不同矮化中间砧对苹果幼树根系形态及养分质量分数的影响

袁继存，赵德英，徐　锴，程存刚，王鹏程

(中国农业科学院果树研究所，农业部园艺作物种质资源利用重点实验室，辽宁兴城　125199)



不同矮化中间砧对苹果幼树根系形态及养分质量分数的影响

袁继存，赵德英，徐锴，程存刚，王鹏程

(中国农业科学院果树研究所，农业部园艺作物种质资源利用重点实验室，辽宁兴城125199)

摘要以当年定植的6种矮化中间砧的‘长富2号’幼树为试材,对其根系形态指标及矿质元素质量分数进行测定分析。结果表明，以‘GM256’为中间砧的苹果幼树根长、根表面积、根体积、根尖数及分枝数最大，其次为‘辽砧2号’，‘SH1’最小，差异极显著；在d≤0.5 mm、0.5 mm2.0 mm根径级中，‘GM256’为中间砧的苹果幼树根系形态指标均为最大值，其次是‘辽砧2号’，‘SH1’均是最小值；‘辽砧2号’为中间砧的苹果幼树根系N、P、K、Ca、Mg、Mn质量分数最高，其次为‘GM256’，‘SH1’为中间砧的根系Fe、Cu、Zn质量分数最高；根长、根表面积、根体积、根尖数、分枝数与部分矿质元素存在显著的相关性，根直径与各元素均不存在显著的相关性。通过对嫁接不同矮化中间砧的苹果幼树根系形态及养分质量分数的比较得出，‘长富2号’苹果在采用山定子为基砧时，嫁接‘GM256’和‘辽砧2号’中间砧的树体根系发育好，养分吸收能力强。

关键词矮化中间砧；苹果幼树；根系形态；矿质元素

苹果矮砧集约栽培具有矮化树体、早果、丰产、便于管理等优点，是当今世界苹果栽培的主要发展方向[1-3]。应用矮化砧木是世界果树生产上采用的主要致矮手段，在苹果矮砧栽培中起着举足轻重的作用[4-6]。矮化砧木作为苹果树体的重要组成部分，不仅影响树体对矿质元素的吸收运转，同时也对树体生长发育及果实品质有着重要的影响[7-8]。嫁接不同矮化砧木的树体其根系对营养元素吸收的速率和程度也存在很大差异[9]。根系作为植物吸收水分、养分的地下组织，对植物的生长发育起着至关重要的作用[10]。研究[11-12]表明，根系形态构型在很大程度上决定着根系吸收水分和养分的能力，反应根系形态的指标主要包括根长、根表面积、根直径、根体积、根尖数等，因此，根系形态指标可以用来评价根系吸收水分和养分的能力。近年，大量学者对不同苹果矮化砧木与其叶片、果实的矿质营养[13-15]及树体和根系的生长发育关系进行研究[16-17]，关于不同苹果矮化砧木对苹果根系形态及矿质元素影响方面的报道较少[18-19]，本试验采用挖掘法与根系扫描分析相结合的方法，分析不同矮化砧木对苹果幼树根系形态及矿质元素质量分数的影响及其相关性，以期揭示苹果根系与营养的关系，为适宜矮化中间砧的筛选、矮砧苹果树的根系管理以及养分的高效利用提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

试验于2013年在中国农业科学院果树研究所砬山示范基地进行，试验所在地属于温带季风气候，年均降水量为600 mm，无霜期约为175 d，年平均日照时数2 700～2 800 h，年平均气温9.2 ℃。

2010年4月在耐老化的塑料营养钵(直径42 cm、高45 cm)内栽植实生山定子(M.baccataBorkh.)幼苗，盆土为砬山园土，同年8月嫁接不同的矮化中间砧(‘SH1’‘SH6’‘SH38’‘SH40’‘辽砧2号’‘GM256’)品种，2011年8月嫁接‘长富2号’苹果，矮化中间砧长度为30 cm，2013年4月选择生长势一致的矮化中间砧苗定植于砬山矮砧示范基地，栽植深度为下接口与地面齐平，株行距为2 m×4 m，果园土质为沙壤土(基本性质见表1)，栽植后进行常规田间管理。

表1　供试土壤基本性质

1.2测量指标与方法

2013-08-10取样测定。每品种选取6株，将植株连同根系周围的土壤一同挖出放入水中浸泡，待根系周围的土壤软化后用水冲洗干净，用吸水纸吸干根系表面的水分后，每品种选取3株，用游标卡尺按照不同的径级(d≤0.5 mm，0.5 mm2.0 mm，d为根系直径)进行分级处理，分别于105 ℃杀青30 min，80℃烘干至恒质量，粉碎后备测；剩余3株用于根系形态指标的测定。

