王菁菁,劉立強,秦 偉,張學(xué)超,唐式敏
(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830052;2.伊犁哈薩克自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,新疆 伊寧 835000)
目前,蘋果矮化密植栽培技術(shù)日趨成熟,因其具有產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)且生產(chǎn)管理便捷等優(yōu)點,已成為世界蘋果栽培技術(shù)發(fā)展的新趨勢。利用矮化砧木與短枝型品種,改進栽培技術(shù),使用生長調(diào)節(jié)劑,可以實現(xiàn)蘋果矮化的目的。而矮化砧木的選育及利用是控制樹體長勢的最簡單有效且經(jīng)濟省工的措施,且優(yōu)良砧木能顯著增強嫁接苗的光合作用,提高其對養(yǎng)分的積累量[1]。因此,選育出具有較強的抗旱性、抗寒性、抗鹽堿、抗病蟲等多種優(yōu)良抗逆性狀的矮化蘋果砧木品種(如新疆野蘋果)[2],已成為當前國內(nèi)外相關(guān)研究的重要論題。我國果樹種質(zhì)資源豐富,近年來,通過鑒定和評價相繼發(fā)掘出大量的矮化資源,并利用其培育出許多應(yīng)用于生產(chǎn)中的優(yōu)良矮化砧木,如蘋果矮化砧木‘SH1’[3]、梨矮化砧木‘中矮 4 號’[4]等。曹敏格等[5]在矮化砧木的預(yù)選中,以已知的矮化砧木或喬化砧木為對照,應(yīng)用綜合指標進行選擇,篩選出了具有矮化特性的砧木。有關(guān)研究者認為,綜合利用節(jié)間長、電阻、柵海比、酶活性等指標可以提高矮化單株的預(yù)選效果,彌補依據(jù)單項指標進行選擇的不足,且能達到準確高效的目的。在矮化砧木的預(yù)選上,雖然前人已作了大量的研究和應(yīng)用,但是,由于蘋果矮化性狀遺傳機制較為復(fù)雜,目前還沒有統(tǒng)一的標準來預(yù)測或評價其矮化性。
國家果樹種質(zhì)新疆野蘋果資源圃地處北緯43°57′,東經(jīng)83°08′,海拔667 m,自2012年建成以來,一直承擔著國家保種項目“新疆野蘋果種質(zhì)資源收集保存評價鑒定編目繁殖更新及分發(fā)利用”的研究工作任務(wù),該資源圃內(nèi)的科研工作者深入新疆野蘋果種質(zhì)資源主要分布區(qū)的新源縣、鞏留縣、霍城縣、伊寧縣以及塔城的額敏縣、托里縣等地實地考察,初步鑒定并篩選出具有矮化、抗寒、抗旱、抗病、高酸、維生素C 含量高等特異性狀的種質(zhì)資源30 余份,GB-21 便是其中被列為疑似矮化的種質(zhì)資源。GB-21 枝條緊湊、節(jié)間短粗,從新疆鞏留縣被引種至該資源圃后,其植株矮小,的確表現(xiàn)出了極為明顯的矮化特性。然而,矮化砧木一定具有矮化特性,但是,具有矮化特性的種質(zhì)卻不一定能夠用作砧木使栽培的蘋果樹致矮。因此,運用傳統(tǒng)的雜交育種技術(shù)或者先進的生物科技手段,利用具有矮化特性的矮化資源培育出矮化砧木,這在蘋果生產(chǎn)上具有重要的現(xiàn)實意義。為給蘋果矮化資源的鑒定與篩選提供理論參考依據(jù),在前人研究的基礎(chǔ)上,本研究選擇喬化背景非常明確的栽培品種煙富3 號作為對照,對新疆野蘋果GB-21 的新梢生長量、節(jié)間長、枝皮率、葉面積、柵海比、枝條電阻、葉片水勢、葉綠素含量和酶活性等指標進行測定,并對其矮化特性進行綜合評價,現(xiàn)將研究結(jié)果分析報道如下。
本研究選擇了引種資源圃內(nèi)相同種下類型的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 共3 株新疆野蘋果樹作為供試材料,以該資源圃內(nèi)同一塊林地上的喬化植株煙富3 號(以下簡稱為“YF3”)為對照。供試材料于2018年定植,對照材料于2017年定植,其樹齡差距較小。
于2021年4月中旬分別選擇4 株樣樹東、南、西、北4 個方向的1年生枝條(每株樣樹各選30 根)進行掛牌標記,4月28日、5月23日、6月17日、7月12日、8月6日、8月31日對標記枝條的長度和粗度進行測定。2021年4月28日、5月23日、6月17日、7月12日、8月6日、8月31日、9月25日分別采集4 株樣樹樹冠東、南、西、北、中5 個方向無病蟲害的葉片,每株樣樹各采30 片葉片,將其放入冰盒中帶回實驗室,測定葉片的面積和厚度、水勢、葉綠素含量和酶活性。2021年9月25日采集4 株樣樹大小均勻的葉片,每株樣樹各采集30 片葉片,擦拭干凈后沿中脈剪切成1 cm2的小塊,用FAA 固定液固定帶回實驗室,以用于測定柵海比;同日采集4 株樣樹生長健壯的枝條,每株樣樹各采30 根,測定其枝皮率、節(jié)間長;每株樣樹另外各采集30 根粗度基本一致的枝條,測定枝條電阻。
1.2.1 形態(tài)指標的測定
使用卷尺測定新梢生長量,使用游標卡尺測定所選新梢枝條基部往上10 cm 處的粗度。用Yaxin-1241 葉面積儀測定葉片面積;用游標卡尺測定30 片葉片的厚度,計算單葉厚度。秋季植株新梢停長后,測定節(jié)間長度(節(jié)間長度=年生長量/節(jié)數(shù))。用游標卡尺按十字交叉法測定枝皮率。用石蠟切片法測定柵欄組織與海綿組織的厚度,計算柵海比。
