丁颖杯论文 园艺学院 张静逸 莫伟平

“丁颖杯”课外学术科技作品竞赛参赛作品 1 利用砧木解决利用砧木解决 AP 番荔枝淹水胁迫问题及相 关生理研究 番荔枝淹水胁迫问题及相 关生理研究 张静逸张静逸 莫伟平莫伟平 摘要：摘要：阿蒂莫耶番荔枝（Annona atemoya）是一种经济价值很高的热带果树，但是在生产中 存在一个致命问题：在淹水情况下难以存活，同时番荔枝属（Annona L.）的不同种的耐淹水 性表现差异大。彭松兴等（2009）研究发现圆滑番荔枝（A. grabla）耐淹能力最强1。因此， 本研究利用圆滑番荔枝（A. grabla） （下文简称 G）和山番荔枝 (A. montana)（下文简称 M） 作砧木，用阿蒂莫耶番荔枝(A. atemoya)的一个优质品种非洲骄傲（African Pride，简称 AP） 与牛心番荔枝（A. reticulate）的杂交树（简称 AR）作中间砧，以 AP 为接穗，得到 AP/AR/M、 AP/M、AP/AR/G、AR/G 四种砧-穗组合的嫁接苗，分别进行淹水处理，包括连续淹水、间歇 淹水（淹水-排水交替周期各 2 周）和不淹水对照处理。定期跟踪记录植株的生长情况，每周 测定其净光合速率、叶绿素荧光动力学参数变化，研究结果表明：AP/AR/M 和 AR/M 在淹水 处理期间枝梢生长和叶片光合作用受到显著抑制， 2 周内出现萎蔫、 落叶， 所以是不耐水淹的。 而 AP/AR/G 和 AR/G 在淹水处理期间植株光合作用正常，甚至会超过对照，枝梢正常旺盛， 表现出很强的耐水淹特性。因此，通过圆滑番荔枝（G）作基砧，AR 番荔枝作中间砧，可以 显著改善 AP 番荔枝的耐淹水能力，而山番荔枝（M）对淹水胁迫敏感，在水淹胁迫的地区， 不宜作为 AP 番荔枝的砧木。 关键词：关键词：番荔枝，砧木，淹水胁迫，嫁接，中间砧，光合作用 番荔枝(Annona L.)，又称 Sweet-Sop，Sugar Apple 或 Custard Apple，是一种风味独特、营 养丰富的水果，在我国一部分地区称为“释迦果”。其中以国外近几十年经种间杂交选育而成的 优质阿蒂莫耶番荔枝品种“非洲骄傲”（African Pride, 下文简称 AP）最为著名，1981 年由华南 农业大学黄昌贤教授自澳大利亚引入接穗。 年降水量在 1500-2000mm 之间的华南地区非常适宜番荔枝生长，具有极大的发展番荔枝 产业的潜力。但经研究证实 AP 是不耐淹的2，淹水胁迫可严重影响番荔枝的开花和结果3。 目前生产上存在的主要问题是植地渍水，即使是短时渍水，也易使植株烂根死亡。我校彭松 兴等通过比较不同种的番荔枝耐淹性，发现圆滑番荔枝（A. grabla） （下文简称 G）和山番荔 枝(A. montana) （下文简称 M） 的耐淹水性较好， 阿蒂莫耶番荔枝最弱1。 Nunez-Elisea 等报道， 可通过番荔枝利用耐水淹性高的砧木来改善普通番荔枝的耐水淹性能，在水淹情况下，嫁接 苗的生长和光合作用同样正常4。 然而， 彭松兴发现 AP 番荔枝与 G 嫁接不亲和5。 Schaffer 等 人指出，通过 AP 番荔枝与牛心番荔枝（A. reticulata）进行杂交，得到了新的番荔枝杂交种， 以之为中间砧，可以解决 AP 番荔枝与 G 嫁接不亲和的问题4。 近年我校彭松兴也获得了 AP 番荔枝与牛心番荔枝的杂交种AR 番荔枝 （待发表） 。 彭松 兴从 2008 年开始，将砧-穗组合为 AP/AR/G 和 AR/G 的嫁接番荔枝种植到虎门南面的海堤基 部，至今生长正常，初步证明圆滑番荔枝及做砧木的嫁接苗能在咸水湿地上能正常生长。本 研究利用 AR 番荔枝作中间砧，以 G 和 M 为基砧，探索不同砧-穗组合对淹水胁迫的适应性， 同时分析其光合作用和叶绿素荧光动力学参数，为利用砧木解决华南地区番荔枝在湿地或渍 水山地上不宜种植的困境提供依据。 “丁颖杯”课外学术科技作品竞赛参赛作品 2 一、一、 材料与方法材料与方法 （一）材料及处理（一）材料及处理 本研究在华南农业大学教学基地上进行。供研究的一年生嫁接苗有：AP/AR/G（接穗/ 中间砧/基砧） ， AR/G （接穗/砧木） ， AP/AR/M和AR/M。 