2種樹形對銀杏光合特性及種實產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

申林靜，楊 果a，唐隆平，蔣舜村，李 萌a，馮 致a，王義強

（1.中南林業(yè)科技大學a.林業(yè)生物技術湖南省重點實驗室；b.經(jīng)濟林培育與保護教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004；2.東安舜皇山國家森林公園，湖南 永州 425000）

樹形不同導致樹體結構分布的不同，樹冠內(nèi)微域環(huán)境也會存在差異，從而影響光合作用的進程，影響果實品質(zhì)和產(chǎn)量[1-2]。良好的樹形能夠改善樹體枝葉分布，改善樹冠通風透光狀況，提高葉片質(zhì)量，增強光合作用[3-4]。因此，培養(yǎng)合理樹形對于改善樹冠光照分布，提高果實品質(zhì)和產(chǎn)量具有重要意義[5-6]。目前，有研究者就蘋果Malus、葡萄Vitis vinifera等果樹的樹形結構對光合特性、果實品質(zhì)及產(chǎn)量的影響進行過報道。如王琰等[7]以高紡錘形、自由紡錘形及開心形3種樹形的蘋果樹為樣株，對其冠層特性季節(jié)變化規(guī)律、葉片質(zhì)量及光合特性進行了測定和比較，結果表明：蘋果樹冠通風透光狀況最好的為高紡錘形，其次為開心形和自由紡錘形；葉片質(zhì)量最好的為高紡錘形，其次為開心形，自由紡錘形的最差；凈光合速率最高的為紡錘形，開心形次之，自由紡錘形最低。江莉等[8]比較了“一”字形和高干倒傘形2種樹形對葡萄葉片光合特性、果實品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)“一”字形樹形能顯著改善葡萄植株葉片的光合特性，果實風味更佳。

銀杏Ginkgo biloba屬于銀杏科Ginkgoaceae銀杏屬Ginkgo，是集藥用價值、經(jīng)濟價值和觀賞價值等于一體的植物，具有極高的開發(fā)價值[9]。銀杏的種實具有重要的食用和藥用價值，但目前銀杏栽培園管理粗放，樹形雜亂，難以實現(xiàn)銀杏種實的優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)產(chǎn)。目前，有關銀杏不同樹形條件下光合特性的研究報道尚少。本研究中以開心形和主干分層形的銀杏為研究對象，對2種樹形的光合特性和種實品質(zhì)產(chǎn)量進行比較，篩選適宜的銀杏樹形，旨在為銀杏優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

在湖南省永州市東安縣舜皇山銀杏示范基 地 內(nèi) 進 行 試 驗。 該 試 驗 地（111°5′50″E，26°21′50″N）屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，溫暖濕潤，光照充足，四季分明，年平均氣溫17.8 ℃，無霜期287 d，年降水量1 400 mm以上。土壤肥力中等，微酸性。

1.2 研究對象

供試植株為‘中南林4號’銀杏無性系，樹齡20 a，種子核型屬馬鈴類。分別選取樹形端正、長勢一致的開心形和主干分層形銀杏（圖1）各3株，株行距4 m×6 m，土、肥、水常規(guī)管理，正常開花結果。

圖1 開心形和主干分層形銀杏Fig. 1 G. biloba with natural open center and trunk stratified shape

1.3 試驗方法

1.3.1 光合作用相關參數(shù)的測定

光合作用日變化：2019年6月4日06:00—18:00，選擇樹冠中部外圍葉片，使用Yaxin-1102G光合儀進行光合作用相關參數(shù)（凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度）的測定。每種樹形選擇3株健壯雌樹，每株測定3片葉子，每片葉子測定3次，所得數(shù)據(jù)取均值，每2 h測定1次。

光合作用季節(jié)變化：2019年4—9月，每月中旬晴朗天氣10:00左右，測定2種樹形銀杏的光合作用相關參數(shù)。每種樹形選擇3株健壯雌樹，每株測定3片葉子，每片葉子測定3次，所得數(shù)據(jù)取均值。

1.3.2 葉片葉綠素含量的測定

采用95%乙醇浸提法進行測定[10]，測定時間同1.3.1中光合作用季節(jié)變化的測定時間。采集完成光合作用相關參數(shù)測定的葉片，清洗，擦干水分，去掉葉脈，稱取0.1 g，用手術刀片切成0.5 cm的小方塊，置于離心管中。加入95%乙醇10 mL，密閉后避光放置，待葉片全部變白后，分別在649、665 nm處測定葉綠素a和葉綠素b的濃度。

