4月15日,国家重点实验室特色干果(香榧)研究团队在《Agricultural and Forest Meteorology》(中科院1区Top,IF5-yr=6.9)发表题为“Organ-specific rest and quiescence in response to chilling and forcing in subtropical Torreya grandis trees”(香榧不同器官休眠对积冷与积温的响应差异)的研究论文。系统阐明了香榧花、叶、果等不同休眠器官对环境因子(温度、光周期)的响应差异,并揭示香榧果实休眠深度偏高、积冷效率偏低,致使香榧果实休眠解除不充分,可能是大量果实在春季无法正常启动膨大的关键原因。
香榧是南方珍稀干果,恐龙时代的孑遗植物。其果实需要跨年成熟,每年春季在同一棵树上,会出现休眠的叶芽、花芽、果实等三个器官同步启动发育的现象,但是不同器官休眠特征差异尚未见报道。同时,香榧春季萌芽能力强,开花量大,但僵果现象也尤为严重,部分产区甚至90%的果实无法正常启动膨大而形成僵果,这是否与其休眠特性有关?此外,未来气候变化下,香榧花叶果不同器官物候的同步性如何?本研究以8年生的香榧盆栽嫁接苗为材料,采用多梯度的温度和光周期控制试验,揭示香榧花、叶、果不同器官对气温与光周期的响应规律,构建香榧的花、叶、果基于过程物候模型,预测未来气候变暖情景下不同器官的物候时间,为香榧应对气候变暖、科学规划栽培区域提供理论依据。
研究发现,香榧花、叶、果不同器官对气温与光周期的响应存在差异:(1)温度对于香榧花、叶、果休眠解除起到主导作用。低温累积越多,休眠解除越充分;与较高的积冷温度(13 ℃)相比,较低积冷温度(5 ℃)的休眠解除效率更高。此外,香榧属于光周期敏感植物,在积冷不足时,长日照可起到补偿作用,促进休眠解除。(2)香榧花、叶、果不同器官休眠特性存在差异:一是休眠深度不同,果实的休眠深度高于叶芽和花芽。二是休眠解除的有效气温范围不同。其中,果实休眠解除的有效低温上限为13 ℃,而花和叶为17 ℃。(3)在积冷后,香榧果实发育对高温的敏感性整体低于叶和花。(5)基于上述生理生态响应规律,构建了适用于香榧花、叶、果的春季物候模型,预测显示在未来气候变暖下,香榧花、叶、果春季物候基本保持同步。基于上述研究结果,我们推测,香榧春季大量果实无法启动膨大而形成僵果可能与果实的休眠特征有关:与叶芽和花芽相比,果实休眠更深、但打破休眠的有效温度范围却偏窄,致使果实休眠无法充分解除,导致春季果实膨大启动率偏低。为了应对香榧僵果现象,亟需培育果实休眠解除需冷量低的品种。
浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室为该论文第一单位和通讯作者单位,吴家胜教授为通讯作者,张瑞副教授为第一作者、Heikki Hänninen教授和研究生李志骏为共同第一作者,国家重点实验室研究生郑锦彬、王富城,美国肯塔基大学梁亮副教授,四川大学陈磊教授参与了该研究工作。研究得到了国家自然科学基金、浙江省尖兵领雁项目、国家林草局青年拔尖项目和中国科协青年托举项目等经费支持。