根域限制栽培對庫爾勒香梨光合、熒光特性及果實品質(zhì)的影響

阿布來克·尼牙孜,章世奎,王紹鵬,王亞銅,樊國全

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學院輪臺果樹資源圃,新疆輪臺 841600;2.新疆農(nóng)業(yè)科學院吐魯番農(nóng)業(yè)科學研究所,新疆吐魯番 838000)

0 引 言

【研究意義】庫爾勒香梨是新疆主要栽培的最具有代表性的優(yōu)良果品[1],皮薄、肉質(zhì)細嫩酥脆、香氣濃郁[2]。傳統(tǒng)的根系互享型栽培模式下,由于庫爾勒香梨自身生長極性較強、樹體生長旺盛,樹冠上部的枝條易徒長,致使樹體養(yǎng)分過度消耗,果實偏小,坐果率、果實品質(zhì)低和樹體分枝生長勢不均衡。通過改變栽培模式來限制庫爾勒香梨的極性生長,改良果實品質(zhì)和產(chǎn)量,對提高庫爾勒香梨的商品價值和市場競爭力有重要意義。研究根域限制栽培模式對庫爾勒香梨葉片光合和熒光特性、果實品質(zhì)的影響,對庫爾勒香梨的高效生產(chǎn)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】根域限制栽培又叫限根栽培(Root restriction, Rooting-zoon restriction, Root confinement)是一種通過物理、生態(tài)或化學等方法控制根系的生長,達到調(diào)節(jié)果樹地上部分營養(yǎng)生長和生殖生長相適應新型栽培技術[3]。近年來,根域限制栽培技術的研究與應用在葡萄[4-8]、櫻桃[9-11]、桃[12-15]、柑橘[16-18]、蘋果、番茄、黃瓜等許多園藝植物上有報道,均能夠有效提升樹體的肥水利用效率、提高果實產(chǎn)量和品質(zhì),根域限制栽培技術是平衡樹體地上部的營養(yǎng)和生殖生長的有效方法,顯著提高果實產(chǎn)量及品質(zhì)。【本研究切入點】關于根域限制栽培模式下庫爾勒香梨葉片光合、熒光特性及果實品質(zhì)方面的研究報道較少。需研究根域限制栽培模式對庫爾勒香梨葉片光合和熒光特性及果實品質(zhì)的影響?！緮M解決的關鍵問題】研究采用根域限制栽培模式和傳統(tǒng)的根系互享型栽培模式的比較試驗,分析根域限制栽培對庫爾勒香梨葉片光合、熒光特性和果實品質(zhì)的影響,為塔里木盆地綠洲干旱、鹽堿區(qū)域庫爾勒香梨的栽培提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地設在新疆巴音郭楞蒙古自治州輪臺縣輪臺果樹資源圃2號資源保存圃內(nèi)進行,該地的氣候類型為暖溫帶大陸性干旱氣候,具有豐富的光熱資源,年總輻射量達577.6 kJ/cm2,年均氣溫10.6℃,年平均降水量52 mm,年總蒸發(fā)量約為2 071.9 mm,無霜期約為188 d。地勢平坦,土肥水管理中等。

選取根域限制栽培模式(限根栽培)和傳統(tǒng)的根系互享型栽培模式(傳統(tǒng)栽培)下種植的8 a生庫爾勒香梨為研究對象。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

根域限制栽培模式中坑下和四面墻用水泥固定,控根器直徑2.0 m、高2.0 m;傳統(tǒng)的根系互享型栽培模式的植株栽植于栽培穴中,栽培穴大小相同,處理方法一致。每組試驗重復15株,南北行向,株行距4.0 m × 4.0 m,行間設置排水溝。兩種栽培模式水肥管理水平一致,砧木均為杜梨。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 光合參數(shù)

