砧木评价与改良岗位

孙艳 韩斌 李敏敏

  摘要：优质、大粒、无核鲜食葡萄深受消费者青睐，利用植物生长调节剂进行葡萄无核化生产已成为获取优质、大粒、无核鲜食葡萄的重要途径，并在生产上得到广泛应用。本文综述了葡萄无核化机理、常用植物生长调节剂种类及其使用浓度等，以期为葡萄无核化生产提供理论依据和参考。

  关键词：鲜食葡萄；无核化；植物生长调节剂；栽培技术

  葡萄作为我国重要的经济作物，营养价值丰富，深受广大消费者的喜爱，除大量用于鲜食外，还用于酿酒、制干和制汁等。据联合国粮食和农业组织（FAO）统计，2020年中国葡萄产量超1484万 t，种植面积达77万 hm2，分别位居世界第1位和第2位。随着我国经济水平的不断提高，消费者对葡萄的品质和口感有了更高的要求，无核和大粒葡萄成为我国鲜食葡萄生产和消费的总趋势[1]。然而，我国现有无核葡萄品种较少，大多粒小，难以迎合广大消费者的需求。利用植物生长调节剂诱导有核葡萄种子败育并进行膨果处理成为生产优质、大粒、无核葡萄的重要途径。鲜食葡萄无核化栽培技术在生产上得到了广泛的应用[2-3]。本文综述了葡萄无核化机理、常用植物生长调节剂种类及其使用浓度等，以期为大粒、无核鲜食葡萄的生产提供理论依据和参考。

  1 国内外葡萄无核化研究进展

  早在1957年，美国加州大学戴维斯分校的Weaver等将赤霉素（GA3）应用于‘黑科林斯’和‘汤普森无核’葡萄后发现GA3能促进果粒增大[4]。1958年，日本研究人员发现GA3可以使‘玫瑰露’葡萄形成无核果实[5]，这对全球葡萄界具有重大影响。20 世纪60年代，

  日本研究人员用GA3对多个葡萄品种进行无核诱导，结果在四倍体葡萄无一例成功，二倍体葡萄中仅‘蓓蕾A’葡萄获得成功并在生产上大面积推广应用。直到20世纪80年代，四倍体葡萄‘先锋’和‘巨峰’无核化技术先后获得成功并应用于生产。近些年来，日本针对葡萄的无核化研究主要集中在‘安云皇后’‘翠峰’等四倍体葡萄上，部分无核技术已应用于生产[6]。链霉素对葡萄无核化技术的发展也具有重要的促进作用。1976年在广岛果树试验场偶然发现链霉素能够导致葡萄无籽。之后，日本研究人员将不同抗生素用于诱导葡萄无核，发现链霉素与赤霉素混合处理效果最好，其次是链霉素单独处理，再次是金霉素单独处理，并推测金霉素、链霉素可能对葡萄的生殖细胞有一定影响，使正常细胞合成受阻，从而导致无籽葡萄的形成[7]。1982年，小笠原等[8]研究指出，‘蓓蕾A’葡萄生产无核果实适宜的链霉素浓度为200～400 mg·L-1。目前，赤霉素和链霉素诱导葡萄无核结实的技术已在日本得到广泛应用并推广至世界各地[9]。

  20世纪50年代，我国开始研究葡萄无核化技术。罗国光等于1959—1962年间对‘玫瑰香’葡萄施用赤霉素后形成大量无核葡萄，然而大小果现象严重，果实发育不良[10]；1962年在‘无核白’葡萄生长始期使用200 mg·L-1赤霉素，虽促进了果粒增大，产量有所增加，果实风味却变得淡而酸，相关研究结果在生产上均未得到推广[11]。20世纪80年代，齐与枢等[12]对‘白玉’葡萄进行了无核化研究，最终由于穗轴硬化、落花落果严重等原因未能大面积推广。20世纪90年代，李世诚等[13]和杨承时等[14]分别在‘先锋’和‘马奶子’葡萄上进行无核化研究，无核率和坐果情况均较好且效果稳定。此后，我国关于葡萄无核化的试验与研究广泛展开。近年来，我国学者对多个葡萄品种进行了无核化试验并取得了一定成果[3, 15-16]。