1.3.3 種仁品質(zhì)和種實產(chǎn)量的測定

2019年5—9月，采用蒽酮比色法[11-12]、考馬斯亮藍法[10]和索氏提取法[10]分別測定2種樹形銀杏種仁的可溶性糖含量、淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和油脂含量。在9月下旬銀杏種實成熟后，通過人工敲打采集銀杏種實，每種樹形測定3株銀杏種實產(chǎn)量，并分離外種皮，測定種實、外種皮、種核、種仁的單株產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

使用Excel 2003和SPASS 19.0軟件進行相關數(shù)據(jù)的整理與分析。

2 結果與分析

2.1 2種樹形對光合作用相關參數(shù)的影響

2.1.1 凈光合速率的日變化和季節(jié)變化

凈光合速率的日變化和季節(jié)變化能夠反映植物對光照、溫度、水分等環(huán)境因子的響應。2種樹形條件下銀杏凈光合速率的日變化如圖2所示。由圖2可知：2種樹形植株的凈光合速率均在10:00左右出現(xiàn)了全天最高峰值，開心形達12.06 μmol/(m2·s)，主干分層形為 10.32 μmol/(m2·s)；隨著光照強度和溫度的不斷升高，凈光合速率開始下降；在16:00左右出現(xiàn)第2峰值，開心形和主干分層形植株凈光合速率的第2峰值分別為8.52、6.98 μmol/(m2·s)。從日變化來看，開心形銀杏的凈光合速率均大于主干分層形植株。

2種樹形條件下銀杏凈光合速率的季節(jié)變化如圖3所示。由圖3可以看出：4月凈光合速率較低，開心形和主干分層形植株的凈光合速率分別為 9.56、8.78 μmol/(m2·s)；4—6 月，凈光合速率持續(xù)上升，到6月中旬左右達到最高峰；7月銀杏凈光合速率出現(xiàn)低谷；8月凈光合速率出現(xiàn)回升并達到第2峰值；9月，銀杏葉片迎來衰老期，凈光合速率也不斷下降。從季節(jié)變化來看，開心形銀杏植株的凈光合速率均高于主干分層形，在第1峰值和第2峰值時，開心形植株的凈光合速率達12.21、11.94 μmol/(m2·s)，分別比主干分層形植株高出16%、20%。

圖2 2種樹形條件下銀杏凈光合速率的日變化（6月4日）Fig. 2 Diurnal variation of net photosynthetic rate of G.biloba under two kinds of tree shapes (on June 4th)

圖3 2種樹形條件下銀杏凈光合速率的季節(jié)變化Fig. 3 Seasonal changes in net photosynthetic rate of G. biloba under two kinds of tree shapes

2.1.2 蒸騰速率的日變化和季節(jié)變化

蒸騰速率對植物光合作用及養(yǎng)分運輸?shù)冗^程有重要影響。2種樹形條件下銀杏蒸騰速率的日變化如圖4所示。由圖4可知，2種樹形植株蒸騰速率的第1峰值出現(xiàn)在10:00左右，第2峰值出現(xiàn)在16:00左右，開心形植株蒸騰速率的2個峰值分別為 4.83、3.09 mmol/(m2·s)，主干分層形植株蒸騰速率的 2 個峰值分別為 4.01、2.32 mmol/(m2·s)。從日變化來看，開心形銀杏的蒸騰速率大于主干分層形。

2種樹形條件下銀杏蒸騰速率的季節(jié)變化如圖5所示。由圖5可知：4—6月，隨著光照強度和大氣溫度逐漸升高，銀杏的蒸騰速率不斷上升，至6月中旬出現(xiàn)最大峰值，開心形植株蒸騰速率的峰值達4.94 mmol/(m2·s)，比主干分層形高出17%；7月蒸騰速率減??；8月蒸騰速率回升，出現(xiàn)第2峰值；至9月時，銀杏葉片衰老，蒸騰速率逐漸降低。從季節(jié)變化來看，開心形銀杏的蒸騰速率高于主干分層形。

圖4 2種樹形條件下銀杏蒸騰速率的日變化（6月4日）Fig. 4 Diurnal variation of transpiration rate of G. biloba under two kinds of tree shapes (on June 4th)

圖5 2種樹形條件下銀杏蒸騰速率的季節(jié)變化Fig. 5 Seasonal changes of transpiration rate of G. biloba under two kinds of tree shapes

