尹鵬龍，田國杰，王祖光，石曉英，徐繼忠，張學(xué)英

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河北保定 071001)

在當(dāng)前的蘋果栽培生產(chǎn)中，干旱[1]是影響果樹產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一，然而在蘋果栽培生產(chǎn)過程中對水的需求量較大，如果樹體不夠耐旱，則會導(dǎo)致蘋果產(chǎn)量以及品質(zhì)的嚴(yán)重下降。

目前，在全球范圍內(nèi)蘋果的栽培生產(chǎn)中，生產(chǎn)中主要通過提高蘋果對干旱的適應(yīng)性及抗性[2]，來提高蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)，對于蘋果篩選抗旱品種方面主要有2種途徑，一是培育出新的耐旱品種，但是新品種的篩選往往出現(xiàn)蘋果植株抗旱，而果實(shí)產(chǎn)量或者品質(zhì)降低，并且培育時(shí)間周期較長的問題。二是通過嫁接砧木的方法[3-4]來培育具有矮化和抗旱性的優(yōu)良品種，優(yōu)良砧木在蘋果果實(shí)品質(zhì)、產(chǎn)量及嫁接品種后抗逆性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

目前，我國蘋果種植產(chǎn)業(yè)對于抗旱性矮化砧木的需求較為強(qiáng)烈，本研究以河北農(nóng)業(yè)大學(xué)自主選育的5種蘋果矮化砧木優(yōu)系為材料，對其抗旱性進(jìn)行綜合評價(jià)。

本試驗(yàn)在自然條件下進(jìn)行短期干旱脅迫處理后，測定植株整體旱害程度、葉片葉綠素含量、丙二醛(MDA)含量等，應(yīng)用隸屬函數(shù)分析法[5]對5種砧木優(yōu)系抗旱性進(jìn)行綜合評價(jià)，以期為蘋果抗旱矮化砧木的選育及推廣利用提供相關(guān)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗(yàn)實(shí)施

本試驗(yàn)在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)新試驗(yàn)園抗旱棚內(nèi)進(jìn)行。以平邑甜茶為基砧，栽植于塑料花盆(30 cm×20 cm×22 cm)中，使用育苗基質(zhì)養(yǎng)護(hù)，2020年4月分別嫁接河北農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的矮化砧木優(yōu)系15-1、1-8、14-7、10-1、22-46和冀砧3號6種矮化中間砧；2021年4月在6種中間砧上分別嫁接天紅2號，2020年7月25日和2021年7月18日選擇生長一致的試材，所選試材澆透水后開始自然條件下持續(xù)干旱脅迫處理，對照試材盆內(nèi)基質(zhì)保持土壤相對含水量在70%～80%。處理后每天傍晚17：30調(diào)查試材生長情況，分別在2020年8月3日和2021年7月30日出現(xiàn) 1級旱害，開始取樣，取樣部位為中上部功能葉片，臨時(shí)置于液氮中暫存后，置于-80 ℃超低溫冰箱內(nèi)保存，用于 MDA含量的測定，每隔1 d取樣1次。2020年8月9日、2021年8月7日大部分試驗(yàn)材料出現(xiàn)4級旱害癥狀，取樣結(jié)束。

1.2 測定與分析

1.2.1 土壤含水量測定 采取環(huán)刀法取土，試材出現(xiàn)1級旱害癥狀時(shí)開始取樣，每隔1 d取樣1次，取土的深度距盆土表面10 cm，通過烘干法測定土壤含水量。

公式如下：

土壤絕對含水量=(原土質(zhì)量-烘干土質(zhì)量)/烘干土質(zhì)量×100%；

土壤相對含水量=土壤絕對含水量/田間最大持水量×100%。

1.2.2 旱害指數(shù)測定 旱害分級參考標(biāo)準(zhǔn)[6]：0級為無旱害癥狀，試材生長發(fā)育表現(xiàn)正常；1級為葉片出現(xiàn)輕度萎蔫癥狀，葉片開張角度>90°；2級為葉片出現(xiàn)重度萎蔫癥狀，葉片軟化并出現(xiàn)卷曲狀況；3級為葉片出現(xiàn)重度萎蔫癥狀，1/4～1/3葉片焦枯變黃；4級為葉片重度萎蔫，1/2及以上葉片焦枯變黃。