1.2.2 生理指標的測定
參照成明昊等[6]所用方法(略有改動)測定枝條電阻;采用DL334005 數(shù)顯萬用表,將自制電極舍去,改用小刀劃開枝條直至木質(zhì)部,將探頭置入木質(zhì)部測量讀出電阻值。采用小液流法[7]測定葉片水勢;采用美能達的SPAD-502 Plus 葉綠素儀測定葉綠素相對含量(SPAD 值)。采用紫外分光光度法測定過氧化氫酶(CAT)活性,采用氮藍四唑(NBT)光還原法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性,采用愈創(chuàng)木酚法[8]測定過氧化物酶(POD)活性。
采用Microsoft Excel 軟件進行數(shù)據(jù)處理和計算,采用IBM SPSS statistics 23 軟件進行方差分析,采用Origin 2021 軟件繪圖。
1年生枝條長度的增長曲線如圖1所示。從圖1中可以看出,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3的1年生枝條的長度生長均呈上升趨勢:4月28日—5月23日,新梢生長均較緩慢;5月23日—6月17日,新梢快速生長,之后緩慢生長直至趨于停長。在其整個生長期,YF3 的新梢長度一直低于GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的。4月28日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 的新梢長度分別為15.82、14.70、16.43、13.46 cm,四者之間其新梢長度無顯著性差異(P>0.05);其余日期測定的新梢長度,YF3 的極顯著低于GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的(P<0.01),而GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 之間其新梢長度無顯著性差異(P>0.05)。8月31日測定的新梢長度均最長,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的新梢長度分別為52.83、51.08、48.73 cm,均極顯著高于YF3 的新梢長度(36.66 cm,P<0.01)。
圖1 1年生枝條長度的增長曲線Fig.1 Growth curve of annual branch length
1年生枝條粗度的增長曲線如圖2所示。從圖2中可以看出,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 的1年生枝條的粗度生長亦均呈上升趨勢:5月23日—6月17日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的新梢粗度增長均較緩慢,之后其新梢粗度均迅速增長;YF3 的新梢粗度在其整個生長期一直勻速增長。4月28日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的新梢粗度分別為2.77、2.71、2.67 mm,均小于YF3 的新梢粗度(3.41 mm);而其余日期測定的新梢粗度,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的均大于YF3 的。8月6日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的新梢粗度分別為6.02、6.55、6.28 mm,YF3 的為4.96 mm,前三者與后者間均有極顯著性差異(P<0.01);8月31日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的新梢粗度分別為6.77、7.15、7.16 mm,YF3 的為5.43 mm,前三者與后者間亦均有極顯著性差異(P<0.01)。
圖2 1年生枝條粗度的增長曲線Fig.2 Growth curve of annual branch diameter
節(jié)間長與枝皮率的測定結(jié)果見表1。從表1中可以看出,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的節(jié)間長分別為1.681 1、1.682 7、1.618 8 cm,均極顯著低于YF3 的節(jié)間長(1.903 9 cm,P<0.01),而GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 之間其節(jié)間長無顯著性差異(P>0.05);GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的枝皮率分別為0.214 3、0.218 1、0.255 0,均極顯著高于YF3 的枝皮率(0.177 3,P<0.01),而GB-21-3 的枝皮率(0.255 0)又極顯著高于GB-21-1(0.214 3)、GB-21-2(0.218 1)的枝皮率(P<0.01)。
