6種蘋果砧穗組合抗旱性評價

尹鵬龍，田國杰，王祖光，石曉英，徐繼忠，張學英

(河北農業大學園藝學院，河北保定 071001)

在當前的蘋果栽培生產中，干旱[1]是影響果樹產業發展的重要因素之一，然而在蘋果栽培生產過程中對水的需求量較大，如果樹體不夠耐旱，則會導致蘋果產量以及品質的嚴重下降。

目前，在全球范圍內蘋果的栽培生產中，生產中主要通過提高蘋果對干旱的適應性及抗性[2]，來提高蘋果產量和品質，對于蘋果篩選抗旱品種方面主要有2種途徑，一是培育出新的耐旱品種，但是新品種的篩選往往出現蘋果植株抗旱，而果實產量或者品質降低，并且培育時間周期較長的問題。二是通過嫁接砧木的方法[3-4]來培育具有矮化和抗旱性的優良品種，優良砧木在蘋果果實品質、產量及嫁接品種后抗逆性方面發揮著至關重要的作用。

目前，我國蘋果種植產業對于抗旱性矮化砧木的需求較為強烈，本研究以河北農業大學自主選育的5種蘋果矮化砧木優系為材料，對其抗旱性進行綜合評價。

本試驗在自然條件下進行短期干旱脅迫處理后，測定植株整體旱害程度、葉片葉綠素含量、丙二醛(MDA)含量等，應用隸屬函數分析法[5]對5種砧木優系抗旱性進行綜合評價，以期為蘋果抗旱矮化砧木的選育及推廣利用提供相關理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗實施

本試驗在河北農業大學創新試驗園抗旱棚內進行。以平邑甜茶為基砧，栽植于塑料花盆(30 cm×20 cm×22 cm)中，使用育苗基質養護，2020年4月分別嫁接河北農業大學選育的矮化砧木優系15-1、1-8、14-7、10-1、22-46和冀砧3號6種矮化中間砧；2021年4月在6種中間砧上分別嫁接天紅2號，2020年7月25日和2021年7月18日選擇生長一致的試材，所選試材澆透水后開始自然條件下持續干旱脅迫處理，對照試材盆內基質保持土壤相對含水量在70%～80%。處理后每天傍晚17：30調查試材生長情況，分別在2020年8月3日和2021年7月30日出現 1級旱害，開始取樣，取樣部位為中上部功能葉片，臨時置于液氮中暫存后，置于-80 ℃超低溫冰箱內保存，用于 MDA含量的測定，每隔1 d取樣1次。2020年8月9日、2021年8月7日大部分試驗材料出現4級旱害癥狀，取樣結束。

1.2 測定與分析

1.2.1 土壤含水量測定 采取環刀法取土，試材出現1級旱害癥狀時開始取樣，每隔1 d取樣1次，取土的深度距盆土表面10 cm，通過烘干法測定土壤含水量。

公式如下：

土壤絕對含水量=(原土質量-烘干土質量)/烘干土質量×100%；

土壤相對含水量=土壤絕對含水量/田間最大持水量×100%。

1.2.2 旱害指數測定 旱害分級參考標準[6]：0級為無旱害癥狀，試材生長發育表現正常；1級為葉片出現輕度萎蔫癥狀，葉片開張角度>90°；2級為葉片出現重度萎蔫癥狀，葉片軟化并出現卷曲狀況；3級為葉片出現重度萎蔫癥狀，1/4～1/3葉片焦枯變黃；4級為葉片重度萎蔫，1/2及以上葉片焦枯變黃。

旱害指數(DI)=[∑(各級代表值×各級株數)/(最高級數值×處理總株數)]×100%。

1.2.3 生理指標的測定 葉綠素含量測定采用95%乙醇浸泡法。避開主葉脈，將葉片剪成細絲狀稱取0.1 g放入10 mL離心管中并加入10 mL 95%乙醇，保證完全浸提，置于黑暗條件下浸泡 24 h，期間搖晃2～3次。使用紫外分光光度計測量663、649、470 nm處的吸光度。

葉綠素a含量=13.95×D665 nm-6.88×D649 nm；

葉綠素b含量=24.96×D649 nm-7.32×D665 nm；

總葉綠素含量=(1 000×D470 nm-3.27×Ca-114.8×Cb)/245。

光合參數的測定：在晴天09：00—11：00使用 LI-6400 型便攜式光合儀進行測定，主要測定中部功能葉片的蒸騰速率(Tr)、凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)等，并計算葉片瞬時水分利用效率(WUE=Pn/Tr)，出現旱害癥狀開始測定，選擇自然干旱脅迫13 d的數據結果進行呈現。

