丁穎杯論文 園藝學(xué)院 張靜逸 莫偉平

“丁穎杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品 1 利用砧木解決利用砧木解決 AP 番荔枝淹水脅迫問題及相 關(guān)生理研究 番荔枝淹水脅迫問題及相 關(guān)生理研究 張靜逸張靜逸 莫偉平莫偉平 摘要：摘要：阿蒂莫耶番荔枝（Annona atemoya）是一種經(jīng)濟(jì)價值很高的熱帶果樹，但是在生產(chǎn)中 存在一個致命問題：在淹水情況下難以存活，同時番荔枝屬（Annona L.）的不同種的耐淹水 性表現(xiàn)差異大。彭松興等（2009）研究發(fā)現(xiàn)圓滑番荔枝（A. grabla）耐淹能力最強(qiáng)1。因此， 本研究利用圓滑番荔枝（A. grabla） （下文簡稱 G）和山番荔枝 (A. montana)（下文簡稱 M） 作砧木，用阿蒂莫耶番荔枝(A. atemoya)的一個優(yōu)質(zhì)品種非洲驕傲（African Pride，簡稱 AP） 與牛心番荔枝（A. reticulate）的雜交樹（簡稱 AR）作中間砧，以 AP 為接穗，得到 AP/AR/M、 AP/M、AP/AR/G、AR/G 四種砧-穗組合的嫁接苗，分別進(jìn)行淹水處理，包括連續(xù)淹水、間歇 淹水（淹水-排水交替周期各 2 周）和不淹水對照處理。定期跟蹤記錄植株的生長情況，每周 測定其凈光合速率、葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)變化，研究結(jié)果表明：AP/AR/M 和 AR/M 在淹水 處理期間枝梢生長和葉片光合作用受到顯著抑制， 2 周內(nèi)出現(xiàn)萎蔫、 落葉， 所以是不耐水淹的。 而 AP/AR/G 和 AR/G 在淹水處理期間植株光合作用正常，甚至?xí)^對照，枝梢正常旺盛， 表現(xiàn)出很強(qiáng)的耐水淹特性。因此，通過圓滑番荔枝（G）作基砧，AR 番荔枝作中間砧，可以 顯著改善 AP 番荔枝的耐淹水能力，而山番荔枝（M）對淹水脅迫敏感，在水淹脅迫的地區(qū)， 不宜作為 AP 番荔枝的砧木。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：番荔枝，砧木，淹水脅迫，嫁接，中間砧，光合作用 番荔枝(Annona L.)，又稱 Sweet-Sop，Sugar Apple 或 Custard Apple，是一種風(fēng)味獨(dú)特、營 養(yǎng)豐富的水果，在我國一部分地區(qū)稱為“釋迦果”。其中以國外近幾十年經(jīng)種間雜交選育而成的 優(yōu)質(zhì)阿蒂莫耶番荔枝品種“非洲驕傲”（African Pride, 下文簡稱 AP）最為著名，1981 年由華南 農(nóng)業(yè)大學(xué)黃昌賢教授自澳大利亞引入接穗。 年降水量在 1500-2000mm 之間的華南地區(qū)非常適宜番荔枝生長，具有極大的發(fā)展番荔枝 產(chǎn)業(yè)的潛力。但經(jīng)研究證實(shí) AP 是不耐淹的2，淹水脅迫可嚴(yán)重影響番荔枝的開花和結(jié)果3。 目前生產(chǎn)上存在的主要問題是植地漬水，即使是短時漬水，也易使植株爛根死亡。我校彭松 興等通過比較不同種的番荔枝耐淹性，發(fā)現(xiàn)圓滑番荔枝（A. grabla） （下文簡稱 G）和山番荔 枝(A. montana) （下文簡稱 M） 的耐淹水性較好， 阿蒂莫耶番荔枝最弱1。 Nunez-Elisea 等報道， 可通過番荔枝利用耐水淹性高的砧木來改善普通番荔枝的耐水淹性能，在水淹情況下，嫁接 苗的生長和光合作用同樣正常4。 然而， 彭松興發(fā)現(xiàn) AP 番荔枝與 G 嫁接不親和5。 