  2 葡萄无核化机理

  子房不经过受精作用而形成不含种子果实的现象称为单性结实。单性结实可分为天然单性结实和诱导单性结实两种类型。利用植物生长调节剂对葡萄进行无核化处理即属于诱导单性结实，相关机制复杂，研究人员对其进行了探索，并取得了一定成果。

  赤霉素（GA）是诱导葡萄单性结实的主要植物生长调节剂之一，相关的生理学机制研究已较为充分，包括：（1）外源GA3处理引起子房内包括IAA、CTK、SA、ABA、乙烯和多胺等在内多激素的相互作用导致胚败育；（2）外源GA3诱导种子内活性氧积累引起细胞损伤增加，导致种子败育；（3）外源GA3处理干扰了种子内氧化还原稳态，从而影响花粉活力和胚囊发育[17-20]。然而，GA诱导葡萄单性结实的分子作用机制尚不明确。近年来，研究人员发现MicroRNA（miRNA）通过影响花和种子的发育在GA诱导有核葡萄单性结实过程中发挥了重要作用。VvmiR159c对GA的响应是通过介导其靶基因VvGAMYB的表达调节花序的发育[21]，最终导致了葡萄的单性结实。王霏等[22]指出，GA通过诱导VvmiR164a/c/d负调控靶基因VvNAC100并抑制VvmiR164b负调控靶基因VvNAC100使‘魏可’葡萄单性结实。Zhang等[23]发现，VvmiR160a/b/c负调控VvARF10/16/17靶基因的表达在GA诱导‘白罗莎里奥’无核过程中发挥了关键作用。并且在VvimiR160家族中，VvimiR160a/b/c/d/e均介导VvARF18参与调控GA诱导葡萄种子败育的过程，其中VvimiR160a/b起主要作用[24]。GA3还通过促进种子中VvMIR3633a对VvGA3ox2的负调控作用，从而促进SOD酶相关基因、CAT酶相关基因以及VvGA3ox2亚族基因表达，并抑制VvMnSOD以及VvGA20ox2表达，进而抑制SOD、CAT酶活性并降低GA3含量，最终导致葡萄单性结实[25]。有学者还探索了VvmiRNA介导的葡萄种子硬化发育阶段的分子机制。VvmiRNA通过负调控木质素合成相关靶基因的表达来抑制葡萄核木质素的合成，从而在GA抑制葡萄种子硬化进而诱导果实无核过程中发挥关键作[26-28]。此外，DELLA蛋白基因在葡萄GA信号传导及无核果实发育过程中也发挥了重要作用。VvDELLA将GA信号通路与生长素信号通路相结合，GA通过VvDELLA降低生长素/吲哚-3-乙酸转录因子（VvIAA9）和生长素响应因子（VvARF7）的表达，从而诱导葡萄孤雌生殖[29]。GA通过负调控3个DELLA蛋白基因（VvGAI1、VvRGA和VvSLR1）调控葡萄无核果实的发育[30]。

  有学者研究了其他调节剂诱导葡萄无核化的机制。Lu等[31]发现6-BA和4-CPA均能诱导‘峰后’葡萄无核，但果实内部形态却有较大差异，6-BA处理后胚珠生长受到抑制，而4-CPA处理后果实中形成假胚，4-CPA和6-BA诱导的单性结实与内源活性赤霉素含量升高有关。Liu等[32]对4-CPA导致‘峰后’产生假胚的原因进行了深入研究，推测由于4-CPA使珠被发育相关基因VvARF2发生了上调，抑制VvAP2基因的表达，从而加速了珠被的细胞分裂和分化。施用链霉素（SM）导致雌蕊的胚珠和胚囊发育异常，是其诱导‘玫瑰香’无核结实的主要原因[33]。Osako等[34]对3个正常授粉受精葡萄品种的雌蕊进行了组织学检查，结果表明，SM处理可能抑制了胚乳发育，导致胚乳和胚退化，产生了种子萎缩的浆果。

