矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)紅富士蘋果苗木和幼樹生長(zhǎng)影響及生理機(jī)制研究

沈 震，尹寶穎，付曉雅，朱玉寧，梁博文，李中勇，徐繼忠

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

蘋果矮砧密植栽培具有矮化、早花早果、豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、便于集約化栽培管理等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代蘋果生產(chǎn)發(fā)展的主流和方向[1]。應(yīng)用矮化中間砧是蘋果矮砧密植栽培的一種方式。據(jù)研究顯示，不同矮化中間砧[2]和同一矮化中間砧不同嫁接長(zhǎng)度[3]對(duì)蘋果樹體生長(zhǎng)結(jié)果均會(huì)產(chǎn)生較大的影響，且由于中間砧長(zhǎng)度不一，致使建園后樹體高矮有差異，嚴(yán)重影響了整齊度，植株生長(zhǎng)發(fā)育不一致，影響了經(jīng)濟(jì)效益[4]。

郭金麗、Karlidag和高藝翔等[4-6]報(bào)道了不同中間砧長(zhǎng)度對(duì)金紅、金冠、澳洲青蘋及長(zhǎng)富2號(hào)樹體生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明隨中間砧長(zhǎng)度的增加，矮化效果增強(qiáng)。但楊廷幀、程萬(wàn)強(qiáng)等[7-8]對(duì)紅富士、陽(yáng)豐甜柿樹體生長(zhǎng)的研究則認(rèn)為，隨著中間砧長(zhǎng)度的增加，嫁接苗的矮化性狀均呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)。王海波、Marcon Filho、杜俊蘭等[9-11]研究表明不同中間砧長(zhǎng)度對(duì)泰山嘎拉、皇家嘎拉、長(zhǎng)富2號(hào)果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量的影響差異顯著。前人關(guān)于不同矮化中間砧長(zhǎng)度的研究主要集中在樹體生長(zhǎng)結(jié)果上，而不同矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)樹體生長(zhǎng)影響的生理機(jī)制，特別是對(duì)蘋果樹體酶活性及內(nèi)源激素的影響尚缺乏系統(tǒng)的研究。

‘冀砧2號(hào)’是河北農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的蘋果矮化砧木，2016年通過(guò)河北省林木品種審定，作為中間砧嫁接‘天紅2號(hào)’矮化性狀明顯，嫁接親和性好，性狀穩(wěn)定[12-13]，目前關(guān)于冀砧2號(hào)中間砧長(zhǎng)度方面的研究還未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究以紅富士蘋果幼樹（天紅2號(hào)/冀砧2號(hào)/八棱海棠）和苗木（天紅2 號(hào)/冀砧2號(hào)/平邑甜茶）為試材，通過(guò)對(duì)不同矮化中間砧長(zhǎng)度蘋果幼樹、苗木的生長(zhǎng)以及苗木葉片內(nèi)生理指標(biāo)進(jìn)行分析，旨在明確中間砧長(zhǎng)度的作用及生理機(jī)制，以期為推廣矮化中間砧集約化栽培模式提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

不同中間砧長(zhǎng)度對(duì)幼樹生長(zhǎng)的影響調(diào)查在河北省順平縣南神南蘋果試驗(yàn)基地進(jìn)行。砧穗組合為‘天紅2號(hào)/冀砧2號(hào)/八棱海棠’，2017年定植，株行距為1.5 m×4 m，中間砧長(zhǎng)度為（10±2）、（30±2）、（50±2） cm，標(biāo)記為T-10、T-30、T-50。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理5株樹，單株小區(qū)。2019、2020年調(diào)查樹體生長(zhǎng)指標(biāo)。試驗(yàn)樹進(jìn)行常規(guī)管理。