Schaffer 等 人指出，通過 AP 番荔枝與牛心番荔枝（A. reticulata）進(jìn)行雜交，得到了新的番荔枝雜交種， 以之為中間砧，可以解決 AP 番荔枝與 G 嫁接不親和的問題4。 近年我校彭松興也獲得了 AP 番荔枝與牛心番荔枝的雜交種AR 番荔枝 （待發(fā)表） 。 彭松 興從 2008 年開始，將砧-穗組合為 AP/AR/G 和 AR/G 的嫁接番荔枝種植到虎門南面的海堤基 部，至今生長正常，初步證明圓滑番荔枝及做砧木的嫁接苗能在咸水濕地上能正常生長。本 研究利用 AR 番荔枝作中間砧，以 G 和 M 為基砧，探索不同砧-穗組合對淹水脅迫的適應(yīng)性， 同時分析其光合作用和葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)，為利用砧木解決華南地區(qū)番荔枝在濕地或漬 水山地上不宜種植的困境提供依據(jù)。 “丁穎杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品 2 一、一、 材料與方法材料與方法 （一）材料及處理（一）材料及處理 本研究在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)基地上進(jìn)行。供研究的一年生嫁接苗有：AP/AR/G（接穗/ 中間砧/基砧） ， AR/G （接穗/砧木） ， AP/AR/M和AR/M。 AP為阿蒂莫耶番荔枝 （A.atemoya） 的 African pride 品種，R 為 AP牛心番荔枝（A. reticulata）的雜交種（由彭松興提供） ，G 為 圓滑番荔枝（A. glabra） ，M 為山番荔枝（A. montana） 。于 2010 年 3 月 25 日用 1525cm 有底 孔的塑料盆和當(dāng)?shù)厝A南紅壤果園的肥沃表土進(jìn)行盆栽，露天放置，每株盆栽苗僅留 3 條新梢 讓其生長。經(jīng)常規(guī)管理后于 2010 年 7 月 15 日把盆栽苗套入 2030cm 的塑料桶內(nèi)，用自來水 進(jìn)行連續(xù)淹水處理或間歇淹水處理，以不淹水為對照（每天充分灌水，保持土壤濕潤） 。淹水 期間，保持桶內(nèi)的水面高出盆栽塑料盆面 3cm。間歇淹水的材料在淹水 2 周后，把盆栽材料提 離淹水桶外，視水分散失情況及時補(bǔ)充土壤水分，保持土壤濕潤，2 周后再恢復(fù)淹水處理。上 述處理各有苗木 13 株。 （二）新生梢長和葉片的測量（二）新生梢長和葉片的測量 2010 年 7 月 15 日開始淹水前，先進(jìn)行促梢處理：每株選一條成熟枝梢中部短截，剪去前 端 1 片葉，可促進(jìn)該葉葉腋的側(cè)芽萌發(fā)。之后，每 4 周觀察并分別記錄四組嫁接苗的新梢長 度和葉片數(shù)，觀察并記錄各處理萎蔫植株數(shù)并計算萎蔫率。其中，植株頂芽和成熟葉片若在 早上不能正常挺直伸展，呈現(xiàn)下垂?fàn)顟B(tài)則視為萎蔫。實(shí)驗(yàn)完成后，將植株取出塑料盆并洗凈， 觀察各處理和對照的地上部與地下部生長狀況并拍攝照片記錄。 （三）凈光合速率與熒光動力學(xué)參數(shù)的測定（三）凈光合速率與熒光動力學(xué)參數(shù)的測定 2010 年 7 月 15 日開始于植株相同的節(jié)位上下各選定 2 片當(dāng)季的成熟葉片掛牌標(biāo)記后， 分 別利用 LI-6400 便攜式光合作用系統(tǒng)和 FMS-2 調(diào)制便攜式葉綠素?zé)晒夥治鰞x測定光合速率和 葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)。其中，光合作用測定，設(shè)定光強(qiáng)（1000mol） 、氣流速（500mol/s） 的條件下，回避下雨天氣測定。