不同刻芽處理對蘋果枝條內源激素和發芽成枝的影響

王海芬，袁軍偉，張海娥，張京政，曹 飛，郭春磊，張麗麗，齊永順

(1.河北科技師范學院園藝科技學院，河北昌黎066600;2.河北省農林科學院昌黎果樹研究所，河北昌黎066600)

適宜的枝量以及合理的枝條分布是蘋果可持續性生產并保證產量和質量的關鍵［1］。對于成枝力弱的蘋果品種，刻芽可有效改善其枝條不同部位激素分布和含量，促進枝條萌芽發枝，便于生產者合理留枝，促進樹體盡早成形，利于早期產量的提高［2］。明確蘋果枝條內源激素動態特征與發芽成枝對不同刻芽處理的差異反應，對于適宜刻芽方式的選擇有重要指導意義［3］。果樹內源激素與枝條萌芽、成花坐果關系密切，適宜的栽培措施可通過調控不同內源激素的平衡來調節樹體營養和生殖平衡［4］，內源激素的含量及不同激素比例可作為衡量栽培措施是否得當的重要依據。對于樹勢強旺蘋果品種如‘中秋王’等，頂端優勢明顯，下部側芽萌發成枝力較弱，嚴重影響整形效果［5-8］。刻芽技術可顯著影響果樹枝條內源激素的分布［9］，削弱枝條頂端優勢，緩和樹勢，促進輔養枝及骨干枝側芽的萌芽成枝，并為花芽分化打下基礎［10］。此類研究已有先例，刻芽對改善富士蘋果通風透光條件、促發短枝、緩和生長勢、促進花芽形成作用顯著［11］。Anita S等［12］認為從樹體結構來看，果樹產量是由1年生枝條上新梢的分布、花芽數量及其著生的位置共同決定的。刻芽處理對文冠果枝條各部位芽的內源激素影響顯著，同一刻芽枝條側芽的內源激素含量均高于對照組，枝條經刻芽處理后，芽內的GA3(赤霉素)、ZT(玉米素)、IAA(生長素)含量均呈增加趨勢，而ABA含量呈減少趨勢，單刻芽的作用高于環刻芽［13］。Bendokas［14］和 Veronica［15］等都認為植物內源激素與側枝發生以及成花坐果之間的關系極大，且對幼樹側芽的腋花芽影響大于頂花芽。關于刻芽對果樹促發新梢的研究多集中在對于刻芽最終效果的評價方面［16-18］，而刻芽處理蘋果枝條不同部位內源激素的動態特征及其與發芽成枝的關系鮮有報道。本研究以‘中秋王’蘋果3 a生幼樹的1 a生枝條為研究對象，經不同刻芽處理后，對比其枝側芽激素動態、萌芽率、新梢生長等方面的變化，旨在為探討調控蘋果芽體萌發、成枝的生理機制提供理論參考，從而更好地指導蘋果整形栽培實踐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年在河北省撫寧縣榆關鎮東周村安鑫蘋果生產基地進行。該基地位于燕山東段(119.3°E，39.9°N)，在撫寧縣東15 km 處，海拔高113 m，年均降水量580 mm，年均氣溫10.6℃，無霜期172 d，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候。土壤pH值為6.9，有機質含量為1.28%，土壤為褐色砂質壤土。

1.2 試驗材料

供試品種為生長勢一致的3 a生‘中秋王’蘋果，2015年春季栽植，基砧為八棱海棠(Malus×robusta(Carri?re)Rehder)，M26 為矮化中間砧，株行距為3 m×4 m，管理良好。

1.3 試驗方法

2018年3月17日，‘中秋王’蘋果樹體萌芽前在中心干上選取位置相同、長勢一致、長度約為60～70 cm的1 a生枝條(枝條與中心干基角大約60°)進行刻芽處理，設置4個處理:T1(全部刻芽):從枝條基部第6個芽開始往上每個芽刻一刀，連續刻到第35個芽;T2(基部刻芽):從枝條基部第5個芽開始往上每個芽刻一刀，連續刻到第15個芽;T3(中部刻芽):從枝條基部第15個芽開始往上每個芽刻一刀，連續刻到第25個芽;T4(上部刻芽):從枝條基部第25個芽開始往上每個芽刻一刀，連續刻到第35個芽;以不做刻芽處理的枝條作為對照(CK)。每個處理重復3次，每個重復包含10個枝條。刻芽時用芽接刀在每個芽體上方5 mm處橫切一刀，深達木質部，長度為枝條周長的1/3［19］。