AP为阿蒂莫耶番荔枝 （A.atemoya） 的 African pride 品种，R 为 AP牛心番荔枝（A. reticulata）的杂交种（由彭松兴提供） ，G 为 圆滑番荔枝（A. glabra） ，M 为山番荔枝（A. montana） 。于 2010 年 3 月 25 日用 1525cm 有底 孔的塑料盆和当地华南红壤果园的肥沃表土进行盆栽，露天放置，每株盆栽苗仅留 3 条新梢 让其生长。经常规管理后于 2010 年 7 月 15 日把盆栽苗套入 2030cm 的塑料桶内，用自来水 进行连续淹水处理或间歇淹水处理，以不淹水为对照（每天充分灌水，保持土壤湿润） 。淹水 期间，保持桶内的水面高出盆栽塑料盆面 3cm。间歇淹水的材料在淹水 2 周后，把盆栽材料提 离淹水桶外，视水分散失情况及时补充土壤水分，保持土壤湿润，2 周后再恢复淹水处理。上 述处理各有苗木 13 株。 （二）新生梢长和叶片的测量（二）新生梢长和叶片的测量 2010 年 7 月 15 日开始淹水前，先进行促梢处理：每株选一条成熟枝梢中部短截，剪去前 端 1 片叶，可促进该叶叶腋的侧芽萌发。之后，每 4 周观察并分别记录四组嫁接苗的新梢长 度和叶片数，观察并记录各处理萎蔫植株数并计算萎蔫率。其中，植株顶芽和成熟叶片若在 早上不能正常挺直伸展，呈现下垂状态则视为萎蔫。实验完成后，将植株取出塑料盆并洗净， 观察各处理和对照的地上部与地下部生长状况并拍摄照片记录。 （三）净光合速率与荧光动力学参数的测定（三）净光合速率与荧光动力学参数的测定 2010 年 7 月 15 日开始于植株相同的节位上下各选定 2 片当季的成熟叶片挂牌标记后， 分 别利用 LI-6400 便携式光合作用系统和 FMS-2 调制便携式叶绿素荧光分析仪测定光合速率和 叶绿素荧光动力学参数。其中，光合作用测定，设定光强（1000mol） 、气流速（500mol/s） 的条件下，回避下雨天气测定。叶绿素荧光分析仪测定前，使待测叶片充分暗适应 20 min 以 上，测定时先打开测量光（PFD周期淹水连续淹水的关系。 由于 AP/AR/M 和 AP/M 在处理 7 周后基本萎蔫，新梢生长受到抑制，故停止对其新梢生 长的记录，但继续记录 AP/AR/G 和 AR/G 的新梢长度和叶片数变化（图 7） 。随着时间进程， 淹水处理（连续及间歇淹水处理）的梢长和叶片数量逐渐超过对照。所以，在淹水情况下 AP/AR/G 和 AR/G 植株的生长是正常的。淹水处理 4 周时，AP/AR/G 和 AR/G 的新梢长度和 叶片数比对照都略短、少（图 6） ，说明土壤从不淹水到淹水的环境条件的急剧变化对植株生 长有暂时性的抑制作用。但受抑制较微弱，也说明植株的耐淹水胁迫性能强。淹水处理 4 周 时，这些植株已经长出许多新根（图 2） ，且随着淹水时间的延长，至 16 周时，这些淹水植株 的根系比对照还要强大（图 5） ，因而这些植株的新梢长度和叶片数都会超过对照，充分显示 “丁颖杯”课外学术科技作品竞赛参赛作品 6 砧木的喜湿性能。所以用具喜湿性能的 G 做砧木所得的嫁接苗（AP/AR/G 和 AR/G）在淹水 情况下，比对照还能更好地生长，可在湿地或渍水地上种植。 图 6 淹水处理 4 周后 AP/AR/M、AP/AR/G、AR/M、AR/G 新梢梢长(A)和新叶数(B)比较 图 7 不同淹水处理 4、8、12、16 周后 AP/AR/G 和 AR/G 新梢长度和新叶数 A B “丁颖杯”课外学术科技作品竞赛参赛作品 7 （二）不同淹水处理对不同砧（二）不同淹水处理对不同砧-穗组合嫁接苗的光合速率和叶绿素荧光 动力参数的影响 穗组合嫁接苗的光合速率和叶绿素荧光 动力参数的影响 1、各淹水处理下、各淹水处理下 AP/AR/M、AP/AR/G、AR/M、AR/G 的净光合速率比较的净光合速率比较 图 8 所示为四种不同砧-穗组合的嫁接苗在分别同种处理下的净光合速率变化：在连续 淹水 4 周期间，AP/AR/G 的净光合速率进行淹水处理前略低于 AP/AR/M，处理后始终高于 AP/AR/M，AR/G 也始终高于 AR/M。总的来看，AP/AR/G 的净光合速率最高，其次是 AR/G， 均明显高于 AP/AR/M 和 AR/M。