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(jìng)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(wèn)題及相 關(guān)生理研究 番荔枝淹水脅迫問(wèn)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(jià)值很高的熱帶果樹(shù)，但是在生產(chǎn)中 存在一個(gè)致命問(wèn)題：在淹水情況下難以存活，同時(shí)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(jiǎn)稱 G）和山番荔枝 (A. montana)（下文簡(jiǎn)稱 M） 作砧木，用阿蒂莫耶番荔枝(A. atemoya)的一個(gè)優(yōu)質(zhì)品種非洲驕傲（African Pride，簡(jiǎn)稱 AP） 與牛心番荔枝（A. reticulate）的雜交樹(shù)（簡(jiǎn)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(duì)照處理。定期跟蹤記錄植株的生長(zhǎng)情況，每周 測(cè)定其凈光合速率、葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(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(zhǎng)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)^(guò)對(duì)照，枝梢正常旺盛， 表現(xiàn)出很強(qiáng)的耐水淹特性。因此，通過(guò)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(duì)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(yíng) 養(yǎng)豐富的水果，在我國(guó)一部分地區(qū)稱為“釋迦果”。其中以國(guó)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(jiǎn)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(zhǎng)，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(kāi)花和結(jié)果3。 目前生產(chǎn)上存在的主要問(wèn)題是植地漬水，即使是短時(shí)漬水，也易使植株?duì)€根死亡。我校彭松 興等通過(guò)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(jiǎn)稱 G）和山番荔 枝(A. montana) （下文簡(jiǎn)稱 M） 的耐淹水性較好， 阿蒂莫耶番荔枝最弱1。 Nunez-Elisea 等報(bào)道， 可通過(guò)番荔枝利用耐水淹性高的砧木來(lái)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(zhǎng)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(guò) 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(wèn)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(kāi)始，將砧-穗組合為 AP/AR/G 和 AR/G 的嫁接番荔枝種植到虎門(mén)南面的海堤基 部，至今生長(zhǎng)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(zhǎng)。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(duì)淹水脅迫的適應(yīng)性， 同時(shí)分析其光合作用和葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(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(jìng)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(zhǎng)。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(lái)水 進(jìn)行連續(xù)淹水處理或間歇淹水處理，以不淹水為對(duì)照（每天充分灌水，保持土壤濕潤(rùn)） 。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(shí)補(bǔ)充土壤水分，保持土壤濕潤(rùn)，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(zhǎng)和葉片的測(cè)量（二）新生梢長(zhǎng)和葉片的測(cè)量 2010 年 7 月 15 日開(kāi)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(zhǎng) 度和葉片數(shù)，觀察并記錄各處理萎蔫植株數(shù)并計(jì)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(duì)照的地上部與地下部生長(zhǎng)狀況并拍攝照片記錄。 （三）凈光合速率與熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定（三）凈光合速率與熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定 2010 年 7 月 15 日開(kāi)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(cè)定光合速率和 葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)。其中，光合作用測(cè)定，設(shè)定光強(qiáng)（1000mol） 、氣流速（500mol/s） 的條件下，回避下雨天氣測(cè)定。葉綠素?zé)晒夥治鰞x測(cè)定前，使待測(cè)葉片充分暗適應(yīng) 20 min 以 上，測(cè)定時(shí)先打開(kāi)測(cè)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(zhǎng)受到抑制，故停止對(duì)其新梢生 長(zhǎng)的記錄，但繼續(xù)記錄 AP/AR/G 和 AR/G 的新梢長(zhǎng)度和葉片數(shù)變化（圖 7） 。隨著時(shí)間進(jìn)程， 淹水處理（連續(xù)及間歇淹水處理）的梢長(zhǎng)和葉片數(shù)量逐漸超過(guò)對(duì)照。所以，在淹水情況下 AP/AR/G 和 AR/G 植株的生長(zhǎng)是正常的。淹水處理 4 周時(shí)，AP/AR/G 和 AR/G 的新梢長(zhǎng)度和 葉片數(shù)比對(duì)照都略短、少（圖 6） ，說(shuō)明土壤從不淹水到淹水的環(huán)境條件的急劇變化對(duì)植株生 長(zhǎng)有暫時(shí)性的抑制作用。但受抑制較微弱，也說(shuō)明植株的耐淹水脅迫性能強(qiáng)。淹水處理 4 周 時(shí)，這些植株已經(jīng)長(zhǎng)出許多新根（圖 2） ，且隨著淹水時(shí)間的延長(zhǎng)，至 16 周時(shí)，這些淹水植株 的根系比對(duì)照還要強(qiáng)大（圖 5） ，因而這些植株的新梢長(zhǎng)度和葉片數(shù)都會(huì)超過(guò)對(duì)照，充分顯示 “丁穎杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)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(duì)照還能更好地生長(zhǎng)，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(zhǎng)(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(zhǎng)度和新葉數(shù) A B “丁穎杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽參賽作品 7 （二）不同淹水處理對(duì)不同砧（二）不同淹水處理對(duì)不同砧-穗組合嫁接苗的光合速率和葉綠素?zé)晒?動(dòng)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(dòng)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?？偟膩?lái)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(gè)砧-穗組合比較 AP/AR/G 的凈光合速率最高。在不淹水的 對(duì)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(shuō)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(duì)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(jìng)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(duì)凈光合速率比 較 的相對(duì)凈光合速率比 較 以對(duì)照的凈光合速率作為 100%， 計(jì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)照，僅第 12 周出 現(xiàn)一次略低于對(duì)照，其中連續(xù)淹水與對(duì)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(shì)，隨淹水脅迫的結(jié)束，凈光合速率略有回升，但總體來(lái)看的趨勢(shì)仍然 呈：連續(xù)淹水 連續(xù)淹水。說(shuō)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(duì)照，變化動(dòng)態(tài)也與對(duì) 照一致，說(shuō)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(guò)觀察四組砧-穗組合的嫁接苗在不同淹水處理下的生長(zhǎng)發(fā)育狀況，分析其光合參數(shù)的 動(dòng)態(tài)，我們發(fā)現(xiàn)不同砧木對(duì)嫁接苗對(duì)淹水環(huán)境的適應(yīng)性有明顯差異。對(duì)淹水脅迫敏感的砧木， 即便是周期淹水，也會(huì)降低凈光合速率、抑制營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)2。淹水處理對(duì) 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(zhǎng)和葉片生長(zhǎng)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(shí)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(duì) G 作基砧的植株 “丁穎杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)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(zhǎng)在連續(xù)和周期淹水 16 周后仍然保持上升勢(shì)頭，其長(zhǎng)勢(shì)甚至超過(guò)對(duì)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(jiàn)下降，反而較對(duì)照有所提高。這一結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明，圓 滑番荔枝（G）具有喜濕性，而山番荔枝（M）不耐淹水，同時(shí)也說(shuō)明番荔枝對(duì)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(wèn)題，以 G 作基砧可以完全 解決 AP 番荔枝不耐淹水的問(wèn)題。 我們發(fā)現(xiàn)， 相同基砧下， 接穗對(duì)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(zhǎng)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(shuō)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