重茬胁迫对不同苹果砧木叶片光合能力及抗氧化酶活性的影响

王来平 薛晓敏 陈汝 聂佩显 韩雪平

摘    要：以抗重茬砧木AM1、平邑甜茶、八棱海棠、M9T337為试材，通过生长量、叶片叶绿素含量、叶片光合参数、荧光参数及叶片抗氧化酶活性研究，评价4种砧木耐重茬能力。结果表明，AM1、平邑甜茶砧木重茬土与正茬土处理间株高没有显著差异，八棱海棠、M9T337重茬土处理的株高均显著低于正茬土的，平邑甜茶、八棱海棠、M9T337三种砧木重茬土处理的新梢生长量、叶鲜重均显著低于正茬土处理的，抗重茬砧木AM1却表现出二者之间无显著差异;AM1、平邑甜茶、八棱海棠、M9T337叶片叶绿素含量显著下降，但AM1下降幅度最小，为12.8%，其次是平邑甜茶，为17.9%，AM1、平邑甜茶叶片净光合速率无显著变化，八棱海棠、M9T337叶片净光合速率显著降低;重茬土处理的新引进砧木AM1、平邑甜茶叶片荧光参数ΦPSⅡ、qP 、NPQ、Fv/Fm 、ETR无显著性差异，八棱海棠、M9T337叶片荧光参数ΦPSⅡ、qP 、Fv/Fm 、ETR均显著下降，而NPQ显著上升;SOD、POD活性均表现显著降低，但AM1下降幅度最小，分别为27.5%和20.0%，其次是平邑甜茶，为27.9%、30.6%，AM1、平邑甜茶CAT活性较对照无显著差异，八棱海棠、M9T337CAT活性显著降低。综合来看，AM1表现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。

关键词：重茬土;砧木;苹果品种;生长量;净光合速率;荧光参数;抗氧化酶

中图分类号：S661.1          文献标识码：A         DOI 编码：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

山东省苹果产区果园老龄化严重，由于土地资源限制，新果园建设面临严峻的重茬障碍考验。重茬障碍一般表现为植株生长量降低、树势衰弱、产量低、品质差。目前，国内外研究表明，造成苹果重茬障碍的因素多，栽植地区和果园状况也有差异，即使在同一地区也存在许多不确定因素[1-4]。目前，已经报道了一些有效的方法，但普遍认为选择抗重茬性能的砧木是控制苹果重茬障碍最有前途的方法之一。例如，有研究称CG210、CG30等砧木表现为明显的耐重茬性能[5-7]。叶片光合作用是植物生长发育能量来源，重茬障碍导致树体干物质积累降低、地上部生长量降低，这可能与叶片光合能力受到抑制有关。本研究利用山东省果树研究所引进抗重茬砧木为材料，经过多年观察，探究其抗重茬性能，研究重茬胁迫对几种苹果砧木叶片光合能力及抗氧化酶活性影响，以期为老果园砧木选择提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本研究于2018年 3月至11月在山东省果树研究所天平湖试验基地进行，供试材料为一年生苹果砧木实生苗，平邑甜茶、八棱海棠，组培苗M9T337及美国新引进抗重茬砧木AM1（暂定名），育苗基质草炭∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1。3 月中下旬将苗木定植于高40 cm，直径50 cm的陶土盆中。正茬土、重茬土均取自天平湖试验基地，土壤类型沙壤土，重茬土为10年烟富3/M26/八棱海棠原树穴方圆 1 m2 内、深 0～40 cm 的土，正茬土取自同该果园非种植区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复合肥（ N∶P∶K 含量为 15∶15∶15） 3 g。9 月 10 日取样测定。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 生长指标的测定 9 月5日每砧木选择15株苗，5株小区3次重复用卷尺测量植株的株高、径粗、新梢生长量等指标，叶面积仪测量单叶面积。

1.2.2 叶片光合及荧光参数测定 7月下旬每砧木选择15株苗，5株小区3次重复，每株选择营养枝自生长点为起始点选取第6～8节位功能叶，作为待测叶片。利用TPS-2光合仪（Hansatech，英国），晴天上午9：00—11：00测定光合参数，包括光合速率（Pn），气孔导度（Gs），细胞间隙CO2浓度（Ci）等，SPAD-502便携叶绿素仪测定叶绿素含量，用便携式调制荧光仪FMS2（Hansatech，英国）测定叶片叶绿素荧光参数。