1.4 指標測定

1.4.1 萌芽率 刻芽處理后1個月，分別調查不同處理枝條各部位(包括基部、中部及上部)的萌芽率。

萌芽率(%)=萌發芽數/調查總芽數×100

1.4.2 成枝力、枝類組成 新梢停止生長后，分別調查不同處理枝條基部、中部及上部成枝力、枝類組成類型(短枝＜5 cm，中枝5～20 cm，長枝＞20 cm)等形態指標［17］。

成枝力(%)=長枝數/調查總芽數×100

1.4.3 枝條芽體中的激素含量 試驗材料采集:處理后分別于 0、7、14、21、28 d 采集上、中、下 3 個部位的芽體(萌發芽采萌發后的全部芽體)，立即放入冰盒帶回實驗室，液氮速凍后于超低溫冰箱保存，待測。

主要儀器和試劑:日本島津公司SHIMADZULC-10ATvp型高效液相色譜儀，SPD-10ATvp紫外檢測器。甲醇為色譜純;其他試劑均為分析純;IAA、GA、ZT、ZR和ABA標準品均為Sigma公司產品;試驗用水為超純水。

色譜條件:色譜柱為島津生產的Shim-pack VP-ODSC18柱(250×4.6 mm，粒徑4.6μm);流動相為甲醇∶超純水(含0.5%冰乙酸)=45∶55;0.45μm有機系超微濾膜等。溫度為30℃，進樣量10μL，流速為0.7 mL·min-1，檢測波長254 nm。定量方法為外標法［20］，每個樣品激素含量測定設置3次重復。

內源激素的提取:參照侯凱等［21］的HPLC法略加改動。稱取0.1 g的樣品，加入液氮研磨后分3次加6 mL 80%的甲醇(含1%冰乙酸)提取，4℃浸提15 h 后，4℃10 000 r·min-1離心 10 min，吸取上清液1 mL用含1%冰乙酸的超純水稀釋至甲醇含量為10%后混勻，過活化的C18小柱，用3mL 10%的甲醇清洗雜質，再加入1 mL 80%的甲醇(含1%冰乙酸)洗脫，收集洗脫液過0.45μm濾膜后，直接上樣測定 IAA、GA3、ZT、ZR、ABA 激素含量。

內源激素含量的計算公式為［13］:

式中，c代表樣品內源激素濃度(ng·g-1);cs代表標樣濃度(ng·g-1);S1表示樣品峰面積;St代表標樣峰面積;m代表樣品質量(g)。

1.5 數據分析

所有數據采用新復極差法進行顯著性差異分析，軟件為Excel 2010和 SPSS 16.0。

2 結果與分析

2.1 不同刻芽方式對蘋果枝條各部位萌芽率的影響

形態觀察結果顯示:刻芽處理后14 d(即3月31日)為芽膨大期，刻芽處理后21 d(即4月7日)為芽開綻期，刻芽處理對物候期無顯著影響。由圖1可見，對照枝條各部位萌芽率由高到低依次為:上部＞中部＞基部。刻芽1個月后，枝條總體萌芽率較對照均有顯著提高(P＜0.05，下同)，枝條基部萌芽率T1、T2處理顯著高于CK，T1處理最高，為83.6%，而T3、T4處理雖較CK有所提高，但差異不顯著，枝條中部萌芽率除T2處理與CK無顯著差異外，其他處理均顯著高于CK，枝條上部萌芽率T1、T4處理顯著高于CK，T4處理最高，為83.2%，而T2、T3處理雖較CK有所提高，但無顯著差異。

2.2 不同刻芽方式對蘋果枝條發枝特性的影響

圖1 不同處理下枝條各部位萌芽率對比Fig.1 Comparison of germination rate of different parts of branches in different treatments

由表1可見，對照枝條成枝力由高到低依次為:上部＞中部＞基部。刻芽處理可顯著提高枝條被刻部位和相鄰部位的中長枝所占比例，相應降低短枝率。基部成枝力和長枝率以T2處理最高，為8.7%，短枝率最低，為74.1%，中枝率 T4處理最高，為15.6%;枝條中部成枝力和長枝率T3處理最高，分別為18.1%和22.5%，T4處理短枝率最低(55.6%)而中枝率最高(23.8%);枝條上部成枝力和長枝率T4處理最高，分別為35.4%和42.5%，短枝率T4處理最低，為35.8%。