葉綠素?zé)晒夥治鰞x測定前，使待測葉片充分暗適應(yīng) 20 min 以 上，測定時先打開測量光（PFD周期淹水連續(xù)淹水的關(guān)系。 由于 AP/AR/M 和 AP/M 在處理 7 周后基本萎蔫，新梢生長受到抑制，故停止對其新梢生 長的記錄，但繼續(xù)記錄 AP/AR/G 和 AR/G 的新梢長度和葉片數(shù)變化（圖 7） 。隨著時間進(jìn)程， 淹水處理（連續(xù)及間歇淹水處理）的梢長和葉片數(shù)量逐漸超過對照。所以，在淹水情況下 AP/AR/G 和 AR/G 植株的生長是正常的。淹水處理 4 周時，AP/AR/G 和 AR/G 的新梢長度和 葉片數(shù)比對照都略短、少（圖 6） ，說明土壤從不淹水到淹水的環(huán)境條件的急劇變化對植株生 長有暫時性的抑制作用。但受抑制較微弱，也說明植株的耐淹水脅迫性能強(qiáng)。淹水處理 4 周 時，這些植株已經(jīng)長出許多新根（圖 2） ，且隨著淹水時間的延長，至 16 周時，這些淹水植株 的根系比對照還要強(qiáng)大（圖 5） ，因而這些植株的新梢長度和葉片數(shù)都會超過對照，充分顯示 “丁穎杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品 6 砧木的喜濕性能。所以用具喜濕性能的 G 做砧木所得的嫁接苗（AP/AR/G 和 AR/G）在淹水 情況下，比對照還能更好地生長，可在濕地或漬水地上種植。 圖 6 淹水處理 4 周后 AP/AR/M、AP/AR/G、AR/M、AR/G 新梢梢長(A)和新葉數(shù)(B)比較 圖 7 不同淹水處理 4、8、12、16 周后 AP/AR/G 和 AR/G 新梢長度和新葉數(shù) A B “丁穎杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品 7 （二）不同淹水處理對不同砧（二）不同淹水處理對不同砧-穗組合嫁接苗的光合速率和葉綠素?zé)晒?動力參數(shù)的影響 穗組合嫁接苗的光合速率和葉綠素?zé)晒?動力參數(shù)的影響 1、各淹水處理下、各淹水處理下 AP/AR/M、AP/AR/G、AR/M、AR/G 的凈光合速率比較的凈光合速率比較 圖 8 所示為四種不同砧-穗組合的嫁接苗在分別同種處理下的凈光合速率變化：在連續(xù) 淹水 4 周期間，AP/AR/G 的凈光合速率進(jìn)行淹水處理前略低于 AP/AR/M，處理后始終高于 AP/AR/M，AR/G 也始終高于 AR/M。總的來看，AP/AR/G 的凈光合速率最高，其次是 AR/G， 均明顯高于 AP/AR/M 和 AR/M。在間歇淹水處理期間，AP/AR/G 始終高于 AP/AR/M，而 AR/G 與 AR/M 差異不明顯，四個砧-穗組合比較 AP/AR/G 的凈光合速率最高。在不淹水的 對照情況下，AP/AR/M 的凈光合速率高于 AP/AR/G，AR/M 高于 AR/G。說明在淹水情況下， 以 G 作為基砧的植株可維持正常的光合作用， 而以 M 為基砧的植株， 光合作用受到顯著抑制； 而在正常灌水處理的對照條件下，M 為基砧的植株光合速率普遍高于以 G 作基砧的植株。 圖 8 各淹水處理下 AP/AR/M、AP/AR/G、AR/M、AR/G 的凈光合速率比較 “丁穎杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品 8 2、 不同淹水處理下不同淹水處理下 AP/AR/M、AP/AR/G、AR/M、AR/G 的相對凈光合速率比 較 的相對凈光合速率比 較 以對照的凈光合速率作為 100%， 計算各砧-穗組合植株在連續(xù)淹水處理和間歇淹水處理下 的相對凈光合速率變化如圖 9 所示。