fā)現(xiàn)對牽牛花子葉施加EGTA可抑制其開花等生長發(fā)育及生理生化反應[10～11]，但近些年的研究中關于EGTA對植物生長發(fā)育的影響報道相對較少。

近幾年，我國在榛子研究方面進步顯著，通過引種及優(yōu)良品系的選育已經(jīng)從過去的野生資源利用向園藝化栽培模式過渡，但從營養(yǎng)角度精細化研究榛子高產(chǎn)栽培在較多方面尚為薄弱[3,12]。本試驗在盛花期噴施適宜濃度外源鈣試劑CaCl2溶液和EGTA溶液，在早期幼果形期及收獲期對果實的發(fā)育進行研究，以期尋求鈣對榛子果實發(fā)育的影響，最終挖掘促進榛子果實發(fā)育的有效因子及有效調(diào)控措施，為提高榛子的種植產(chǎn)量提供的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年在吉林省四平市山門鎮(zhèn)榛子試驗園區(qū)東經(jīng)124°30′16″，北緯43°09′20″進行。平均年降水量572.8 mm，全年平均氣溫5.9℃，土壤類型為暗棕土壤。試驗材料為當?shù)刂髟云贩N達維和薄殼紅兩個品種，供試樹體10年生，株高2.5～3.0 m，株行距約為3.0 m×4.0 m，種植密度為840 株·hm-2，選擇長勢良好，樹形較為一致的進行處理。

1.2 試驗設計與方法

1.2.1 試驗設計

2015年，在四月初(榛子雄花未開放時)采集適當雄花枝條進行實驗室溫室培養(yǎng)，花枝底端分別浸泡于清水中，置于溫度25℃、光照強度為3 000 lx、光周期為16 h(光照)/8 h(黑暗)的GXG-160型智能光照培養(yǎng)箱(北京北方科儀)中進行催花培養(yǎng)。雄花開始散粉，用硫酸紙進行花粉收集，在室內(nèi)自然干燥后置于4℃冰箱保存，待雌花開花后施于雌花柱頭上，并檢測花粉萌發(fā)率[13]。對雌花序進行人工授粉并掛牌標記，并每隔3 d進行CaCl2溶液及EGTA溶液噴施處理，共計3次，以滴水為度。每個處理選擇長勢良好，樹形較為一致的榛子樹6株進行噴施，CaCl2的濃度為20 mmol·L-1(T1)，EGTA的濃度為20 mmol·L-1(T2),以清水作為對照(CK)。在花后幼果發(fā)育關鍵期及果實成熟期進行采樣測定。

1.2.2 鈣試劑處理果實直徑及含量的測定

榛子花粉萌發(fā)后25 d形成早期子房，30 d左右正常子房和敗育子房出現(xiàn)明顯差異，40 d時敗育子房停止生長開始脫水萎蔫[14]。在花后30及35 d每個處理隨機采取30個幼果，通過廈門麥克迪奧公司生產(chǎn)的SMZ-168型解剖顯微鏡及顯微標尺對榛子幼果直徑進行測量求平均值。通過北京核儀器廠生產(chǎn)的BH1324A型X-射線能譜儀對榛子幼果中鈣元素含量進行測定，3次重復。

1.2.3 鈣試劑處理的果實數(shù)量特征統(tǒng)計

在果實成熟期，采收掛牌標記的全部剩余果簇,進行果簇的果實數(shù)量及果實敗育率統(tǒng)計。每個果簇中果實敗育率(%)=每個果簇中敗育果實數(shù)量×100%/(每個果簇中平均果實數(shù)量+每個果簇中敗育果實數(shù)量)，重復3次。通過美國SAS軟件公司開發(fā)的SAS 8.01統(tǒng)計分析軟件進行顯著性差異分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016和SAS 8.01對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并運用鄧肯氏檢驗法進行顯著性差異(P<0.05)檢驗。

2 結果與分析

2.1 鈣試劑處理對榛子幼果直徑變化的影響

T1處理的兩個榛子品種在花后30 d幼果直徑與CK處理相比分別增長了12.63%和14.13%，且達到顯著差異水平；T2處理的兩個品種榛子的幼果直徑小于CK處理，分別減少了11.58%和13.04%(P<0.05)(表1)。在榛子花后35 d對幼果直徑進行測定，發(fā)現(xiàn)不同鈣試劑處理榛子幼果直徑差異變化表現(xiàn)出與花后30 d差異變化一致，T1處理的兩個榛子品種幼果直徑與CK處理比分別增長了10.94%和15.18%；T2處理的兩個品種榛子的幼果直徑分別小于對照處理15.63%和13.39%，且均達到顯著差異(P<0.05)(表1)。

