邱 霞，孫國(guó)超，熊 博，廖 玲，汪志輝，*，王 迅，祝 進(jìn)

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，成都 611130；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)果蔬研究所，成都 611130；3.四川省園藝作物技術(shù)推廣總站，成都 610041）

葉面積指數(shù)（leaf area index，LAI），即植物葉片表面積之和與土地表面積的比率[1]，是定量描述群體水平上葉片的空間分布和密度變化的特征參數(shù)[2]，受植物大小、年齡、株行距和其他因子的影響[3]。LAI能直接影響植物群體對(duì)光能的截獲及利用[4]、水分的吸收與蒸騰[5]、潛熱和感熱通量等[6]，進(jìn)而影響群體的生長(zhǎng)發(fā)育[7]、光合作用[8]和蒸騰作用[9]等生理過(guò)程，是反映作物產(chǎn)量[10]、植被冠層結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)健康狀況[11]的重要指標(biāo)[12]，同時(shí)也是水文、生態(tài)、氣候等模型的重要輸入?yún)?shù)[13]，其值大小對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

光合作用是作物產(chǎn)量和品質(zhì)形成的基礎(chǔ)，LAI作為重要的功能性狀，與植物植被冠層的截獲、冠層表明能量交換和凈初級(jí)生產(chǎn)力具有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系[14]，對(duì)作物群體的光合作用以及整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程有重要的影響[15]。冠層LAI 大小能反映植物利用太陽(yáng)輻射能量進(jìn)行光合作用的能力，在一定范圍內(nèi)，植物群體光合作用能力會(huì)著LAI 的增加而提升，而當(dāng)LAI 達(dá)到一定限度后，植物葉片交叉面積過(guò)大，易導(dǎo)致田間郁閉，光照強(qiáng)度減弱，光合作用速率減小，進(jìn)而作物產(chǎn)量降低[16]。目前關(guān)于LAI 的研究主要在森林、草地和大田作物等生態(tài)系統(tǒng)[17]，研究方向集中在LAI 的估算、LAI 與產(chǎn)量的關(guān)系上，而LAI 對(duì)果樹光合作用和果實(shí)品質(zhì)的影響鮮有研究，所以研究LAI 對(duì)柑橘葉片光合作用能力及果實(shí)品質(zhì)的影響，對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

同等樹齡的柑橘的LAI 主要受栽植密度和修剪程度的影響，目前栽植密度對(duì)植物光合作用的影響研究較多[18]，但栽植密度不能完全定量描述冠層葉片數(shù)量，其忽略了修剪程度對(duì)葉片數(shù)量的影響，故研究LAI 對(duì)光合作用的影響更為全面而精確。本試驗(yàn)以黃果柑為試材，設(shè)置 LAI 為 2.0、2.4、2.8、3.2和3.6 共5 個(gè)處理，對(duì)各處理的葉片光合特性及果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定與分析，篩選出適宜黃果柑的LAI，使黃果柑獲得高光效，進(jìn)而提高其果實(shí)品質(zhì)，并可為其他柑橘品種LAI 的選擇提供理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與地點(diǎn)

試驗(yàn)材料為7年生黃果柑果樹，供試植株樹勢(shì)基本一致，生長(zhǎng)良好，無(wú)病蟲害。試驗(yàn)園區(qū)在四川省雅安市石棉縣安順片區(qū)的黃果柑栽培示范園，海拔850 m 左右，年均溫 13～17 ℃，1月均溫 5～8 ℃，絕對(duì)低溫-1 ℃，年有效積溫 4 000～6 500 ℃，無(wú)霜期250～300 d，沙壤土，有機(jī)質(zhì)含量 1.79%，pH 值為 6.5左右。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按LAI 的不同，設(shè)置表1所示的5 個(gè)處理，LAI的設(shè)置通過(guò)栽植密度和修剪水平的調(diào)整實(shí)現(xiàn)，各處理于夏季和冬季各修剪1 次，使全年LAI 變化穩(wěn)定在正負(fù)0.1 之間，LAI 用LAI-2200 植物冠層分析儀測(cè)定[19]。小區(qū)面積 667 m2，3 次重復(fù)，小區(qū)間隔 10 m以上。各處理除修剪外的田間管理一致，施肥量以單株計(jì)算，以減少肥水條件對(duì)試驗(yàn)的影響。

