重茬脅迫對(duì)不同蘋果砧木葉片光合能力及抗氧化酶活性的影響

王來平 薛曉敏 陳汝 聶佩顯 韓雪平

摘? ? 要：以抗重茬砧木AM1、平邑甜茶、八棱海棠、M9T337為試材，通過生長(zhǎng)量、葉片葉綠素含量、葉片光合參數(shù)、熒光參數(shù)及葉片抗氧化酶活性研究，評(píng)價(jià)4種砧木耐重茬能力。結(jié)果表明，AM1、平邑甜茶砧木重茬土與正茬土處理間株高沒有顯著差異，八棱海棠、M9T337重茬土處理的株高均顯著低于正茬土的，平邑甜茶、八棱海棠、M9T337三種砧木重茬土處理的新梢生長(zhǎng)量、葉鮮重均顯著低于正茬土處理的，抗重茬砧木AM1卻表現(xiàn)出二者之間無顯著差異;AM1、平邑甜茶、八棱海棠、M9T337葉片葉綠素含量顯著下降，但AM1下降幅度最小，為12.8%，其次是平邑甜茶，為17.9%，AM1、平邑甜茶葉片凈光合速率無顯著變化，八棱海棠、M9T337葉片凈光合速率顯著降低;重茬土處理的新引進(jìn)砧木AM1、平邑甜茶葉片熒光參數(shù)ΦPSⅡ、qP 、NPQ、Fv/Fm 、ETR無顯著性差異，八棱海棠、M9T337葉片熒光參數(shù)ΦPSⅡ、qP 、Fv/Fm 、ETR均顯著下降，而NPQ顯著上升;SOD、POD活性均表現(xiàn)顯著降低，但AM1下降幅度最小，分別為27.5%和20.0%，其次是平邑甜茶，為27.9%、30.6%，AM1、平邑甜茶CAT活性較對(duì)照無顯著差異，八棱海棠、M9T337CAT活性顯著降低。綜合來看，AM1表現(xiàn)出很好的抗重茬能力，其次是平邑甜茶、八棱海棠，M9T337抗重茬能力最弱。

關(guān)鍵詞：重茬土;砧木;蘋果品種;生長(zhǎng)量;凈光合速率;熒光參數(shù);抗氧化酶

中圖分類號(hào)：S661.1? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.09.003

Abstract： The newly introduced rootstock AM1， Pingyi sweet tea， octagonal sea bream and M9T337 were used as materials to evaluate the resistance of four rootstocks to growth resistance by growth， leaf chlorophyll content， leaf photosynthetic parameters， fluorescence parameters and leaf antioxidant enzyme activities. The results showed that there was no significant difference between the newly introduced rootstock AM1 and the flat soil of Pingshuo sweet tea and the height of normal soil. The plant height of the eight-sided sea bream and the M9T337 heavy-soil was significantly lower than that of the normal soil， Pingyi sweet tea， octagonal jellyfish and M9T337. The growth rate and fresh weight of new shoots of rootstock were significantly lower than that of normal soil. The newly introduced anti-heavy rootstock AM1 showed no significant difference between them; the chlorophyll content of AM1， Pingyi sweet tea， Balconies and M9T337 leaves Significantly decreased， but AM1 decreased the least， which was 12.8%， followed by Pingyi sweet tea， which was 17.9%. There was no significant change in the net photosynthetic rate of AM1 and Pingyi sweet tea leaves. The net photosynthetic rate of Malus robusta and M9T337 leaves decreased significantly. There were no significant differences in the fluorescence parameters ΦPSII， qP， NPQ， Fv/Fm and ETR of the newly introduced rootstocks AM1 and Pingyi sweet tea. The fluorescence parameters ΦPSII， qP， Fv/Fm and ETR of the eight leaves and the M9T337 were significantly decreased. NPQ increased significantly; SOD and POD activities showed a significant decrease， but the decrease of AM1 was the smallest， 27.5%， 20.0%， followed by Pingyi sweet tea， which was 27.9%， 30.6%. The CAT activity of AM1 and Pingyi sweet tea was better. There was no significant difference， and the activity of octopus and M9T337CAT was significantly reduced. On the whole， it showed good resistance to heavy sputum， followed by Pingyi sweet tea and octagonal sea bream， while M9T337 had the weakest anti-heavy ability.

