不同苹果砧穗组合的生长及光合特性

赵 通，程 丽，王 城，游继权，朱燕芳，王延秀

(甘肃农业大学 园艺学院，兰州 730070)

苹果(MalusdomesticaBorkh.)是世界上栽培面积最大的温带果树，苹果产业在中国西北黄土高原地区已成为最主要的支柱性产业和主要经济收入[1]。西北黄土高原地区地势西高东低，光照充足，昼夜温差大，是苹果生长的最优产区。但土壤多为石灰质，盐渍化严重，这已成为苹果产业发展的主要限制因子。优良的砧穗组合不仅能改善树体生长，提高果实品质，还可提高植株的抗逆性、糖类物质代谢及生理代谢等[2]。因此，筛选优良的砧穗组合对发挥该地区苹果种植优势具有重要意义。

近几年，众多学者针对不同的苹果砧木，开展了大量的对比试验。并对砧穗组合的适应性、早果性、果实品质、优质丰产树体结构[3-6]已有了系统研究。马宝焜等[7]从苹果生长结果习性、苹果栽培区域的立地条件等方面探讨了应用砧木的必要性。张洁等[8]研究表明矮化砧穗组合‘长富2号’/‘M9-T337’具有更好的耐旱性。姜中武等[9]对不同苹果品种高位嫁接的研究表明，选用富士树高接，有利于提高果实风味品质。而砧木还可通过影响接穗叶片的叶绿素含量，进而提高植株的光合效率，增加树体的抗性[10]。张东等[3]对渭北黄土高原苹果不同砧穗组合幼树根系发育和分布的特征的研究表明，M系自根砧和中间砧组合早果性好和易成形较好，而SH系组合较易成形，但早果性较差。张宝娟等[11]研究表明T337自根砧木富士苹果组合体现了早花性和树体易成形性的统一。目前，有关砧穗组合的研究大多集中于果树抗逆性及果实品质等[12-13]方面，但对树体嫁接的亲和性、光合等生理特性的研究鲜见报道。

垂丝海棠性喜阳光，抗寒性强，在微酸或微碱性土壤中均可生长。而平邑甜茶是中国宝贵但又紧缺的苹果砧木资源，与各种苹果品种嫁接亲和力好，易于繁殖，嫁接树生长较旺，且群体内个体在形态特征上整齐一致[14]。‘长富2号’和‘烟富6号’是国内生产中应用较多的苹果品种，其果实品质在现有富士系中最优[15]。本研究通过对不同基砧(垂丝海棠、平邑甜茶)与‘长富2号’、‘烟富6号’砧穗组合相关指标的比较，探讨甘肃中部灌区不同主栽苹果砧穗组合对其生长、光合作用、叶绿素荧光参数及叶绿素含量的影响，揭示不同苹果砧穗组合间的差异和优劣，为西北黄土高原产区苹果栽培筛选适宜的砧穗组合提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

本试验于甘肃省白银市靖远县大芦乡(E 104°，N 36°)进行，地处西北黄土高原沟壑区，平均海拔1 300 m，属温带大陆性干旱气候，年平均气温为10 ℃，日较差12℃，年平均降水量280 mm，年平均蒸发量为1 682 mm；年平均日照时数2 863 h，光热资源丰富。5～8月份日照时数相对较高，其中7月的最高，约为260.5 h左右，占全年的9.6%左右，9月份日照时数相对适中，在200～230 h之间[16]。≥ 0 ℃的年活动积温3 614.8 ℃，≥ 10 ℃的有效积温3 038 ℃，全年无霜期178 d。果园地势平坦，水源充足，灌溉条件优良；土壤为沙壤盐碱土，土肥水管理一致。

1.2 材料及处理

本试验于2016年3月25日进行嫁接，以一年生的‘垂丝海棠’(CSHT)和‘平邑甜茶’(PYTC)为砧木，带饱满芽的‘长富2号’和‘烟富6号’枝为接穗，砧木距地面5 cm处嫁接接穗。共设计4个砧穗组合，每组合嫁接数量为80株。即‘垂丝海棠/长富2号’(CSHT+C2)、‘垂丝海棠/烟富6号’(CSHT+Y6)、‘平邑甜茶/长富2号’(PYTC+C2)、‘平邑甜茶/烟富6号’(PYTC+Y6)，每个处理选取长势一致的6个植株测定指标，完全随机排列，重复6次。整个生长期对植株进行统一常规管理。