表1 試驗(yàn)處理列表Table 1 The lest of treatment

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 光合氣體交換參數(shù)測(cè)定

在幼果期、膨大期、轉(zhuǎn)色期和成熟期這4 個(gè)關(guān)鍵物候期進(jìn)行黃果柑葉片光合氣體交換參數(shù)測(cè)定。測(cè)定時(shí)間為晴朗天氣的 8：00～18：00，測(cè)定儀器為L(zhǎng)i-COR 6400XTP 型便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)，選擇樹冠南面新梢頂部第3～5 片健康功能葉進(jìn)行測(cè)定，每2 h 測(cè)定一組，每個(gè)數(shù)據(jù)重復(fù)測(cè)定3 次，自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。測(cè)定參數(shù)主要包括凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間 CO2濃度（Ci）和氣孔導(dǎo)度（Gs）。記錄數(shù)據(jù)并繪制成圖。

1.3.2 光響應(yīng)曲線、CO2響應(yīng)曲線測(cè)定

參照邱霞[20]的方法對(duì)光響應(yīng)曲線和CO2響應(yīng)曲線進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)間為葉幕穩(wěn)定期晴朗天氣的9：00～11：00，測(cè)定儀器同 1.3.1。光響應(yīng)曲線采用 LED紅藍(lán)光源控光測(cè)定，光強(qiáng)依次設(shè)定為2 000、1 800、1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、100、50、30、0 μmol/m2·s，樣品室CO2濃度設(shè)定為400 μmol/m2·s，采用LightCurve2 程序自動(dòng)測(cè)定，記錄，繪制成圖。CO2響應(yīng)曲線采用CO2壓縮鋼瓶緩釋控制測(cè)定，樣品室 CO2濃度依次設(shè)定為 400、300、200、100、50、400、400、600、800、1 000、1 200、1 500、2 000 μmol/m2·s，光強(qiáng)設(shè)定為 1 200 μmol/m2·s，采用 A-Ci Curve2 程序自動(dòng)測(cè)定，每個(gè)處理重復(fù)3 次，記錄，繪制成圖。

1.3.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定儀器為PAM 2500 型便攜式調(diào)制熒光儀，測(cè)定時(shí)間為葉幕穩(wěn)定期無(wú)雨天氣的黎明前，植株經(jīng)過(guò)充分的暗適應(yīng)，參照隆春艷[21]的操作測(cè)定初始熒光（F0）和最大熒光值（Fm），每個(gè)處理重復(fù) 3 次。依照公式 Fv/F0=（Fm-F0）/F0計(jì)算PSII潛在活性，并依照公式 Fv/Fm=（Fm-F0）/Fm計(jì)算 PSII最大光化學(xué)轉(zhuǎn)化效率Fv/Fm，整理記錄數(shù)據(jù)。

規(guī)劃核實(shí)測(cè)量成果數(shù)據(jù)是進(jìn)行規(guī)劃核實(shí)的依據(jù)，具有嚴(yán)肅的法定性。為此，核實(shí)測(cè)量的全過(guò)程從外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及質(zhì)量檢查都必須細(xì)致、準(zhǔn)確。核實(shí)測(cè)量的各個(gè)工序都完成之后，需要每一個(gè)作業(yè)班組織本班的人員進(jìn)行自己負(fù)責(zé)工序的自檢、互檢；再由核實(shí)測(cè)量的技術(shù)負(fù)責(zé)人和專職的檢查人員對(duì)班組提交的成果進(jìn)行細(xì)致全面的檢查，并進(jìn)行外業(yè)的質(zhì)量檢查工作。為確保質(zhì)量，還準(zhǔn)備適時(shí)實(shí)施注冊(cè)測(cè)繪師簽字制度。

1.3.4 黃果柑果實(shí)品質(zhì)測(cè)定

用游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)縱、橫徑，計(jì)算果形指數(shù)；用AL204 型精密電子天平測(cè)定單果重；用TD-45型數(shù)顯式手持測(cè)糖儀測(cè)定可溶性固形物含量；用蒽酮比色法測(cè)定糖總含量[22]；用酸堿中和滴定法測(cè)定可滴定酸含量[22]；用鉬藍(lán)比色法測(cè)定Vc 含量[22]。每個(gè)處理每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3 次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用光合計(jì)算軟件以直角雙曲線的修正模型[23]對(duì)光響應(yīng)和CO2響應(yīng)曲線的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用SPSS 22.0 軟件以 Duncar 新復(fù)極差法做 P＜0.05 水平的方差差異顯著性分析，并用Microsoft Excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面積指數(shù)對(duì)黃果柑光合氣體交換參數(shù)的影響

