砧木年齡對錐栗嫁接苗生長及光合特性的影響

王 璐，邢 剛，陳雨晴，鄒 鋒，袁德義，熊 歡*

(1. 中南林業科技大學經濟林培育與保護教育部重點實驗室, 湖南 長沙 410004；2. 江西省武寧縣林業局，江西 九江 332300)

【研究意義】錐栗(Castaneahenryi)屬于殼斗科(Fagaceae)栗屬(Castanea)植物，是我國重要的木本堅果植物和重要的生態經濟樹種[1]。錐栗果實富含淀粉、蛋白質、脂肪及人體所必需的各種維生素和微量元素[2]。錐栗具有巨大的開發利用潛能，相對于板栗來說其果實甜度更高，口感更糯，同時具有藥用價值[3]。近幾年來湖南錐栗產業在郴州、懷化、吉首、長沙等地發展迅速，成為丘陵山區農民重要的經濟來源。發展錐栗產業對于實施山區精準扶貧、實現鄉村經濟綠色發展具有重要的意義[4-5]。目前，錐栗主要通過嫁接苗和實生苗的方式培育，用嫁接苗培育，可以保持母本優良性狀、加快生長速度、縮短結果時間[6-7]，而砧木是果樹嫁接的基礎，它直接影響嫁接植株的生長狀況，最終影響到果實的產量和品質。光合作用是植物基本的生命活動[8]，是果樹生產力構成的主要因素。研究不同砧木年齡對錐栗嫁接苗的生長狀況及光合響應特征的差異，為砧木的篩選提供理論依據。【前人研究進展】大量研究證明，不同的砧木接穗組合會影響光合作用、呼吸作用、蒸騰作用、礦質營養的運輸和吸收等過程，從而影響苗木的生長狀態[9-11]。李莉等[12]以核桃(JuglansregiaL.)為試材，發現不同砧穗組合的光響應曲線特征參數存在顯著差異。對梨(Pyrusspp)[13]和蘋果(Malusdomestica)[14]的研究發現不同砧木影響嫁接植株的凈光合速率、氣孔導度及胞間CO2濃度等光合參數。【本研究切入點】前人對栗屬植物所做的研究主要集中在影響嫁接成活率的因子方面[15-17]，但關于不同年齡砧木對錐栗嫁接苗新梢生長特性和光合特性的影響少見報道。因此，本研究選用2個年齡(2年生、4年生)的錐栗實生苗作砧木，測定嫁接苗新梢的生長、光響應曲線和光合日變化等指標。【擬解決的關鍵問題】研究不同年齡的砧木對錐栗嫁接苗新梢生長及光合特性的影響，以期為湖南地區錐栗良種繁育技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

選用生長情況良好的2年生、4年生普通錐栗實生苗做為砧木，于2018年3月對其進行嫁接，選擇中熟品種‘華栗3號’(湘S-SC-CH-009-2015)成年樹冠中上部的一年生枝條飽滿的芽作為接穗，用枝剪截去實生苗的樹冠部分，在砧木斷口處采用插皮接的方法嫁接[17]，用嫁接膜緊密包扎，做到密閉不透水，保持芽外露。生長期間正常施肥、澆水和除草，5月份對生長的新梢進行綁扶處理。

1.2 實驗方法

1.2.1 新梢生長情況觀測 嫁接后定期觀察生長情況，除去萌蘗。在秋季用卷尺和電子游標卡尺測定新梢的長度和粗度(在距新梢基部0.5 cm處測量直徑)并記錄。

1.2.2 光合特性測定 2018年8月下旬選擇天氣晴朗的日子進行光合特性測量，選擇嫁接苗枝條中上部東南方向的成熟健康葉片，采用 Li-6400便攜式光合儀測定其光合特性[16]。

(1)光響應曲線測定。上午9:00-11:00，設定的CO2濃度與大氣濃度一致，光強梯度設定為 2100、1800、1500、1200、900、600、400、200、150、100、75、50、25、0 μmol/(m2·s)。導出數據后利用葉子飄光合計算模型[19]擬合光響應曲線(Pn-PFD曲線)方程。通過雙曲線修正模型，可以得到表觀量子效率(AQY)、最大凈光合速率(Pmax)、光飽和點(LSP)、光補償點(LCP)和暗呼吸速率(Rd)。

(2)光合日變化測定[18]。于8:00-18:00，每隔2 h測定苗木的凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)等參數，每處理測3個重復，取平均值；記錄環境因子的值:光合有效輻射(PAR)、大氣溫度(Ta)、空氣CO2濃度(Ca)和空氣相對濕度(RH)等。并計算光能利用效率(LUE)、水分利用效率(WUE)。

LUE=Pn/PAR×100%

WUE=Pn/Tr

1.3 數據統計與處理

利用Microsoft Excel 2013、Microsoft Word 2013、SPSS 24.0、Origin 8.5等對測定數據進行數據分析和圖表處理。