1.3 测定指标及方法

1.3.1植株形态指标试验测定于6月中旬(新稍生长期)开始，选择生长一致的植株每月定期测量其嫁接处到新稍顶端的植株生长量(接穗生长量)，取平均值，并比较不同处理间的生长情况；用游标卡尺测量不同组合嫁接口上下粗度的大小，求出上下粗度比(嫁接口上下粗度比)，比较亲和性。

1.3.2光合参数测定时间与形态指标测定一致。采用Li-6400 (Li-COR， Linco ln， NE， USA)便携式光合仪于晴天早上9:00～11:00，选取接穗向阳、成熟的叶片测定净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2(Ci)、气孔导度(Gs)，并据此计算瞬时水分利用效率(WUE=Pn/Tr)。光合仪系统控制叶片温度25℃，测定系统采用开放式气路，自然光源，光合有效辐射为 400～600 μmol·m-2·s-1，叶室内空气流量设定为 500 mL·min-1，室内CO2浓度为(385±10)μL·L-1。

1.3.3叶绿素荧光参数与光合参数测定同步，选取接穗新梢顶端向下数第5片成熟叶进行荧光参数测定。采用Li-6400 (Li-COR，Linco ln，NE，USA)便携式光合仪(荧光叶室)，暗适应30 min后，测定叶片暗适应下的初始荧光(F0)及最大荧光(Fm)、PSⅡ最大光化学效率[Fv/Fm=(Fm/F0)/Fm′]、光化学猝灭系数[qP =(Fm′-Fs)/(Fm′-F0′)]。

1.3.4相对叶绿素含量(SPAD) 与叶绿素荧光参数测定同步进行，采用叶绿素计(Minolta SPAD-502 Chloropyhll Meter, Japan)测定相对叶绿素含量(SPAD)，每个处理选各处理植株6株，每株随机取6个叶片测定，取平均值。

1.4 数据处理与分析

用Excel 2013及Origin 8.0进行数据处理及作图，并用SPSS22.0进行方差分析和主成分分析。统计分析采用单因素ANOVA的LSD比较处理间差异显著性(α= 0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同苹果砧穗组合生长特性的比较

2.1.1接穗生长量4种砧穗组合接穗生长量的月变化具有显著差异(图1，A)。其中，在接穗相同条件下，各月份接穗生长量均表现为CSHT为基砧组合不同程度地高于PYTC为基砧的组合，且新梢年龄越大差异越明显，CSHT+C2砧穗组合在7月份就显著高于PYTC+C2组合，而CSHT+Y6直到9月份才显著高于PYTC+Y6组合。在相同砧木条件下，CSHT+C2砧穗组合接穗生长量仅在9月份显著高于PYTC+C2组合，而CSHT+Y6组合始终与PYTC+Y6组合无显著差异。在4个砧穗组合间比较，CSHT+C2的生长量始终表现较突出，CSHT+C2、CSHT+Y6、PYTC+C2、PYTC+Y6组合的接穗生长量在9月份时依次为214.6、191.6、131.0和128.2 cm，分别比6月份时高421.9%、306.3%、296.3%和370.3%。

CSHT和PYTC分别代表砧木‘垂丝海棠’和‘平邑甜茶’，C2和Y6分别代表接穗‘长富2号’和‘烟富6号’；不同小写字母表示砧穗组合间在0.05水平存在显著性差异；下同图1 不同苹果砧穗组合接穗生长量和嫁接口上下粗度比的变化CSHT and PYTC stand for scion Chuisihaitang and Pingyitiancha, while C2 and Y6 stand for rootstock Changfu 2 and Yanfu 6, respectively. The different normal letters indicate significant difference among scion-rootstock combinations at 0.05 level; The same as belowFig.1 The changes of length scion and roughness ratio of grafting mouth in different apple scion-rootstock combinations