1.2.1根系形态测定用EPSONTWAIN PRO (32 bit) 扫描仪(加拿大Regent公司生产)扫描根系，再用根系图像分析软件WinRHIZO对根长、根表面积、根直径、根体积、根尖数、分枝数以及不同径级的根长、根表面积、根体积、根尖数进行测定。

1.2.2矿质元素质量分数测定在中国农业科学院农业资源与农业区划研究所国家测土施肥中心实验室测定土壤中矿质元素质量分数。测定方法采用浓 H2SO4-H2O2消煮法，N、P 质量分数用连续流动分析仪 ( ATUOSAMPLER AA3，澳大利亚) 测定，K、Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn质量分数用原子吸收分光光度计 ( WFX-120C，中国北京)测定。

1.3数据处理

试验数据采用 Excel 2003、DPS 7.05 进行统计分析，数据以“平均数±标准差”表示。

2结果与分析

2.1不同矮化中间砧对苹果幼树根系形态结构的影响

从表2可以看出，不同矮化中间砧对苹果幼树根系形态有明显影响，除根直径差异不显著外，根长、根表面积、根体积、根尖数及分枝数均存在显著差异。其中以‘GM256’为中间砧的苹果幼树根长、根表面积、根体积、根尖数及分枝数最大，其次为‘辽砧2号’， ‘SH1’最小，仅分别为‘GM256’的15.7%、20.0%、33.9%、14.0%、17.0%，差异极显著。‘SH40’为中间砧的苹果幼树根直径最大，但与其他中间砧的根直径差异不显著。

表2　不同矮化中间砧的苹果幼树根系形态结构特征

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

Note：Different lowercase letters in same column indicate significant differencesunder various treatments atP<0.05.The same as below.

2.2不同矮化中间砧对苹果幼树不同径级根系形态结构的影响

由图1可以看出，不同矮化中间砧的苹果幼树根径级间的根长、根表面积、根体积、根尖数差异均显著。各组合的苹果幼树根长、根尖数的径级分布趋势完全一致，均随着径级的增加而逐渐降低；根体积的径级分布趋势与根长和根尖数完全相反，随着径级的增加而逐渐增加；根表面积的径级分布趋势在各中间砧表现不一致：‘SH38’和‘GM256’表现为随着径级的增加而降低，‘SH1’‘SH6’‘SH40’和‘辽砧2号’表现为随着径级的增加先增加后降低。

根径级在d≤0.5 mm的根长和根尖数最大，根体积最小，毛细根长占总根长的75%～85%；毛细根尖数占总根尖数的比例达到99%以上；毛细根体积占总根体积的4%～8%。在同一根径级中，不同中间砧的苹果根系也存在差异。在d≤0.5 mm根径级，不同中间砧的苹果幼树根长、根表面积、根体积、根尖数顺序完全一致，为：‘GM256’>‘辽砧2号’>‘SH38’>‘SH6’>‘SH40’>‘SH1’；在0.5 mm2.0 mm根径级，‘GM256’为中间砧的苹果幼树根系形态指标仍都为最大值，其次是‘辽砧2号’，‘SH1’仍都是最小值。表明中间砧为‘GM256’和‘辽砧2号’的苹果在各项根系形态指标中有较显著的优势，‘SH1’相对最弱。

图1　不同矮化中间砧的苹果幼树根系形态径级分布

2.3不同矮化中间砧对苹果幼树根系矿质元素质量分数的影响

从表3可以看出，不同矮化中间砧对苹果幼树根系矿质元素质量分数有明显影响，各元素质量分数均存在显著差异。其中以‘辽砧2号’为中间砧的苹果幼树根系N、P、K、Ca、Mg、Mn质量分数最高，其次为‘GM256’，‘SH1’为中间砧的根系Fe、Cu、Zn质量分数最高，以‘辽砧2号’为中间砧的根系Fe、Cu、Zn质量分数最低，‘SH6’的N、K质量分数最低，‘SH6’和‘SH40’的P质量分数最低，‘SH1’的Ca、Mn质量分数最低，‘SH1’‘SH6’和‘SH38’的Mg质量分数最低，除Fe、Cu、Zn 3种微量元素以外，其他各元素最低值均出现在SH系中。

2.4不同矮化中间砧对苹果幼树不同径级根系矿质元素质量分数的影响

由图2可以看出，不同矮化中间砧的苹果幼树各个根径级间的N、P、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn质量分数存在差异。各组合的苹果幼树根系矿质元素质量分数的径级分布趋势基本一致，均随着径级的增加而逐渐降低，只有中间砧为‘SH38’的根系N质量分数及中间砧为‘辽砧2号’的根系Mn质量分数随着径级的增加表现为先降低后增加。