由圖1可知，黃果柑葉片凈光合速率（Pn）在幼果期和成熟期時(shí)呈升-降-升-降的雙峰曲線，因?yàn)檫@兩個(gè)時(shí)期時(shí)溫度較高光照較強(qiáng)，存在不同程度的光合抑制；果實(shí)膨大期和轉(zhuǎn)色期呈先升后降的單峰曲線，沒(méi)有明顯的光合抑制現(xiàn)象，在早上10：00 或12：00 達(dá)到峰值。不同 LAI 處理下黃果柑的 Pn相比，處理5 的Pn在4 個(gè)物候期中均較低，且日變化相對(duì)較穩(wěn)定；處理1 在4 個(gè)物候期的Pn最大值分別為12.75、7.49、8.29 和 3.5 μmol/m2·s，比同期處理 5 的Pn高 1.02、1.76、2.16 和 2.89 倍，光合速率顯著提升。

圖1 不同葉面積指數(shù)處理的黃果柑葉片光合速率日變化Figure 1 Photosynthetic rate of Huangguogan leaves with different leaf area index

由圖2可知，黃果柑葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）日變化規(guī)律與Pn相似，幼果期和成熟期呈雙峰曲線，果實(shí)膨大期和轉(zhuǎn)色期呈單峰趨勢(shì)，在早上10 點(diǎn)左右達(dá)到最高值，12 點(diǎn)下降，較Pn變化早。Gs的年均值表現(xiàn)為處理1＞處理2＞處理4＞處理3＞處理5，依次為0.082、0.067、0.060、0.059 和 0.050 mmol/m2·s，整體表現(xiàn)為隨著LAI 的升高而降低，表明低葉片密度的光環(huán)境更利于葉片氣孔開張。

圖2 不同葉面積指數(shù)處理下黃果柑葉片氣孔導(dǎo)度日變化Figure 2 Stomatal conductance of Huangguogan leaves with different leaf area index

由圖3可知，黃果柑葉片胞間 CO2濃度（Ci）與Pn呈相反規(guī)律，幼果期及成熟期呈降-升-降-升趨勢(shì)，果實(shí)膨大期及轉(zhuǎn)色期呈先降后升趨勢(shì)。不同LAI處理下黃果柑葉片Ci相比，低LAI 處理葉片的Ci較高LAI 處理的Ci低，隨著LAI 的降低，葉片光合作用增強(qiáng)，Pn上升，消耗CO2增多，使Ci顯著低于高LAI處理。處理 1 的 Ci年均值僅為 310.78 μmol/mol，較處理5 低13.1%，但果實(shí)膨大期和成熟期的中午，光合抑制現(xiàn)象較強(qiáng)時(shí)，處理5、處理4 和處理3 這3 個(gè)處理的 Ci較處理 1 和處理 2 的 Ci低，可能是因?yàn)槿~片密度較大，相互遮陰嚴(yán)重，光照和溫度上升較慢，光合抑制現(xiàn)象較弱，所以導(dǎo)致Ci上升不明顯。

由圖4可知，黃果柑葉片蒸騰速率（Tr）日變化整體呈先升后降的趨勢(shì)，僅在果實(shí)膨大期12-14 點(diǎn)出現(xiàn)了較明顯抑制。Tr年均值表現(xiàn)為處理1＞處理2＞處理 4＞處理 3＞處理 5，依次為 1.57、1.25、1.15、1.12 和 1.03 mmol/m2·s，整體表現(xiàn)為隨著 LAI 的降低而升高?？梢?jiàn)隨著LAI 的降低，葉片密度下降，葉片間遮擋程度下降，更多的葉片直接暴露在光照條件下，葉溫升高，使葉片蒸騰速率上升。

2.2 葉面積指數(shù)對(duì)黃果柑葉片光和CO2響應(yīng)特征的影響

圖3 不同葉面積指數(shù)處理下黃果柑Ci日變化Figure 3 Intercellular CO2 concentration of Huangguogan leaves with different leaf area index

圖4 不同葉面積指數(shù)處理下黃果柑葉片Tr日變化Figure 4 Transpiration rate of Huangguogan leaves with different leaf area index

圖5 不同葉面積指數(shù)處理下黃果柑葉片光響應(yīng)曲線Figure 5 Light response curve of Huangguogan leaves with different leaf area index