不同中間砧長(zhǎng)度對(duì)苗木生長(zhǎng)的影響調(diào)查在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)科教學(xué)實(shí)習(xí)基地進(jìn)行，以‘天紅2號(hào)/冀砧2號(hào)/平邑甜茶’半成品苗為試材，栽植于裝有育苗基質(zhì)的塑料花盆（盆口直徑30 cm，盆底直徑20 cm，盆高22 cm）。中間砧長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為（10±2）、（30±2）、（50±2）cm，標(biāo)記為P-10、P-30、P-50。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理4株為1小區(qū)，重復(fù)4次。選取生長(zhǎng)勢(shì)基本一致、無(wú)病蟲害的樹體用于試驗(yàn)，進(jìn)行常規(guī)管理。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 生長(zhǎng)參數(shù)調(diào)查 蘋果幼樹分別于2019年10月、2020年10月植株停長(zhǎng)時(shí)，利用卷尺測(cè)量幼樹中間砧上接口至中心干延長(zhǎng)梢頂端的長(zhǎng)度、干周、外圍新梢長(zhǎng)度。苗木于2020年10月植株停長(zhǎng)時(shí)，利用卷尺測(cè)量新梢長(zhǎng)度，利用游標(biāo)卡尺測(cè)量中間砧干徑、品種干徑，新梢粗長(zhǎng)比為品種干徑和新梢長(zhǎng)度的比值。

1.2.2 取樣 于2020年7月中旬至9月中旬進(jìn)行采樣測(cè)定苗木酶活性；于2020年9月中旬進(jìn)行采樣測(cè)定苗木激素。每處理4株為1小區(qū)，重復(fù)4次。用干凈的紗布擦去葉片表面的灰塵，立即置于液氮罐內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，置于-78 ℃超低溫冰箱中待測(cè)。

1.2.3 酶活性的測(cè)定 吲哚乙酸氧化酶（IOD）活性測(cè)定采用2, 4-二氯酚法，過(guò)氧化物酶（POD）活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[13]。

1.2.4 同位素15N分配量、利用率的測(cè)定 2020年7月中旬每盆苗木施用1 g15N-尿素，施肥后立即澆水。10月植株停長(zhǎng)時(shí)，將植物解析為根系、基砧（莖）、中間砧、中心干、葉片5部分，烘干至恒重后用磨樣機(jī)磨成粉末，混勻后裝袋備用。15N同位素通過(guò)元素分析儀結(jié)合穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜儀測(cè)定，各部位氮素分配量為各部位的干質(zhì)量與元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乘積[14-15]。氮肥利用率為植株15N總量與總施肥量的比值[16]。

1.2.5 葉片激素含量的測(cè)定 采用高效液相色譜法，參考盧穎林[17]的方法從葉片中提取內(nèi)源激素（IAA、ZR、KT和GA3含量）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所得數(shù)據(jù)用 SPSS 20.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Microsoft Excel軟件制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)紅富士蘋果幼樹和苗木生長(zhǎng)的影響

2.1.1 對(duì)幼樹生長(zhǎng)的影響 2019、2020年2年試驗(yàn)結(jié)果表明（表1），在本試驗(yàn)設(shè)置的中間砧長(zhǎng)度范圍內(nèi)，隨著中間砧長(zhǎng)度的增加，幼樹中心干長(zhǎng)度、中間砧干周、品種干周、新梢長(zhǎng)度均呈遞減趨勢(shì)。中間砧長(zhǎng)度為10 cm的中心干長(zhǎng)度（381.75 cm）顯著高于T-30和T-50；T-10處理的中間砧干周為22.50 cm，高于T-30，顯著高于T-50；T-10處理的品種干周為24.63 cm，高于T-30、T-50；T-10處理的新梢長(zhǎng)度（26.80 cm）顯著高于T-30和T-50。表明隨矮化中間砧長(zhǎng)度增加，樹體矮化效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。

表1 矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)幼樹生長(zhǎng)的影響Table 1 Effect of dwarfing interstock length on growth of young trees