在連續(xù)淹水處理下，AP/AR/M 的相對凈光合速率在處理 4 周內(nèi)始終低于 100%，且持續(xù)降低，而在間歇淹水處理下，凈光合速率在處理 2 周內(nèi)持續(xù)下 降， 處理 2 周， 暫停淹水處理后， 凈光合速率略有回升， 但仍然明顯低于 100% （對照） 。 AP/AR/G 則在連續(xù)淹水和周期淹水處理后的凈光合速率基本上在各階段均顯著高于對照，僅第 12 周出 現(xiàn)一次略低于對照，其中連續(xù)淹水與對照的差異更加明顯。顯示在淹水條件下，AP/AR/G 光 合速率反而提高。 AR/M 的凈光合速率在連續(xù)淹水處理下，呈現(xiàn)持續(xù)下降，而周期淹水處理下，凈光合速率 在 2 周內(nèi)均有下降趨勢，隨淹水脅迫的結(jié)束，凈光合速率略有回升，但總體來看的趨勢仍然 呈：連續(xù)淹水 連續(xù)淹水。說明以 M 為基砧的植株在水淹脅迫下，葉片 PSII 反應(yīng)中心受到了破壞。 AP/AR/G 及 AR/G 在連續(xù)淹水和間歇淹水處理后，F(xiàn)v/Fm 略低于對照，變化動態(tài)也與對 照一致，說明以 G 作為基砧的植株在淹水脅迫下，其 PSII 的運(yùn)作基本正常。 圖10 不同淹水處理下AP/AR/M、 AP/AR/G、 AR/M、 AR/G的葉片PSII最大光化學(xué)效率 （Fv/Fm） 的比較 三三 討論討論 通過觀察四組砧-穗組合的嫁接苗在不同淹水處理下的生長發(fā)育狀況，分析其光合參數(shù)的 動態(tài)，我們發(fā)現(xiàn)不同砧木對嫁接苗對淹水環(huán)境的適應(yīng)性有明顯差異。對淹水脅迫敏感的砧木， 即便是周期淹水，也會降低凈光合速率、抑制營養(yǎng)生長2。淹水處理對 M 作基砧植株而言是 一種脅迫：AP/AR/M 和 AR/M 在淹水處理下，枝梢伸長和葉片生長受到顯著抑制，根系喪失 活力，葉片光合作用受到抑制，光系統(tǒng) II 受到破壞（Fv/Fm 下降）處理 1 周后便出現(xiàn)了萎蔫 的現(xiàn)象，并隨處理時間萎蔫程度加劇，處理 7 周后不再出現(xiàn)新的萎蔫，其中 AP/AR/M 萎蔫程 度大于 AR/M；連續(xù)淹水和間歇淹水下的萎蔫程度基本相同。而淹水處理對 G 作基砧的植株 “丁穎杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品 10 而言并非處于脅迫狀態(tài)，AP/AR/G 和 AR/G 在連續(xù)水淹和間歇淹水處理下都未出現(xiàn)萎蔫，枝 梢和葉片生長在連續(xù)和周期淹水 16 周后仍然保持上升勢頭，其長勢甚至超過對照，根系更為 發(fā)達(dá)。從葉片光合特征看，淹水處理下，AP/AR/G 和 AR/G 的 Fv/Fm 未降低，表明其 PSII 反 應(yīng)中心完整，其凈光合速率不僅未見下降，反而較對照有所提高。這一結(jié)果進(jìn)一步說明，圓 滑番荔枝（G）具有喜濕性，而山番荔枝（M）不耐淹水，同時也說明番荔枝對水分環(huán)境的適 應(yīng)性應(yīng)砧木而改變。以中間砧 AR 解決 AP 番荔枝與 G 的不親和問題，以 G 作基砧可以完全 解決 AP 番荔枝不耐淹水的問題。 我們發(fā)現(xiàn)， 相同基砧下， 接穗對嫁接苗在淹水環(huán)境的適應(yīng)性也有一定影響。 發(fā)現(xiàn) AP/AR/M 在淹水脅迫下，除了萎蔫率和枝梢生長嚴(yán)重抑制程度比 AR/M 高外，AP/AR/M 周期淹水處理 2 周后 （排水期） 葉片凈光合速率的恢復(fù)上升能力低于 AR/M。 這說明在淹水脅迫下， AP/AR/M 比 AR/M 的敏感性更高，傷害效應(yīng)更大。 四、結(jié)論四、結(jié)論 根據(jù)以上結(jié)果分析和討論，我們得出以下結(jié)論：以圓滑番荔枝（G）作基砧可顯著改善番 荔枝的耐淹水性能，表現(xiàn)為在淹水條件下，植株維持旺盛的生