表1 節(jié)間長和枝皮率的測定結(jié)果?Table 1 Determination results of internode length and branch-cortex ratio
葉面積的增長曲線如圖3所示。從圖3中可以看出,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 的葉面積均呈上升趨勢:5月23日—6月17日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的葉面積均迅速增長;4月28日—7月12日,YF3 的葉面積迅速增長。在其整個生長期,YF3 的葉面積均大于GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的;4月28日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 的葉面積分別為11.97、12.12、12.78、13.20 cm2,且四者之間無顯著差異(P>0.05);除4月28日外其余日期所測數(shù)據(jù),YF3 與GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 之間其葉面積均有極顯著性差異(P<0.01),而GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 之間其葉面積無顯著性差異(P>0.05)。YF3 的最大葉面積為33.18 cm2,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的最大葉面積分別為20.12、22.03、20.76 cm2,前者極顯著大于后三者。
圖3 葉面積的增長曲線Fig.3 Growth curve of leaf area
葉片厚度的增長曲線如圖4所示。從圖4中可以看出,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 葉片厚度的增長曲線亦均呈上升趨勢:4月28日—6月17日,其葉片厚度均迅速增長,之后其增長速度均趨于平緩。在其整個生長期,YF3 的葉片厚度分別大于GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的;7月12日之前,YF3 與GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 之間其葉片厚度的差異均極為明顯,之后四者之間葉片厚度逐漸趨于一致。8月31日測定的葉片厚度均最大,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 的葉片厚度分別為0.468、0.476、0.472、0.480 mm,四者之間無明顯差異。
圖4 葉片厚度的增長曲線Fig.4 Growth curve of leaf thickness
葉片解剖結(jié)構(gòu)的觀測結(jié)果見表2。從表2中可以看出,GB-21-2、GB-21-3 的柵欄組織厚度分別為0.128 9、0.144 0 mm,均極顯著大于YF3 的柵欄組織厚度(0.115 9 mm,P<0.01),而GB-21-3 的柵欄組織厚度(0.144 0 mm)又極顯著大于GB-21-2 的柵欄組織厚度(0.128 9 mm,P<0.01);GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的海綿組織厚度分別為0.091 9、0.091 2、0.106 2 mm,均小于YF3的海綿組織厚度(0.117 2 mm),GB-21-1、GB-21-2 與YF3 之間其海綿組織厚度均有極顯著性差異(P<0.01);GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的柵海比分別為1.208 0、1.438 3、1.373 4,均大于YF3 的柵海比(0.994 3),GB-21-2、GB-21-3 與YF3 之間其柵海比均有極顯著性差異(P<0.01),而GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 之間其柵海比無顯著性差異(P>0.05)。
表2 葉片解剖結(jié)構(gòu)的觀測結(jié)果Table 2 Observation results of leaf anatomical structure
枝條電阻與粗度見表3。由表3可知,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 的枝粗分別為5.68、5.75、5.83、5.76 mm,四者之間其枝粗均無顯著性差異(P>0.05)。在枝條粗度基本一致的條件下,YF3 的枝條電阻(7.98 MΩ)最大,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的枝條電阻分別為5.80、5.57、5.20 MΩ,YF3 與GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 之間其枝條電阻均有極顯著性差異(P<0.01),而GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 之間其枝條電阻無顯著性差異(P>0.05)。