表1 氯化鈣和EGTA處理對榛子幼果直徑變化的影響Table 1 Effects of Calcium Chloride and EGTA treatment on diameter of hazelnut young fruit

2.2 鈣試劑處理對榛子幼果鈣含量的影響

T1處理的兩個榛子品種在花后30和35 d對幼果含鈣量測定發(fā)現(xiàn)其元素質(zhì)量分數(shù)和原子百分數(shù)均高于CK處理，且均呈現(xiàn)顯著性差異,花后30d達維分別提高了27.2%和9.7%，薄殼紅分別提高44.63%和26.67%,花后35 d達維分別提高了25.13%和28.13%，薄殼紅分別提高40.61%和39.09%(P<0.05)(表2)。相反，T2處理的兩個榛子品種其幼果中鈣元素質(zhì)量分數(shù)和鈣原子百分數(shù)均低于CK處理，不同處理間達到顯著性差異，花后30 d達維分別降低了9.74%和26.87%，薄殼紅分別降低了13.76%和12.38%,花后35 d達維分別降低了26.8%和17.86%，薄殼紅分別降低了26.06%和12.18%(P<0.05)(表2)。

表2 氯化鈣和EGTA處理對榛子幼果鈣含量的影響Table 2 Effects of Calcium Chloride and EGTA treatment on calcium content of hazelnut young fruit

2.3 鈣試劑處理對榛子果簇成果率的影響

T1處理的兩個品種果簇的平均果實數(shù)量明顯高于CK處理，分別提高46.53%和30.22%，且兩品種均呈現(xiàn)顯著差異水平；T2處理的兩個品種果簇的平均果實數(shù)量明顯低于CK處理，分別降低24.9%和23.38%，且差異顯著(P<0.05)(表3)。對成熟期兩品種的平均果實敗育數(shù)量進行統(tǒng)計得出，T1處理的平均果實敗育率低于CK處理，分別降低18.82%和12.16%，且差異顯著；T2處理的兩品種平均果實敗育率高于CK處理，分別提高10.07%和9.41%，且達到顯著差異水平(P<0.05)(表3)。

表3 氯化鈣和EGTA處理對榛子果簇成果率的影響Table 3 Effects of Calcium Chloride and EGTA treatment on the yield of hazelnut clusters

2.4 幼果含鈣量與成熟期成果率的關系

兩個品種榛子幼果鈣元素的質(zhì)量分數(shù)及原子百分數(shù)與榛子果實成熟后的果簇的平均果實數(shù)量呈顯著正相關關系，其中薄殼紅品種幼果鈣元素的質(zhì)量分數(shù)及原子百分數(shù)與果簇的平均果實數(shù)量呈極顯著正相關關系。相反，對榛子幼果鈣元素的質(zhì)量分數(shù)及原子百分數(shù)與榛子果實成熟后的平均果實敗育情況進行相關分析發(fā)現(xiàn)，兩個品種幼果鈣元素的質(zhì)量分數(shù)及原子百分數(shù)與榛子果實成熟后的平均果實敗育率呈顯著負相關關系，其中薄殼紅品種幼果鈣元素的質(zhì)量分數(shù)及原子百分數(shù)與成熟期平均果實敗育率呈極顯著負相關關系。

圖1 榛子幼果含鈣量與成熟期成果率的關系Fig.1 Relationship between the calcium content of hazelnut fruit and the yield of maturity