  3 葡萄无核化处理的常用调节剂

  3.1 细胞分裂素

  CPPU（商品名：吡效隆、氯吡脲、脲动素、KT-30等）是一种生物活性很强的苯基脲类细胞分裂素，具有促进细胞分裂、分化和扩大，诱导单性结实，保花保果，促进果实生长等作用[35]。在葡萄生产上常与GA3配合使用，以诱导葡萄单性结实，促进果实膨大。贺保国等[16]对‘巨峰’进行无核处理，仅用GA3处理无核率为62%～76%，GA3添加CPPU处理无核率可提高21%～27%。史文婷等[1]发现，与单独应用GA3相比，GA3和CPPU混合药剂处理‘阳光玫瑰’无核化效果更佳，粒质量和硬度也明显提高。李蕊等[36]使用不同配比的GA3和CPPU混合药剂处理‘夏黑’葡萄发现，各处理均显著拉长了花穗，促进了果实膨大，提高了果皮硬度，其中，以GA3和CPPU混合药剂处理效果最佳，单独使用CPPU效果较差，单独使用GA3效果最差。使用CPPU能在一定程度上改善葡萄果实品质，而浓度过高易导致果实可溶性固形物含量降低，着色缓慢不均匀，延迟成熟，果梗加粗严重，落粒严重，果实品质下降[37-38]。

  TDZ（商品名：噻苯隆、益果灵）是人工合成的一种脲类植物生长调节剂，具有生长素和细胞分裂素的双重作用[39]。TDZ能够使葡萄果粒明显增大，对果实内在品质也有一定影响。盛花后对‘蜜汁’和‘寒香蜜’葡萄使用TDZ发现，葡萄果粒均显著膨大，可溶性固形物和可滴定酸含量无明显变化，TDZ的膨大效果显著高于赤霉素[40]。花后使用TDZ处理‘Recel Uzümü’，穗质量和粒质量均明显增加，可溶性固形物、总酚和总花青苷含量及pH值均明显降低[41]。孙贺等[42]使用TDZ处理‘茉莉香’葡萄，果粒膨大效果显著，酸度显著增加，可溶性固形物含量显著降低，果实成熟延迟。相关研究均表明，TDZ较GA3和CPPU而言膨果效果更加显著，副作用也较弱[42-44]。低浓度TDZ能够促进果实膨大，过高浓度则易导致植物落叶，使果实膨大受到相对抑制，所以，TDZ使用浓度不宜过高，一般为CPPU的一半[43, 45]。

  6-BA是第一个人工合成的细胞分裂素，属于高效能植物生长调节剂，能促进细胞分裂、增大和增长，促进坐果和果实生长。BA使无籽果粒比例增加并非由于失核效应增加，而是BA使单性结实果粒或种子中途败育的果粒座果，而并未使更多的有籽果变为无籽果[12]。‘里扎马特’施用30 mg·L-1 6-BA后，粒质量和可溶性固形物含量均显著增加，酒石酸和总酸含量显著降低，6-BA的施用影响了有机酸代谢相关基因的表达从而抑制了果实中有机酸的合成[46]。6-BA处理使‘2A’葡萄的粒质量、体积和硬度均增大，对可溶性固形物和可滴定酸含量均无明显影响[47]。花后施用低质量浓度的6-BA可以通过促进内源激素ABA、可溶性总糖含量以及相关基因表达量的增加提高果实的花色苷含量[48-49]。6-BA的使用浓度和时期不当，易导致果穗扭曲变形、果实僵化、果粒变短、果实延迟成熟等[50]。

  3.2 赤霉素

  赤霉素（GA）自1938年被发现以来，在植物、真菌和细菌中已经鉴定了136个成员，从GA1到GA136命名。而在植物产生的GA中，只有少数（如GA1、GA3、GA4和GA7）具有生物活性，能够调节植物生长和发育[51]，其中，GA3在葡萄无核化栽培中应用最早，且以GA3和GA4+7诱导单性结实效果最好。