表3 枝條電阻值的測定結(jié)果Table 3 Determination results of branch resistance values
葉片水勢的變化曲線如圖5所示。由圖5可知,在整個生長期,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 的葉片水勢均呈先下降后上升最后又下降的趨勢。GB-21-1、GB-21-2 的葉片水勢的變化趨勢相似:4月28日,GB-21-1、GB-21-2 的葉片水勢分別為-1.73、-1.98 Mpa,其水勢均最高;7月12日,GB-21-1、GB-21-2 的葉片水勢分別為-2.27、-2.27 Mpa,其水勢均低于4月28日的;9月25日,GB-21-1、GB-21-2 的葉片水勢分別為-5.00、-4.87 Mpa,其水勢均最低。GB-21-3 的葉片水勢,7月12日的測定值最高,為-2.14 Mpa;4月28日的測定值次之,為-2.23 Mpa;9月25日的測定值(-5.12 Mpa)最低。YF3 的葉片水勢,7月12日的測定值最高,為-1.64 Mpa;8月6日的測定值次之,為-1.99 Mpa;9月25日的測定值最低,為-4.63 Mpa。GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 與YF3的葉片水勢變化趨勢均表現(xiàn)為:6月17日—7月12日迅速增長,8月6—31日迅速下降;除4月28日外其余日期測定的葉片水勢,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的均低于YF3 的,而前三者間的差異不大。
圖5 葉片水勢的變化曲線Fig.5 Variation curves of leaf water potential
葉片中葉綠素相對含量(SPAD 值)的變化曲線如圖6所示。由圖6可知,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 葉片的SPAD 值在其整個生長期均逐漸增高:4月28日—5月23日,其SPAD值的增長速度均最快;8月31日—9月25日,其SPAD 值的增長速度均最慢。除4月28日與5月23日之外其余日期所測葉片的SPAD 值,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的均極顯著高于YF3 的(P<0.01)。GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的最大SPAD 值分別為74.75、77.13、75.19,均極顯著高于YF3 的最大SPAD 值(67.71,P<0.01)。
圖6 葉片葉綠素相對含量的變化曲線Fig.6 Variation curves of leaf relative chlorophyll content
2.8.1 葉片過氧化物酶活性分析
葉片過氧化物酶(POD)活性的變化曲線如圖7所示。由圖7可知,在整個生長期,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 葉片的POD 活性均呈先上升后下降再上升再下降的變化趨勢。GB-21-1、GB-21-2 葉片的POD 活性,5月23日的測定值均最大,分別為304.8、333.9 U·min-1·g-1;4月28日的測定值均最小,分別為108.6、98.17 U·min-1·g-1。GB-21-3 葉片的POD 活性,5月23日的最大,為323.3 U·min-1·g-1;6月17日的最小,為105.2 U·min-1·g-1。YF3 葉片的POD 活性,8月6日的最大,為465.0 U·min-1·g-1;6月17日的最小,為96.65 U·min-1·g-1。7月12日、8月6日、8月31日所測GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 葉片的POD 活性均極顯著低于同日測定的YF3 葉片的POD 活性:7月12日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 葉片的POD 活性分別為214.26、222.06、162.92 U·min-1·g-1,均極顯著低于YF3 葉片的POD 活性(420.50 U·min-1·g-1);8月6日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3葉片的POD活性分別為202.30、149.73、182.10 U·min-1·g-1,均極顯著低于YF3 的(465.00 U·min-1·g-1);8月31日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 葉片的POD活性分別為208.60、217.00、180.40 U·min-1·g-1,均極顯著低于YF3 的(333.00 U·min-1·g-1,P<0.01)。除了8月6日所測GB-21-2葉片的POD活性(149.73 U·min-1·g-1)極顯著低于同日所測GB-21-1 的POD活性(202.3 U·min-1·g-1,P<0.01)之外,9月25日所測葉片的POD 活性,GB-21-3(222.4 U·min-1·g-1) 極顯著低于GB-21-1(281.2 U·min-1·g-1)與GB-21-2(255.8 U·min-1·g-1)(P<0.01),而其余日期所測GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 葉片的POD 活性均無顯著性差異(P>0.05)。
