山葡萄幼果動態(tài)發(fā)育及脫落規(guī)律研究*

韓先焱，許培磊，秦紅艷，楊義明，范書田，李昌禹

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，吉林長春 130112）

山葡萄（Vitis amurensisRupr.）在我國主要分布于黑龍江、內(nèi)蒙古、吉林、遼寧等山地混交林地帶[1]，具有較強(qiáng)的抗寒力和抗病性[2]，果實(shí)釀酒品質(zhì)優(yōu)良，漿果作為釀酒原料已有70 多年的歷史[3]。自20 世紀(jì)50 年代山葡萄在我國開始栽植，為廣大農(nóng)民朋友帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)收益，但是隨著栽培面積的擴(kuò)大，落果現(xiàn)象比較嚴(yán)重，制約著果實(shí)產(chǎn)量的增加與品質(zhì)的提高，研究山葡萄果實(shí)生長發(fā)育動態(tài)變化及脫落規(guī)律，對于提質(zhì)增效具有重要意義。

有關(guān)葡萄落花落果現(xiàn)象的研究表明，葡萄在盛花期后即出現(xiàn)落花落果現(xiàn)象，是由于樹體自身原因造成的生理性花蕾和果實(shí)脫落，主要脫落的是發(fā)育不正常的花蕾和授粉不良的幼果[4]。葡萄的落花落果與其他果樹一樣，是機(jī)體內(nèi)部一種生理失調(diào)現(xiàn)象，如落果較輕不影響產(chǎn)量，屬于正常的落花落果；如落果較重會造成果粒稀少，坐果率下降影響生產(chǎn)效益，為不正常的落花落果[5]。目前，有關(guān)山葡萄生理落果現(xiàn)象的研究鮮有報道，本文以山葡萄為試材，研究其幼果動態(tài)生長發(fā)育規(guī)律及落果的原因，以期為山葡萄的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2017 年5—10 月在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所的國家果樹種質(zhì)山葡萄圃進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)地位于吉林省吉林市左家鎮(zhèn)，北緯44°04′，東經(jīng)126°05′，海拔190 m。年平均氣溫3.6 ℃，絕對低溫-39.8 ℃，南向緩坡地，土壤為暗棕森林土。以山葡萄兩性花品種‘雙豐’（‘通化一號’ב雙慶’）與雌能花品種‘左山一’為試材，樹齡13 年，籬架栽培，行株距2.5 m×1.0 m。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 山葡萄幼果發(fā)育動態(tài)變化調(diào)查

選取6 株樹勢中庸的山葡萄品種‘雙豐’為樣株，每個結(jié)果枝留2 穗花序，掛牌、標(biāo)記并套紙袋，便于收集脫落的山葡萄幼果，進(jìn)行正常的生產(chǎn)管理。于始花期在樹體下、中、上部隨機(jī)取果，每3 d取樣1 次，每次取10～15 個發(fā)育正常與發(fā)育不良的幼果，分別測量單個果實(shí)的縱、橫徑及單粒重，均取平均值并繪制幼果發(fā)育變化曲線。

1.2.2 不同品種山葡萄幼果脫落規(guī)律調(diào)查

選取3 株樹勢中庸的山葡萄品種‘雙豐’與‘左山一’樣株，每株樹選取6 穗發(fā)育良好的花序，在山葡萄花期前（5 月25 日），以‘雙豐’和‘左山一’為母本，人工去雄后授‘雙豐’花粉，套袋掛牌并標(biāo)記，數(shù)出所選花序上花蕾的總數(shù)。從2017年6 月4 日開始跟蹤調(diào)查，每2 d 調(diào)查1 次紙袋中的落果總數(shù)，至果實(shí)成熟后采收，統(tǒng)計(jì)落果率。

1.2.3 山葡萄落果的解剖學(xué)觀察分析

試驗(yàn)方法同1.2.1，于2017 年5 月25 日始至幼果脫落基本結(jié)束止（6 月30 日），每隔3 d 采集1次樣株上正常發(fā)育的幼果和紙袋中的落花落果，樣品采集后置于FAA 固定液中長期保存?zhèn)溆茫Ｒ?guī)石蠟切片參照艾軍[6]的蘇木精、番紅固綠染色方法，切片厚度為11 μm，加拿大中性樹膠封片后，Olympus CX31 型顯微鏡觀察并拍照。