1.2.3 叶片酶活性测定 超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用NBT法[8];过氧化氢酶（CAT）活性测定采用紫外吸收法[9];抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性测定采用赵世杰法[8]。

1.3 数据分析

采用SPSS17.0软件对数据进行统计分析，采用单因素方差分析（one-way ANOVA）和最小显著差异法（LSD）比较不同数据间的差异。利用Excel2003软件作图。

2 结果与分析

2.1 重茬胁迫下4种砧木生长发育比较

由表 1 看出，4种砧木的株高、叶鲜质量及新梢生长量指标在重茬土和正茬土间差异显著性不同。新引进砧木AM1、平邑甜茶在重茬土与正茬土间株高没有显著差异，八棱海棠、M9T337在重茬土的株高均显著低于正茬土的; 新引进砧木、平邑甜茶、八棱海棠、M9T337砧木的茎粗、平均单叶面积正茬土处理和重茬土处理无显著差异; 平邑甜茶、八棱海棠、M9T337三种砧木重茬土的新梢生长量、叶鲜质量均显著低于正茬土的，新引进抗重茬砧木AM1却表现出二者之间无显著差异。三种砧木中，从株高、叶鲜质量及新梢生长量指标来看，AM1抗重茬能力强于平邑甜茶、八棱海棠、M9T337。

2.2 重茬胁迫对4种砧木叶片光合参数及叶绿素含量的影响

从表 2 看出，重茬土对4种砧木叶片光合能力产生不同程度的影响。叶绿素是植物光合作用吸收光能的主要物质，其含量高低直接影响着植物的净光合速率，重茬土中幼苗的叶绿素含量和光合速率更容易受到影响。4种砧木中， AM1、八棱海棠、平邑甜茶、M9T337砧木叶片叶绿素含量均表现为重茬土显著低于正茬土。但AM1、平邑甜茶在重茬土和正茬土中的叶片光合参数无显著差异，表现出良好的克服重茬障碍能力，而八棱海棠、M9T337在重茬土中叶片叶绿素含量、光合能力显著下降，其中重茬土处理的净光合速率较正茬土处理的分别下降28.02%和31.49%，叶片叶绿素含量分别下降17.86%和16.67%。

2.3 重茬胁迫对4种砧木叶片荧光参数的影响

由表3看出，与正茬土相比，重茬土处理的新引进砧木AM1、平邑甜茶叶片荧光参数实际光化学效率（ΦPSⅡ）、光化学淬灭系数（qP ）、非光化学淬灭系数（NPQ）、最大量子效率（Fv/Fm）、电子传递效率（ETR）无显著性差异，说明砧木AM1、平邑甜茶叶片光合能力不受重茬影响，抗重茬能力较强;砧木八棱海棠、M9T337在重茬條件下叶片荧光参数ΦPSⅡ、qP 、Fv/Fm 、ETR均显著下降Mq，而NPQ显著上升，与正茬土处理相比，八棱海棠、MqT337ΦPSⅡ、qP、Fv/Fm、ETR分别下降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 重茬胁迫对4种砧木叶片抗氧化酶活性的影响

由图1、2、3可知，在重茬土胁迫下，与正茬土比较，4种砧木的抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性均下降，其中SOD、POD活性下降均差异显著，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，与正茬土相比无显著性差异，而八棱海棠、M9T337砧木CAT活性下降差异显著，八棱海棠、M9T337分别下降21.1%和28.2%。