2.1.3 氣孔導度的日變化和季節(jié)變化

氣孔導度能夠反映植物葉片氣孔進行氣體交換的能力，對植物光合作用相關參數(shù)有著重要的影響。2種樹形條件下銀杏氣孔導度的日變化如圖6所示。由圖6可知：銀杏氣孔導度在10:00左右達到全天最大值，開心形和主干分層形植株的氣孔導度最大值分別為 147.56、131.46 mmol/(m2·s)；隨著光照強度和溫度繼續(xù)升高并達到最大，氣孔導度下降；之后在16:00左右出現(xiàn)第2峰值，開心形和主干分層形植株氣孔導度的第2峰值分別為111.81、100.66 mmol/(m2·s)；在 18:00 左右，主干分層形植株的氣孔導度大于開心形植株。從日變化來看，開心形植株的氣孔導度在全天總體上大于主干分層形植株。

圖6 2種樹形條件下銀杏氣孔導度的日變化（6月4日）Fig. 6 Diurnal variation of G. biloba stomatal conductance under two kinds of tree shapes (on June 4th)

2種樹形條件下銀杏氣孔導度的季節(jié)變化如圖7所示。由圖7可以看出：4—6月，氣孔導度大幅度上升，至6月中旬達到峰值，開心形和主干分層形植株的氣孔導度峰值分別為163.09、142.09 mmol/(m2·s)；6月中旬后氣孔導度開始下降；至8月中旬時，主干分層形植株的氣孔導度大于開心形植株，分別為114.65、107.85 mmol/(m2·s)。總體來看，除8月中旬和9月中旬主干分層形植株的氣孔導度高于開心形植株外，其余月份開心形植株的氣孔導度均高于主干分層形。

圖7 2種樹形條件下銀杏氣孔導度的季節(jié)變化Fig. 7 Seasonal variation of G. biloba stomatal conductance under two kinds of tree shapes

2.1.4 胞間CO2濃度的日變化和季節(jié)變化

植物進行光合作用必須有CO2氣體的參與，胞間CO2濃度對光合作用的進行有著重要影響。2種樹形條件下銀杏胞間CO2濃度的日變化如圖8所示。由圖8可知：在06:00—14:00，2種樹形植株的胞間CO2濃度不斷降低，14:00左右胞間CO2濃度達到全天最低值，開心形和主干分層形植株的胞間CO2摩爾分數(shù)分別為262.8、247.3 μmol/mol；在14:00—18:00，胞間CO2濃度不斷升高。總體來看，開心形銀杏胞間CO2濃度均大于主干分層形植株。

圖8 2種樹形條件下銀杏胞間CO2濃度的日變化（6月4日）Fig. 8 Diurnal variation of intercellular CO2 concentration in G. biloba under two kinds of tree shapes (on June 4th)

2種樹形條件下銀杏胞間CO2濃度的季節(jié)變化如圖9所示。由圖9可以看出：4—8月銀杏胞間CO2濃度持續(xù)上升，至8月中旬達到峰值，開心形和主干分層形植株的胞間CO2摩爾分數(shù)分別達365.1、316.2 μmol/mol；8月中旬后隨葉片逐漸衰老，胞間CO2濃度開始下降。從季節(jié)變化來看，開心形植株的胞間CO2濃度高于主干分層形植株。

圖9 2種樹形條件下銀杏胞間CO2濃度的季節(jié)變化Fig. 9 Seasonal changes of intercellular CO2 concentration in G. biloba under two kinds of tree shapes

2.2 2種樹形對葉片葉綠素含量的影響

葉片是進行光合作用的最重要組織器官，葉綠素能夠吸收太陽輻射光能并進行電子傳遞，葉綠素含量可反映光合作用的強度。2種樹形條件下銀杏葉片葉綠素a含量的變化如圖10所示。從圖10可以看出，開心形植株葉片的葉綠素a含量在各月份均高于主干分層形植株，在6—8月各月份的中旬，開心形銀杏的葉片葉綠素a含量分別是主干分層形植株的1.17、1.29、1.34倍。

圖10 2種樹形條件下銀杏葉片葉綠素a含量的變化Fig. 10 Changes of chlorophyll a content in leaves of G. biloba under two kinds of tree shapes

2種樹形條件下銀杏葉片葉綠素b含量的變化如圖11所示。由圖11可知，2種樹形植株葉片的葉綠素b含量存在一定差異，開心形植株葉片的葉綠素b含量高于主干分層形植株。在7—9月各月份的中旬，開心形植株葉片的葉綠素b含量分別是主干分層形植株的1.16、1.27、1.22倍，表明開心形樹形更有利于銀杏光合作用的進行。

