王棟梁,張志剛,程 平,楊 璐,李 宏,孫明森
(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園藝學(xué)院,烏魯木齊 830052;2.新疆林業(yè)科學(xué)院,烏魯木齊 830000;3.沙依巴克區(qū)園林隊(duì),烏魯木齊 830002)
杏樹(PrunusarmeniacaL)是中國(guó)北方的主要果樹之一,也是國(guó)家西部大開發(fā)戰(zhàn)略及生態(tài)建設(shè)生態(tài)樹種,杏果的經(jīng)濟(jì)效益顯著,具有巨大的發(fā)展空間[1]。樹上干杏樹勢(shì)強(qiáng)健,童齡期短,每株產(chǎn)量可高達(dá)60 kg[2],在品質(zhì)及加工制干性能等方面表現(xiàn)良好,對(duì)新疆杏樹產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化有重大意義。但樹上干杏在北疆常受樹種本身特性(花期早易受晚霜凍害等,致使產(chǎn)量不高)的制約,造成推廣困難。早期常用煙熏、樹干涂白、果園灌水等物理方法來(lái)預(yù)防倒春寒,但費(fèi)工、效果差,近幾年來(lái),植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑延遲花卉和果樹花期已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用和研究,如矮壯素(CCC)、多效唑(PP333)等植物生長(zhǎng)延緩劑應(yīng)用于花卉花期的推遲上,春季噴施100 mg/L PP333可使金盞花推遲19.7 d開花[3];奈乙酸(NAA)、赤霉素(GA3)和乙烯利(CEPA)等植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑也能推遲花卉和果樹的花期,春季噴施500~1 000 mg/L NAA可使牡丹花期推遲2~4 d[4],推遲櫻桃、杏花花期5 d 左右[5];在秋季對(duì)木奈李噴施100和150 mg/kg GA3,可推遲其花期3~7 d[6];10月中旬在杏樹上噴施50~100 mg/L的GA3或100~200 mg/L CEPA,可推遲花期5~8 d[7]。植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在果樹上的應(yīng)用還涉及食品安全的問題,因?yàn)槠鋵儆谵r(nóng)藥,有一定的毒性,人體長(zhǎng)期食用后在體內(nèi)積蓄,造成慢性中毒[8]。目前,關(guān)于植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)樹上干杏花期、坐果率以及其在果實(shí)中殘留方面的研究還較少。本研究以樹上干杏為試驗(yàn)材料,在春季對(duì)其噴施不同質(zhì)量濃度的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,研究其對(duì)樹上干杏的花期時(shí)間、坐果率的影響,并且分析其在果實(shí)中的殘留量,旨在篩選出一種或幾種安全有效的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,為北方地區(qū)受倒春寒危害嚴(yán)重的杏樹在保產(chǎn)和增產(chǎn)上提供依據(jù)。
1.1.1 試驗(yàn)地概況及材料 試驗(yàn)地位于新疆天山西北部伊犁河南麓察布查爾縣境內(nèi)的伊犁州林木良種繁育試驗(yàn)中心(E 81.23°,N 43.86°),此地全年平均溫度6.7~9.9 ℃,≥10 ℃的有效積溫3 185 ℃,無(wú)霜期為140~180 d,平均年降水量273 mm,年日照2 800 h,全年太陽(yáng)輻射總量為562.21 kJ/cm2,試驗(yàn)地管理水平中等。在試驗(yàn)地選擇10 a生、高3~4 m、冠幅2.5~3 m、處在盛果期、生長(zhǎng)勢(shì)健壯一致的75株樹上干杏進(jìn)行試驗(yàn)。
1.1.2 主要試劑與儀器設(shè)備 GA3、PP333、CEPA、ABA、NAA和CCC 6種生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑(表1),主要分析試劑有甲醇,色譜純,由廣州市麒旭化工有限公司生產(chǎn);NAA、PP333標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),純度99.0%以上,由上海宸功生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)。高效液相色譜Waters e2695,由美國(guó)Waters公司生產(chǎn),其中檢測(cè)器為Waters 2998:二極管陣列,色譜柱為 Sun Fire C18(4.6 mm×150 mm,5 μm)。酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定試劑盒,由上海江萊生物科技有限公司生產(chǎn)。
2017-03-31早晨,待露水蒸發(fā)過(guò)后,選擇伊犁州林木良種繁育試驗(yàn)中心果園內(nèi)的75株樣樹,對(duì)其噴施6種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,每種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑設(shè)置4個(gè)質(zhì)量濃度梯度,每種處理3株樹,另對(duì)3株樹噴施清水作為對(duì)照(CK),噴施時(shí)以在枝條上形成水滴為標(biāo)準(zhǔn),本次噴施時(shí)花期處于露萼期。噴施6種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑及質(zhì)量濃度見表1。