2021年8月中旬,選擇晴朗無云的白天,利用Li-6400XT型便攜式光合作用儀(LiCor,Lincoln,NE,USA),開放式氣路,測定相關光合參數(shù)。測定的時間為08:00～20:00,每隔2 h測定1次。測定的光合參數(shù)分別為:凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、細胞間隙CO2濃度(Ci)及蒸騰速率(Tr),并計算水分利用效率(EWU)∶EWU=Pn/Tr,氣孔限制值(Ls)∶Ls=1-Ci/Ca。每單株選擇樹冠外圍中部東側的5片功能葉片進行測定,重復3個單株。

1.2.2.2 葉綠素熒光參數(shù)

采用FMS-2便攜脈沖調(diào)制式熒光儀(FMS-2,Hansatech,United Kingdom),在08:00～20:00,測定光合參數(shù)的同時測定葉綠素熒光參數(shù)。測定自然光照下葉綠素熒光參數(shù),并得出實際光化學效率(ΦPSⅡ)和PSⅡ電子傳遞速率(RET)。然后測定暗適應30 min后葉片的初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在光化學活性(Fv/Fo)等熒光參數(shù),并計算光化學淬滅系數(shù)(Cqp):Cqp= (Fm′-Fs)/(Fm′-Fo),和非光學淬滅系數(shù)(CNPQ):CNPQ= (Fm-Fm′)/Fm′。每單株選擇樹冠外圍中部東側的5片功能葉片進行測定,重復3個單株。

1.2.2.3 果實品質(zhì)

在果實成熟期,每個處理隨機采取30個果實,運回實驗室測定相關指標。

用電子天平稱取單果重,游標卡尺測量果實的縱橫徑、果心橫徑、果梗的長度和粗度,并計算果形指數(shù)(果實縱徑/果實橫徑)、心果比(果心橫徑/果實橫徑)。GY-2型果實硬度計測量果實硬度,PR-100型數(shù)字糖度計測定可溶性固形物含量(TSS)。采用2,6—二氯靛酚滴定法測定VC含量,用NaOH滴定法測定果實可滴定酸含量,用直接滴定法測定果實總糖含量,用冷凍法測定石細胞的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的整理和作圖利用Microsoft Excel軟件,采用IBM SPSS Statistics 21.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 根域限制栽培對庫爾勒香梨葉片光合參數(shù)日變化的影響

研究表明,限根栽培與傳統(tǒng)栽培的庫爾勒香梨的凈光合速率日變化曲線均呈“雙峰”型,在14:00均出現(xiàn)了光合午休現(xiàn)象,兩者的凈光合速率均明顯下降,限根栽培的庫爾勒香梨被抑制的程度較大。在12:00出現(xiàn)第一個高峰值,此時限根栽培的庫爾勒香梨葉片的凈光合速率高于傳統(tǒng)栽培,達14.82 μmol/(m2·s),第二個高峰值出現(xiàn)在16:00,限根栽培和傳統(tǒng)栽培的第一高峰值都高于第二高峰值。除了20:00,限根栽培的光合速率均高于傳統(tǒng)栽培。

氣孔導度的日變化也呈現(xiàn)出“雙峰”的變化趨勢,14:00出現(xiàn)首個高峰值,此時2種栽培模式的庫爾勒香梨葉片氣孔導度相差不大,限根栽培在16:00出現(xiàn)第二個峰值,而傳統(tǒng)栽培的第二個峰值出現(xiàn)在18:00,兩者的第二峰值也相差不大。2種栽培模式的庫爾勒香梨葉片胞間CO2濃度較為平穩(wěn),在14:00光強最大時,限根栽培和傳統(tǒng)栽培的庫爾勒香梨葉片胞間CO2濃度都發(fā)生了下降,隨后略有上升。