在间歇淹水处理期间，AP/AR/G 始终高于 AP/AR/M，而 AR/G 与 AR/M 差异不明显，四个砧-穗组合比较 AP/AR/G 的净光合速率最高。在不淹水的 对照情况下，AP/AR/M 的净光合速率高于 AP/AR/G，AR/M 高于 AR/G。说明在淹水情况下， 以 G 作为基砧的植株可维持正常的光合作用， 而以 M 为基砧的植株， 光合作用受到显著抑制； 而在正常灌水处理的对照条件下，M 为基砧的植株光合速率普遍高于以 G 作基砧的植株。 图 8 各淹水处理下 AP/AR/M、AP/AR/G、AR/M、AR/G 的净光合速率比较 “丁颖杯”课外学术科技作品竞赛参赛作品 8 2、 不同淹水处理下不同淹水处理下 AP/AR/M、AP/AR/G、AR/M、AR/G 的相对净光合速率比 较 的相对净光合速率比 较 以对照的净光合速率作为 100%， 计算各砧-穗组合植株在连续淹水处理和间歇淹水处理下 的相对净光合速率变化如图 9 所示。在连续淹水处理下，AP/AR/M 的相对净光合速率在处理 4 周内始终低于 100%，且持续降低，而在间歇淹水处理下，净光合速率在处理 2 周内持续下 降， 处理 2 周， 暂停淹水处理后， 净光合速率略有回升， 但仍然明显低于 100% （对照） 。 AP/AR/G 则在连续淹水和周期淹水处理后的净光合速率基本上在各阶段均显著高于对照，仅第 12 周出 现一次略低于对照，其中连续淹水与对照的差异更加明显。显示在淹水条件下，AP/AR/G 光 合速率反而提高。 AR/M 的净光合速率在连续淹水处理下，呈现持续下降，而周期淹水处理下，净光合速率 在 2 周内均有下降趋势，随淹水胁迫的结束，净光合速率略有回升，但总体来看的趋势仍然 呈：连续淹水 连续淹水。说明以 M 为基砧的植株在水淹胁迫下，叶片 PSII 反应中心受到了破坏。 AP/AR/G 及 AR/G 在连续淹水和间歇淹水处理后，Fv/Fm 略低于对照，变化动态也与对 照一致，说明以 G 作为基砧的植株在淹水胁迫下，其 PSII 的运作基本正常。 图10 不同淹水处理下AP/AR/M、 AP/AR/G、 AR/M、 AR/G的叶片PSII最大光化学效率 （Fv/Fm） 的比较 三三 讨论讨论 通过观察四组砧-穗组合的嫁接苗在不同淹水处理下的生长发育状况，分析其光合参数的 动态，我们发现不同砧木对嫁接苗对淹水环境的适应性有明显差异。对淹水胁迫敏感的砧木， 即便是周期淹水，也会降低净光合速率、抑制营养生长2。淹水处理对 M 作基砧植株而言是 一种胁迫：AP/AR/M 和 AR/M 在淹水处理下，枝梢伸长和叶片生长受到显著抑制，根系丧失 活力，叶片光合作用受到抑制，光系统 II 受到破坏（Fv/Fm 下降）处理 1 周后便出现了萎蔫 的现象，并随处理时间萎蔫程度加剧，处理 7 周后不再出现新的萎蔫，其中 AP/AR/M 萎蔫程 度大于 AR/M；连续淹水和间歇淹水下的萎蔫程度基本相同。而淹水处理对 G 作基砧的植株 “丁颖杯”课外学术科技作品竞赛参赛作品 10 而言并非处于胁迫状态，AP/AR/G 和 AR/G 在连续水淹和间歇淹水处理下都未出现萎蔫，枝 梢和叶片生长在连续和周期淹水 16 周后仍然保持上升势头，其长势甚至超过对照，根系更为 发达。从叶片光合特征看，淹水处理下，AP/AR/G 和 AR/G 的 Fv/Fm 未降低，表明其 PSII 反 应中心完整，其净光合速率不仅未见下降，反而较对照有所提高。这一结果进一步说明，圆 滑番荔枝（G）具有喜湿性，而山番荔枝（M）不耐淹水，同时也说明番荔枝对水分环境的适 应性应砧木而改变。以中间砧 AR 解决 AP 番荔枝与 G 的不亲和问题，以 G 作基砧可以完全 解决 AP 番荔枝不耐淹水的问题。 我们发现， 相同基砧下， 接穗对嫁接苗在淹水环境的适应性也有一定影响。 发现 AP/AR/M 在淹水胁迫下，除了萎蔫率和枝梢生长严重抑制程度比 AR/M 高外，AP/AR/M 周期淹水处理 2 周后 （排水期） 叶片净光合速率的恢复上升能力低于 AR/M。 这说明在淹水胁迫下， AP/AR/M 比 AR/M 的敏感性更高，伤害效应更大。 四、结论四、结论 根据以上结果分析和讨论，我们得出以下结论：以圆滑番荔枝（G）作基砧可显著改善番 荔枝的耐淹水性能，表现为在淹水条件下，植株维持旺盛的生