1.2.4 山葡萄授粉親和性觀察研究

試驗(yàn)方法同1.2.2，于授粉處理后1、3、5、7、12、24 h 間隔取材，每個時間點(diǎn)采集10 朵花的雌蕊（包括花柱與子房），置入FAA 固定液中，24 h后轉(zhuǎn)入70%的酒精，4 ℃冰箱保存。參考秦紅艷等苯胺藍(lán)染色法[7]對花粉萌發(fā)及花粉管生長情況觀察并選取典型圖片拍照；選取‘雙豐’花帽中剛剛有一角打開的花朵20 朵，染色觀察是否有花粉萌發(fā)。

2 結(jié)果與分析

2.1 山葡萄幼果的生長發(fā)育動態(tài)調(diào)查

圖1 顯示，花期過后的1 周內(nèi)，大粒幼果（正常發(fā)育幼果）縱徑略大于橫徑，縱、橫徑均緩慢增長；花期過后1～3 周，縱徑大于橫徑，縱、橫徑均快速增長，呈現(xiàn)先慢后快的變化趨勢。小粒幼果（發(fā)育不良幼果）在花期過后3 周內(nèi)縱徑始終大于橫徑，但果實(shí)縱、橫徑?jīng)]有發(fā)生明顯變化，生長發(fā)育緩慢，處于停滯狀態(tài)，這些發(fā)育不良的幼果將來可能發(fā)生脫落。

圖1 山葡萄幼果縱、橫徑生長變化

圖2 顯示，山葡萄正常發(fā)育幼果在花期過后的1 周內(nèi)，果實(shí)的生長速度及單果重增長較慢；花后1～3 周，單果重迅速增長，生長速度較快。發(fā)育不良幼果在花期過后的1 周內(nèi)，果實(shí)的生長速度及單果重增長較慢；花后3 周內(nèi)，果實(shí)發(fā)育較花后1 周沒有明顯變化?；ㄆ谶^后，幼果生長遲緩，表明沒有得到充足的養(yǎng)分供應(yīng)，果實(shí)發(fā)育處于停滯狀態(tài)，將來可能形成落粒。

圖2 山葡萄幼果單果重變化

2.2 不同品種山葡萄幼果脫落規(guī)律

山葡萄‘雙豐’初花期為5 月25 日，盛花期5月30 日前后，花期過后（6 月4 日）即出現(xiàn)落果現(xiàn)象，落果呈先增加后減少的趨勢（圖3），花后1周（6 月12 日）達(dá)到落果高峰期，隨后落果數(shù)逐漸減少，約有51.92%的幼果在花后3 周內(nèi)（6 月4—26 日）脫落?！笊揭弧趸ㄆ跒? 月29 日，盛花期6 月4 日前后，花期過后（6 月8 日）即出現(xiàn)落果現(xiàn)象，‘左山一’花期較晚，落果時間也較晚，幼果脫落變化趨勢平緩，沒有明顯的落果高峰期，約有42.16%的幼果在花后3 周內(nèi)脫落。

圖3 不同品種山葡萄單穗幼果發(fā)育期落果率

2.3 山葡萄正常發(fā)育與落花落果的形態(tài)學(xué)差異比較

圖4 顯示，山葡萄花蕾在花期之前已出現(xiàn)敗育現(xiàn)象，正常發(fā)育的花蕾雄蕊花粉粒飽滿圓潤且數(shù)量較多，雌蕊子房發(fā)育良好，花柱較長且柱頭結(jié)構(gòu)完整；非正常發(fā)育花蕾的花粉粒干癟、數(shù)量相對較少，雌蕊子房矮小，花柱較短，柱頭結(jié)構(gòu)缺失。通過比較6 月12 日（落果高峰期）正常發(fā)育幼果與落果的胚囊結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)脫落幼果的胚囊畸形或萎縮，可能是由于授粉、受精不良導(dǎo)致內(nèi)珠被、珠孔發(fā)育異常，進(jìn)一步影響花粉管的向內(nèi)伸長，導(dǎo)致受精率下降即形成幼胚的數(shù)量減少，不能正常發(fā)育形成種子，從而后期落果。

圖4 山葡萄落花落果的形態(tài)學(xué)觀察

山葡萄生理落果屬于帶果柄的脫落，通過觀察發(fā)現(xiàn)，果實(shí)果柄與花序軸的連接處有若干層細(xì)胞（圖5-1），細(xì)胞致密且體積較小，此區(qū)域即為山葡萄幼果果柄離層細(xì)胞。山葡萄的果柄是果實(shí)與花序軸之間的主要輸導(dǎo)組織，果柄的表皮由角質(zhì)層和一層排列緊密的小細(xì)胞組成（圖5-2）。表皮下是染色較淺的數(shù)層薄壁細(xì)胞，細(xì)胞排列緊密，體積較大，緊挨著薄壁細(xì)胞的是韌皮部和木質(zhì)部（圖5-3），木質(zhì)部已形成木質(zhì)化的導(dǎo)管呈螺紋狀，染色較深；果柄的中央部分是由大量的薄壁細(xì)胞組成的髓質(zhì)。

