顏少賓,周 平,郭 瑞,金 光

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所/福建省落葉果樹工程技術(shù)研究中心,福州,350001)

桃是薔薇科李屬桃亞屬的多年生落葉果樹,對需冷量要求嚴(yán)格。近年來,低緯度地區(qū)暖冬現(xiàn)象越來越明顯,桃因需冷量不足易導(dǎo)致花芽枯萎嚴(yán)重、花期延遲、開花不整齊等問題[1],甚至只萌芽不開花,直接影響桃樹的生長發(fā)育和經(jīng)濟(jì)效益。人工輔助破眠作為一種技術(shù)手段,能打破休眠,促進(jìn)萌芽。目前,根據(jù)作用方式,人工輔助破眠主要有物理、化學(xué)、植物生長調(diào)節(jié)劑等3種破眠方式。植物生長調(diào)節(jié)劑TDZ處理后,桃萌芽所需的時(shí)間要比單氰胺和高溫處理長,其作用主要是促進(jìn)芽萌發(fā)而非打破休眠[2];50 ℃高溫物理破眠對桃芽的傷害小、破眠效果顯著,但要求田間配有高溫制熱設(shè)施,難以在生產(chǎn)果園中推廣應(yīng)用;化學(xué)藥劑破眠使用簡便、易操作。因此,生產(chǎn)果園多以化學(xué)藥劑輔助破眠為主。

化學(xué)破眠劑主要有單氰胺、硫脲、二硝基鄰甲酚、疊氮化鈉等。二硝基鄰甲酚破眠效果雖好,但對環(huán)境污染嚴(yán)重,已被禁用;硫脲僅對中、長需冷量觀賞桃有破眠效果,存在一定的破眠局限[3];疊氮化鈉發(fā)揮的是誘變作用而非破眠[4]。其他化學(xué)藥劑如KNO3,一般需要與其他藥劑配合使用,才能顯現(xiàn)出破眠效果。單氰胺(CH2N2)又名氨基氰[5],在多種化學(xué)破眠藥劑中破眠效果突出[6],在蘋果[7]、葡萄[8-11]、冬棗[12]、櫻桃[13-14]、獼猴桃[15]、藍(lán)莓[16-17]等果樹上使用廣泛,不同品種和濃度的作用效果存在明顯差異。單氰胺還能提升葡萄果實(shí)品質(zhì)[9-10]及著果率[11,18],但迄今為止,對單氰胺處理后果樹花器發(fā)育的研究甚少,需要進(jìn)一步完善。本文擬研究單氰胺對桃花開放的影響,分析不同濃度單氰胺處理?xiàng)l件下桃花芽萌發(fā)、花粉發(fā)育的變化規(guī)律,確定最佳濃度,以期為應(yīng)對暖冬氣候提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試材為福建省建甌市桃示范基地內(nèi)(118.35°E,27.11°N,海拔156 m)樹體健壯、長勢較一致的4年生“紅花鷹嘴桃”枝條?！凹t花鷹嘴桃”樹冠較開張,2月下旬始花,花期7～10 d?；ㄋN薇型,5瓣,鮮紅色,花粉多,自花結(jié)實(shí)率高。果實(shí)成熟期7月下旬至8月上旬,平均單果質(zhì)量268.77 g,最大可達(dá)338.62 g。果肉硬、脆甜,風(fēng)味濃,耐貯運(yùn)。

主要試劑:二甲苯(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、無水乙醇(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、FAA固定液(45%乙醇+6%冰醋酸+5%福爾馬林)、HE染液套裝(Servicebio,G1003)、中性樹膠(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、榮芽(寧夏大榮化工冶金有限公司,單氰胺50%水劑)。

1.2 試驗(yàn)器材

脫水機(jī)(DIAPATH,Donatello)、包埋機(jī)(武漢俊杰電子有限公司,JB-P5)、凍臺(武漢俊杰電子有限公司,JB-L5)、病理切片機(jī)(上海萊卡儀器有限公司,RM2016)、組織攤片機(jī)(浙江省金華市科迪儀器設(shè)備有限公司,KD-P)、烤箱(天津市萊玻瑞儀器設(shè)備有限公司,GFL-230)、防脫載玻片(Servicebio,G6004)、正置光學(xué)顯微鏡(日本尼康,Nikon Eclipse E100)、成像系統(tǒng)(日本尼康,NIKON DS-U3)。