2.1.2嫁接口上下粗度植株嫁接口上下粗度比是反映嫁接亲和性的重要指标，比值越接近1，表明嫁接口上下越整齐，亲和性越好[17]。由图1，B可知，各苹果砧穗组合的植株嫁接口上下粗度比具有显著差异；4种砧穗组合的嫁接口粗度比均小于1，即不存在‘小脚’现象。其中，CSHT+Y6组合的嫁接口上下粗度比最接近1(0.986)显著高于其他组合，即亲和性最好；PYTC+C2组合的粗度比为0.963，亲和性次之；PYTC+Y6组合的粗度比较小(0.956)；CSHT+C2组合的粗度比最小(0.947)，显著低于其他砧穗组合。

2.2 不同苹果砧穗组合的光合特性的比较

2.2.1净光合速率(Pn) 由图2，A可知，CSHT+C2砧穗组合植株叶片的Pn随生育期而逐渐升高，而其余组合总体呈先上升后下降的趋势，并均在8月份达到最大；在相同生育期，不同砧穗组合间叶片的Pn差异显著。在同一时期，相同接穗间相比，CSHT基砧组合叶片的Pn均不同程度地高于相应PYTC基砧组合，但差异大多不显著；在相同基砧条件下，同期2个接穗间的Pn大多差异不显著；4个砧穗组合相比较，CSHT+C2组合Pn在6、9月份最高，而CSHT+Y6组合在7、8月份最高，PYTC+Y6的Pn在整个生长期均较低。

2.2.2气孔导度(Gs) 图2，B显示，4种砧穗组合植株叶片Gs均随生育期呈先上升后下降的趋势，且均在8月份达到最大值；除7月份外，同期各砧穗组合间叶片Gs存在显著性差异。在接穗相同时，仅在9月份的PYTC+C2组合与CSHT+C2组合间有显著差异；在基砧相同时，仅仅在9月份的PYTC+C2与PYTC+Y6组合、8月份的CSHT+C2组合与CSHT++Y6组合间Gs存在显著性差异；4个砧穗组合相比较，7、8月份光照较强时，CSHT+Y6组合叶片的Gs高于其他组合，而CSHT+C2最低。9月份，随着光照强度减弱，叶片Gs以PYTC+C2组合最高(0.32 mmol·m-2·s-1)，而PYTC+C2组合最低(0.17 mmol·m-2·s-1)。

2.2.3胞间CO2浓度(Ci) 由图2，C可知，整个生长期，嫁接在PYTC上的2个接穗的Ci略高于CSHT上的，且整个生长期同一砧穗组合的Ci变化波动也不大。其中，在6、7、9月份，CSHT+Y6的Ci相对比同一时期的其他组合更低；在7月份光照比较强时，PYTC+C2的Ci最高(337.80 μmol·mol-1)并与其余组合差异显著，比最低的CSHT+C2(276.40 μmol·mol-1)显著提高15.1%；到9月份，随着光强减弱，4个组合中CSHT+Y6的Ci最低(204.24 μmol·mol-1)并与其余组合差异显著；6和8月份，4个组合间的Ci差异均不显著。

图2 不同砧穗组合净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率的月变化Fig.2 The changes of net photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (Gs), intercellular CO2concentration (Ci) and transpiration rate (Tr) in leaves of different scion-rootstock combinations

2.2.4蒸腾速率(Tr) 由图2,D可以看出，4种砧穗组合叶片Tr在同月内差异性显著；CSHT+C2组合叶片Tr随生育期有降低的趋势，而其组合基本呈先升后降的趋势，并均在8月份达到最大值。其中，PYTC+C2组合的Tr在6～8月份光照比较强时相对较高，而CSHT+C2在7、8份最低；到光照强度减弱的9月份，仍以PYTC+C2组合叶片的Tr最高(9.62 mmol·m-2·s-1)，并显著高于其他组合，而以CSHT+Y6的组合最低(4.74 mmol·m-2·s-1)。由此可知，整个苹果砧穗组合生长期，CSHT+Y6组合的Pn、Gs、Tr高于其他组合，而Ci低于其他组合，因此，CSHT+Y6组合能够更加适应该地区的环境，利于生长发育。