旱害指數(shù)(DI)=[∑(各級代表值×各級株數(shù))/(最高級數(shù)值×處理總株數(shù))]×100%。

1.2.3 生理指標(biāo)的測定 葉綠素含量測定采用95%乙醇浸泡法。避開主葉脈，將葉片剪成細(xì)絲狀稱取0.1 g放入10 mL離心管中并加入10 mL 95%乙醇，保證完全浸提，置于黑暗條件下浸泡 24 h，期間搖晃2～3次。使用紫外分光光度計(jì)測量663、649、470 nm處的吸光度。

葉綠素a含量=13.95×D665 nm-6.88×D649 nm；

葉綠素b含量=24.96×D649 nm-7.32×D665 nm；

總?cè)~綠素含量=(1 000×D470 nm-3.27×Ca-114.8×Cb)/245。

光合參數(shù)的測定：在晴天09：00—11：00使用 LI-6400 型便攜式光合儀進(jìn)行測定，主要測定中部功能葉片的蒸騰速率(Tr)、凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)等，并計(jì)算葉片瞬時(shí)水分利用效率(WUE=Pn/Tr)，出現(xiàn)旱害癥狀開始測定，選擇自然干旱脅迫13 d的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行呈現(xiàn)。

采用硫代巴比妥酸(TAB)法[7-8]測定砧木及砧穗組合葉中丙二醛(MDA)含量。砧穗組合根系活性的測定采用TTC法[9]。

1.2.4 隸屬函數(shù)分析 將6種蘋果砧木及砧穗組合相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)綜合分析，進(jìn)行抗旱性評價(jià)，根據(jù)不同中間砧及砧穗組合平均隸屬值的大小進(jìn)而確定砧木抗旱性的強(qiáng)弱。計(jì)算公式如下：

若測定指標(biāo)與其抗旱性呈正相關(guān)，則隸屬函數(shù)值U(X)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)；若測定指標(biāo)與其抗旱性呈負(fù)相關(guān)，則U(X)=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中：X指各指標(biāo)的隸屬函數(shù)平均值；Xmax指砧木與其對應(yīng)測定指標(biāo)的最大值；Xmin指砧木與其對應(yīng)測定指標(biāo)的最小值。

1.3 數(shù)據(jù)處理及相關(guān)性分析

采用Excel和DPS 9.01 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫條件下不同砧木、砧穗組合土壤相對含水量

從圖1、圖2可以看出，隨著干旱脅迫的時(shí)間延長，6種砧木及砧穗組合的盆土土壤相對含水量逐漸降低。干旱脅迫14 d時(shí)，6種砧木的土壤相對含水量達(dá)到重度干旱水平，6種砧木優(yōu)系在同一時(shí)間段的干旱程度差異不明顯，6種砧穗組合在干旱 16 d 時(shí)達(dá)到重度干旱水平。

2.2 干旱脅迫條件下不同砧木、砧穗組合的旱害指數(shù)變化

從表1可以看出，在干旱脅迫處理后9 d時(shí)，砧木優(yōu)系1-8的旱害指數(shù)為29.69%，旱害指數(shù)最高，22-46在干旱處理9 d時(shí)較耐旱，到脅迫12 d時(shí)旱害指數(shù)上升幅度較大，脅迫14 d時(shí)，14-7的旱害指數(shù)最低，為23.53%，22-46的旱害指數(shù)最高，為53.70%；由表2可知，不同砧穗組合在干旱脅迫12 d時(shí)旱害指數(shù)較低，在干旱15、16 d時(shí)6種砧穗組合的旱害指數(shù)均增長較小，在干旱16 d時(shí)旱害指數(shù)都在64%以上，表明已達(dá)到重度干旱水平。由表1、表2得知，砧木14-7、22-46與其砧穗組合的旱害指數(shù)排序表現(xiàn)一致。