1.3 試驗(yàn)方法

2021年11月27日(11月平均高溫18 ℃,平均低溫10 ℃)即“紅花鷹嘴桃”自然落葉后低溫累積開始前,剪取粗細(xì)較相近的中果枝(長30±2 cm)300條帶回實(shí)驗(yàn)室,將枝條下端剪成斜口[19],隨機(jī)分成Ⅰ組、Ⅱ組。每組隨機(jī)分成5個(gè)處理(CK、T1、T2、T3、T4),每個(gè)處理10根枝條,采用不同濃度單氰胺處理,每個(gè)處理重復(fù)3次。按圖1進(jìn)行處理后于室內(nèi)進(jìn)行清水水培瓶插,室內(nèi)環(huán)境(16±2)℃、自然光、濕度(78±3)%,瓶插水位5 cm左右,每隔1 d換1次水[20]。 其中,Ⅰ組在4 ℃低溫休眠過程中需采用報(bào)紙保濕,保證枝條濕度。

圖1 “紅花鷹嘴桃”單氰胺處理方法

1.4 測定指標(biāo)

1.4.1 物候期觀察 2021年11月27日開始觀察記錄“紅花鷹嘴桃”枝條水培瓶插生長情況,每天觀察1次,參考《桃種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[21]、《觀賞桃》[22]進(jìn)行記錄。

1.4.2 花粉萌發(fā)率 采集“紅花鷹嘴桃”大蕾期花藥,用干燥劑干燥后散播于固體培養(yǎng)基(10%蔗糖+1%瓊脂+0.01%硼酸)上[23],在25 ℃人工氣候培養(yǎng)箱進(jìn)行暗培養(yǎng),統(tǒng)計(jì)3 h花粉萌發(fā)率[24]。每處理觀察5個(gè)視野,每視野花粉粒數(shù)量不少于20個(gè),重復(fù)3次[25]。

花粉萌發(fā)率(%)=已萌發(fā)花粉粒總數(shù)/花粉?？倲?shù)×100。采用SPSS 24.0、Excel軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.4.3 花器切片 石蠟切片。采集大蕾期花藥,FAA固定液固定24 h以上,取出花藥放于脫水盒內(nèi),放進(jìn)脫水機(jī)內(nèi)依次梯度酒精進(jìn)行脫水。方法參考馮麗云等[26]的方法,即75%酒精4 h,85%酒精2 h,90%酒精2 h,95%酒精1 h,無水乙醇I 30 min,無水乙醇II 30 min,醇苯5～10 min,二甲苯I 5～10 min,二甲苯II 5～10 min,65 ℃融化石蠟I 1 h,65 ℃融化石蠟II 1 h,65 ℃融化石蠟III 1 h。將浸好蠟的花藥于包埋機(jī)內(nèi)進(jìn)行包埋,于-20 ℃凍臺冷卻。蠟?zāi)毯髮⑾瀴K從包埋框中取出置于石蠟切片機(jī)切片,厚4 μm。切片漂浮于攤片機(jī)40 ℃溫水上將組織展平,載玻片將組織撈起,60 ℃烘箱內(nèi)烤片。水烤干蠟烤化后取出常溫保存?zhèn)溆谩?/p>

染色封片。依次將切片放入二甲苯Ⅰ 20 min-二甲苯Ⅱ 20 min-無水乙醇Ⅰ 5 min-無水乙醇Ⅱ 5 min-75%酒精5 min,自來水洗。切片入蘇木素染液染3～5 min,自來水洗,分化液分化,自來水洗,返藍(lán)液返藍(lán),流水沖洗。切片依次入85%、95%的梯度酒精脫水各5 min,入伊紅染液中染色5 min。切片依次放入無水乙醇I 5 min-無水乙醇II 5 min-無水乙醇Ⅲ 5min-二甲苯Ⅰ 5 min-二甲苯Ⅱ 5 min透明,中性樹膠封片。

圖像采集分析。正置光學(xué)顯微鏡鏡檢,3DHISTECH’s Slide Converter軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對“紅花鷹嘴桃”萌芽、開花的影響

兩個(gè)組別所有處理的葉芽均可萌發(fā),T1、T2、T3處理均能觀察到花芽膨大后開花(圖2)。在水培試驗(yàn)過程中,完整觀察到芽休眠(圖3a)、葉芽萌發(fā)(圖3b)、展葉(圖3c)、花芽膨大至露紅(圖3e)、花苞(圖3f)、開花(圖3g)等葉芽、花芽生長發(fā)育過程。T4處理的單氰胺濃度太高,花芽稍膨大即脫落(圖3h),出現(xiàn)枝梢干枯、芽壞死(圖3d)。