3 討論

鈣元素是植物生長所需的重要礦質(zhì)元素，是參與完成植物體內(nèi)各種代謝的重要因子之一[15]，是植物細胞分裂所必需的成分，而且是促進碳水化合物轉運、轉化以及其他營養(yǎng)元素吸收代謝的功能元素，因此它能有效地促進植物生長[16～18]。同時也是調(diào)節(jié)植物體內(nèi)激素及環(huán)境信號傳導的第二信使，它在植物生長發(fā)過程中具有著中心調(diào)控地位[19～21]。李賀等在Ca2+對蒜苗的生長研究中發(fā)現(xiàn)Ca2+能顯著促進青蒜苗各生長期的生長[22]，同時Ca2+也能夠顯著提高花生植株的株高和鮮重[23]。本試驗通過在花期噴施CaCl2溶液及EGTA溶液處理與噴施清水作對照發(fā)現(xiàn)，噴施CaCl2溶液能夠促進榛子幼果生長，噴施EGTA溶液能夠抑制幼果的生長，說明Ca2+促進了榛子幼果的生長。這與張逸等研究得出的適量施鈣可顯著促進大蔥生長的結論一致[24]。本試驗通過測定榛子花后30及35 d幼果含鈣量可以得出噴施適量的Ca2+可以提高幼果的含鈣量，與于會麗等研究得出的噴施鈣肥能夠增加桃葉片和果肉鈣含量較為一致[25]，這表明在幼果形成關鍵期進行一定的鈣處理，能夠影響細胞內(nèi)的正常有絲分裂，從而促進組織旺盛生長，同時鈣是植物體內(nèi)部分酶的組分和活化劑，有效參與了植物體內(nèi)的氮代謝及碳水化合物的代謝，最終影響榛子果實的生長[26]。

榛子雌花序如果沒有完成受精作用，它將在果實采收期到來以前發(fā)生脫落，自交不親和與榛子的敗育最終導致高空殼率的發(fā)生有密切關系[27]?；ǚ酃茉诨ㄖ猩L受多個信號分子的協(xié)同調(diào)控,鈣離子在其中發(fā)揮著重要作用[28]，當胞質(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，進而促進花粉管的萌發(fā)及受精作用[29]。榛子品種具有特殊的延遲受精特性，榛子從花粉粒萌發(fā)至發(fā)育成成熟胚珠大約需要55 d左右，由于延遲受精特性，花粉管在花柱中存在大約26 d的停滯生長期。張會弟研究發(fā)現(xiàn)榛子花后2 d花粉粒接觸柱頭并萌發(fā)，花后10 d花粉管在柱頭基部中所形成的花粉腔中停滯生長，在花后15～24 d花粉管腔直徑和長度明顯增加，花后24 d花粉管腔中的花粉管繼續(xù)伸長生長[27]，在此階段通過鈣營養(yǎng)試劑的補充處理在一定程度上可以有效調(diào)控榛子花粉管的長勢，進而完成受精作用。本試驗通過在花期進行不同鈣處理對成熟期榛子果簇成果率研究表明，Ca2+能夠提高榛子果簇的平均果實數(shù)量，降低榛子果實的敗育率，同時發(fā)現(xiàn)噴施鈣試劑的幼果大小及鈣含量與成果率呈現(xiàn)顯著正相關關系，與果簇果實敗育率呈顯著負相關關系。這與張秀梅及張會弟等人研究得出鈣和鈣調(diào)素對花粉萌發(fā)和花粉管生長具有調(diào)節(jié)促進作用，最終提高植物受精作用較為一致[27,30]。在萌動的花粉粒或生長的花粉管中，已發(fā)現(xiàn)受Ca2+-CaM調(diào)控的蛋白質(zhì)磷酸化作用、臍眠質(zhì)合成、高爾基體小泡的分泌與融合、細胞骨架的構建與解聚及原生質(zhì)環(huán)流，以及調(diào)節(jié)Ca2+激活的植酸酶和Ca2+-CaM依賴的ATPase活性及花粉萌發(fā)過程中受Ca2+-CaM調(diào)控的脂類代謝均與鈣離子有關[31～32]。因此，通過調(diào)控噴施鈣試劑對榛子花粉管的生長及受精作用有著重要的影響。

本試驗結果表明，通過噴施CaCl2溶液和EGTA溶液對兩個當?shù)刂髟云贩N在花期進行處理后，CaCl2溶液可以促進榛子果實的幼果發(fā)育，且有助于提高榛子果簇成果率；EGTA溶液抑制了榛子果實的幼果發(fā)育，降低了榛子果簇成果率，說明鈣在榛子生長發(fā)育前期起到了重要得作用，并對后期榛子果簇的形成具有重要影響。試驗得到與前人在相關領域?qū)Σ煌参锏难芯枯^為一致的結果。但從分子水平上分析Ca2+如何進行調(diào)控榛子果實生長發(fā)育的機理有待深入研究。