采用硫代巴比妥酸(TAB)法[7-8]測定砧木及砧穗組合葉中丙二醛(MDA)含量。砧穗組合根系活性的測定采用TTC法[9]。

1.2.4 隸屬函數分析 將6種蘋果砧木及砧穗組合相關指標進行隸屬函數綜合分析，進行抗旱性評價，根據不同中間砧及砧穗組合平均隸屬值的大小進而確定砧木抗旱性的強弱。計算公式如下：

若測定指標與其抗旱性呈正相關，則隸屬函數值U(X)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)；若測定指標與其抗旱性呈負相關，則U(X)=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中：X指各指標的隸屬函數平均值；Xmax指砧木與其對應測定指標的最大值；Xmin指砧木與其對應測定指標的最小值。

1.3 數據處理及相關性分析

采用Excel和DPS 9.01 進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫條件下不同砧木、砧穗組合土壤相對含水量

從圖1、圖2可以看出，隨著干旱脅迫的時間延長，6種砧木及砧穗組合的盆土土壤相對含水量逐漸降低。干旱脅迫14 d時，6種砧木的土壤相對含水量達到重度干旱水平，6種砧木優系在同一時間段的干旱程度差異不明顯，6種砧穗組合在干旱 16 d 時達到重度干旱水平。

2.2 干旱脅迫條件下不同砧木、砧穗組合的旱害指數變化

從表1可以看出，在干旱脅迫處理后9 d時，砧木優系1-8的旱害指數為29.69%，旱害指數最高，22-46在干旱處理9 d時較耐旱，到脅迫12 d時旱害指數上升幅度較大，脅迫14 d時，14-7的旱害指數最低，為23.53%，22-46的旱害指數最高，為53.70%；由表2可知，不同砧穗組合在干旱脅迫12 d時旱害指數較低，在干旱15、16 d時6種砧穗組合的旱害指數均增長較小，在干旱16 d時旱害指數都在64%以上，表明已達到重度干旱水平。由表1、表2得知，砧木14-7、22-46與其砧穗組合的旱害指數排序表現一致。

表1 干旱脅迫條件下不同砧木旱害指數的變化

2.3 干旱脅迫條件下不同砧木、砧穗組合的葉綠素含量變化

由表3可知，砧木14-7的葉綠素含量在干旱脅迫8～12 d時呈下降趨勢，在脅迫14 d 時出現峰

表2 干旱脅迫條件下不同砧穗組合旱害指數變化

值，且峰值顯著高于15-1、22-46、冀砧3號，與對照相比差異不顯著，另外5種砧木葉片葉綠素含量先增加隨后減少，干旱對砧木15-1、砧木1-8的葉綠素含量影響較小，對砧木22-46的葉綠素含量影響較大。由表4可知，砧木14-7在干旱脅迫 14 d 時出現峰值，其他5種砧木在干旱脅迫期間葉片葉綠素含量整體呈現上升趨勢。

表3 干旱脅迫條件下對不同砧木葉綠素含量的影響

表4 干旱脅迫條件下對不同砧穗組合葉綠素含量的影響

2.4 干旱脅迫條件下不同砧木、砧穗組合的光合參數變化

由圖3可知，在干旱脅迫13 d時6種砧木及砧穗組合的凈光合速率、氣孔導度均受到不同程度抑制。6種砧木在干旱脅迫13 d的瞬時水分利用率均高于對照，冀砧3號瞬時水分利用率最高(圖3-A)。砧木 1-8 的氣孔導度表現為最高，但同砧木14-7相比差異性較小(圖3-B)；砧木14-7的凈光合速率表現為最高(圖3-C)。干旱脅迫13 d時，各砧穗組合葉片瞬時水分利用效率均明顯升高，其中砧穗組合天紅2號/10-1的瞬時水分利用率最高(圖4-A)；砧穗組合天紅2號/14-7在干旱脅迫處里條件下的氣孔導度表現較高(圖4-B)，砧穗組合天紅2號/14-7、天紅2號/15-1、天紅2號/冀砧3號凈光合速率表現較高(圖4-C)，該結果與砧木處理表現一致。

2.5 干旱脅迫條件下不同砧穗組合根系活性的變化

由圖5可知，在干旱脅迫處理14 d時不同砧穗組合根系活性與對照比較差異極顯著，砧穗組合 14-7 的根系活性表現最高，砧穗組合15-1、冀砧3號次之，22-46對照的根系活性是脅迫處理的3.13倍，而對照的各砧穗組合之間根系活性無明顯差異。