2.3 不同苹果砧穗组合的相对叶绿素含量(SPAD)和水分利用效率比较

2.3.1相对叶绿素含量(SPAD) 由图3，A可知，对于相同接穗组合而言，各月份内砧穗组合叶片SPAD除6月份CSHT+Y6低于PYTC+Y6外，在6～9月期间，2个CSHT基砧组合均不同程度地高于相应的2个PYTC基砧组合，但仅在8月份的CSHT+C2与PYTC+C2、9月份的CSHT+Y6与PYTC+Y6组合间存在显著差异；在相同基砧条件下，各月份内砧穗组合叶片SPAD除6月份PYTC+C2与PYTC+Y6差异显著外，其余相同基砧的2种接穗组合间差异均不显著。同时，在整个生长期内，PYTC+Y6的SPAD随生育期呈逐渐下降趋势，以6月最高(55.76)，而组合PYTC+C2的SPAD则先升后降再升，呈较大波动变化，在9月份达到最大值；CSHT+C2组合的SPAD呈缓慢上升，在9月份达到最高(57.92)，而CSHT+Y6组合的SPAD呈先降低后升高的趋势，以9月份最高(60.08)，8月份最低(48.80)。由此可知，整个苹果砧穗组合生长期，CSHT作基砧的两个组合水分利用率较高。

2.3.2水分利用效率(WUE) 图3，B显示，就相同接穗组合而言，2个CSHT基砧组合的WUE大多显著高于相应的PYTC基砧组合；而在相同基砧条件下，除8月份PYTC+C2与PYTC+Y6组合间WUE外，两接穗组合间WUE在相同月份内均无显著差异。同时，在整个生长期内，CSHT+C2组合的WUE随生育期呈逐渐上升趋势，并在9月份达最高值(2.68 mmol·mol-1)，但CSHT+Y6、PYTC+C2和PYTC+Y6组合的WUE却均呈先上升后下降趋势，且2个PYTC基砧组合的WUE均在7月份达最大值，分别为1.557 9和1.635 mmol·mol-1，而CSHT+Y6组合的WUE也在9月份达最高值。

2.4 不同苹果砧穗组合的叶绿素荧光参数比较

2.4.1初始荧光(F0)F0是PSⅡ反应中心处于完全开放时的荧光产量。由图4，A可知，同期各砧穗组合间叶片的F0存在显著性差异。其中，在整个生长期内，2个PYTC基砧组合的F0值均高于相应的2个CSHT基砧组合，即以CSHT为基砧的2个组合具有较好的自我调节与恢复机制。同时，PYTC+Y6砧穗组合的F0随生育期呈先上升后下降的趋势，并在6月份达到最低(281.0)，说明该组合对强光胁迫具有较好的耐受性；PYTC+C2砧穗组合的F0没有明显的变化规律，并在7月份达到最高(319.32)，说明该组合在强光胁迫下受到了光抑制。2个CSHT基砧组合的F0总体呈现先下降后上升再下降的趋势，CSHT+C2组合的F0于8月份达到最高值(272.4)，7月份达到最低(188.42)，而组合CSHT+Y6的F0于6月份达最高值(242.36)，最低出现在9月份(199.60)。

图3 不同砧穗组合叶片叶绿素含量SPAD值和水分利用效率的变化Fig.3 The changes of chlorophyll SPAD value and water use efficiency in leaves of different scion-rootstock combinations

图4 不同砧穗组合初始荧光、最大荧光、最大光能转化率、光化学猝灭系数的变化Fig.4 The changes of initial fluorescence (F0), maximum fluorescence (Fm), the PSⅡ maximum energy conversion (Fv/Fm) and the photochemical quenching coefficient (qP) in leaves of different scion-rootstock combinations

2.4.2最大荧光(Fm)Fm反映通过PSⅡ的电子传递情况。由图4，B可看出，不同砧穗组合植株的Fm变化规律不同。在7～9月份，光照强度较强，2个CSHT基砧组合的Fm值均高于相应的2个PYTC基砧组合，说明以CSHT作基砧的2个组合抵抗高光强的能力强于PYTC作基砧的2个组合。在整个生长过程中，CSHT+C2砧穗组合叶片的Fm波动较大，呈现先上升后下降再上升趋势，而其他3个砧穗组合叶片的Fm整体呈现先下降后上升的变化趋势。4个砧穗组合叶片的Fm均在8月份最小，分别为710.66、835.84、727.96、733.46，分别比6月份下降了22.82%、22.63%、22.54%、29.09%，由此可知，8月份光照强度较大，此时各组合受到光抑制作用最强。

