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中国农业大学 | 卢龙 落花落果是葡萄生产中常见的问题之一,也是影响产业发展的主要因素。激素对葡萄落花落果的影响非常重要。生产中利用外源赤霉素处理可以有效地提高葡萄座果率,促进无核果形成和果粒增大。因此,赤霉素处理作为生产中的一种常规技术已经应用了几十年。但到目前为止,外源赤霉素在调控葡萄坐果过程中的作用机制以及坐果过程中内源赤霉素与其他植物激素的关系并不清楚。本研究以在坐果期容易发生落果的‘峰后’葡萄作为试材,从生理生化和分子水平分析了赤霉素与生长素和细胞分裂素在坐果过程中的作用及相互关系,同时研究了赤霉素处理对葡萄花序中蔗糖代谢和坐果的影响。主要研究结果如下：1. 花期给去雄的葡萄子房分别喷施不同的植物生长调节剂：4-CPA、6-BA、GA3、4-CPA+GA3、 6-BA+GA3和4-CPA+6-BA,结果发现所有的处理都能诱导单性结实的产生。但在没有赤霉素(4-CPA、6-BA和4-CPA+6-BA)的处理中,诱导的果实小于有赤霉素(GA3、4-CPA+GA3和6-BA+GA3)处理的果实。施用赤霉素合成抑制剂多效唑(PAC)会抑制4-CPA和6-BA诱导的坐果和果实生长,但随后再喷施赤霉素,其座果率和果实生长又可以恢复至一定的水平。和未授粉的子房相比,4-CPA和6-BA处理的子房中活性赤霉素浓度增加。但在花后7天和21天(葡萄的坐果和果实膨大期)赤霉素浓度要低于授粉子房。这说明生长素和细胞分裂素诱导的单性结实需要下游赤霉素的参与,赤霉素对促进葡萄果粒增大具有重要作用。2.4-CPA和6-BA处理的子房在花后1-14天,赤霉素合成基因VvGA20ox1、VvGA20ox2和VvGA20ox3的表达高于未授粉处理。花后7天,4-CPA或6-BA处理的子房中VvGA3ox1的表达显著高于末授粉子房。而花后1-21天,VvGA3ox2基因在所有处理中表达逐渐下降。花后21天,授粉和4-CPA诱导的果实中VvGA3ox3在转录水平有所升高。与赤霉素合成基因的表达模式正好相反,4-CPA和6-BA诱导的果实中赤霉素钝化基因VvGA2oxs在开花后都表现出较低的转录水平。尤其在花后7天,VvGA2ox3和VvGA2ox4这两个基因在4-CPA和6-BA诱导果实中的表达要比在未授粉子房中的表达低很多。这些结果表明4-CPA和6-BA通过增强赤霉素合成抑制赤霉素钝化过程,促进活性赤霉素的积累,从而诱导葡萄坐果。3. 开花前10天对葡萄花序进行赤霉素处理,在促进葡萄坐果的同时,增强了酸性转化酶,尤其是液泡转化酶的活性,并增加了果实中的糖含量。而PAC处理的花序座果率和酸性转化酶的活性以及糖含量都受到抑制。4. 葡萄的3个酸性转化酶基因主要在花和幼果中表达,而大部分中性转化酶基因不在幼果中表达或表达模式不具有组织特异性。原位杂交的结果显示VvCWIN, VvGINl和VvGIN2基因都定位到葡萄子房壁韧皮部中,表明它们在调控幼果库强和碳水化合物的分配过程起到重要的作用。5. VvCWIN的表达只在开花前受到赤霉素处理的诱导。而在坐果期间,赤霉素处理中VvGIN1的表达显著高于对照,PAC处理对VvGIN1的表达起到抑制作用。在花后2天和花后14天,赤霉素处理中VvGIN2的表达也显著高于对照,但PAC对VvGIN2的表达没有影响。此外,GA处理对VvGIN1启动子活性的诱导也强于VvGIN2启动子。这些数据表明外源喷施赤霉素处理可以诱导液泡转化酶基因(特别是VvGIN1)的表达,提高坐果期间的液泡转化酶活性,使输入子房的碳水化合物的增多,从而促进葡萄坐果。根据以上研究,我们认为赤霉素、生长素和细胞分裂素都可以引起葡萄的单性结实。由生长素和细胞分裂素诱导的单性结实是通过促进下游活性赤霉素的合成来完成的,但生长素和细胞分裂素诱导的果实因为赤霉素含量较低,小于正常授粉得到的果实；花前10天的赤霉素处理通过上调坐果期间果实中液泡转化酶基因(特别是VvGIN1)的表达,提高液泡转化酶活性和果实中的糖含量,从而促进葡萄坐果。 |
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