不同LAI 處理下黃果柑葉片光合氣體交換參數(shù)對(duì)CO2濃度梯度變化的響應(yīng)關(guān)系如圖6所示，5個(gè)處理葉片的CO2響應(yīng)曲線變化速率及最大光合速率均存在較大差異，與光響應(yīng)曲線相似。所有處理的Pn均隨著CO2濃度的增大整體呈先上升后減緩趨勢(shì)，Gs和 Tr隨 PAR 升高逐漸降低，Ci隨 PAR 升高呈線性升高趨勢(shì)。在CO2濃度小于500 μmol/mol的區(qū)段，Pn隨著CO2濃度的上升迅速升高；當(dāng)CO2濃度大于500 μmol/mol 時(shí)，保持在較穩(wěn)定水平或以較低速率持續(xù)上升，與光響應(yīng)曲線不同的是，幾乎未出現(xiàn)因CO2濃度過(guò)高而受到抑制的現(xiàn)象。對(duì)數(shù)據(jù)擬合分析得到CO2飽和點(diǎn)最大光合速率（CSPn），本試驗(yàn)測(cè)定的 CSPn 值為光強(qiáng)控制在1 200 μmol/m2·s條件下，CO2濃度達(dá)到該品種飽和時(shí)，葉片的最大光合速率擬合值，能一定程度上反映該品種的光合潛力。不同處理的 CSPn在 24.52～32.26 μmol/m2·s 之間，表現(xiàn)為處理 1＞處理 2＞處理 3＞處理 4＞處理 5，依次為 32.26、29.39、28.71、27.52 和 24.54 μmol/m2·s，可見(jiàn)隨著LAI 降低，黃果柑光合潛力提高。

2.3 葉面積指數(shù)對(duì)黃果柑光合熒光參數(shù)的影響

由圖7可知，隨著LAI 的上升，黃果柑葉片F(xiàn)0、Fm和Fv/F0均呈下降趨勢(shì)，不同處理間差異顯著，F(xiàn)v/Fm略有下降，但差異不顯著。Fv/Fm反映了PSII 的最大光化學(xué)效率[24]，黃果柑的Fv/Fm在不同處理間無(wú)顯著差異，穩(wěn)定在0.75～0.78 之間，但Fv/F0呈顯著下降趨勢(shì)，F(xiàn)v/F0反映了PSII 的潛在活性，處理1 的Fv/F0為3.56，較處理5 高20.6%，說(shuō)明LAI 變化顯著影響了黃果柑葉片的潛在光合能力，與CO2響應(yīng)曲線測(cè)定結(jié)果一致。

2.4 葉面積指數(shù)對(duì)黃果柑果實(shí)品質(zhì)的影響

2.4.1 葉面積指數(shù)對(duì)黃果柑果實(shí)商品質(zhì)量的影響

由表2可知，不同LAI 處理的黃果柑果實(shí)單果重、果實(shí)橫徑、縱徑差異顯著，果形指數(shù)變化差異不顯著，維持在 0.97～1.04 之間。不同 LAI 處理下黃果柑單果重在168.3～231.6 g 之間，處理1 黃果柑單果重達(dá)231.6 g，較處理5 高37.6%；橫縱徑分別為8.15 和 7.89 cm，較處理 5 高 19.50%和 10.81%，說(shuō)明低LAI 條件更利于黃果柑果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育和商品質(zhì)量的提高。

2.4.2 葉面積指數(shù)對(duì)黃果柑果實(shí)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響

圖6 不同葉面積指數(shù)處理下黃果柑葉片CO2 響應(yīng)曲線Figure 6 CO2 response curve of Huangguogan leaves with different leaf area index

圖7 不同葉面積指數(shù)處理下黃果柑葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)Figure 7 Chlorophyll fluorescence parameters of Huangguogan leaves with different leaf area index

由表3可知，不同LAI 的黃果柑果實(shí)可溶性固形物（TSS）、總糖含量和糖酸比隨LAI 降低呈上升趨勢(shì)，處理1 和處理2 的黃果柑果實(shí)TSS、總糖含量和糖酸比均較高，其中處理1 的這3 個(gè)指標(biāo)分別較處理5 高22.67%、16.89%和36.05%。不同處理間VC 含量差異不顯著?？傻味ㄋ岷浚═A）隨 LAI 降低而顯著降低，處理1 的TA 最低，僅0.73 g/100 mL，較處理5 低16.44%。