2種栽培模式的庫爾勒香梨葉片的蒸騰速率日變化均呈“雙峰”趨勢,且兩者的2個峰值都出現(xiàn)在12:00和18:00,12:00出現(xiàn)的第一個峰值顯著的低于第二個峰值,在14:00～18:00,蒸騰速率明顯呈上升趨勢,樹體蒸騰速率較高,失水較多。氣孔限制值均在08:00～12:00出現(xiàn)上升,隨后限根栽培的庫爾勒香梨保持平穩(wěn)下降的趨勢,而傳統(tǒng)栽培在14:00出現(xiàn)了較為明顯的谷值,隨后呈“先下降后上升”變化趨勢。限根栽培水分利用率在08:00～12:00保持著較高的值,在14:00出現(xiàn)了明顯的下降,之后隨著午后氣溫的降低,水分利用率日變化呈現(xiàn)上升趨勢。傳統(tǒng)栽培在08:00氣孔限制值較低。但在10:00～12:00和限根栽培一樣,氣孔限制值保持著較大的值,并在14:00出現(xiàn)谷值。圖1

圖1 根域限制栽培下庫爾勒香梨葉片光合參數(shù)日變化

2.2 根域限制栽培對庫爾勒香梨葉片光合參數(shù)日均值的影響

研究表明,限根栽培的Pn日均值高于傳統(tǒng)栽培,但兩者之間的Pn日均值不存在顯著差異。2種栽培模式的庫爾勒香梨Gs日均值和Tr日均值相差不大,不存在差異。傳統(tǒng)栽培下葉片的Ci日均值高于限根植株,達203.93 μL/L,且兩試驗組之間具有顯著差異性(P<0.05)。庫爾勒香梨水分利用率在不同栽培模式存在有較為明顯的差異,限根栽培的Ewu日均值達1.36 mmol/mol,兩者之間存在顯著差異。表1

表1 根域限制栽培下庫爾勒香梨葉片光合參數(shù)日均值變化Table 1 Effect of root zone restriction cultivation on daily average value of leaf photosynthetic parameters of korla fragrant pear

2.3 根域限制栽培對庫爾勒香梨葉片熒光參數(shù)日均值的影響

研究表明,限根栽培的熒光參數(shù)指標初始熒光Fo、最大熒光Fm、PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)化效率Fv/Fm、PSⅡ潛在光化學活性Fv/Fm均大于傳統(tǒng)栽培,其中只有PSⅡ潛在光化學活性Fv/Fm在兩個實驗組之間的差異達到了顯著水平(P<0.05)。限根栽培的PSⅡ?qū)嶋H光化學效率ΦPSⅡ高于傳統(tǒng)栽培,并與之存在顯著差異,2種栽培模式的庫爾勒香梨光化學猝滅系數(shù)Cqp和表觀光合電子傳遞效率RET不存在差異,傳統(tǒng)栽培的非光化學猝滅系數(shù)CNPQ高于限根栽培,但之間不存在顯著差異。表2

表2 根域限制栽培下庫爾勒香梨葉片 熒光參數(shù)日均值變化Table 2 Effect of root zone restriction cultivation on the daily average value of leaf fluorescence parameters of korla fragrant pear

2.4 根域限制栽培對庫爾勒香梨果實品質(zhì)影響

研究表明,限根栽培庫爾勒香梨果實的單果重減小,果形指數(shù)減小,果實的硬度也變小,硬度的陽面和陰面硬度一致,均為6.8 kg/cm2,均與傳統(tǒng)栽培之間差異不顯著。庫爾勒香梨果實的心果比在限根栽培模式下增大,且與傳統(tǒng)栽培差異顯著。果梗的長度變長,但是粗度減小,與傳統(tǒng)栽培差異顯著。

限根栽培庫爾勒香梨果實的可滴定酸和可溶性固形物的含量高于傳統(tǒng)栽培,其中可滴定酸含量存在顯著差異?？扇苄蕴恰C含量和石細胞的含量卻明顯減少,且均與傳統(tǒng)栽培有顯著差異。表3