2 結果與分析

2.1 生長狀態分析

由表1可知，4年生砧木嫁接后的新梢生長勢更強。2年生砧木嫁接后新梢平均長度為92.41 cm，平均粗度為11.49 mm；4年生砧木新梢平均長度為131.69 cm，平均粗度為14.55 mm。

表1 不同砧木年齡對‘華栗 3號’嫁接苗新梢生長的影響

2.2 嫁接苗的光響應規律

通過葉子飄光合計算模型擬合的光響應曲線(Pn-PFD)見圖1。2年生砧木和4年生砧木嫁接植株Pn-PFD曲線變化趨勢基本一致，2組植株的凈光合速率隨光照強度變化的情況基本相同，但4年生砧木的光合擬合曲線后期要高于2年生砧木。在光照強度小于500 μmol/(m2·s)條件下，Pn隨光強的增加迅速上升；當光照強度為500到1200 μmol/(m2·s)時，Pn上升速度逐漸變緩。當光照達到1200 μmol/(m2·s)以上，Pn變化逐漸平緩。

由表2可知，4年生砧木的表觀量子效率(AQY)、最大凈光合速率(Pmax)、光飽和點(LSP)、光補償點(LCP)和暗呼吸速率(Rd) 5個參數均大于2年生砧木。4年生組的Pmax是12.6 μmol/(m2·s)，大于2年生組的10.74 μmol/(m2·s)。4年生組的LSP為2099.50 μmol/(m2·s)，顯著大于2年生組的1678.57 μmol/(m2·s)。4年生組的LCP為40.97 μmol/(m2·s)，大于2年生組的31.65 μmol/(m2·s)。4年生砧木的嫁接植株的AQY和Rd值分別為0.054 μmol/μmol和1.97 μmol/m2，2年生砧木的嫁接植株AQY和Rd值分別為0.053 μmol/μmol和1.74 μmol/(m2·s)。

表2 不同砧木年齡對‘華栗 3號’嫁接苗的光響應參數

2.3 嫁接苗的光合日變化規律

2.3.1 環境因子的日變化分析 如圖2-A所示，光合有效輻射(PAR)的日變化曲線呈現出先升高后降低的趨勢，在14:00達到最大值為1299.72 μmol/(m2·s)，14:00后下降迅速。空氣溫度(Ta)的日變化趨勢(圖2-B)也是先升高后降低，也在14:00達到最大值37.24 ℃，但變化幅度較小。由圖2-C和2-D可知，空氣CO2濃度(Ca)和空氣相對濕度(RH)的日變化趨勢近似，早晚高，中間較低且稍有波動，上午8:00的測量值均是一天的最高值；Ca在上午10:00達到最小值為382.55 μmol/(m2·s)，到下午16:00再次出現一個低值；RH的最小值出現在中午12:00，為 22.12%，次小值同樣出現在下午16:00。

2.3.2 光合參數的日變化 2組不同年齡砧木嫁接的錐栗新梢葉片凈光合速率(Pn)日變化曲線均為“雙峰型”(圖3-A)，但同一時間的Pn不同，除了下午14:00，4年生砧木的Pn均大于2年生砧木。一天中Pn的第一個峰值出現在上午 10:00，4年生砧木的新梢的Pn大小為16.33 μmol/(m2·s)，2年生砧木的新梢的Pn大小為11.04 μmol/(m2·s)；第二個峰值出現在16:00。下午14:00出現谷值，表現出較明顯的“光合午休”現象，此時4年生砧木的最小值僅為3.14 μmol/(m2·s)比2年生組的谷值6.18 μmol/(m2·s)更小，但2年生砧木的最小值是上午8:00的值，大小為5.61 μmol/(m2·s)。

2年生砧木的氣孔導度(Gs)日變化曲線呈現“雙峰型”(圖3-B)，一天中Gs的第一個峰值出現在上午10:00，大小為0.1 mmol/(m2·s)；谷值出現在14:00，大小為0.06 mmol/(m2·s)；第二個峰值出現在16:00，大小為0.07 mmol/(m2·s)；與Pn的變化趨勢基本一致。4年生砧木的Gs曲線未出現第二個峰值，第一個峰值出現在上午10:0，谷值出現在下午16:00。

2年生砧木的胞間CO2濃度(Ci)呈現“W”形(圖3-C)，第一個谷值出現在上午10:00，大小178.0 μmol/mol，16:00的谷值為200.12 μmol/mol。2 年生砧木的Ci變化趨勢與Pn呈相反趨勢。4年生砧木的Ci呈現“V”形，14:00的低值為217.91 μmol/mol。總體來說都是早晚高中間低。

2組嫁接苗的蒸騰速率(Tr)均為“雙峰型”(圖3-D)，與Pn的變化趨勢一致，第二個峰值均出現在下午16:00。不同的是2年生砧木的第一個峰值出現在中午12:00，4年生砧木的第一個峰值出現在上午10:00，2年生組的波動更小一些。