2.1.2 對(duì)苗木生長(zhǎng)的影響 由表2可知，在本試驗(yàn)設(shè)置的中間砧長(zhǎng)度范圍內(nèi)，隨著中間砧長(zhǎng)度的增加，中間砧干徑、品種干徑及新梢長(zhǎng)度均呈遞減趨勢(shì)。P-10處理的中間砧干徑為15.29 mm，顯著高于P-30和P-50；P-10處理的品種干徑（8.00 mm）顯著高于P-30、P-50，P-30與P-50間則沒(méi)有顯著差異；P-10處理的新梢長(zhǎng)度（73.67 cm）顯著高于P-30和P-50(57.33和45.5 cm）；P-30處理的新梢粗長(zhǎng)比最大，為0.014，顯著高于P-10、P-50。表明隨矮化中間砧長(zhǎng)度增加，樹體矮化效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。

表2 矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)盆栽樹體生長(zhǎng)的影響Table 2 Effect of dwarfing interstock length on the growth of potted trees

2.2 矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)苗木同位素15N分配量、利用率的影響

2.2.1 對(duì)葉片15N濃度的影響 由圖1可知, 不同中間砧長(zhǎng)度對(duì)葉片15N濃度有顯著影響，葉片15N濃度由大到小依次為P-10>P-30>P-50，P-10處理的葉片15N濃度為0.12 mg/g DW，高于P-30（0.11 mg/g DW）,顯著高于 P-50（0.10 mg/g DW）。

圖1 矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)蘋果苗木葉片15N濃度的影響Fig. 1 Effect of dwarfing interstock length on 15N concentrations in apple seedlings leaves

2.2.2 對(duì)分配量的影響 由圖2可知，不同中間砧長(zhǎng)度對(duì)全株氮素分配量有明顯影響，全株15N分配量由大到小的排序?yàn)镻-10>P-30>P-50，P-10處理的全株分配量為6.62 mg DW，顯著高于P-30、P-50。不同中間砧長(zhǎng)度影響了蘋果幼樹各器官對(duì)氮素的吸收，各器官氮素分配量表現(xiàn)為根>葉片>中間砧>中心干>基砧（莖）。P-10處理的根內(nèi)15N分配量為3.35 mg DW，顯著高于 P-50，高于 P-30。P-10 處理的葉片、中心干內(nèi)15N分配量顯著高于P-30、P-50；P-50處理的中間砧內(nèi)15N分配量（0.85 mg DW）是P-10的1.47倍，顯著高于P-30；各處理基砧（莖）內(nèi)15N分配量沒(méi)有顯著差異。

圖2 矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)蘋果苗木各器官15N分配量的影響Fig. 2 Effect of dwarfing interstock length on the assigned amount of 15N in each organ of apple seedlings

2.2.3 對(duì)利用率的影響 如圖3所示，不同中間砧長(zhǎng)度對(duì)蘋果苗木同位素15N利用率有顯著影響，15N利用率由大到小依次為P-30> P-50> P-10，P-30處理的的15N利用率為6.62 %，顯著高于P-10、P-50，P-10和P-50間15N利用率無(wú)顯著差異。

圖3 矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)蘋果苗木同位素15N利用率的影響Fig. 3 Effect of dwarfing interstock length on 15N availability of apple seedlings

2.3 不同矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)苗木葉片酶活性的影響

2.3.1 對(duì)葉片內(nèi)IOD酶活性的影響 由圖4可知，3個(gè)時(shí)期不同中間砧長(zhǎng)度苗木的葉片內(nèi)IOD酶活性由大到小依次為P-50＞P-30＞P-10，與樹體中間砧干徑、品種干徑、新梢長(zhǎng)度長(zhǎng)勢(shì)排序相反。7月15日，P-5處理的葉片內(nèi) IOD 酶活性為 17.51 μmol/（h·g）顯著高于其他2組處理；8月15日，P-50處理的葉片內(nèi)IOD酶活性最高，為15.31 μmol/（h·g），顯著高于P-10，高于P-30；9月15日，P-50處理的葉片內(nèi)IOD酶活性最高，為11.63 μmol/（h·g），顯著高于P-10，高于P-30。這表明，隨矮化中間砧長(zhǎng)度增加，葉片內(nèi)IOD酶活性升高，樹體矮化效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。