圖11 2種樹形條件下銀杏葉片葉綠素b含量的變化Fig. 11 Changes of chlorophyll b content in leaves of G. biloba under two kinds of tree shapes

2.3 2種樹形對種仁品質(zhì)和種實產(chǎn)量的影響

2.3.1 對種仁品質(zhì)的影響

可溶性糖是植物代謝過程中的重要產(chǎn)物，其對銀杏種仁品質(zhì)有重要影響。2種樹形條件下銀杏種仁可溶性糖含量的變化如圖12所示。從圖12可知，隨著銀杏種仁生長發(fā)育，開心形植株種仁可溶性糖含量的變化出現(xiàn)2個峰值，與銀杏光合作用的季節(jié)變化趨勢一致，主干分層形植株種仁可溶性糖含量的變化出現(xiàn)1個峰值，且開心形植株種仁可溶性糖含量在各發(fā)育階段均大于主干分層形植株。

銀杏種仁是種實中淀粉積累的主要部位，種仁淀粉含量對種仁糯性具有重要影響。2種樹形條件下銀杏種仁淀粉含量的變化如圖13所示。由圖13可知，在銀杏種仁生長發(fā)育過程中，開心形和主干分層形植株種仁的淀粉含量均呈一直上升的趨勢，且開心形植株種仁的淀粉含量在各發(fā)育階段均大于主干分層形。

圖12 2種樹形條件下銀杏種仁可溶性糖含量的變化Fig. 12 Changes of soluble sugar content in G. biloba seed kernels under two kinds of tree shapes

圖13 2種樹形條件下銀杏種仁淀粉含量的變化Fig. 13 Changes of starch content in G. biloba seed kernels under two kinds of tree shapes

可溶性蛋白是銀杏種仁內(nèi)的重要營養(yǎng)物質(zhì)，其對種仁的生命代謝活動起著重要作用。2種樹形條件下銀杏種仁可溶性蛋白含量的變化如圖14所示。從圖14可知，開心形和主干分層形銀杏種仁的可溶性蛋白含量均為1個峰值的變化趨勢，除6月中旬外，在其余各月份開心形植株種仁的可溶性蛋白含量均高于主干分層形植株?？傮w來看，開心形植株種仁的可溶性蛋白含量高于主干分層形植株。

圖14 2種樹形條件下銀杏種仁可溶性蛋白含量的變化Fig. 14 Changes of soluble protein content in G. biloba seed kernels under two kinds of tree shapes

油脂為銀杏種仁中的能量儲存物質(zhì)，其對種仁生長發(fā)育具有重要作用。2種樹形條件下銀杏種仁油脂含量的變化如圖15所示。從圖15可知，在銀杏種仁生長發(fā)育過程中，開心形和主干分層形植株種仁的油脂含量均為1個峰值的變化趨勢，開心形植株種仁的油脂含量在各發(fā)育階段均大于主干分層形植株。

圖15 2種樹形條件下銀杏種仁油脂含量的變化Fig. 15 Changes of fat content in G. biloba seed kernels under two kinds of tree shapes

2.3.2 對種實產(chǎn)量的影響

2種樹形條件下銀杏的種實產(chǎn)量見表1。從表1可以看出，主干分層形和開心形植株種實的產(chǎn)量分別為46.83、37.21 kg/株，主干分層形植株種實的產(chǎn)量高于開心形植株，比開心形植株種實的產(chǎn)量多9.62 kg/株，主干分層形植株外種皮、種核和種仁的產(chǎn)量分別比開心形植株多6.16、3.62、3.47 kg/株。

表1 2種樹形條件下銀杏的種實產(chǎn)量Table 1 Yield of G. biloba seed under two kinds of tree shapes kg/株

3 結論與討論

開心形銀杏樹形呈發(fā)散狀，樹冠光照分布均勻，通風性和透光性均較好，葉片葉綠素含量高、光合特性好，種仁品質(zhì)優(yōu)，種實產(chǎn)量稍低，因此在銀杏栽培管理中應對開心形植株進行合理修剪，培養(yǎng)結果枝，促進銀杏種實豐產(chǎn)。主干分層形植株的主枝多，郁閉度高，通風透光狀況差，葉片葉綠素含量低、光合特性差，種仁品質(zhì)差，種實產(chǎn)量較高，故應對主干分層形植株疏除過密枝條，加強肥水管理，促進優(yōu)質(zhì)銀杏種實生產(chǎn)。經(jīng)綜合分析認為，開心形銀杏樹形更為合理，通風透光性好，種仁品質(zhì)優(yōu)，且種實增產(chǎn)潛力大，為銀杏種實生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹形。