2.3 不同刻芽方式對蘋果枝條內源激素含量的影響

2.3.1 內源IAA的變化 由表2可見，從對照枝條IAA分布特征看，IAA含量由高到低依次為上部＞中部＞基部。刻芽后，枝條各部位IAA含量均呈先增加后降低的趨勢，IAA含量最高峰均出現在處理后14 d，此時處于芽膨大期，說明芽膨大期枝條為各部位IAA含量最高的時期。刻芽處理后7 d，枝條基部IAA含量T2處理最高，為7 499.3 ng·g-1，枝條中部IAA含量T3處理最高，為9 084.2 ng·g-1，枝條上部IAA含量T4處理最高，為9 651.4 ng·g-1。刻芽處理后14 d，枝條基部IAA含量T2處理最高，為8 265.7 ng·g-1，枝條中部IAA含量T3處理最高，為9 679.5 ng·g-1，枝條上部IAA含量T4處理最高，達12 325.1 ng·g-1，說明刻芽可顯著提高枝條被刻部位芽體中IAA含量。

2.3.2 內源GA3的變化 由表3可見，從對照枝條GA3分布特征看，GA3含量由高到低依次為上部＞中部＞基部。刻芽后，枝條各部位GA3含量均呈先增加后降低的趨勢，其中，枝條上部GA3含量最高峰出現在處理后14 d(即芽膨大期)，而枝條基部和中部GA3含量最高峰出現在處理后21 d(即芽開綻期)。刻芽處理后7 d，枝條基部GA3含量T2處理最高，達24 329.4 ng·g-1，枝條中部 GA3含量 T1、T3 處理顯著高于CK。刻芽處理后14 d，除T2處理與CK無顯著差異外，其他處理枝條上部GA3含量均顯著高于CK。刻芽處理后21 d，枝條基部GA3含量，T1、T2處理顯著高于CK，枝條中部GA3含量T1、T3處理顯著高于CK。說明刻芽可顯著提高枝條被刻部位及相鄰部位芽體中GA3含量。

2.3.3 內源ZT的變化 由表4可見，從對照枝條ZT分布特征看，ZT含量由高到低依次為上部＞基部、中部。刻芽后14 d內枝條芽眼中ZT含量略有增加，但增加不顯著(P＜0.05)，而14 d后ZT含量迅速下降。說明枝條休眠芽打破休眠過程中ZT含量高峰出現在處理后14 d(即芽膨大期)，而刻芽對枝條ZT含量無影響。

2.3.4 內源ZR的變化 由表5可見，從對照枝條ZR分布特征看，ZR含量由高到低依次為上部＞基部、中部。刻芽后14 d內枝條芽眼中ZR含量略有增加，但增加不顯著(P＜0.05，下同)，而14 d后ZR含量開始下降。刻芽處理后7 d，枝條基部ZR含量除T4處理與CK無顯著差異(P＞0.05，下同)外，其他處理均顯著高于CK，對于枝條中上部ZR含量，所有處理與CK均無顯著差異。刻芽處理后14 d，除枝條上部ZR含量T1、T2處理顯著低于CK外，其他處理均與CK無顯著差異。說明枝條休眠芽打破休眠過程中ZR含量高峰出現在處理后14 d(即芽膨大期)，但刻芽對ZR含量無影響。

表1 不同刻芽處理下枝條各部位的發枝特性Table 1 Effects of different ways of bud-notching on sprouting in branches

表2 不同刻芽處理下枝條各部位芽體IAA含量動態/(ng·g-1)Table 2 Dynamics of IAA content treated with different ways of bud-notching in different parts of branches

表3 不同刻芽處理下枝條各部位芽體GA3含量動態/(ng·g-1)Table 3 Dynamics of GA3 content treated with different ways of bud-notching in different parts of branches

表4 不同刻芽處理下枝條各部位芽體ZT含量動態/(ng·g-1)Table 4 Dynamics of ZT content treated with different ways of bud-notching in different parts of branches

表5 不同刻芽處理下枝條各部位芽體ZR含量動態/(ng·g-1)Table 5 Dynamics of ZR content treated with different ways of bud-notching in different parts of branches