圖7 葉片過氧化物酶活性的變化曲線Fig.7 Variation curves of leaf POD activity
2.8.2 葉片超氧化物歧化酶活性分析
葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性的變化曲線如圖8所示。由圖8可知,在整個生長期,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3葉片的SOD活性均呈先下降后上升的變化趨勢。4月28日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3葉片的SOD活性均最大,分別為38.19、53.91、52.15、29.74 U·min-1·g-1;7月12日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 葉片的SOD 活性均最小,分別為5.40、4.49、5.70 U·min-1·g-1;8月6日,YF3 葉片的SOD 活性最小,為1.37 U·min-1·g-1。GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 葉片的SOD 活性均高于YF3的:8月6日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 葉片的SOD 活性分別為12.11、11.13、9.08 U·min-1·g-1,均極顯著高于YF3 的(1.37 U·min-1·g-1);8月31日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 葉片的SOD 活性分別 為15.35、18.15、16.42 U·min-1·g-1,均極顯著高于YF3 的(5.22 U·min-1·g-1)。5月23日,GB-21-3 葉片的SOD 活性(48.61 U·min-1·g-1)極顯著高于GB-21-1 的(30.22 U·min-1·g-1,P<0.01);7月12日,GB-21-3 葉片的SOD 活性(5.7 U·min-1·g-1)極顯著高于GB-21-2 的(4.49 U·min-1·g-1,P<0.01);9月25日測定的葉片SOD 活性,GB-21-3(33.14 U·min-1·g-1)分別極顯著高于GB-21-1(23.67 U·min-1·g-1)與GB-21-2(24.06 U·min-1·g-1,P<0.01)。除了5月23日、7月12日、9月25日之外的其余日期所測GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 葉片的SOD 活性均無顯著性差異(P>0.05)。
圖8 葉片超氧化物歧化酶活性的變化曲線Fig.8 Variation curves of leaf SOD activity
2.8.3 葉片過氧化氫酶活性分析
葉片過氧化氫酶(CAT)活性的變化曲線如圖9所示。由圖9可知,在整個生長期,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 葉片的CAT 活性均呈先下降后上升再下降再上升的變化趨勢。GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 葉片的CAT 活性,4月28日的測定值均最高,分別為55.8、47.9、42.4 U·min-1·g-1;5月23日的測定值均最低,分別為8.16、19.8、25.95 U·min-1·g-1。YF3葉片的CAT活性,4月28日的測定值最高,為43.5 U·min-1·g-1;7月12日的測定值最低,為13.8 U·min-1·g-1。除5月23日外其余日期所測葉片的CAT 活性,GB-21-1的均高于YF3 的;所有日期所測葉片的CAT 活性,GB-21-2 的均高于YF3 的;除4月28日與6月17日外其余日期所測葉片的CAT 活性,GB-21-3 的均高于YF3 的。7月12日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的CAT 活性分別為21.1、38.68、39.3 U·min-1·g-1,均極顯著高于YF3 的(13.8 U·min-1·g-1);8月6日,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的CAT 活性分別為26.8、28.4、29.6 U·min-1·g-1,均極顯著高于YF3 的(18.8 U·min-1·g-1,P<0.01)。