綜合分析不同LAI 對(duì)黃果柑果實(shí)商品屬性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響可知，處理1（LAI=2.0）的黃果柑果實(shí)最大，單果重最高，縱橫徑最大，果形指數(shù)為0.97，果實(shí)TSS、總糖含量和糖酸比最高，酸含量最低，整體果實(shí)品質(zhì)最佳。

表2 不同葉面積指數(shù)處理下黃果柑果實(shí)商品質(zhì)量Table 2 Fruit external quality of Huangguogan with different leaf area index

表3 不同葉面積指數(shù)處理下黃果柑果實(shí)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值Table 3 Fruit inner quality of Huangguogan with different leaf area index

3 討論與結(jié)論

光合氣體交換參數(shù)是對(duì)光合作用強(qiáng)弱的直觀體現(xiàn)。本研究結(jié)果表明，隨著LAI 降低，黃果柑在4個(gè)物候期的 Pn、Gs和 Tr均有不同程度的升高，Ci顯著降低，說(shuō)明LAI 降低后光照增強(qiáng)、溫度升高使蒸騰作用增強(qiáng)，同時(shí)也促進(jìn)氣孔的開張，使Gs升高，以促進(jìn)光合作用，使Pn升高。在溫度較高光照較強(qiáng)的幼果期和成熟期出現(xiàn)了較明顯的光抑制現(xiàn)象。光抑制一般與PS II 有關(guān)，在出現(xiàn)光抑制時(shí)，會(huì)積累大量活性氧攻擊光合膜，如果PS II 較強(qiáng)會(huì)引起D1 蛋白的降解，以PSII 的可逆與失活應(yīng)對(duì)光抑制，如果沒(méi)有PS II 的調(diào)節(jié)，則可能出現(xiàn)光破壞現(xiàn)象[25]。黃果柑的光抑制表現(xiàn)為可恢復(fù)性光抑制，在下午光強(qiáng)減弱的情況下能及時(shí)恢復(fù)，這說(shuō)明低LAI 處理下黃果柑有較強(qiáng)PS II 活性。

不同LAI 處理的 PRA-Pn和 CO2-Pn響應(yīng)曲線變化規(guī)律相似，低LAI 處理的LSPn 和CSPn 顯著升高。植物出現(xiàn)光飽和是因?yàn)樵趶?qiáng)光下碳同化速率跟不上光反應(yīng)速度，而限制Pn的增加[25]。此時(shí)，低LAI黃果柑的LSPn 大于高LAI，是因?yàn)槠湓陂L(zhǎng)期的光照良好的環(huán)境中，已表現(xiàn)出對(duì)強(qiáng)光照的適應(yīng)性，進(jìn)而提高了LSPn。而植物出現(xiàn)CO2飽和點(diǎn)是因?yàn)镽uBP的再生速率受到限制[25]，此時(shí)低LAI 處理的CSPn 的升高不僅體現(xiàn)了碳同化關(guān)鍵酶活性升高，同時(shí)也表現(xiàn)出光反應(yīng)活性的增強(qiáng)，反映出低LAI 條件下黃果柑光合電子傳遞和光合磷酸化活性速率加快。

葉綠素?zé)晒馐侵参矬w內(nèi)發(fā)出的天然探針，可快速、靈敏和非破壞性地分析環(huán)境因子對(duì)光合作用的影響[24]。F0大小與葉綠素含量和PSⅡ反應(yīng)中心活性相關(guān)[26]，本研究發(fā)現(xiàn)，隨著LAI 的降低黃果柑葉片F(xiàn)0呈上升趨勢(shì)，且Fm和Fv/F0也顯著上升，說(shuō)明低LAI條件下黃果柑PS II 活性增強(qiáng)。

LAI 能直接影響植物群體對(duì)光能的截獲與利用，進(jìn)而影響植株的生長(zhǎng)發(fā)育[4]，最終導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)的不同。本研究結(jié)果顯示，隨著LAI 的降低，黃果柑果實(shí)單果重、橫徑、縱徑、可溶性固形物、總糖和糖酸比顯著上升，可滴定酸含量顯著下降。可能因?yàn)長(zhǎng)AI 降低時(shí)，冠層內(nèi)葉片間遮擋程度降低，葉片光合能力增強(qiáng)，干物質(zhì)積累增多，使果實(shí)發(fā)育質(zhì)量整體上升。

綜上所述，LAI 的降低有利于黃果柑光合作用和果實(shí)品質(zhì)的提高，LAI=2.0 條件下，黃果柑光合能力和光合潛力較好，果實(shí)品質(zhì)最佳，是黃果柑適宜的葉面積指數(shù)。