圖5 山葡萄幼果果柄顯微結(jié)構(gòu)觀察

2.4 山葡萄授粉親和性觀察分析

苯胺藍(lán)染色法觀察發(fā)現(xiàn)，花粉粒或萌發(fā)的花粉管呈現(xiàn)熒光綠色（圖6），授粉1 h 后的雌蕊柱頭上可見花粉粒，但沒有萌發(fā)出花粉管；3 h 后，花粉粒開始萌發(fā)出花粉管，7 h 后花粉管穿過柱頭伸入子房?！笊揭弧拇迫镏^與‘雙豐’的花粉親和性較好，花粉萌發(fā)量大且花粉管伸長較快，表明‘左山一’異花授粉效果好于‘雙豐’自花授粉。此外，在‘雙豐’的自然生長狀態(tài)下，觀察到了閉花受精現(xiàn)象（圖7），說明‘雙豐’以自花授粉為主。

3 討論與結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，花期后1 周內(nèi)山葡萄幼果剛完成受精作用，子房沒有明顯膨大，幼果之間沒有明顯的差異；花期過后1～3 周內(nèi)，正常發(fā)育的幼果縱、橫徑快速增長，有些果實(shí)沒有完成受精作用形成幼胚，不能調(diào)運(yùn)充足的養(yǎng)分促進(jìn)果實(shí)膨大，因此生長速度緩慢，發(fā)育處于停滯狀態(tài)。

山葡萄單株花序較多且每個花序上的花蕾基數(shù)較大，花期及果實(shí)發(fā)育初期需要大量的養(yǎng)分供應(yīng)，促進(jìn)花器官及幼果的生長發(fā)育，若此時營養(yǎng)生長與生殖生長出現(xiàn)競爭關(guān)系，必然會使幼果大量脫落，對山葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)造成極大影響。‘雙豐’花期過后幼果脫落嚴(yán)重，很可能與其花芽分化較多有關(guān)，從而導(dǎo)致樹體營養(yǎng)不足，影響了花蕾質(zhì)量。

山葡萄幼果的脫落與雄蕊或雌蕊發(fā)育異常，果柄脫落離層的發(fā)生有著密切的聯(lián)系。有研究表明，酸櫻桃離層組織有5～8 層小細(xì)胞，隨著果實(shí)脫落進(jìn)程的加快，細(xì)胞壁中的果膠被逐漸酶解，多聚糖含量降低與周圍細(xì)胞的黏附力下降，使得細(xì)胞分離形成離區(qū)[8]。本研究發(fā)現(xiàn)，山葡萄落果高峰期，幼果在果柄與花序軸連接處逐漸分離，先在髓部產(chǎn)生離層細(xì)胞，后逐漸向外延伸至木質(zhì)部與韌皮部，在外力作用（重力、風(fēng)力）下果柄最終脫落。

圖6 山葡萄授粉親和性觀察

圖7 ‘雙豐’閉花受精現(xiàn)象的觀察

通過苯胺藍(lán)染色法比較‘雙豐’和‘左山一’授粉后柱頭上的花粉萌發(fā)及花粉管伸長情況來看，異花授粉的花粉萌發(fā)量更大，花粉管伸長更快，表明異花授粉更有助于植物的受精作用完成，降低授粉受精不良的程度，與落果率存在一定關(guān)系。此外苯胺藍(lán)染色法觀察還發(fā)現(xiàn)，‘雙豐’在開花之前就有閉花受精現(xiàn)象，閉花受精能夠保持植物自身基因的純合，防止外源基因侵入[9]。存在閉花受精現(xiàn)象的被子植物性器官成熟也較早，這使得葡萄的人工雜交育種工作更加困難[10]。有學(xué)者認(rèn)為閉花受精與葡萄的果實(shí)和花蕾脫落之間有一定關(guān)系，但缺乏足夠的證據(jù)[11]。白惠磊等[12]的研究表明‘巨峰’葡萄雌蕊中的花粉管在假閉花受精條件下能夠正常伸長，且坐果率與開花受精的結(jié)果基本相同，引起閉花受精發(fā)生的不良環(huán)境才是導(dǎo)致結(jié)實(shí)率低的主要原因。本研究中‘雙豐’存在的閉花受精現(xiàn)象是否與山葡萄花器官敗育和生理落果存在一定的聯(lián)系，還有待進(jìn)一步探討與研究。