表3　不同矮化中间砧的苹果幼树根矿质元素质量分数

图2　不同矮化中间砧的苹果幼树根系矿质元素径级分布

根径级在d≤0.5 mm的根系N、P、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn质量分数均为最大。在同一根径级中，不同中间砧的苹果根系矿质元素质量分数也存在差异。在d≤0.5 mm根径级，‘辽砧2号’为中间砧的苹果幼树根系N、P、K、Ca、Mg、Mn质量分数最高，其次为‘GM256’，‘SH1’为中间砧的根系Fe、Cu、Zn质量分数最高，以‘辽砧2号’为中间砧的根系Fe、Cu、Zn质量分数最低， ‘SH6’的N、P质量分数最低，‘SH1’和‘SH6’的K质量分数最低，‘SH1’的Ca、Mn质量分数最低，‘SH1’和‘SH38’的Mg质量分数最低；在0.5 mm2.0 mm根径级，‘辽砧2号’为中间砧的苹果幼树根系N、P、K、Ca、Mg、Mn质量分数最高，其次为‘GM256’，‘SH1’和‘SH38’的Fe质量分数最高，‘SH1’的Cu、Zn质量分数最高，‘SH1’和‘SH6’的N质量分数最低，‘SH40’的P、Fe质量分数最低，‘SH6’的K、Mg质量分数最低，‘SH1’和‘SH38’的Ca质量分数最低，‘SH1’的Mn质量分数最低，‘辽砧2号’的Cu、Zn质量分数最低。表明，中间砧为‘辽砧2号’和‘GM256’的苹果根系在大量矿质元素及锰元素积累中有较显著的优势，中间砧为‘SH1’的苹果根系在Fe、Cu、Zn元素积累中有显著优势。

2.5苹果幼树根系形态指标与矿质元素质量分数的相关性分析

从表4可以看出，苹果根长与K、Mn存在显著正相关关系，与Zn存在显著的负相关关系；根表面积与P、K、Mg、Mn存在显著的正相关关系，与Cu、Zn存在显著的负相关关系；根体积与K、Mn存在显著的正相关关系，与Zn存在显著的负相关关系；根尖数仅与Zn存在显著的负相关关系；分枝数仅与K存在显著的正相关关系；根直径与各矿质元素质量分数相关系数均较小，不存在显著的相关性。

表4　苹果幼树根系形态指标与矿质元素质量分数间的相关性分析

注：*表示P<0.05 ，**表示P<0.01。

Note： * representP<0.05 ，** representP<0.01.

3讨 论

大量研究[8,14,20]表明，矮化中间砧对苹果叶片、果实矿质元素质量分数和果实品质有显著影响，但有关矮化中间砧对基砧根系生理影响的研究报道较少[16-17]。根据前人[14-15]的研究，苹果矮化中间砧对控制地上部生长有很大的影响，不难推断出其树体根系生长也应受到中间砧的影响，进而影响根系的生理代谢。本试验研究表明，‘长富2号’苹果在采用相同基砧的情况下，由于中间砧不同，导致幼树根系形态有明显差异，与上述推断结论一致。其中‘GM256’为中间砧的苹果幼树根长、根表面积、根体积、根尖数及分枝数最大，其次为‘辽砧2号’，‘SH1’最小。

研究中通常将d≤2.0 mm的植物根系统称为细根，d≤0.5 mm的植物根系统称为毛细根。本研究中，根径级在d≤0.5 mm的根系长度和根尖数最大，根系体积最小。d≤0.5 mm根径级的毛细根长度占总根系长度的75%～85%，为苹果幼树根系中的主要组成部分。在同一根径级中，不同组合的苹果幼树根系也存在显著差异。在d≤0.5 mm、0.5 mm2.0 mm根径级中，中间砧为‘GM256’和‘辽砧2号’的苹果根系长度、根系表面积、根系体积、根尖数都较大，在根系形态中有较显著的优势，‘SH1’相对较弱。