注:a.休眠芽,b.露芽,c.展葉,d.枝梢頂端干枯,e.露紅,f.花苞,g.花期,h.花芽膨大后脫落。

針對不同低溫積累條件下的單氰胺處理效果進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)Ⅰ組(400 h低溫積累)所有處理的葉芽、花芽均能萌發(fā);且單氰胺處理對葉芽萌發(fā)、開花時(shí)間的影響總體呈促早趨勢,但促早天數(shù)波動較小。即葉芽萌發(fā)時(shí)間T1處理尚無提前,T2、T3、T4處理提前3 d左右;首花開放時(shí)間提前2～4 d,花朵集中開放,花期較短(見表1)。而Ⅱ組(0 h低溫積累)CK枝條葉芽可萌發(fā)但花芽不能萌發(fā);經(jīng)單氰胺(0.5%～1.0%)處理后,相應(yīng)處理組枝條花芽均能膨大并開花,且處理濃度越高,首花開放和葉芽萌發(fā)所需的天數(shù)越少。比較葉芽萌發(fā),T1處理較CK提前6 d,T2、T3、T4處理較CK提前13 d左右。上述結(jié)果說明足量低溫的累積是保證桃正常開花的首要條件;當(dāng)?shù)蜏乩鄯e為0時(shí),單氰胺處理(0.5%～1.0%)對桃葉芽、花芽解除休眠有積極效應(yīng)。

表1 單氰胺處理對“紅花鷹嘴桃”萌芽、開花的影響

2.2 對“紅花鷹嘴桃”花粉萌發(fā)率的影響

T4處理花芽脫落及Ⅱ組CK未開花,均未能收集花粉,故其花粉萌發(fā)率以0統(tǒng)計(jì)。

花粉萌發(fā)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Ⅰ組不同處理間不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異水平(圖4),各處理的花粉萌發(fā)率基本相同,說明單氰胺處理對4 ℃低溫休眠400 h“紅花鷹嘴桃”的花粉萌發(fā)率沒有顯著影響,單氰胺處理不干擾花粉發(fā)育。Ⅱ組“紅花鷹嘴桃”花粉萌發(fā)率隨單氰胺處理濃度升高而逐步增加,T3處理時(shí)達(dá)到最大值,即花粉萌發(fā)率可最高提升至27%,但仍低于Ⅰ組(400 h低溫積累)CK的60.38%。以上結(jié)果表明,足量的低溫累積是促進(jìn)花粉正常發(fā)育保障花粉萌發(fā)率的必要條件,而使用單氰胺(0.5%～1.0%)解除花芽休眠促進(jìn)成花后能部分消減低溫累積不足對花粉發(fā)育的負(fù)面影響。

注:Ⅰ、Ⅱ組的T4處理及Ⅰ組CK花芽未萌發(fā),未統(tǒng)計(jì)到花粉萌發(fā)率,即為0;a、b、c、d表示差異顯著(p<0.05)。

2.3 對“紅花鷹嘴桃”花藥的影響

在低溫累積不足的情況下,單氰胺處理能提高花粉萌發(fā)率,但其最高萌發(fā)率(27%)達(dá)不到低溫休眠400 h“紅花鷹嘴桃”花粉萌發(fā)率(60.38%)的一半(圖4)。顯微觀察二者花藥花粉發(fā)育情況,結(jié)果顯示,“紅花鷹嘴桃”花藥呈蝴蝶形,低溫休眠400 h“紅花鷹嘴桃”(圖5中Ⅰ組CK)異?；ǚ郾壤^低,低溫累積不足的“紅花鷹嘴桃”經(jīng)單氰胺處理開花后其異常花粉比例相對較高(圖5 Ⅱ組T1、T2、T3)。說明在無低溫積累時(shí)單氰胺處理成花可以獲得成熟花粉,但異?；ǚ郾壤?。