3.1 銀杏2種樹形對葉片光合特性的影響

司躍騰等[13]提出，對果樹進行整形修剪可以保證合理的樹形結構，改善樹體枝葉分布，使樹冠通風透光，光合作用增強，進而提高果實品質(zhì)與產(chǎn)量。葉片的光合特性可以反映植物的光合能力[14]，光合特性指標主要包括凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度[15]。本研究結果表明，開心形和主干分層形植株的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度的日變化均為雙峰狀曲線，胞間CO2濃度的日變化為單峰狀曲線，均在14:00左右出現(xiàn)明顯的光合“午休”現(xiàn)象，這與楊模華等[16]的研究結果一致。另外，開心形銀杏植株的光合相關參數(shù)均高于主干分層形植株，說明不同樹形對銀杏的光合特性存在一定影響。凈光合速率和蒸騰速率隨季節(jié)變化也呈雙峰狀曲線，而氣孔導度和胞間CO2濃度隨季節(jié)變化呈單峰狀曲線。隨著環(huán)境溫度的上升，2種樹形植株的光照強度增強，凈光合速率最大值出現(xiàn)在6月中旬，到7月中旬環(huán)境溫度進一步上升，光照也增強，凈光合速率隨著氣孔導度減小而出現(xiàn)低谷。徐艷麗[17]在對銀杏凈光合速率的研究中發(fā)現(xiàn)，雌樹和雄樹凈光合速率的季節(jié)變化均呈現(xiàn)雙峰狀曲線，第1峰值和第2峰值分別出現(xiàn)在5月上旬和6月中旬，6月初出現(xiàn)低谷，這與本研究結果基本一致，峰值出現(xiàn)時間不同可能與測定時間、地點、品種等不同有關?？傮w來看，開心形銀杏植株的光合特性優(yōu)于主干分層形植株，這可能是由于開心形銀杏主枝呈發(fā)散狀，樹冠打開，使得樹體內(nèi)膛受光條件好。

3.2 銀杏2種樹形對葉片葉綠素含量的影響

葉片的生長發(fā)育及光合作用狀況通常可以用葉綠素含量來反映[18]。同一時期2種樹形銀杏植株的葉綠素含量不同，且開心形植株的葉綠素含量均高于主干分層形植株[17]，這與本研究中2種樹形植株葉片的光合作用相關參數(shù)的變化相似。也有樹形改變導致葉綠素含量發(fā)生變化的研究報道，如在李樹中，開心形植株葉片的光合色素含量最高，“Y”字形植株次之，紡錘形植株最低[19]。不同樹種中不同樹形植株的葉片葉綠素含量存在差異，開心形銀杏植株的葉綠素含量優(yōu)于主干分層形植株。

3.3 銀杏2種樹形對種仁品質(zhì)與種實產(chǎn)量的影響

果實的品質(zhì)和產(chǎn)量的提高是果樹栽植和整形的出發(fā)點和落腳點[20]。本研究結果表明，開心形銀杏植株種仁的可溶性糖、油脂、淀粉、蛋白的含量均高于主干分層形植株，但開心形銀杏植株的種實產(chǎn)量比主干分層形植株少9.62 kg/株，外種皮、種核、種仁產(chǎn)量也分別比主干分層形植株少6.16、3.62、3.48 kg/株。這可能是由于開心形樹冠光照分布均勻，通風性和透光性均較好，光合能力強，葉片質(zhì)量好，果實品質(zhì)優(yōu)，但樹體開散，掛果量小，果實產(chǎn)量稍低，主干分層形植株的郁閉度高，通風透光差，光合能力低，葉片和果實品質(zhì)差，但樹體主枝多，掛果量大，果實產(chǎn)量高。這與桂杰[21]的研究結果相似，開心形龍眼植株的果實品質(zhì)優(yōu)于紡錘形植株，產(chǎn)量卻低于紡錘形植株。品種、樹齡、授粉、施肥等條件均能影響銀杏的種仁品質(zhì)和種實產(chǎn)量[22]，本研究中僅對2種樹形植株的種仁品質(zhì)和種實產(chǎn)量進行了比較分析，后續(xù)可進一步全面分析種仁品質(zhì)和種實產(chǎn)量的影響因素間的關系。