  花前和花期施用GA3能够拉长花序，诱导果实无核，花后施用GA3可以促进细胞膨大，使果粒变大。杨丽丽等[52] 发现‘阳光玫瑰’葡萄花序的伸长长度与GA3的施用浓度呈正相关，究其原因是由于外源GA3间接抑制了内源赤霉素的合成，并抑制了DELLA 基因的表达，从而促进了花序的伸长。赵佳等[2]花前分别使用50、75、100 mg·L-1GA3处理‘着色香’葡萄，果实无核率均达到100%，且当GA3浓度为75 mg·L-1时，粒质量最大。盛花末期用25 mg·L-1GA3并在12 d后再用50 mg·L-1处理‘早黑宝’和‘晚黑宝’，可以使粒质量、果粒纵横径明显增加，果实成熟期提前，挥发性物质增加，商品价值提升[53]。王西平等[54]在不同时期用不同浓度GA3处理‘巨峰’‘藤稔’和‘京亚’，结果，各处理均促进了无籽果的形成且显著增加了粒质量，其中，‘巨峰’和‘京亚’均以花前80 mg·L-1+花期40 mg·L-1GA3处理无籽果率最高，分别为100%和82.3%，‘藤稔’则以花前80 mg·L-1+花期80 mg·L-1GA3处理无籽果率最高，为66.7%。可见，GA3处理时期和浓度不同，不同品种对GA3的敏感程度也不同。不当使用GA3易导致严重落花落果，果梗硬化、加粗，使果实商品性下降。

  3.3 生长素

  4-CPA（商品名为防落素、促生灵）具有促进生长、诱导单性结实等功能。单独使用时，不同品种间反应不同，‘玫瑰香’经处理后，果粒增大，果汁酸度提高，对糖度无影响[55]，而在‘峰后’上试验发现，果粒变小，座果率降低[31]。生产中将4-CPA与赤霉素混合使用，能够显著提高葡萄无核率，增加穗重，使穗轴不硬化，果实糖度增加，果实提前成熟[56]。

  3.4 抗生素

  目前生产中常将链霉素与GA3配合使用，除了能够显著提高葡萄果实的无核率外，还可以大大扩展GA3可诱导的时间范围，使无核处理可操作时间延长，并且可以减轻穗梗的硬化与木栓化，从而减弱GA3的副作用[38]。而单独使用SM处理得到的无核果实较小，易变黄，出现水渍[57]。

  4 药剂种类与浓度

  目前葡萄无核与膨大两次处理均以GA3为主，但由于副作用较多，生产中常通过添加6-BA、CPPU、TDZ、4-CPA等辅剂来减轻GA3的副作用。巨峰系葡萄无核化处理通常分两次进行，第一次处理GA3浓度为12.5～25 mg·L-1，第二次处理GA3浓度为25 mg·L-1混加CPPU2～5 mg·L-1，CPPU最高不能超过10 mg·L-1[59]。SM200 mg·L-1单用或添加GAS25 mg·L-1的水溶液浸蘸葡萄花穗可以有效诱导欧亚种葡萄的无核结实[33]。用质量浓度为100 mg·L-1的GA3处理‘玫瑰露’和‘蓓蕾玫瑰A’无核化效果较好。‘阳光玫瑰’无核化处理多采用25 mg·L-1GA3和1.25～5 mg·L-1CPPU组合或GA3与3～5 mg·L-1TDZ组合处理，膨大处理多用25～50 mg·L-1GA3和2～5 mg·L-1CPPU组合处理或25 mg·L-1GA3单独处理[60]。应根据葡萄品种特性和生产需求确定辅剂种类、施用剂量和施用时期，从而提高葡萄果实无核率和综合品质。

  随着葡萄无核化相关研究日益增多，今后应加强完善无核药剂的登记许可制度，规范药剂的使用方法及配套栽培管理技术，明确适宜无核化的栽培标准，针对不同品种制定相应的无核化栽培技术，并加强示范推广工作。随着葡萄无核化栽培技术日益完善，优质、大粒、无核葡萄将会迎来规模化发展，市场前景也将更加广阔。