圖9 葉片過氧化氫酶活性的變化曲線Fig.9 Variation curves of leaf CAT activity
一些學(xué)者以矮化、半矮化及喬化蘋果砧木為材料,研究了不同砧木新梢年均生長量的變化情況,其中,砧木矮化程度越大,其新梢的年生長量則越小[9]。李海燕等[10]在對‘華紅’蘋果致矮機理的研究中認為,不同矮化中間砧對‘華紅’蘋果新梢粗度增大、生長量和節(jié)間長的減小等均有不同程度的影響:新梢生長量,不同矮化砧的(44 ~72.4 cm)均小于喬砧的(73.2 cm);新梢粗度,不同矮化砧的(6.94 ~8.98 mm)多大于喬砧的(7.07 mm)。測定結(jié)果表明:GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的新梢生長量均大于YF3 的,8月31日GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的新梢均最長,分別為52.83、51.08、48.73 cm,均極顯著大于YF3 的(36.66 cm);除4月28日外其余日期所采枝條的基部粗度,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的均大于YF3 的,8月31日所采GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 新梢的基部粗度均最大,分別為6.77、7.15、7.16 mm,均極顯著大于YF3 的(5.43 mm)。比較分析可知,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 新梢的生長量及粗度與矮砧的均基本接近,而YF3 的新梢生長量偏小,其原因可能是,YF3 被人為地、大量地修剪過,致使其掛牌待測枝條多為細弱枝。本研究測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的節(jié)間長分別為1.681 1、1.682 7、1.618 8 cm,均極顯著小于YF3 的(1.903 9 cm),這一測定結(jié)果與李海燕等[10]研究得出的不同矮化中間砧‘華紅’蘋果的節(jié)間長(2.101 ~2.517 cm)極顯著小于對照(2.722 cm)的結(jié)果一致,說明GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 可能都有一些矮化特征。
隗曉雯[11]對矮化程度不同的3 種蘋果砧木枝皮率的研究結(jié)果顯示,半矮化砧木的枝皮率(0.185 7~0.195 9)顯著高于喬化砧木的(0.167 1~0.174 1),并且顯著低于矮化砧木的(0.228 1 ~0.240 4)。史寶勝等[12]、趙國棟等[13]也得到過相同的研究結(jié)果。本研究測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的枝皮率分別為0.214 3、0.218 1、0.255 0,均極顯著大于YF3 的(0.177 3),說明GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 表現(xiàn)出了疑似矮化或半矮化特征。
侯玉玨[14]的研究結(jié)果表明,隨著矮化程度的逐漸加大,富士蘋果的葉面積卻逐漸減小,而其葉片厚度逐漸增加,葉片的形態(tài)與生理指標都表現(xiàn)出抗旱特征。其原因可能是,矮砧比喬砧的導(dǎo)管小、密度低,限制了水分的通過,給地上部造成了一定程度的水分脅迫[15]。本研究測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的葉面積、葉片厚度均小 于YF3 的:GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的 最大葉面積分別為20.12、22.03、20.76 cm2,均極顯著小于YF3 的(33.18 cm2);而GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 的最大葉片厚度分別為0.468、0.476、0.472、0.480 mm,四者之間無明顯差異。這一測定結(jié)果說明,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3的葉片小而厚,可能具有矮化特征。