3 討 論

光合能力的強弱直接影響植物的生長發(fā)育[19],光合作用是植物生長發(fā)育過程中最重要的一部分,光合參數(shù)和熒光參數(shù)可以較為直觀的反映植物的光合能力。研究中,限根栽培和傳統(tǒng)栽培的植株的Pn日變化曲線均呈“雙峰”曲線,都出現(xiàn)了明顯的光合午休現(xiàn)象,在14:00時2種處理的Gs值發(fā)生的明顯的下降,Ci值也在此時出現(xiàn)了下降的趨勢,陳賢田等[20]的研究表明,氣孔因素導致氣孔導度出現(xiàn)了明顯的降低產(chǎn)生的光合午休,是因為中午高溫,水分蒸發(fā)快,氣孔部分關閉,Gs、Ci下降,從而導致午間光合速率下降,因此此時抑制植株光合作用的主要原因是氣孔性限制。限根栽培的Pn和Ewu日均值大于傳統(tǒng)栽培,且兩者的Ewu日均值存在著顯著的差異,說明限根栽培可以提高植株的碳同化能力和水分有效利用率。可能是因為限根之后,根域環(huán)境限定在一定的區(qū)域范圍內(nèi),土壤能更好的鎖住水分,根系能更容易的吸水,致使根系的吸水能力增強,水分利用率提高,與吳鑫泉等[21]的研究結果一致。

葉綠素熒光參數(shù)是確切反映植物光合器官對光能吸收、轉(zhuǎn)化和耗散等情況的重要指標[22]。Fo與葉綠素含量有關,反應PSⅡ反應中心處于完全開放時的熒光產(chǎn)量,研究發(fā)現(xiàn),限根栽培的Fo值大于傳統(tǒng)栽培,限根栽培的葉綠素含量高[23],PSⅡ反應中心處于完全開放的熒光產(chǎn)量高。傳統(tǒng)栽培的Fv/Fm值、Fv/Fo值受到限制,與限根栽培Fv/Fm值存在顯著差異,庫爾勒香梨葉片能夠更加高效的將捕獲的光能轉(zhuǎn)化為化學能[24],具有較高的PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率和PSⅡ反應中心潛在活性。葉片的RET越大,ΦPSⅡ越大,而CNPQ越小,電子傳遞活性提高,傳遞效率也隨之提高,葉片的碳同化產(chǎn)物增加,與?，摤摰萚25]不同栽植密度庫爾勒香梨光合及葉綠素熒光特性比較的研究結果相一致。

限根栽培可以通過將植物根系固定在一定空間內(nèi),調(diào)節(jié)植物的地上部分和地下部分,當根系生長區(qū)域受到限制之后,地上部分也會發(fā)生改變[26]。張昭等[27]在對藍莓植株限根栽培后的研究表明,根域限制改變了植物地上部分的發(fā)育強度及生理代謝途徑,有利于樹體由營養(yǎng)生長向生殖生長方向轉(zhuǎn)化,進而提高果實的品質(zhì)。研究中,將2種栽培模式的庫爾勒香梨果實品質(zhì)進行對比后發(fā)現(xiàn),限根栽培的植株梗長增加、可溶性固形物增加、酸度減少、石細胞含量減少,果實的風味得到了改善,肉質(zhì)細膩。限根栽培使植物根系不能隨意的向外擴散,能更加有利的促進根系吸收土壤中的肥料和水分[28],蒸騰作用增強,水分更多的作用在光合上,光合作用增強,光合產(chǎn)物更多的聚集與果實生長上,果實品質(zhì)也會得到改善。

4 結 論

2種栽培模式的庫爾勒香梨Pn日變化曲線均呈“雙峰”型,存在明顯的光合午休現(xiàn)象。限根栽培的庫爾勒香梨Pn、Ewu日變化總體均高于傳統(tǒng)栽培,Pn、Ewu日均值也高于傳統(tǒng)栽培,Ci和Ewu日均值存在顯著差異。限根栽培的Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fm、ΦPSⅡ、CNPQ均大于對照組,2種栽培模式的庫爾勒香梨Fv/Fm、ΦPSⅡ差異顯著。限根栽培的果實品質(zhì)與對照組發(fā)生了改變,果梗較長,硬度較低,可溶性固體物增加,石細胞含量降低。限根栽培的庫爾勒香梨在葉片光合速率、熒光及果實品質(zhì)總體表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)栽培,庫爾勒香梨根域限制栽培可以作為塔里木盆地綠洲干旱、鹽堿區(qū)域庫爾勒香梨栽植的新模式。