2.4.3PSⅡ最大光能转化率(Fv/Fm)Fv/Fm是PSⅡ最大原初光化学量子效率，是判断植物利用光能能力的指标。图4，C显示，同期4种苹果砧穗组合叶片的Fv/Fm具有显著性差异。其中，除了8月份外，2个CSHT基砧组合叶片的Fv/Fm略高于同一时期相应的2个PYTC基砧组合。同时，2个CSHT基砧组合叶片的Fv/Fm随生育期均呈先上升后下降再上升的变化趋势，而2个PYTC基砧组合的Fv/Fm总体呈先下降后上升的变化趋势。4个砧穗组合的Fv/Fm最低均在8月份达到最低值，分别为0.52、0.72、0.64、0.56，比相应7月份分别下降了35.19%、10.01%、5.71%、17.04%。

2.4.4光化学猝灭系数(qP)qP表示植物所吸收的光能被用于光化学电子传递的量，可以在一定程度上反映PSⅡ反应中心的开放程度。从图4，D可以看出，4个砧穗组合的qP随着生育期基本呈先降后升的变化趋势，并以CSHT+Y6始终保持较高水平且变化幅度最小；2个PYTC基砧组合qP波动较大，它们在6月份最高，分别比8月份高出4.56%、11.81%，但两者仅在8月份有显著差异；而2个CSHT基砧组合的波动不大，均在9月份达到峰值，分别比8月份高出了22.68%和7.01%，两者在6和9月份有显著差异。

2.5 不同苹果砧穗组合的综合评价

对不同砧穗组合的11个指标进行主成分分析，提取特征值大于1的3个主成分，其累计贡献率达到了100%，能够较好的代表数据反映的信息(表1)，第一主成分对11个变量指标的信息提取充分(表2)。将上述3个主成分的得分值代入综合评价函数，利用相关公式(F=F1×68.34%+F2×21.19%+F3×10.47)计算出每个组合3个公因子的综合得分，并依据综合得分对其进行排序(表3)发现，4个砧穗组合中， CSHT+Y6组合的综合得分(0.84)高于CSHT+C2(0.36)、 PYTC+C2(-0.57)和 PYTC+Y6(-0.63)组合，与生长指标的表现基本一致。据此可知， CSHT+Y6砧穗组合在光合作用参数、叶绿素荧光参数和亲和性等方面都优于其他组合。

表1 主成分列表及方差贡献率

表2 因子负荷矩阵和得分系数矩阵

注：PC1、PC2、 PC3分别表示主成分1、主成分2和主成分3

Note: PC1, PC2 and PC3 respectively indicate principal component 1, principal component 2 and principal component 3

表3 不同苹果砧木与接穗互作对其生长、光合及荧光特性影响的综合评价

3 讨 论

果树嫁接苗是世界果树栽培的最主要模式，砧穗间嫁接亲和性是嫁接苗应用需考虑的首要因素[18]。目前主要通过嫁接成活率、植株生长情况、砧穗生理水平的相似程度等多指标对嫁接亲和性进行综合评价[19]。周开兵等[20]研究了砧木对柑橘株高、冠幅及树冠体积等的影响，证明嫁接亲和性高的植株长势强。本试验中，CSHT+Y6组合的上下口粗度比最接近1，显著高于其他组合，但各组合生长量大小为CSHT+C2>CSHT+Y6>PYTC+C2>PYTC+ Y6，可能是因为嫁接亲和性是多指标综合分析的结果，各个指标间存在的相关性会使其提供的信息产生重叠，且各指标在综合评价中的权重不同，若直接利用这些指标来综合评价嫁接亲和性会使其结果产生一定的偏差[21]。