表1 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑種類及噴施質(zhì)量濃度Table 1 Plant growth regulator species and spraying mass concentration
1.3.1 物候期的觀察 4月1日-4月20日,每天8:00[9],統(tǒng)計(jì)75株樹上干杏花的物候期,參照桃樹花的物候期觀察項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)[10],統(tǒng)計(jì)樹上干杏花的物候期,具體標(biāo)準(zhǔn)為:①露瓣期(露白期):花萼綻開,花瓣有5%露出;②初花期:全樹5%花朵開放;③盛花期:全樹75%花朵開放;④盛花末期:全樹完全花朵開放;⑤完全謝花期:全樹95%花瓣掉落。記錄相同處理下3株樹各物候期出現(xiàn)平均時(shí)間。
1.3.2 完全花比率的統(tǒng)計(jì) 盛花期,在每株樹的東、南、西、北4個(gè)方向,各選1枝具有長(zhǎng)、中、短果枝和花束狀果枝的中上部枝條,總花數(shù)不少于100朵,掛牌標(biāo)記。記錄掛牌枝條上花的敗育狀況,統(tǒng)計(jì)相同處理下3株樹的平均完全花數(shù)量,完全花數(shù)是以長(zhǎng)有雌蕊且雌蕊不低于雄蕊為標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算完全花比率,完全花比率=3株樹掛牌枝條的平均完全花數(shù)/3株樹掛牌枝條的平均花數(shù)×100%。
1.3.3 坐果率的統(tǒng)計(jì) 5月25日(生理落果期的第3個(gè)時(shí)期,已經(jīng)受精的幼果會(huì)進(jìn)入果實(shí)著色期,果實(shí)不再脫落),統(tǒng)計(jì)相同處理下3株樹,掛牌標(biāo)記的枝條上的坐果數(shù),計(jì)算坐果率。坐果率=3株樹掛牌枝條的平均坐果數(shù)/3株樹掛牌枝條的平均花數(shù)×100%。
1.3.4 果實(shí)中植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑殘留量的檢測(cè) 于5月25日(生理落果期)、6月27日(果實(shí)著色期),在75株杏樹陰陽(yáng)兩面的上、中、下、內(nèi)、外等不同部位各采集10個(gè)以上(不少于1 kg)生長(zhǎng)正常、無(wú)病害的果實(shí),去除果柄、果核,用研缽磨碎,用四分法將樣品分成100 g以上,將其標(biāo)號(hào)放入-80 ℃低溫冰柜,備用。
PP333、NAA殘留量用高效液相色譜Waters e2695檢測(cè)[8,11],具體方法如下:
(1)提取。稱取研磨后的水果樣品10 g( 精確至0.000 1 g)于50 mL的離心管中,加入20 mL體積分?jǐn)?shù)80%甲醇提取劑,18 000 r/min條件下離心30 s,超聲提取20 min,將提取液于8 000 r/min離心5 min,取上清液進(jìn)行凈化。
(2)HPLC 測(cè)定。分別用5 mL甲醇和5 mL水預(yù)處理C18固相萃取小柱,取5 mL提取液過(guò)柱,再分別用5 mL水和體積分?jǐn)?shù)5%甲醇水5 mL 淋洗,棄去淋洗液,抽干小柱后,用5 mL甲醇洗脫2遍,于室溫條件下用氮?dú)獯蹈上疵撘?,? mL 色譜純甲醇定容,過(guò)0.22 μm濾膜,進(jìn)行高效液相色譜(HPLC)測(cè)定。色譜條件為:流動(dòng)相為甲醇-磷酸混合液[V(甲醇)∶V(體積分?jǐn)?shù)0.02%磷酸)=60∶40],柱溫 30 ℃,檢測(cè)波長(zhǎng) 220 nm,流速 1.2 mL/min,進(jìn)樣體積 10 μL。
GA3、CCC、CEPA、ABA殘留量用酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定試劑盒檢測(cè),具體方法參考該試劑盒說(shuō)明書進(jìn)行檢測(cè)。
用Excel 2003統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),用SPSS19.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析。
由表2可知,未噴植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑(CK)的樹上干杏初花期一般在4月9日,完全謝花期在4月17日,花期8 d,露瓣期與初花期相隔7 d,初花期與盛花末期相隔3~4 d,盛花末期與完全謝花期相隔4 d。與CK相比,不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理后樹上干杏的露瓣期、初花期、盛花期、盛花末期、完全謝花期總體上均推遲。6種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑中,PP333、CEPA 、NAA 能明顯推遲樹上干杏露瓣期,CCC、NAA能明顯推遲樹上干杏初花期、盛花期、盛花末期、完全謝花期,其中500~1 000 mg/L NAA的效果較優(yōu),其能推遲樹上干杏初花期4~6 d,推遲完全謝花期3~4 d,能減少初花期與盛花末期間隔時(shí)間,使花開放整齊;縮短花期1~2 d,減少花朵受凍害的幾率。這是因?yàn)镹AA對(duì)營(yíng)養(yǎng)器官縱向生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用,能維持植物的頂端優(yōu)勢(shì),抑制抽芽,從而推遲初花期時(shí)間。NAA處理后新梢徒長(zhǎng),且在處理初期新梢中IAA含量較高,而 IAA是一種抑花激素,它的含量升高會(huì)抑制花芽的分化[12];之后IAA含量的降低[13],抑制作用減弱,因此減少了初花期與盛花末期的間隔時(shí)間并減少了花期時(shí)間。