圖4 矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)葉片內(nèi)IOD酶活性的影響Fig. 4 Effect of dwarfing interstock length on IOD activity in leaves

2.3.2 對(duì)葉片內(nèi)POD酶活性的影響 由圖5可知，3個(gè)時(shí)期不同中間砧長(zhǎng)度苗木葉片內(nèi)POD酶活性由大到小依次為P-50＞P-30＞P-10，與樹體中間砧干徑、品種干徑、新梢長(zhǎng)度長(zhǎng)勢(shì)排序相反。7月15日，3個(gè)處理的葉片內(nèi)POD活性差異顯著，P-50處理的葉片內(nèi)POD活性為1 860.00 U/（mim·mg），顯著高于P-10、P-30；8月15日，P-50處理的葉片內(nèi) POD 活性為 1 240.00 U/（mim·mg），顯著高于P-10、P-30；9月15日，P-50處理的葉片內(nèi)POD 活性最高，為 1 093.33 U/（mim·mg），顯著高于P-10、P-30。這表明，隨矮化中間砧長(zhǎng)度增加，葉片內(nèi)POD酶活性升高，樹體矮化效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。

圖5 矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)葉片內(nèi)POD酶活性的影響Fig. 5 Effect of dwarfing interstock length on POD activity in leaves

2.4 不同矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)苗木葉片內(nèi)激素含量的影響

不同矮化中間砧長(zhǎng)度苗木的葉片內(nèi)激素含量如表3所示，不同中間砧長(zhǎng)度對(duì)紅富士蘋果葉片內(nèi)激素含量具有顯著影響。隨矮化中間砧長(zhǎng)度的增加，葉片內(nèi)IAA含量減少，P-10處理的的IAA含量為57.66 ng/g，顯著高于其它2組處理；葉片內(nèi)ZR含量以P-30處理最高，為8.47 ng/g，顯著高于P-10、P-50；葉片內(nèi)KT含量以P-30處理最高，為14.53 ng/g，顯著高于P-30、P-50；葉片內(nèi)GA3含量結(jié)果表明，P-30處理的GA3含量最高，為15.62 ng/g，顯著高于P-50。

表3 矮化中間砧長(zhǎng)度對(duì)葉片內(nèi)源激素含量的影響Table 3 Content of endogenous hormones in leaves of interstock length ng/g FW

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，無(wú)論是紅富士蘋果幼樹還是苗木，其生長(zhǎng)勢(shì)均隨著矮化中間砧長(zhǎng)度的增加而減弱，一些學(xué)者在GM256、M9、MM106等砧木上也得到了相似結(jié)果[4-7]，適當(dāng)增加中間砧長(zhǎng)度可增加矮化強(qiáng)度，至于中間砧長(zhǎng)度對(duì)紅富士蘋果結(jié)果的影響還需進(jìn)一步研究。