表1 干旱脅迫條件下不同砧木旱害指數(shù)的變化

2.3 干旱脅迫條件下不同砧木、砧穗組合的葉綠素含量變化

由表3可知，砧木14-7的葉綠素含量在干旱脅迫8～12 d時(shí)呈下降趨勢，在脅迫14 d 時(shí)出現(xiàn)峰

表2 干旱脅迫條件下不同砧穗組合旱害指數(shù)變化

值，且峰值顯著高于15-1、22-46、冀砧3號，與對照相比差異不顯著，另外5種砧木葉片葉綠素含量先增加隨后減少，干旱對砧木15-1、砧木1-8的葉綠素含量影響較小，對砧木22-46的葉綠素含量影響較大。由表4可知，砧木14-7在干旱脅迫 14 d 時(shí)出現(xiàn)峰值，其他5種砧木在干旱脅迫期間葉片葉綠素含量整體呈現(xiàn)上升趨勢。

表3 干旱脅迫條件下對不同砧木葉綠素含量的影響

表4 干旱脅迫條件下對不同砧穗組合葉綠素含量的影響

2.4 干旱脅迫條件下不同砧木、砧穗組合的光合參數(shù)變化

由圖3可知，在干旱脅迫13 d時(shí)6種砧木及砧穗組合的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度均受到不同程度抑制。6種砧木在干旱脅迫13 d的瞬時(shí)水分利用率均高于對照，冀砧3號瞬時(shí)水分利用率最高(圖3-A)。砧木 1-8 的氣孔導(dǎo)度表現(xiàn)為最高，但同砧木14-7相比差異性較小(圖3-B)；砧木14-7的凈光合速率表現(xiàn)為最高(圖3-C)。干旱脅迫13 d時(shí)，各砧穗組合葉片瞬時(shí)水分利用效率均明顯升高，其中砧穗組合天紅2號/10-1的瞬時(shí)水分利用率最高(圖4-A)；砧穗組合天紅2號/14-7在干旱脅迫處里條件下的氣孔導(dǎo)度表現(xiàn)較高(圖4-B)，砧穗組合天紅2號/14-7、天紅2號/15-1、天紅2號/冀砧3號凈光合速率表現(xiàn)較高(圖4-C)，該結(jié)果與砧木處理表現(xiàn)一致。

2.5 干旱脅迫條件下不同砧穗組合根系活性的變化

由圖5可知，在干旱脅迫處理14 d時(shí)不同砧穗組合根系活性與對照比較差異極顯著，砧穗組合 14-7 的根系活性表現(xiàn)最高，砧穗組合15-1、冀砧3號次之，22-46對照的根系活性是脅迫處理的3.13倍，而對照的各砧穗組合之間根系活性無明顯差異。

2.6 干旱脅迫條件下不同砧木、砧穗組合葉片丙二醛含量的變化

由表5、表6可知，干旱脅迫處理的砧木、砧穗組合葉片丙二醛含量明顯升高，相同脅迫時(shí)間處理砧木的葉片中丙二醛含量差異不顯著，砧木22-46在脅迫處理8～14 d時(shí)葉片中丙二醛含量增速相比其他5種砧木較快。由表6可知，不同砧穗組合的葉片中丙二醛含量在相同脅迫時(shí)間差異顯著，在干旱脅迫處理14 d時(shí)砧穗組合天紅2號/14-7、天紅2號/15-1葉片丙二醛含量低于其他砧穗組合，其中砧穗組合天紅2號/14-7表現(xiàn)最低。