Key words： heavy bauxite; rootstock; apple variety; growth amount; photosynthetic rate; fluorescence parameter; antioxidant enzyme

山東省蘋果產(chǎn)區(qū)果園老齡化嚴(yán)重，由于土地資源限制，新果園建設(shè)面臨嚴(yán)峻的重茬障礙考驗(yàn)。重茬障礙一般表現(xiàn)為植株生長(zhǎng)量降低、樹勢(shì)衰弱、產(chǎn)量低、品質(zhì)差。目前，國(guó)內(nèi)外研究表明，造成蘋果重茬障礙的因素多，栽植地區(qū)和果園狀況也有差異，即使在同一地區(qū)也存在許多不確定因素[1-4]。目前，已經(jīng)報(bào)道了一些有效的方法，但普遍認(rèn)為選擇抗重茬性能的砧木是控制蘋果重茬障礙最有前途的方法之一。例如，有研究稱CG210、CG30等砧木表現(xiàn)為明顯的耐重茬性能[5-7]。葉片光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育能量來源，重茬障礙導(dǎo)致樹體干物質(zhì)積累降低、地上部生長(zhǎng)量降低，這可能與葉片光合能力受到抑制有關(guān)。本研究利用山東省果樹研究所引進(jìn)抗重茬砧木為材料，經(jīng)過多年觀察，探究其抗重茬性能，研究重茬脅迫對(duì)幾種蘋果砧木葉片光合能力及抗氧化酶活性影響，以期為老果園砧木選擇提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究于2018年 3月至11月在山東省果樹研究所天平湖試驗(yàn)基地進(jìn)行，供試材料為一年生蘋果砧木實(shí)生苗，平邑甜茶、八棱海棠，組培苗M9T337及美國(guó)新引進(jìn)抗重茬砧木AM1（暫定名），育苗基質(zhì)草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1。3 月中下旬將苗木定植于高40 cm，直徑50 cm的陶土盆中。正茬土、重茬土均取自天平湖試驗(yàn)基地，土壤類型沙壤土，重茬土為10年煙富3/M26/八棱海棠原樹穴方圓 1 m2 內(nèi)、深 0～40 cm 的土，正茬土取自同該果園非種植區(qū)0～40 cm 的土。6 月 4 日、7 月 14 日和 8 月 24 日每盆各施入三元素復(fù)合肥（ N∶P∶K 含量為 15∶15∶15） 3 g。9 月 10 日取樣測(cè)定。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定 9 月5日每砧木選擇15株苗，5株小區(qū)3次重復(fù)用卷尺測(cè)量植株的株高、徑粗、新梢生長(zhǎng)量等指標(biāo)，葉面積儀測(cè)量單葉面積。

1.2.2 葉片光合及熒光參數(shù)測(cè)定 7月下旬每砧木選擇15株苗，5株小區(qū)3次重復(fù)，每株選擇營(yíng)養(yǎng)枝自生長(zhǎng)點(diǎn)為起始點(diǎn)選取第6～8節(jié)位功能葉，作為待測(cè)葉片。利用TPS-2光合儀（Hansatech，英國(guó)），晴天上午9：00—11：00測(cè)定光合參數(shù)，包括光合速率（Pn），氣孔導(dǎo)度（Gs），細(xì)胞間隙CO2濃度（Ci）等，SPAD-502便攜葉綠素儀測(cè)定葉綠素含量，用便攜式調(diào)制熒光儀FMS2（Hansatech，英國(guó)）測(cè)定葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)。