光合作用可作为判断植物长势和抗逆性强弱的指标。研究表明[22]，砧木对接穗影响的差异表现在叶片上，可造成接穗叶片的叶绿素、叶片矿质元素含量和营养物质含量的明显差异，进而影响叶片的光合作用。本试验结果表明，4种不同苹果砧穗组合的光合参数Pn、Gs、Ci具有显著差异。在相同的外界环境条件下，CSHT+Y6的Gs较高，可以为叶片提供充足的水分，提高该组合的Pn值，以此提高光合能力。各组合随着Pn的升高Ci反而降低，Ci越高说明同化效率越低，反之则说明光合速率越高[19]。本试验中，PYTC嫁接2个接穗的Ci值高于CSHT上的，可见用于光合作用的CO2原料较少，这可能使得PYTC作基砧时的Pn值较低。而8月份，以CSHT为基砧的2个接穗的蒸腾速率显著低于PYTC，这可能是因为8月份光照较强，CSHT更易适合干旱环境，抗性较强，这与主成分研究结果一致。叶片中主要光合色素叶绿素和植株的光合能力高度相关，有效的获取叶片的叶绿素含量对于研究叶绿素的变化动态和诊断植株的生理状况具有重要的意义[23]。闫萌萌等[24]研究表明，不同光质对花生幼苗叶片叶绿素含量的影响不同，叶绿素含量增加，则光合效率高。本研究发现，嫁接在CSHT的2个接穗的叶绿素相对值(SPAD)高于PYTC，且以CSHT为基砧的2个组合Pn值显著高于PYTC。可见SPAD值较低可能是PYTC的Pn下降的原因之一。反之，SPAD值升高，Pn也增大。这与闫萌萌等[24]的研究结果一致。但光合作用是一个受内外因子综合影响的生理过程，有关砧木影响果树光合作用的机理尚需进一步的研究。

叶绿素荧光是光合作用的探针，环境因子对光合作用的影响都可以通过叶绿素荧光参数的变化反映出来[25-26]。张栋[27]与马慧丽等[28]研究表明，Fv/Fm的下降趋势被认为是植物发生光抑制的首要条件，在正常水平下，Fv/Fm值差异不显著。本试验中，8月份4个苹果砧穗组合的Fv/Fm最低，其值均低于0.83，可见4种砧穗组合发生了光抑制现象。在6、7、9月份，2个CSHT基砧组合的Fv/Fm略高于两个PYTC基砧组合，即以CSHT作基砧的组合的Fv/Fm较高，说明抗性强的砧木有较强的PSⅡ最大原初光化学量子效率，能够更好利用光能，这与Vassilev等[29]研究结果一致。同时，qP是对原初电子受体qA氧化态的一种量度，代表PSⅡ反应中心开放部分的比例[30]；F0是PSⅡ反应中心全部开放时的荧光水平[31]，其变化程度可推测植物的光保护机制和PSⅡ反应中心的状况，F0的波动是由PSⅡ系统的热耗散增加或者PSⅡ可逆失活导致[32]。本试验中，4种苹果砧穗组合的Fm、Fv/Fm、qP随生育期均呈先上升后下降再上升的变化趋势，且3个指标在8月份的强光照射下均达到最低值，说明不同砧木上嫁接的2个接穗品种均发生了光抑制。这与徐崇志等[33]对不同核桃品种间叶绿素荧光参数的变化规律研究结果相一致。此外，以CSHT为基砧的2个组合，F0整体低于以PYTC为基砧的组合，又说明CSHT对强光胁迫具有较好的耐受性且光能转化效率较高。

进行砧穗组合的综合评价时，评价因子和评价方法的确定是正确评价的基础，评价因子的选择直接影响评价的结果。本研究选择11个较常见的评价指标，既有相对独立性，又存在一定的相关性。主成分分析是目前最常用的综合评价方法，主成分携带信息量与其贡献量呈正相关。本研究中，PC1主要的影响因子是生长量，PC2主要的影响因子是净光合速率和叶绿素，可见砧木对接穗的影响首要体现在接穗的生长与光合上；而PC3主要的影响因子是嫁接亲和性，苹果砧穗组合的亲和性越好，可能对接穗的生长、叶绿素合成和光合能力恢复等具有一定的促进作用，这与汤丹等[34]研究结果一致。根据主成分分析综合评价，4个苹果砧穗组合的综合得分由高到低依次排序为CSHT+Y6、 CSHT+C2、 PYTC+C2、 PYTC+Y6。据此，可以认为‘垂丝海棠+烟富6号’(CSHT+Y6)组合在光合作用、荧光特性和亲和性等方面都较优于其他砧穗组合，其是最为理想的嫁接组合，能更好地适应该地区干旱、盐碱胁迫等自然环境，有利于苹果早果、丰产。