2.3.5 內源ABA的變化 由表6可見，從對照枝條ABA分布特征看，ABA含量由高到低依次為基部＞中部＞上部。刻芽后，枝條各部位ABA含量均呈先降低后增加的“V型”趨勢，其中，枝條基部和中部ABA含量在處理后21 d內逐漸降低，21 d后含量迅速增加，而枝條上部ABA含量在處理后14 d內逐漸降低，而14 d后含量開始增加。刻芽處理后7 d，枝條基部ABA含量T1處理最低，為296.4 ng·g-1，枝條中部ABA含量T1、T3處理顯著低于CK，枝條上部ABA含量T1、T4處理顯著低于CK。刻芽處理后14 d，枝條基部ABA含量T1處理最低，為169.3 ng·g-1，枝條中部ABA含量T3處理最低，為106.6 ng·g-1，枝條上部ABA含量T4處理最低，為40.7 ng·g-1。說明解除休眠過程中枝條各部位芽體中ABA含量不斷降低，而刻芽可顯著降低枝條被刻部位及相鄰部位芽體中ABA含量。

2.4 枝條萌芽率與成枝力、枝類組成的相關性分析

由表7可見，枝條萌芽率與成枝力呈極顯著正相關(P＜0.01)，與短枝率呈顯著負相關(P＜0.05)，與長枝率呈顯著正相關(P＜0.05)。說明刻芽處理可顯著提高芽的萌芽率、成枝力和抽生長枝的比率，可能是由于刻芽造成的逆境促進了從根部運輸來的養分向枝條刻傷部位運輸以修復枝條受傷部位，造成整個樹體養分運輸向刻芽處理的1 a生枝條傾斜，從而促進刻芽部位芽眼的萌發及新梢生長量的增加。

表6 不同刻芽處理下枝條各部位芽體ABA含量動態/(ng·g-1)Table 6 Dynamics of ABA content treated with different ways of bud-notching in different parts of branchs

表7 枝條萌芽率與成枝力、枝類組成的相關系數矩陣Table 7 Matrix of correlation coefficients between any two of germination rate，sprout rate，short shoot rate，medium shoot rate，and long shoot rate

2.5 枝條萌芽率與內源激素含量的相關性分析

利用枝條萌芽率和不同時期內源激素含量進行相關性分析，由表8可見，枝條刻芽處理后14 d IAA含量與萌芽率呈極顯著正相關(P＜0.01)，刻芽處理后14 d ABA含量與萌芽率呈極顯著負相關(P＜0.01)，刻芽處理7 d枝條IAA/ABA比值與萌芽率呈極顯著正相關(P＜0.01)，刻芽處理7 d枝條ZT/IAA比值與萌芽率呈極顯著負相關(P＜0.01)，刻芽處理14 d枝條ZR/GA3比值與萌芽率呈極顯著負相關(P＜0.01)。

3 討 論

刻芽是果樹上常用的促萌增枝技術措施［22-24］，春季刻芽可調節蘋果旺枝的生長勢，分散旺枝的頂端發枝優勢，提高旺枝基部和中部發枝數，緩和旺枝生長勢，促進樹體盡早成形及早花早果［25］。張建光等［26］在萌芽前對黃冠梨高接樹1a生枝上所有芽進行刻芽處理，結果提高了成枝力、長枝率和枝條總生長量。Renton等［27］認為枝條萌發新梢長度是評價刻芽效果的一個重要指標。魏常燕等［28］研究認為刻芽可提高核桃枝條萌芽率，但與對照差異不顯著，萌芽成枝主要是由新梢的分布情況及其所著生的位置決定的。上述結論出現爭議的原因可能是刻芽處理時期不同造成的，通常處理的時間越晚對萌芽率造成的影響越小［29］。本研究中刻芽可顯著提高枝條萌芽率和成枝力(P＜0.05)，萌芽率和成枝力均為上部＞中部＞基部，這是由于頂端優勢造成的。萌芽是成枝的基礎，本研究中枝條萌芽率與成枝力呈極顯著正相關關系(P＜0.01)，而與短枝率呈顯著負相關關系(P＜0.05)，與長枝率呈顯著正相關關系(P＜0.05)，說明刻芽處理顯著促發新梢生長，這與郭素萍等［16］的研究結論基本一致。

表8 枝條萌芽率與內源激素含量的相關系數矩陣Table 8 Matrix of correlation coefficient between germination rate and endogenous hormone content