1.2.3 葉片酶活性測(cè)定 超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定采用NBT法[8];過氧化氫酶（CAT）活性測(cè)定采用紫外吸收法[9];抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性測(cè)定采用趙世杰法[8]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析（one-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同數(shù)據(jù)間的差異。利用Excel2003軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 重茬脅迫下4種砧木生長(zhǎng)發(fā)育比較

由表 1 看出，4種砧木的株高、葉鮮質(zhì)量及新梢生長(zhǎng)量指標(biāo)在重茬土和正茬土間差異顯著性不同。新引進(jìn)砧木AM1、平邑甜茶在重茬土與正茬土間株高沒有顯著差異，八棱海棠、M9T337在重茬土的株高均顯著低于正茬土的; 新引進(jìn)砧木、平邑甜茶、八棱海棠、M9T337砧木的莖粗、平均單葉面積正茬土處理和重茬土處理無顯著差異; 平邑甜茶、八棱海棠、M9T337三種砧木重茬土的新梢生長(zhǎng)量、葉鮮質(zhì)量均顯著低于正茬土的，新引進(jìn)抗重茬砧木AM1卻表現(xiàn)出二者之間無顯著差異。三種砧木中，從株高、葉鮮質(zhì)量及新梢生長(zhǎng)量指標(biāo)來看，AM1抗重茬能力強(qiáng)于平邑甜茶、八棱海棠、M9T337。

2.2 重茬脅迫對(duì)4種砧木葉片光合參數(shù)及葉綠素含量的影響

從表 2 看出，重茬土對(duì)4種砧木葉片光合能力產(chǎn)生不同程度的影響。葉綠素是植物光合作用吸收光能的主要物質(zhì)，其含量高低直接影響著植物的凈光合速率，重茬土中幼苗的葉綠素含量和光合速率更容易受到影響。4種砧木中， AM1、八棱海棠、平邑甜茶、M9T337砧木葉片葉綠素含量均表現(xiàn)為重茬土顯著低于正茬土。但AM1、平邑甜茶在重茬土和正茬土中的葉片光合參數(shù)無顯著差異，表現(xiàn)出良好的克服重茬障礙能力，而八棱海棠、M9T337在重茬土中葉片葉綠素含量、光合能力顯著下降，其中重茬土處理的凈光合速率較正茬土處理的分別下降28.02%和31.49%，葉片葉綠素含量分別下降17.86%和16.67%。

2.3 重茬脅迫對(duì)4種砧木葉片熒光參數(shù)的影響

由表3看出，與正茬土相比，重茬土處理的新引進(jìn)砧木AM1、平邑甜茶葉片熒光參數(shù)實(shí)際光化學(xué)效率（ΦPSⅡ）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP ）、非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）、最大量子效率（Fv/Fm）、電子傳遞效率（ETR）無顯著性差異，說明砧木AM1、平邑甜茶葉片光合能力不受重茬影響，抗重茬能力較強(qiáng);砧木八棱海棠、M9T337在重茬條件下葉片熒光參數(shù)ΦPSⅡ、qP 、Fv/Fm 、ETR均顯著下降Mq，而NPQ顯著上升，與正茬土處理相比，八棱海棠、MqT337ΦPSⅡ、qP、Fv/Fm、ETR分別下降10.5%和12.1%;24.8%和19.4%;25%和14%;8.1%和22.8%，NPQ上升41.2%和58.6%。

2.4 重茬脅迫對(duì)4種砧木葉片抗氧化酶活性的影響

由圖1、2、3可知，在重茬土脅迫下，與正茬土比較，4種砧木的抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性均下降，其中SOD、POD活性下降均差異顯著，AM1、平邑甜茶、八棱海棠、M9T337砧木SOD活性下降27.5%，27.9%，34.7%和36.8%，AM1下降幅度最小，平邑甜茶次之，AM1、平邑甜茶、八棱海棠、M9T337砧木POD活性下降20%，30.6%，35.3%和40%，AM1 下降幅度最小，平邑甜茶次之;AM1、平邑甜茶CAT活性略下降，與正茬土相比無顯著性差異，而八棱海棠、M9T337砧木CAT活性下降差異顯著，八棱海棠、M9T337分別下降21.1%和28.2%。