矮化中間砧長(zhǎng)度在一定程度上抑制了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程，中間砧長(zhǎng)度越長(zhǎng)，抑制品種生長(zhǎng)的作用越大[4]。氮素是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，在植物生長(zhǎng)進(jìn)程中具有極其重要的作用，被稱為“生命元素”[18]。本研究中，隨矮化中間砧長(zhǎng)度的增加，中間砧干徑、品種干徑及新梢長(zhǎng)度減少，與前人研究結(jié)果一致[4-7]，當(dāng)中間砧長(zhǎng)為10 cm時(shí)，氮素分配量表現(xiàn)為中心干＞中間砧，全株氮素分配量最高，樹體長(zhǎng)勢(shì)最好，但對(duì)15N的利用率最低；當(dāng)中間砧長(zhǎng)為30 cm時(shí)，氮素分配量表現(xiàn)為中間砧＞中心干，全株氮素分配量次于P-10，樹體長(zhǎng)勢(shì)低于P-10，但新梢粗長(zhǎng)比最大，能保證適宜的樹體長(zhǎng)勢(shì)，15N利用率最高；當(dāng)中間砧長(zhǎng)為50 cm時(shí)，氮素分配量表現(xiàn)為中間砧＞中心干，全株氮素分配量最低，樹體長(zhǎng)勢(shì)最弱。這可能是由于矮化中間砧長(zhǎng)度影響了蘋果幼樹各器官對(duì)氮素的吸收，中間砧長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，氮素在中間砧產(chǎn)生滯留，一定程度上阻礙了氮素在體內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使其向上運(yùn)輸養(yǎng)分消耗增加，葉片與中心干所吸收的氮素減少；中間砧長(zhǎng)度過(guò)短，降低了根系向上輸送氮素的消耗，葉片與中心干所吸收的氮素增加。

徐繼忠等[19]對(duì)蘋果的研究及周懷軍等[20]對(duì)李樹的研究表明，IOD酶活性的高低與樹體生長(zhǎng)勢(shì)呈顯著負(fù)相關(guān)，認(rèn)為IOD酶活性越高矮化作用越好。多數(shù)研究者認(rèn)為葉片中過(guò)氧化物酶活性與樹體生長(zhǎng)勢(shì)呈顯著負(fù)相關(guān)[19-21]，POD酶活性越高矮化作用越好。植物內(nèi)源激素是植物適應(yīng)環(huán)境必不可少的信號(hào)分子，對(duì)于調(diào)節(jié)植物的各種生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程具有十分重要的作用[22]，IAA含量與樹體的生長(zhǎng)勢(shì)呈正相關(guān)關(guān)系。本研究中，隨矮化中間砧長(zhǎng)度的增加，葉片內(nèi)IOD酶活性、POD酶活性呈上升趨勢(shì)，葉片內(nèi)IAA含量呈下降趨勢(shì)，可能是高水平的IOD加強(qiáng)了對(duì)內(nèi)源激素IAA的氧化分解，減輕了其對(duì)生長(zhǎng)的刺激，使植物表現(xiàn)矮化，或者是高水平的POD一方面參與IAA的降解或失活，使IAA濃度下降，抑制了樹體的生長(zhǎng)，另一方面加速了木質(zhì)化進(jìn)程，使細(xì)胞的伸長(zhǎng)過(guò)早停止所致。李巧霞等[23]的研究結(jié)果表明，GA3是控制樹體大小最重要的激素。本研究中，隨矮化中間砧長(zhǎng)度的增加，葉片內(nèi)GA3含量由大到小依次為P-30> P-10> P-50，當(dāng)中間砧長(zhǎng)度為50 cm時(shí)，GA3含量最低。CTKs是一類促進(jìn)胞質(zhì)分裂的物質(zhì)，促進(jìn)多種組織的分化和生長(zhǎng)，較高含量的細(xì)胞分裂素有利于‘丹尼斯’鳳梨的花芽誘導(dǎo)及孕育[24]，與植物生長(zhǎng)素有協(xié)同作用，調(diào)節(jié)植物細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)育。本研究中，隨矮化中間砧長(zhǎng)度的增加，葉片內(nèi)ZR、KT含量由大到小依次為P-30> P-10>P-50，當(dāng)中間砧長(zhǎng)度為50 cm時(shí)，激素含量最低?？赡苁歉咚絇OD可以使刺激植物生長(zhǎng)的CTK濃度下降，抑制植物生長(zhǎng)；同時(shí)使木質(zhì)化程度加大，使植物表現(xiàn)矮化。