表2 不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理下樹上干杏花的物候期Table 2 Phenological period of apricot trees under treatments of different regulators
從表3可以看出,隨著GA3、PP333和CEPA噴施質(zhì)量濃度的增加,樹上干杏完全花的比例呈先降低后升高的變化趨勢(shì);隨著NAA、CCC噴施質(zhì)量濃度的增加,樹上干杏完全花的比例呈先升高后降低的變化趨勢(shì),當(dāng)質(zhì)量濃度在750 mg/L時(shí)完全花比率最高;隨著ABA噴施質(zhì)量濃度的增加,樹上干杏完全花的比例呈先降低后升高再下降的變化趨勢(shì)。春季噴施1 000~4 000 mg/LCCC、50~200 mg/L ABA和1 500~2 000 mg/L CEPA均降低樹上干杏完全花比率,其中1 000~2 000 mg/L CCC、200 mg/L ABA、1 500 mg/L CEPA能大幅度降低完全花的比率,降幅為44.4%~58.2%;50~100和200 mg/L GA3,50和150~200 mg/L PP333及50~1 000 mg/L CEPA和500~750 mg/L的NAA均顯著提高完全花比率??梢姡珿A3、PP333、NAA在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)能提高完全花比率。有研究指出,GA3促進(jìn)后期花器官發(fā)育[14]、抑制花芽分化[15],故GA3對(duì)完全花比率的提高有促進(jìn)作用。研究發(fā)現(xiàn),PP333能促進(jìn)花粉萌發(fā)以及花粉管的增長(zhǎng)[16],故PP333增加了完全花比率。NAA能促進(jìn)組織器官的縱向伸長(zhǎng)[13],增加花粉管長(zhǎng)度,故NAA能提高完全花比率。
表3 不同質(zhì)量濃度植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理下樹上干杏的完全花比率和坐果率Table 3 Total flower ratio and fruit fructify rate under treatments of different regulators
從表3可以看出,100~200 mg/L PP333、CEPA、ABA、CCC均可明顯降低樹上干杏的坐果率,50~200 mg/L GA3、500~1 000 mg/L NAA均可明顯提高樹上干杏的坐果率。研究發(fā)現(xiàn),GA3能抑制ABA的產(chǎn)生,減少幼果因養(yǎng)分不足而造成的脫落,加速幼果的生長(zhǎng)發(fā)育,有助于子房坐果[17],故能提高坐果率。NAA可促進(jìn)細(xì)胞分裂,增加坐果率,促進(jìn)新陳代謝和光合作用,加速生長(zhǎng)發(fā)育,增強(qiáng)抗性,在一定范圍內(nèi)抑制纖維素酶,防止落果[18]。 從表4可以看出,相對(duì)于其他處理,NAA、CCC顯著推遲初花期和謝花期時(shí)間;調(diào)節(jié)劑對(duì)花期時(shí)間、完全花比率影響不顯著;GA3、NAA顯著提高杏樹的坐果率,而PP333、CEPA、ABA顯著降低坐果率。
GB-2763-2014規(guī)定的不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在果實(shí)中最大殘留限量:CCC 0.1~10 mg/kg,PP3330.2~0.5 mg/kg,NAA 0.05~0.1 mg/kg,CEPA 0.05~20 mg/kg[19]。GA3殘留量在中國(guó)還沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),美國(guó)、日本規(guī)定水果、蔬菜中GA3最高殘留限量為0.2 mg/kg[20]。由表5可知,生理落果期,除了PP333、NAA外,其他植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑殘留量均較低,符合國(guó)家植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的殘留標(biāo)準(zhǔn),果實(shí)著色期PP333和NAA的殘留量未超標(biāo)。春季初花期噴施的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑經(jīng)過(guò)3個(gè)月的代謝、分解,均已符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
表4 不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)推遲樹上干杏花期和坐果率平均值的影響Table 4 Effects of regulator on delay of apricot blossom and fruit rate
注:同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同大、小寫字母分別表示在P<0.01和P<0.05水平差異顯著。
Note:Uppercase and lowercase letters in the same columns represent significant difference atP<0.01 andP<0.05.