3 結(jié)論與討論

選用合適的砧木是克服蘋果重茬障礙的有效方法。很多相關(guān)研究從不同角度對(duì)蘋果砧木耐重茬性能進(jìn)行評(píng)價(jià)和篩選，例如通過比較根系分泌物組成與特性，分析根際微生物數(shù)量和酶活性，干物質(zhì)積累、根系特性等不同方向?qū)φ枘灸椭夭缧赃M(jìn)行評(píng)價(jià)[9-11]。重茬障礙對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育的影響是綜合性、多方面的，其中包括對(duì)葉片光合性能及抗氧化酶活性的影響，重茬脅迫會(huì)降低葉片光合能力，光合產(chǎn)物積累降低，最終導(dǎo)致生長(zhǎng)量顯著降低。有研究表明，重茬脅迫抑制植物重要抗氧化酶SOD、POD 和 CAT活性[12]。逆境脅迫下，SOD能將植物體內(nèi)產(chǎn)生的傷害性物質(zhì)·O- 2歧化為H2O2 和 O2，減輕植物體的受傷害程度[13]。H2O2 在植物體內(nèi)積累之后會(huì)形成引起膜脂過氧化的·OH，而CAT 和 POD 具有清除 H2O2 的能力[12]，因此抗氧化酶SOD、POD 和 CAT活性高低是檢驗(yàn)植物抗性的重要指標(biāo)。逆境脅迫下，產(chǎn)生的·O- 2等傷害性物質(zhì)引起膜質(zhì)過氧化，類囊體內(nèi)膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，葉片葉綠素含量降低，而葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要物質(zhì)，最終導(dǎo)致光合水平降低，光合產(chǎn)物積累減少，樹體生長(zhǎng)明顯受到抑制。本研究中，較正常處理，重茬處理下4種砧木SOD、POD活性顯著降低，AM1、平邑甜茶CAT活性下降不顯著，八棱海棠、M9T337CAT活性下降顯著，重茬處理下葉片葉綠素含量AM1 最高、其次是平邑甜茶，M9T337最低，反映在光合水平上，凈光合速率AM1 最高、其次是平邑甜茶，M9T337最低，最終植株生長(zhǎng)量上，AM1生長(zhǎng)量最大，其次是平邑甜茶，M9T337最低。通過葉綠素?zé)晒庋芯堪l(fā)現(xiàn)，重茬脅迫下新引進(jìn)砧木AM1、平邑甜茶葉片熒光參數(shù)ΦPSⅡ、qP 、NPQ、Fv/Fm 、ETR無顯著性差異，八棱海棠、M9T337在重茬條件下葉片熒光參數(shù)ΦPSⅡ、qP 、Fv/Fm 、ETR均顯著下降，而NPQ顯著上升。ΦPSⅡ反映葉片在光照條件下PSⅡ反應(yīng)中心的實(shí)際光化學(xué)效率，可以作為植物光合電子傳遞速率快慢的相對(duì)指標(biāo)[10]，qP 是光化學(xué)淬滅系數(shù)，在一定程度上反映了 PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度，NPQ 為非光化學(xué)猝滅系數(shù)，是 PSⅡ天線色素吸收的不能用于光合電子傳遞而以熱能的形式耗散掉的光能部分，反映光系統(tǒng)對(duì)過剩光能的耗散能力，F(xiàn)v/Fm 代表 PSⅡ的最大量子效率，反映植物潛在的最大光合能力，當(dāng)植物受到脅迫時(shí)，會(huì)顯著下降，電子傳遞效率（ETR）可以定量反映出從 ΦPSⅡ到 ΦPSⅠ的電子傳遞[11]，表明重茬脅迫對(duì)植株造成一定的逆境，葉片發(fā)生嚴(yán)重光抑制，從而使反應(yīng)中心的光化學(xué)活性降低，電子傳遞鏈?zhǔn)艿綋p害，進(jìn)而導(dǎo)致光合速率的下降。