賈旭梅[16]等在對葉片結(jié)構(gòu)的解剖研究中發(fā)現(xiàn),與喬砧相比,矮砧葉片的柵欄組織更厚,而海綿組織較薄。劉偉等[17]發(fā)現(xiàn),柱型蘋果的柵欄組織厚度(0.056 2 ~0.075 1 mm)和柵海比(1.394 ~1.477 mm)均顯著高于普通型的柵欄組織厚度(0.049 3 ~0.059 8 mm)與柵海比(1.067 ~1.254 mm)。這與BaoyinChen 等[18]的研究結(jié)果一致:矮生型葉片柵欄組織較厚,由3 ~5 層細胞組成,而標準型的柵欄組織較薄,由2 ~3 層細胞組成。柵欄組織占比越大,則光合作用越強,積累的有機物就越多,有利于矮化果樹的豐產(chǎn)。測定結(jié)果表明,GB-21-2、GB-21-3 葉片的柵欄組織厚度分別為0.128 9、0.144 0 mm,均大于YF3 的(0.115 9 mm);GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的海綿組織厚度分別為0.091 9、0.091 2、0.106 2 mm,均小于YF3 的(0.117 2 mm)。這組測定數(shù)據(jù)表明,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 均表現(xiàn)出了矮化特征。秦立者等[19]研究發(fā)現(xiàn),不同矮化程度的砧木葉片柵海比的大小順序為極矮化(1.55)>半矮化(1.43)>矮化(1.28)>非矮化(1.05)。本研究測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的柵海比分別為1.21、1.44、1.37,均大于YF3 的(0.99), 說 明GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 表現(xiàn)出了疑似矮化或半矮化特征。
有關(guān)研究結(jié)果表明,枝條電阻與砧木矮化有關(guān)。趙英等[20]研究了杧果枝條電阻率與生長勢的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn),樹體越高則枝條電阻率越高,樹體越矮化則枝條電阻率越低,電阻率與生長勢具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系(R2=0.878 2)。成明昊等[6]在對蘋果枝條電阻與其樹體生長勢間相關(guān)性的分析中發(fā)現(xiàn),枝條電阻和生長勢之間的確呈顯著正相關(guān)。本研究測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3、YF3 的枝條粗度分別為5.68、5.75、5.83、5.76 mm,四者間無顯著性差異,在此條件下測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的枝條電阻分別為5.80、5.57、5.20 MΩ,均極顯著小于YF3 的(7.98 MΩ),單從測定值來看,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 似乎都表現(xiàn)出了矮化特征。但是,所測電阻值的單位與成明昊等[6]的研究數(shù)據(jù)有兩個數(shù)量級的差異,也許因為所用測定方法有所改動,大大減小了與枝條中電解質(zhì)液的接觸面積,故測得的電阻率增大;其次,枝條粗度偏小也是導(dǎo)致其電阻率偏大的原因之一。
有關(guān)研究結(jié)果表明,葉片水勢與樹體矮化有關(guān)。王中英等[21]對蘋果矮化砧和喬化砧的葉片水勢的測定結(jié)果表明,就其水勢而言,喬砧紅星樹(-1.60 MPa)>M7 中間砧(-1.64 MPa)>M9中間砧(-1.86 MPa);他們認為,低水勢是樹體矮化的標志之一,水勢越低,砧木致矮趨勢越明顯。韓曉毓等[22]對蘋果樹的研究結(jié)果也表明,不同砧木的葉片、枝條水勢大致相同,均表現(xiàn)為喬砧的高于矮砧的。本研究測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的葉片水勢,除4月28日外其余日期的測定值均小于YF3 的,如7月12日測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的葉片水勢分別為-2.27、-2.27、-2.14 Mpa,均明顯小于YF3 的(-1.64 Mpa),這一結(jié)果說明,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 或許具有矮化特征。
目前葉綠素含量的測定方法主要有傳統(tǒng)的分光光度法和SPAD 葉綠素儀法,但是,前者測得的是絕對含量值,后者測得的是相對含量值[23]。SPAD-502 可在田間快速無損地測量植物單位葉面積的葉綠素相對含量(SPAD 值),簡便、準確、快速的特點使之得到廣泛的應(yīng)用。有關(guān)研究結(jié)果表明,植被葉片的SPAD 值與葉綠素呈正相關(guān),SPAD 值可間接反映葉片的葉綠素含量[24]。