2.6 干旱脅迫條件下不同砧木、砧穗組合葉片丙二醛含量的變化

由表5、表6可知，干旱脅迫處理的砧木、砧穗組合葉片丙二醛含量明顯升高，相同脅迫時間處理砧木的葉片中丙二醛含量差異不顯著，砧木22-46在脅迫處理8～14 d時葉片中丙二醛含量增速相比其他5種砧木較快。由表6可知，不同砧穗組合的葉片中丙二醛含量在相同脅迫時間差異顯著，在干旱脅迫處理14 d時砧穗組合天紅2號/14-7、天紅2號/15-1葉片丙二醛含量低于其他砧穗組合，其中砧穗組合天紅2號/14-7表現最低。

表5 干旱脅迫條件下不同砧木葉片丙二醛含量的變化

表6 干旱脅迫條件下不同砧穗組合葉片丙二醛含量的變化

2.7 干旱脅迫條件下不同砧木、砧穗組合隸屬函數值

由表7可知，綜合干旱脅迫下測定不同砧木的旱害指數、葉綠素含量、丙二醛含量等6個指標進行隸屬函數分析，砧木14-7的平均隸屬值最高，為0.69；而砧木22-46的平均隸屬值最低，為0.24，6種砧木優系的抗旱性由強到弱表現為14-7>冀砧3號>15-1>1-8=10-1>22-46。由表8可知，對不同砧穗組合的旱害指數、光合參數、根系活性等7個指標進行隸屬函數分析，6種砧穗組合中平均隸屬值最高的為天紅2號/14-7，為0.77，天紅2號/22-46隸屬值最低，為0.08，綜合分析6種砧穗組合的抗旱性表現為天紅2號/14-7>天紅2號/冀砧3號>天紅2號/15-1>天紅2號/10-1>天紅2號/1-8>天紅2號/22-46，綜合砧木隸屬函數值認為6種砧木優系抗旱性由強到弱表現為14-7>冀砧3號>15-1>10-1>1-8>22-46。

表7 干旱脅迫條件下不同砧木各項指標隸屬函數值

3 討論與結論

相關研究發現，當光合作用和胞間CO2濃度(Ci)均降低時，光合作用受到了氣孔限制因素的影響[10]。本試驗中6種蘋果砧木葉片光合作用出現顯著降低趨勢，分析可能受到氣孔限制的影響。也有研究表明干旱脅迫處理下蘋果幼苗葉片的Pn、Gs和Ci均可能出現顯著降低的變化[11]。本研究中6種砧木Pn、Gs隨著干旱脅迫程度的加重均呈下降趨勢，這與前人研究結論[11]一致。

表8 干旱脅迫條件下不同砧穗組合各項指標隸屬函數值

在土壤相對含水量在干旱處理下逐漸降低時，作物根系會最先感知到脅迫作用，并很快激發植物體所具備的特有抗旱響應機制，同時根系活力也會隨著脅迫處理的持續出現顯著變化，而根系活力是反映植物根部活動的主要指標之一[12]。路之娟等研究發現，當苦蕎在苗期遭受干旱脅迫時其根系活力出現顯著降低的變化趨勢[13]。本試驗結果表明，在干旱脅迫處理的14 d時，根系活力出現顯著下降的趨勢，與對照相比呈現極顯著差異，可能由于旱害導致根系呼吸受到了抑制作用，進而影響根系活力出現顯著下降的趨勢。

相關研究表明，隨著干旱脅迫程度的增加藍莓葉片內MDA含量呈現遞增趨勢[14]，本試驗中6種砧木表現出相同的變化趨勢，與前人研究不同的是，在干旱脅迫14 d時各砧木優系葉片中MDA含量差異不顯著，可能是嚴重的干旱脅迫導致的。

干旱是國際公認的制約蘋果產量和果實品質的一個重要影響因子，而選育抗旱砧木是解決干旱對蘋果生產造成嚴重影響的主要手段之一，本試驗正是在以往的研究基礎上采用模糊隸屬函數的方法對葉綠素含量、旱害指數、光合參數、葉綠素熒光參數、丙二醛含量等生理指標對6種砧木進行綜合分析，進而對各砧木優系進行抗旱性評價。結果表明，14-7表現出較強的抗旱性，冀砧3號次之，優系22-46、優系10-1的抗旱性相對較弱。通過對6種砧木優系進行抗旱性評價，進一步將砧木嫁接上天紅2號進行了研究并得出了初步結論，但通過分子技術手段進行深入研究其抗旱性是否與此研究結果保持一致，還有待進一步研究闡明。