重茬土形成一定程度上的逆境脅迫，對(duì)4種砧木AM1、平邑甜茶、八棱海棠、M9T337的生長(zhǎng)量、葉綠素含量、葉片光合水平、熒光參數(shù)及葉片抗氧化酶活性影響不同。砧木AM1重茬條件下各生理指標(biāo)較對(duì)照差異最小，表現(xiàn)出很好的抗重茬能力，其次是平邑甜茶、八棱海棠，M9T337抗重茬能力最弱。因此，重茬地建園可選擇砧木AM1，在一定程度上可緩解重茬對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]張兆波， 毛志泉， 朱樹華. 6 種酚酸類物質(zhì)對(duì)平邑甜茶幼苗根系線粒體及抗氧化酶活性的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2011， 44（15）：3177-3184.

[2]呂毅， 宋富海， 李園園，等. 輪作不同作物對(duì)蘋果園連作土壤環(huán)境及平邑甜茶幼苗生理指標(biāo)的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014， 47（14）： 2830-2839.

[3]MANICI L M， CIAVATTA C， KELDERER M， et al. Replant problems in South Tyrol： role of fungal pathogens and microbial population in conventional and organic apple orchards[J].Plant and soil， 2003， 256： 315-324.

[4] 薛曉敏，王金政，張安寧，等.果樹再植障礙的研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（1）： 147-151.

[5]RUMBERGER A， YAO S R， MERWIN I A. Rootstock genotype and orchard replant position rather than soil fumigation or compost amendment determine tree growth and rhizosphere bacterial community composition in an apple replant soil[J]. Plant and soil. 2004，264（1/2）： 247-260.

[6]LEINFELDER M M，MERWIN I A.Rootstock selection，preplant soil treatments，and tree planting positions as factors in managing apple replant disease[J]HortScience，2006，41（2）： 394-401.

[7]MARTINEZ C A，LOUREIROA M E，OLIVA M A， et al. Differential responses of superoxide dismutase in freezing resistant Solanum curtilobum and freezing sensitive Solanum tuberosum subjected to oxidative and water stress[J]. Plant science， 2001， 160： 505-515.

[8]趙世杰，史國(guó)安，董新純.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

[9]PATRICK Z A. The peach replant problem in Ontario II. Toxic substances from microbial decomposition products of peach root residues[J]. Canadian journal of botany， 1955， 33： 481-486.

[10]BRINKER A M， CREASY L L. Inhibitors as a possible basis for grape replant problem[J].? Horticulture science， 1988， 113： 304-309.

[11]WESTON L A， HARMON R， MUELLER S. Allelopathic potential of sorghum-sudangrass hybrid （sudex）[J]. Chem ecol， 1989， 15： 1855-1865.

[12]重茬土對(duì)相同砧木不同蘋果品種生理指標(biāo)及葉片抗氧化酶活性的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，49（18）：3597-3607.

[13]王元征，尹承苗，陳強(qiáng)，等. 蘋果 5 種砧木幼苗對(duì)連作土壤的適應(yīng)性差異研究[J]. 園 藝學(xué)報(bào)，2011，38（10）： 1955-1962.

[14]孫永江， 付艷東， 杜遠(yuǎn)鵬， 等. 不同溫度/光照組合對(duì)‘赤霞珠葡萄葉片光系統(tǒng) II 功能的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013， 46（6）：1191-1200.

[15]頡建明， 郁繼華， 黃高寶， 等. 低溫弱光下辣椒葉片 PSII 光能吸收和轉(zhuǎn)換變化及與品種耐性的關(guān)系[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2011， 44（9）：1855-1862.