如圖3-E所示，2組苗木的水分利用效率(WUE)都在上午10:00出現峰值。10:00前4年生砧木的水分利用效率更高，10:00后2年生砧木的WUE更高。

如圖3-F所示，2組苗木的光能利用效率(LUE)曲線均在下午14:00出現谷值，分別為0.48%、0.24%；4年生砧木的LUE比2年生砧木高。

2.3.3 日平均光合生理特性分析 2組嫁接苗的日平均光合生理特性見表3，除WUE，4年生砧木新梢生長的葉片Pn、Gs、Ci和Tr和LUE均大于2年生砧木，除Ci以外其他參數的差異不顯著。

表3 不同砧木年齡對‘華栗 3號’嫁接苗的日平均光合生理特性

2.3.4 光合作用和主要生理生態因子的相關性 由表4可知，不同年齡砧木嫁接苗的Pn與WUE、Gs、Tr呈一定程度的正相關，其中4年生砧木嫁接苗的Pn與WUE呈顯著正相關(f=0.774)；不同年齡砧木嫁接苗的Pn與Ci、Ca呈負相關，其中2年生砧木嫁接苗的Pn與Ca呈顯著負相關(f=-0.914)。

表4 凈光合速率與主要生理生態因子之間的相關性分析

3 討 論

3.1 砧木年齡對錐栗嫁接苗新梢生長發育的影響

砧木能影響嫁接苗的生長發育[20]，不同年齡砧木嫁接苗新梢生長差異明顯[21]。在對皂莢(Gleditsiasinensis)[22]的研究中發現，砧木越粗，嫁接苗生長量越大。本研究發現4年生砧木嫁接苗的新梢平均長度和平均粗度均大于2年生砧木嫁接苗的新梢，可能因為4年生砧木較粗，生長勢較強，砧木所含營養物質充分，生長代謝旺盛，可為接穗提供更充足的養分，更利于新梢的生長發育。

3.2 砧木年齡對錐栗嫁接苗光合特性的影響

光合作用是植物基本生命活動，光響應曲線反映光強與植物凈光合速率間的關系，Pmax、LSP、LCP、AQY和Rd是植物重要的生態生理參數[23]。本研究發現，錐栗嫁接苗凈光合速率隨光強增加而達到最高點之后，Pn在光強范圍內保持平穩，與丁宇暉等人[24]等研究結果一致。Pmax表示植物潛在最大凈光合效率，植物，LSP值高表示葉片的光合能力在強光下不容易受抑制，LCP值越低則表示對弱光適應能力越強，LSP與LCP間的差值越大，其對光環境的適應性越強，AQY是衡量植物光能利用效率的重要指標，Rd值越高表示植物光合能力越強[25-26]。本試驗結果顯示，砧木年齡對于‘華栗 3 號’新梢葉片的Pmax、LSP、LCP、AQY和Rd等光響應參數有一定影響，4年生砧木組的各項指標均大于2年生砧木組，且4年生砧木嫁接苗的LSP與LCP間的差值更大。說明4年生砧木嫁接苗對弱光耐受性較低，對強光適應能力更強，可利用的有效光合輻射范圍較大，光合能力更強。

植物光合作用的日變化曲線一般為單峰型或雙峰型[27]。不同年齡砧木嫁接苗凈光合合速率(Pn)變化趨勢相似，但4年生砧木嫁接苗的Pn值整體比2年生的Pn值要高，表明4年生砧木嫁接苗具有更強的光合能力。同時本研究發現，2年生砧木嫁接苗Gs和Tr日變化趨勢與Pn幾乎一致，呈“雙峰”曲線，與戶金鴿[13]等人研究結果一致。可能是由于溫度過高，植物蒸騰作用失水過多，當水分供應不足時，植物通過關閉氣孔從而減少水分的散失，進而使得蒸騰速率下降。“光合午休”是一種植物適應不利環境的生理現象。本研究發現4年生砧木嫁接的植株比2年生砧木嫁接的植株的“午休”幅度更大，說明4年生砧木受南方的高溫天氣影響更大。在溫度過高時，可通過拉遮陰網、噴灌等措施降低樹體溫度，促進氣孔開放，以維持較穩定的光合性能[28]。

從日平均光合生理特性來看，4年生砧木的Pn、Gs、Ci、Tr、LUE均略高于2年生砧木，說明此環境下，4年生砧木全天有機物的積累略高于2年生砧木，與張俊杰[16]等人研究結果類似。經過相關性分析發現，不同年齡砧木嫁接苗的Pn與WUE、Gs、Tr呈一定的正相關，這說明不同年齡的錐栗砧木嫁接苗在進行光合作用的同時，大量的水分也隨蒸騰作用蒸發出去[29]。但關于不同年齡砧木錐栗嫁接苗其他生理生態因子相關性不同還尚需進一步的研究。

4 結 論

不同砧木年齡對苗木生長、光飽和點和最大凈光合速率影響顯著，砧木年齡越大，嫁接苗的光合能力越強，光能利用效率更高。因此在湖南地區進行錐栗良種苗木的嫁接，適宜選用較大年齡的砧木可有效促接穗生長發育。