a:正常花粉;b:異?；ǚ?/p>

3 討論

需冷量是指植物解除內(nèi)休眠所需的有效低溫時(shí)數(shù)或單位數(shù)?！凹t花鷹嘴桃”經(jīng)4 ℃低溫休眠400 h,花芽可膨大后正常開花,且花粉具有較高的萌發(fā)率,說明4 ℃低溫休眠400 h基本滿足“紅花鷹嘴桃”的需冷量。未經(jīng)低溫休眠的“紅花鷹嘴桃”花芽未見膨大,經(jīng)4 ℃低溫休眠400 h的“紅花鷹嘴桃”花芽膨大后能正常開花,說明足量低溫的累積是保證桃正常開花的首要條件,桃葉芽、花芽只有滿足了需冷量才能解除自然休眠、獲得理想的營養(yǎng)生長和最佳的果實(shí)承載能力[27]。此外,在低溫累積不足的情況下,單氰胺(0.5%～1.0%)能促進(jìn)“紅花鷹嘴桃”葉芽提前6～13 d萌發(fā),促使花芽膨大后開花,花粉萌發(fā)率提升至27%,說明單氰胺(0.5%～1.0%)對桃葉芽、花芽解除自然休眠有積極效應(yīng),能部分消減低溫累積不足對桃解除休眠后花粉發(fā)育的負(fù)面影響,這可能是單氰胺處理在一定條件下使用能提高果實(shí)著果率的一個(gè)主要原因;花藥石蠟切片結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)低溫積累不足時(shí)單氰胺處理可以獲得低比例正?；ǚ?但遠(yuǎn)不及滿足400 h低溫積累的花藥中正常花粉的比例,說明足量低溫積累才是解除休眠后花粉正常發(fā)育的前期必要條件[28]。

目前,單氰胺打破休眠的途徑說法不一,單氰胺處理后芽內(nèi)過氧化氫酶表達(dá)受抑制、活性下降[29],芽內(nèi)過氧化氫積累,過氧化氫可能通過調(diào)節(jié) Ca2+信號調(diào)控自然休眠。單氰胺處理后對電子傳遞的細(xì)胞色素途徑產(chǎn)生抑制,電子傳遞鏈的抑制可能起著啟動作用[30]。線粒體電子傳遞紊亂是細(xì)胞內(nèi)過氧化氫產(chǎn)生的重要途徑之一,細(xì)胞色素途徑的抑制可引起電子傳遞鏈中電子利用率發(fā)生變化,“漏出”電子對氧進(jìn)行單電子還原后形成活性氧,這種氧化脅迫被認(rèn)為是自然休眠解除和芽萌發(fā)的誘因之一[31]。而單氰胺打破桃芽休眠的具體途徑和作用機(jī)理尚不夠明確,有待進(jìn)一步深入研究。

本研究采用不同濃度單氰胺噴施“紅花鷹嘴桃”離體枝條,能促萌芽期、花期提前,且不同濃度處理和效果存在差異,這與前人的研究結(jié)果一致[32-34],說明不同品種不同生長特性所需單氰胺濃度不同。在生產(chǎn)應(yīng)用上,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,充分考慮品種特性、樹體長勢、枝條強(qiáng)弱和立地條件,不可盲目加大單氰胺濃度,過高濃度會導(dǎo)致枝條表皮變色、枝梢干枯、芽壞死[2,35](圖2-d)。單氰胺破眠不僅可在生產(chǎn)上使用,緩解部分桃品種因冷量累積不足、無法打破休眠、不能正常開花結(jié)果的現(xiàn)象,也可應(yīng)用到育種工作中,縮短雜交父母本花期不遇的時(shí)間,加快育種工作進(jìn)程。此外,本研究是以離體枝條進(jìn)行水培瓶插,室內(nèi)環(huán)境較穩(wěn)定,便于排除外界因素干擾利于觀察比較,但單氰胺處理后,“紅花鷹嘴桃”花色與田間顯現(xiàn)的紅色相比略淺(圖2-g),花形不夠端正,不能全面反應(yīng)單氰胺處理對桃花開放的影響。下一步將開展田間試驗(yàn),以期獲得更為科學(xué)、全面、可靠的田間數(shù)據(jù),為生產(chǎn)應(yīng)用提供參考依據(jù)。

4 結(jié)論

不同單氰胺濃度對不同低溫休眠時(shí)長的“紅花鷹嘴桃”葉芽、花芽的作用效果存在差異。以1.0%單氰胺處理效果最顯著,可促進(jìn)未經(jīng)低溫休眠的“紅花鷹嘴桃”離體枝條葉芽提前13 d萌發(fā),促花芽膨大后開花,花粉萌發(fā)率最高提高至27%,促進(jìn)部分花粉的萌發(fā)。表明單氰胺對“紅花鷹嘴桃”的葉芽、花芽解除休眠有積極效應(yīng),能部分消減無低溫休眠對桃解除休眠后花粉發(fā)育的不利影響,但不能取代需冷量的滿足。