落葉果樹休眠解除后需熱量是影響開花的主導(dǎo)因素之一,更多的需冷量和需熱量有利于延遲花期[21]。落葉果樹開花所需熱量受遺傳控制,而遺傳的表達(dá)與內(nèi)源激素調(diào)控有關(guān),微量的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可以調(diào)節(jié)控制植物體內(nèi)源激素間相互平衡關(guān)系,改變開花所需的熱量。此外果樹花芽從休眠解除到開花是一個(gè)有機(jī)物積累的過(guò)程,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)是植物開花結(jié)果的物質(zhì)保障,植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可以調(diào)節(jié)控制植物體內(nèi)物質(zhì)代謝或生理功能,調(diào)控花蕾內(nèi)有機(jī)物的累積速度,從而控制花期。
本研究中,500~1 000 mg/L NAA能推遲樹上干杏初花期4~6 d,并使完全謝花期推遲3~4 d。黃金鋒等[4]在春季噴施500~1 000 mg/L NAA也使牡丹花期推遲2~4 d,與本試驗(yàn)結(jié)果一致。NAA推遲花期的作用在杏樹上同樣適用。時(shí)寶凌[22]認(rèn)為,用NAA、IAA、2,4-D等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理,對(duì)開花激素的形成有抑制作用。NAA促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)器官縱向生長(zhǎng),維持植物的頂端優(yōu)勢(shì),從而抑制抽芽[23]。ZR促使芽的分化及側(cè)芽的發(fā)育,除去頂端優(yōu)勢(shì)[24],高水平的GA、ZR有利于植物花芽分化[25],而NAA使GA、ZR含量降低[13],抑制花芽分化,推遲花期。NAA推遲花期的作用可能是IAA、GA、ZR等幾種內(nèi)源激素共同作用的結(jié)果。
表5 不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在樹上干杏果實(shí)中的殘留量Table 5 Residual amount of plant growth regulators in the fruit
本研究中,1 000~3 000 mg/L的CCC推遲初花期3 d,推遲完全謝花期1~2 d。100~200 mg/L PP333延長(zhǎng)初花期2 d,推遲完全謝花期2~3 d。萬(wàn)茜等[26]用CCC處理鳳仙花,使其花期推遲1周,周志凱等[27]用大于1 000 mg/L的CCC處理菊花,使其花期推遲3~9 d。弓德強(qiáng)[28]還發(fā)現(xiàn)無(wú)論在秋季還是春季,100 mg/L PP333均顯著抑制春季花芽的萌發(fā)并推遲花期[3]。本試驗(yàn)中PP333、CCC對(duì)果樹花期的推遲效果差于花卉,其主要原因可能與開花類型有關(guān),杏花當(dāng)年7月初進(jìn)入花芽分化初期,第2年開花,花芽發(fā)育的各個(gè)時(shí)期經(jīng)歷的時(shí)間長(zhǎng),而花卉為直接開花型,當(dāng)年開花,花芽的發(fā)育時(shí)間短,植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)花期的影響大。PP333和CCC能延緩植株莖頂端細(xì)胞分裂分化和伸長(zhǎng)的進(jìn)程,而且能夠抑制GA3的生物合成,ETH釋放率和ABA含量上升[29]。PP333通過(guò)調(diào)節(jié)GA3、ETH、ABA等內(nèi)源激素之間的平衡,影響或暫時(shí)抑制花芽細(xì)胞的分裂、伸長(zhǎng)和生長(zhǎng),從而延遲花期。PP333和CCC延遲花期的最佳質(zhì)量濃度和噴施時(shí)間有待進(jìn)一步認(rèn)定。