表5 干旱脅迫條件下不同砧木葉片丙二醛含量的變化

表6 干旱脅迫條件下不同砧穗組合葉片丙二醛含量的變化

2.7 干旱脅迫條件下不同砧木、砧穗組合隸屬函數(shù)值

由表7可知，綜合干旱脅迫下測定不同砧木的旱害指數(shù)、葉綠素含量、丙二醛含量等6個(gè)指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)分析，砧木14-7的平均隸屬值最高，為0.69；而砧木22-46的平均隸屬值最低，為0.24，6種砧木優(yōu)系的抗旱性由強(qiáng)到弱表現(xiàn)為14-7>冀砧3號>15-1>1-8=10-1>22-46。由表8可知，對不同砧穗組合的旱害指數(shù)、光合參數(shù)、根系活性等7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)分析，6種砧穗組合中平均隸屬值最高的為天紅2號/14-7，為0.77，天紅2號/22-46隸屬值最低，為0.08，綜合分析6種砧穗組合的抗旱性表現(xiàn)為天紅2號/14-7>天紅2號/冀砧3號>天紅2號/15-1>天紅2號/10-1>天紅2號/1-8>天紅2號/22-46，綜合砧木隸屬函數(shù)值認(rèn)為6種砧木優(yōu)系抗旱性由強(qiáng)到弱表現(xiàn)為14-7>冀砧3號>15-1>10-1>1-8>22-46。

表7 干旱脅迫條件下不同砧木各項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)值

3 討論與結(jié)論

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光合作用和胞間CO2濃度(Ci)均降低時(shí)，光合作用受到了氣孔限制因素的影響[10]。本試驗(yàn)中6種蘋果砧木葉片光合作用出現(xiàn)顯著降低趨勢，分析可能受到氣孔限制的影響。也有研究表明干旱脅迫處理下蘋果幼苗葉片的Pn、Gs和Ci均可能出現(xiàn)顯著降低的變化[11]。本研究中6種砧木Pn、Gs隨著干旱脅迫程度的加重均呈下降趨勢，這與前人研究結(jié)論[11]一致。

表8 干旱脅迫條件下不同砧穗組合各項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)值

在土壤相對含水量在干旱處理下逐漸降低時(shí)，作物根系會最先感知到脅迫作用，并很快激發(fā)植物體所具備的特有抗旱響應(yīng)機(jī)制，同時(shí)根系活力也會隨著脅迫處理的持續(xù)出現(xiàn)顯著變化，而根系活力是反映植物根部活動的主要指標(biāo)之一[12]。路之娟等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)苦蕎在苗期遭受干旱脅迫時(shí)其根系活力出現(xiàn)顯著降低的變化趨勢[13]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在干旱脅迫處理的14 d時(shí)，根系活力出現(xiàn)顯著下降的趨勢，與對照相比呈現(xiàn)極顯著差異，可能由于旱害導(dǎo)致根系呼吸受到了抑制作用，進(jìn)而影響根系活力出現(xiàn)顯著下降的趨勢。

相關(guān)研究表明，隨著干旱脅迫程度的增加藍(lán)莓葉片內(nèi)MDA含量呈現(xiàn)遞增趨勢[14]，本試驗(yàn)中6種砧木表現(xiàn)出相同的變化趨勢，與前人研究不同的是，在干旱脅迫14 d時(shí)各砧木優(yōu)系葉片中MDA含量差異不顯著，可能是嚴(yán)重的干旱脅迫導(dǎo)致的。

干旱是國際公認(rèn)的制約蘋果產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)的一個(gè)重要影響因子，而選育抗旱砧木是解決干旱對蘋果生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響的主要手段之一，本試驗(yàn)正是在以往的研究基礎(chǔ)上采用模糊隸屬函數(shù)的方法對葉綠素含量、旱害指數(shù)、光合參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、丙二醛含量等生理指標(biāo)對6種砧木進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而對各砧木優(yōu)系進(jìn)行抗旱性評價(jià)。結(jié)果表明，14-7表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱性，冀砧3號次之，優(yōu)系22-46、優(yōu)系10-1的抗旱性相對較弱。通過對6種砧木優(yōu)系進(jìn)行抗旱性評價(jià)，進(jìn)一步將砧木嫁接上天紅2號進(jìn)行了研究并得出了初步結(jié)論，但通過分子技術(shù)手段進(jìn)行深入研究其抗旱性是否與此研究結(jié)果保持一致，還有待進(jìn)一步研究闡明。