內源激素GA3、ABA、IAA等對促發休眠芽的作用不盡相同［30］。IAA含量增加能促進休眠芽解除休眠［31］，同時能促進枝條增長加粗［32］。本研究中 3月17日后枝條基部、中部、上部IAA含量均呈先增加后降低的趨勢，3月31日達到峰值后IAA含量迅速降低，刻芽處理不影響各類激素的變化趨勢，但可顯著增加各個部位枝條中IAA含量，這可能與枝條萌芽率和成枝力顯著增加有關。Olsen等［33］研究證實GA3主要通過影響芽體內細胞的分化及伸長來調控芽的萌發及成枝狀況，GA3并不是單獨影響芽的萌發，而是通過調節IAA水平，改變ZT/IAA比值而起到間接的調控作用［34］。本研究中3月17日后GA3含量也呈先增加后降低的趨勢，3月31日達到峰值后GA3含量迅速降低，刻芽處理可顯著增加枝條中GA3含量。ZT和ZR是細胞分裂素，主要存在于細胞分裂旺盛的部位如根尖、莖尖、萌發的種子和生長期的果實等［35］。伴隨休眠的解除，ZT的含量下降到一定水平后趨于平穩，并在此時促進細胞分裂和生長，ZR對于促進側芽的生長作用顯著，萌芽期芽體中通常伴隨著ZR含量的增加［17］，但在之前的研究中刻芽處理能否影響ZR含量尚未有定論。本研究中枝條ZT和ZR的含量在3月17日后略有增加，3月31日后快速降低，而刻芽對ZT和ZR含量無顯著影響。ABA促進芽休眠且對休眠芽萌發有抑制作用［36-37］。本研究ABA的含量在4月7日前呈逐漸降低趨勢，4月7日后迅速增加，刻芽可顯著降低枝條芽內ABA含量，從而促進了萌芽率和成枝力的提高，這與前人研究結論基本一致。

在植物休眠芽萌發過程中不是單一激素起作用，而是各種激素綜合作用的結果［38］，各類激素之間通過相互制約、相互促進作用共同達成一種平衡，萌芽過程中平衡被打破從而表現出相應的增效與拮抗效應［39］。GA3/ABA和ZT/IAA值在一定范圍內可促進芽的萌發，刻芽主要是通過提高蘋果休眠芽芽體內GA3/ABA值來提高萌芽率［40］，也有學者認為枝條的萌芽率主要是通過(IAA+GA3+ZR)/ABA比值來調控的，比值較大的芽體易萌發成枝［41］。本研究中刻芽處理后14 d枝條萌芽率與IAA含量呈極顯著正相關(P＜0.01)，與ABA含量呈極顯著負相關(P＜0.01);刻芽處理7 d枝條萌芽率與IAA/ABA呈極顯著正相關(P＜0.01)，與ZT/IAA比值呈極顯著負相關(P＜0.01);刻芽處理14 d枝條萌芽率與ZR/GA3呈極顯著負相關(P＜0.01)。綜上，枝條萌芽率不僅與內源激素的含量、比例有關，更是由枝條所處的生理時期、芽眼著生位置、內源激素的動態特征共同決定的。

4 結 論

1)春季萌芽前對中秋王蘋果1 a生枝條進行刻芽處理可顯著提高枝條總體萌芽率、成枝力(P＜0.05)。枝條基部刻芽可顯著提高枝條基部萌芽率和各部成枝力(P＜0.05)，中部刻芽可顯著提高枝條中基部萌芽率和中上部成枝力(P＜0.05)，枝條上部刻芽可顯著提高枝條上部萌芽率和中上部成枝力(P＜0.05)。說明刻芽可顯著促進刻芽部位及相鄰部位芽眼的萌發及新梢生長量的增加。枝條萌芽率與成枝力呈極顯著正相關關系(P＜0.01)，與短枝率呈顯著負相關關系(P＜0.05)，與長枝率呈顯著正相關關系(P＜0.05)。

2)刻芽后，IAA、GA3含量逐漸升高而ABA含量逐漸降低，枝條各部IAA含量和枝條上部GA3含量在芽膨大期達到峰值，而枝條中基部GA3含量高峰出現在芽開綻期，枝條中基部ABA含量也在芽開綻期降至最低，枝條上部ABA含量在芽膨大期降至最低，上述3種激素含量達到極值后，IAA、GA3含量迅速降低而ABA含量迅速升高，枝條刻芽后7 d的ZT/IAA和刻芽后14 d的ZR/GA3與萌芽率相關系數最高，對枝條萌發的調控作用最大。