3 结论与讨论

选用合适的砧木是克服苹果重茬障碍的有效方法。很多相关研究从不同角度对苹果砧木耐重茬性能进行评价和筛选，例如通过比较根系分泌物组成与特性，分析根际微生物数量和酶活性，干物质积累、根系特性等不同方向对砧木耐重茬性进行评价[9-11]。重茬障碍对植株生长发育的影响是综合性、多方面的，其中包括对叶片光合性能及抗氧化酶活性的影响，重茬胁迫会降低叶片光合能力，光合产物积累降低，最终导致生长量显著降低。有研究表明，重茬胁迫抑制植物重要抗氧化酶SOD、POD 和 CAT活性[12]。逆境胁迫下，SOD能将植物体内产生的伤害性物质·O- 2歧化为H2O2 和 O2，减轻植物体的受伤害程度[13]。H2O2 在植物体内积累之后会形成引起膜脂过氧化的·OH，而CAT 和 POD 具有清除 H2O2 的能力[12]，因此抗氧化酶SOD、POD 和 CAT活性高低是检验植物抗性的重要指标。逆境胁迫下，产生的·O- 2等伤害性物质引起膜质过氧化，类囊体内膜结构遭到破坏，叶片叶绿素含量降低，而叶绿素是植物进行光合作用的主要物质，最终导致光合水平降低，光合产物积累减少，树体生长明显受到抑制。本研究中，较正常处理，重茬处理下4种砧木SOD、POD活性显著降低，AM1、平邑甜茶CAT活性下降不显著，八棱海棠、M9T337CAT活性下降显著，重茬处理下叶片叶绿素含量AM1 最高、其次是平邑甜茶，M9T337最低，反映在光合水平上，净光合速率AM1 最高、其次是平邑甜茶，M9T337最低，最终植株生长量上，AM1生长量最大，其次是平邑甜茶，M9T337最低。通过叶绿素荧光研究发现，重茬胁迫下新引进砧木AM1、平邑甜茶叶片荧光参数ΦPSⅡ、qP 、NPQ、Fv/Fm 、ETR无显著性差异，八棱海棠、M9T337在重茬条件下叶片荧光参数ΦPSⅡ、qP 、Fv/Fm 、ETR均显著下降，而NPQ显著上升。ΦPSⅡ反映叶片在光照条件下PSⅡ反应中心的实际光化学效率，可以作为植物光合电子传递速率快慢的相对指标[10]，qP 是光化学淬灭系数，在一定程度上反映了 PSⅡ反应中心的开放程度，NPQ 为非光化学猝灭系数，是 PSⅡ天线色素吸收的不能用于光合电子传递而以热能的形式耗散掉的光能部分，反映光系统对过剩光能的耗散能力，Fv/Fm 代表 PSⅡ的最大量子效率，反映植物潜在的最大光合能力，当植物受到胁迫时，会显著下降，电子传递效率（ETR）可以定量反映出从 ΦPSⅡ到 ΦPSⅠ的电子传递[11]，表明重茬胁迫对植株造成一定的逆境，叶片发生严重光抑制，从而使反应中心的光化学活性降低，电子传递链受到损害，进而导致光合速率的下降。

重茬土形成一定程度上的逆境胁迫，对4种砧木AM1、平邑甜茶、八棱海棠、M9T337的生长量、叶绿素含量、叶片光合水平、荧光参数及叶片抗氧化酶活性影响不同。砧木AM1重茬条件下各生理指标较对照差异最小，表现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，重茬地建园可选择砧木AM1，在一定程度上可缓解重茬对植株生长发育的影响。

参考文献：

[1]张兆波， 毛志泉， 朱树华. 6 种酚酸类物质对平邑甜茶幼苗根系线粒体及抗氧化酶活性的影响[J]. 中国农业科学， 2011， 44（15）：3177-3184.

[2]吕毅， 宋富海， 李园园，等. 轮作不同作物对苹果园连作土壤环境及平邑甜茶幼苗生理指标的影响[J]. 中国农业科学， 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] 薛晓敏，王金政，张安宁，等.果树再植障碍的研究进展[J].中国农学通报，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，史国安，董新纯.植物生理学实验指导[M].北京：中国农业科学技术出版社，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]重茬土对相同砧木不同苹果品种生理指标及叶片抗氧化酶活性的影响[J].中国农业科学，2016，49（18）：3597-3607.

[13]王元征，尹承苗，陈强，等. 苹果 5 种砧木幼苗对连作土壤的适应性差异研究[J]. 园 艺学报，2011，38（10）： 1955-1962.

[14]孙永江， 付艳东， 杜远鹏， 等. 不同温度/光照组合对‘赤霞珠葡萄叶片光系统 II 功能的影响[J]. 中国农业科学， 2013， 46（6）：1191-1200.

[15]颉建明， 郁继华， 黄高宝， 等. 低温弱光下辣椒叶片 PSII 光能吸收和转换变化及与品种耐性的关系[J]. 中国农业科学， 2011， 44（9）：1855-1862.