本研究中CEPA和ABA對(duì)初花期的推遲效果較差,可能是由于處理的時(shí)間較晚,導(dǎo)致處理效果變差,將處理時(shí)間提前至花芽萌動(dòng)前效果可能更優(yōu)。研究認(rèn)為,CEPA處理增加了春季花芽萌動(dòng)時(shí)的需熱量,從而延遲了果樹的萌芽和開花[30]。CEPA處理后花芽?jī)?nèi)的乙烯含量增高,導(dǎo)致ABA含量也增高,抑制了細(xì)胞分裂,從而減緩了花芽的生長(zhǎng)發(fā)育。外施ABA可降低穗內(nèi)源IAA、GA的含量,增加內(nèi)源ABA的含量[31],在芽中,ABA主要集中在芽外圍的鱗片中,剝除鱗片,芽就會(huì)萌發(fā),剝除鱗片使得ABA/GA的比值降低,促使芽萌發(fā)[30]。CEPA和ABA是影響植物開花的重要激素,但處理時(shí)間和質(zhì)量濃度還待進(jìn)一步試驗(yàn)認(rèn)證。
本研究中,GA3和NAA均能提高完全花比率和坐果率,且其高質(zhì)量濃度處理的作用效果低于低質(zhì)量濃度。前人發(fā)現(xiàn)低質(zhì)量濃度NAA 促進(jìn)花粉萌發(fā)和花粉管生長(zhǎng),提高完全花比率,而在高質(zhì)量濃度下有抑制作用[32],與本試驗(yàn)結(jié)果一致。韓宏偉等[33]在巴旦杏盛花期噴施10 mg/L(或25 mg/L)的GA3和10 mg/L 2,4-D(NAA類似物),均顯著提高巴旦杏坐果率。GA3和NAA促進(jìn)了細(xì)胞分裂和生長(zhǎng),促進(jìn)養(yǎng)分的吸收,防止生理落果,有利于形成無(wú)核果實(shí),從而提高完全花比率和坐果率。
本研究中,經(jīng)PP333處理后,樹上干杏坐果率下降6.9%~8.1%。李嘉瑞等[34]應(yīng)用生長(zhǎng)延緩劑PP333,使巨峰葡萄出現(xiàn)坐果率低及小型果粒數(shù)增加的現(xiàn)象。與本研究結(jié)果一致。王朝鳳[35]指出PP333對(duì)花粉萌發(fā)的抑制作用強(qiáng)度為40.7%,遠(yuǎn)高于對(duì)花粉管長(zhǎng)度的促進(jìn)作用強(qiáng)度26.3%。PP333雖能提高完全花比率,但降低坐果率,其原因可能是由于PP333抑制了花粉萌發(fā),抑制了花果對(duì)養(yǎng)分的吸收,導(dǎo)致生理落果,坐果率降低。
本研究中,500~1 000 mg/L CEPA提高完全花比率1.2%~13.1%,而高質(zhì)量濃度(1 500~2 000 mg/L)的CEPA則使完全花比率降低了16.8%~43.6%;唐志鵬等[36]發(fā)現(xiàn),用800 mg/L的CEPA處理,可明顯降低雞嘴荔的成花率。坐果率隨CEPA噴施質(zhì)量濃度的增高而降低,1 500~2 000 mg/L CEPA使坐果率嚴(yán)重降低;陳登文等[37]認(rèn)為,CEPA處理雖使杏花雌蕊敗育率降低,但同時(shí)也降低了花粉活力,從而降低了坐果率。剛明慧等[38]在庫(kù)爾勒香梨初花期噴施CEPA,降低了庫(kù)爾勒香梨的坐果率,CEPA被器官吸收后產(chǎn)生大量?jī)?nèi)源乙烯,促使離層纖維素的形成,阻礙著開花授粉受精過(guò)程的發(fā)生,削弱了花果對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)能力[39],從而降低了樹上干杏的坐果率。
綜上所述,本研究認(rèn)為春季噴施500~1 000 mg/L的NAA對(duì)推遲、延長(zhǎng)花期,增加坐果率有明顯作用,可應(yīng)用于生產(chǎn)當(dāng)中;CCC和PP333也能推遲花期、提高坐果率,但高質(zhì)量濃度(>150 mg/L)的處理對(duì)坐果率產(chǎn)生不良影響;6種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在果實(shí)發(fā)育過(guò)程中被代謝分解掉,果實(shí)著色期后符合國(guó)家植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的殘留標(biāo)準(zhǔn),可以安全使用。