根系构型是作物根系生长代谢的结果，决定着植株吸收、运输水分和养分的能力，不同径级的根吸水与输水能力也不相同[21]。本研究发现，不同中间砧的苹果幼树各个根径级间的N、P、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn质量分数存在差异。在3种根径级中，‘辽砧2号’为中间砧的苹果幼树根系N、P、K、Ca、Mg、Mn质量分数最高，‘GM256’次之，‘SH1’为中间砧的根系Fe、Cu、Zn质量分数最高，表明中间砧为‘辽砧2号’和‘GM256’的苹果根系在大量矿质元素及Mn元素积累中有较显著的优势，‘SH1’在Fe、Cu、Zn元素积累中有较显著的优势。植物对营养物质的吸收、运输、利用效率的大小决定着该植物营养水平的高低[21]，因此，‘辽砧2号’和‘GM256’为中间砧的苹果根系对大量矿质元素及Mn元素有较好的吸收特性，‘SH1’为中间砧的苹果根系对Fe、Cu、Zn元素有好的吸收特性。通过以上结论可以得出，‘长富2号’苹果在采用山定子为基砧时，嫁接‘GM256’和‘辽砧2号’为中间砧的树体根系发育好，养分吸收能力强。

根系形态上的表现是根系对养分局部性供应的反应，也可能是对土壤等其他环境因子局部性变化的反应[22]。范伟国等[19]的研究结果表明，根系形态主要受基因控制，植物对养分的吸收能力不仅受根系形态的影响，而且还受根系在土壤中空间分布的影响，即与根系构型有着密切的关系。本研究中发现，根系形态指标中，根长、根表面积、根体积、根尖数、分枝数与部分矿质元素存在显著的相关性，根直径与各元素均不存在显著的相关性。以上结果也进一步证明植物对养分的吸收能力不仅受根系形态的影响，可能更多的受根系构型的影响。由于根系构型与根系矿质元素质量分数之间的研究较少，下一步应加强对不同砧穂组合的根系构型及矿质元素的研究，明确根系构型对养分吸收能力的影响，为苹果树的根系管理及养分的高效利用提供理论依据。

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Received 2015-07-08Returned2015-07-28

Foundation itemSpecial Fund for Constructing Technology System of Modern Agricultural Industry (Apple) (No.CARS-28); National Spark Plan Project(No.2014GA2650005);Technological Systems in the Fruit Tree Industry of Liaoning Province (No.LNGSCYTX-13/14-5).

First authorYUAN Jicun,male,master student. Research area:the pomology physiology. E-mail：yuanjc1895@ 163.com

(责任编辑：顾玉兰Responsible editor:GU Yulan)

Effects of Different Dwarfing Interstocks on Root Morphology and Nutrient Mass Fraction of Apple Saplings

YUAN Jicun,ZHAO Deying,XU Kai ,CHENG Cungang and WANG Pengcheng

(Institute of Pomology,Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Fruit Germplasm Resources Utilization,Ministry of Agriculture of the People’s Republic of China,Xingcheng Liaoning125199,China)

AbstractTaking six kinds dwarfing interstocks of apple saplings of ‘Nagafu 2’ in the year of planting as test materials.The root morphology index were analyzed and the mineral nutrition of root was determined.The results showed that the root length,root surfarea,root volume, root tips,root forks of ‘GM256’ in six dwarfing interstocks were the largest,‘Liaozhen No.2’ was the second largest,‘SH1’ was minimum; in six dwarfing interstocks,‘GM256’ had the largest values in root morphology of different diameter,‘Liaozhen No.2’ was the second largest,‘SH1’ was minimum; ‘Liaozhen No.2’ had the largest values in N,P,K,Ca,Mg,Mn of different diameter,‘GM256’ was the second largest,‘SH1’ had the largest values in Fe,Cu,Zn of different diameter; there was a extremely significant positive correlation between part of the mineral elements and root length,root surfarea,root volume,root tips,root forks,there was no significant correlation between all mineral elements and root diameter. It could be drawn by comparing the root morphology and nutrient content of young apple trees with different grafted dwarfing interstocks that when ‘Changfu No.2’ apple adopted Malus baccata Borkh as the rootstock,the roots of trees grafted with ‘GM256’ and ‘Liaozhen No.2’ interstocks had better developmental capacity and stronger nutrient absorption ability.

Key wordsDwarfing interstocks；Apple saplings；Root morphology；Mineral elements

收稿日期：2015-07-08修回日期：2015-07-28

基金项目：现代苹果产业技术体系建设(CARS-28)；国家星火计划(2014GA2650005)；辽宁省果树产业技术体系栽培技术研究岗位(LNGSCYTX-13/14-5)。

通信作者：赵德英，女，博士，副研究员，研究方向为果树栽培与生理。E-mail：zdy8235622@ 163.com

中图分类号S661.1

文献标志码A

文章编号1004-1389(2016)04-0561-07

Corresponding authorZHAO Deying,female,Ph.D ,associate research fellow.Research area:the pomology physiology. E-mail：zdy8235622@ 163.com

网络出版日期：2016-04-02

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160402.1117.024.html

第一作者：袁继存，男，硕士研究生，研究方向为果树栽培与生理。E-mail：yuanjc1895@ 163.com