而針對矮化問題的研究,目前大多只涉及到葉綠素絕對含量。胡利明等[25]發(fā)現(xiàn),矮化性較強的枳砧溫州蜜柑的葉綠素含量(2.54 mg·g-1)比Troyer 枳橙(2.26 mg·g-1)的更高,枳砧溫州蜜柑表現(xiàn)出更強的光合性能。羅靜等[26]研究發(fā)現(xiàn),M9和M26 矮化中間砧均可顯著提高蘋果苗的葉綠素含量,測得的葉綠素含量,M26(7.12 mg·g-1)>M9(6.93 mg·g-1)>喬砧(6.47 mg·g-1)。劉偉等[17]對柱型蘋果突變體葉片解剖結(jié)構(gòu)進行觀察,結(jié)果發(fā)現(xiàn),柱型蘋果的葉綠素相對含量(53.2 ~62.8)明顯大于普通型蘋果的(48.1 ~57.8)。而本研究采用SPAD 葉綠素儀檢測法測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的葉綠素相對含量,5月23日之后的測定值,均極顯著高于YF3 的,如9月25日測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的葉綠素相對含量最高,分別為74.75、77.13、75.19,均極顯著高于YF3 的(67.71)。這或許能間接反映葉綠素絕對含量與前人研究數(shù)據(jù)的關(guān)系,至于這一數(shù)據(jù)是否就能說明GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 具有矮化特性,還需進一步驗證。
與樹體矮化相關(guān)的酶包括POD、SOD 和CAT。李海燕等[10]在對‘華紅’蘋果幼樹葉片酶活性的研究中得出,POD 活性越高,樹體生長勢越弱。唐秀芝等[27]對蘋果的研究結(jié)果也證明了這一結(jié)論。但是,李文斌等[28]和呂斌等[29]在對柑橘的研究中發(fā)現(xiàn),樹體生長勢與葉片POD 活性呈顯著正相關(guān),葉片POD 活性的強弱順序為:半矮化砧>矮化砧,喬砧>矮化砧。他們認為,其原因可能是,酶活性測定方法或砧木類型不同。測定結(jié)果表明,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的葉片POD 活性,7月12日、8月6日、8月31日的測定值均極顯著低于YF3 的,如8月31日測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的葉片POD 活性分別為208.60、217.00、180.40 U·min-1·g-1,均極顯著低于YF3 的(333.00 U·min-1·g-1)。至于這一測定結(jié)果能否說明GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的確具有矮化特征,也需進一步探討。
許多研究者的研究結(jié)果[30-32]都表明,SOD 和CAT 活性與樹體矮化均呈正相關(guān),SOD 和CAT 活性均可作為矮化預(yù)選標準,如3 個不同類型桃的葉片SOD 活性的強弱順序為普通型<短枝型<極矮化型,而其CAT 活性的強弱順序為普通型<短枝型<極矮化型。這是因為,細胞中的羥基和活性基具有擴張細胞的作用,矮化植株可能通過高水平的 SOD、CAT 清除自由基、限制細胞的伸長、促進木質(zhì)化,從而控制樹體的長勢。測定結(jié)果表明,在所有觀測日期測得的葉片SOD 活性,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的均高于YF3 的;而其CAT活性,在6月17日之后均高于YF3 的,如8月31日測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的葉片SOD 活性分別為15.35、18.15、16.42 U·min-1·g-1,均極顯著高于YF3 的(5.22 U·min-1·g-1);8月6日測得的GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的葉片CAT 活性分別為26.8、28.4、29.6 U·min-1·g-1,均極顯著高于YF3 的(18.8 U·min-1·g-1)。從這一測定結(jié)果來看,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 均表現(xiàn)出了疑似矮化特征。
但是,植株矮化受多種因素的影響,包括基因和環(huán)境的共同影響,同時供試材料個體間的差異、測定方法的不同等因素對其矮化性的研究結(jié)果均有不同程度的影響。本研究重點關(guān)注了新疆野蘋果GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 在形態(tài)及生理方面與喬化植株的不同表現(xiàn),為了進一步綜合評價新疆野蘋果GB-21 的矮化性,后續(xù)研究可從分子水平確認其矮化性。
在對新疆野蘋果矮化性狀形態(tài)學(xué)、生理指標的研究中發(fā)現(xiàn),GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 的枝條節(jié)間短、枝皮率高,其葉片小而厚、柵欄組織較海綿組織發(fā)達,并且枝條電阻率、水勢均較低,而其葉片CAT、SOD 活性均較高,除葉片厚度、水勢等個別指標外,其余指標與對照喬木YF3 間均能達到極顯著性差異,綜合各指標測定值和前人的研究數(shù)據(jù)分析認為,GB-21-1、GB-21-2、GB-21-3 極有可能具有矮化特征。