王紹祖,羅仁斌,樊秀彩,張 穎,孫 磊,劉崇懷,姜建福*

(1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所,鄭州 450009;2 楚雄州農(nóng)業(yè)科學(xué)院,云南楚雄 675000)

葡萄為葡萄科 (Vitaceae) 葡萄屬 (VitisL.)植物,是世界上最古老、栽培面積最廣、經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的果樹之一。中國(guó)有著悠久的葡萄栽培歷史,作為重要的果樹經(jīng)濟(jì)作物,葡萄在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。葉片黃化又稱葡萄黃葉病,主要癥狀表現(xiàn)為上部葉肉細(xì)胞失綠,而葉脈正常,嚴(yán)重時(shí)整株葉片黃化,甚至造成樹體死亡[1]。

由于葡萄葉片黃化發(fā)生時(shí)間集中在花序生長(zhǎng)期和開花期,嚴(yán)重影響樹體的正常發(fā)育以及果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì),當(dāng)前葉片黃化已經(jīng)成為葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要制約因素。

葉片黃化現(xiàn)象對(duì)生長(zhǎng)的影響在其他作物上已有報(bào)道,如梨葉片缺鐵黃化使蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、凈光合速率以及胞間CO2濃度等都呈下降趨勢(shì),葉片生長(zhǎng)受到抑制[2];俄羅斯楊黃化使葉片中超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)的活性呈下降趨勢(shì),葉片水勢(shì)低于正常葉片[3];核桃和蘋果黃化植株產(chǎn)量大幅度下降,嚴(yán)重時(shí)核桃減產(chǎn)達(dá)50%,蘋果減產(chǎn)達(dá)90%以上[4-5];黃化使百合花期提前,并顯著降低葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度[6];黃化也使藍(lán)莓葉片角質(zhì)層厚度、葉綠素相對(duì)含量以及柵欄組織厚度顯著降低[7]。

‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄屬于二倍體歐美雜種,其果穗整齊美觀,具有特殊的玫瑰香味,口感好,易栽培,經(jīng)濟(jì)效益高,廣受市場(chǎng)歡迎,尤其是2015年以來國(guó)內(nèi)種植面積更是呈爆發(fā)式增長(zhǎng)[8]。隨著種植面積不斷擴(kuò)大,‘陽(yáng)光玫瑰’葉片黃化現(xiàn)象在中國(guó)北方產(chǎn)區(qū)尤為突出。

葉片是光合作用的主要器官,其黃化對(duì)植株光合作用、枝葉生長(zhǎng)以及果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)必然造成嚴(yán)重的危害[9]。

目前關(guān)于葉片黃化影響的研究主要集中在梨[10]、檳榔[11]、獼猴桃[12]等植物上,而在葡萄上雖有報(bào)道,但研究大多不夠深入系統(tǒng)[9,13-15]。

因此,本研究以‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄為研究對(duì)象,分析葉片黃化對(duì)其植株生理指標(biāo)和果實(shí)品質(zhì)的影響,旨在為葡萄黃化植株科學(xué)栽培管理提供一定參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于河南省滎陽(yáng)市蔡寨村葡萄園(N34.76123°,E113.34460°),屬溫暖帶大陸性季風(fēng)氣候,土壤平均pH值8.04。該園區(qū)‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄樹齡為4年,樹型為單干雙臂,架高185 cm,株距1 m,行距2.5 m,南北行向,露地栽培,2022年5月初出現(xiàn)大面積葉片黃化現(xiàn)象。本試驗(yàn)選取該園內(nèi)葉片嚴(yán)重黃化以及正常的‘陽(yáng)光玫瑰’成齡樹為材料,黃化植株和正常植株均取自同一塊地,所有試驗(yàn)材料統(tǒng)一進(jìn)行田間栽培管理。在花滿開0～2 d內(nèi)采用25 mg/L GA3和4 mg/L CPPU進(jìn)行無核保果處理。

1.2 觀測(cè)指標(biāo)及方法

試驗(yàn)于2022年5月19日,在黃化植株和正常植株上隨機(jī)選取葉各20片,新梢各20枝。由于黃化現(xiàn)象多發(fā)生在上部葉片,故葉片樣本選取從基部向上第8片成齡葉。

從選取的20片葉中隨機(jī)選取10片葉做標(biāo)記,用于葉綠素含量、葉片大小、新稍長(zhǎng)度、光合指標(biāo)和葉綠素?zé)晒獾臏y(cè)定,其余葉片不做標(biāo)記。

1.2.1 葉片葉綠素含量及生長(zhǎng)指標(biāo)

使用手持式 SPAD 儀測(cè)定葉綠素含量。用卷尺和游標(biāo)卡尺測(cè)標(biāo)記葉片的大小、新梢長(zhǎng)度和枝條粗度,用未標(biāo)記的葉片測(cè)葉片重。

1.2.2 葉片光合氣體交換參數(shù)

采用手持便攜光合儀 CIRAS-3(PP Systems,美國(guó)),于上午 9:00-11:00測(cè)定葉片蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、凈光合速率(Pn)以及胞間 CO2濃度(Ci),每組測(cè)3個(gè)重復(fù)。測(cè)試條件控制:光強(qiáng)(1 000±50) mmol/(m2·s),CO2濃度 (360±20) μL/L,氣溫(26±1) ℃。

1.2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)

采用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x PAM-2500測(cè)定標(biāo)記葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù),于上午 9:00-11:00葉片暗適應(yīng)0.5 h后,測(cè)初始熒光(Fo)、光下最小熒光產(chǎn)量(Fo′)、最大熒光產(chǎn)量(Fm)、相對(duì)電子傳遞速率(ETR)、實(shí)際光合量子產(chǎn)量Y(Ⅱ),每組測(cè)3個(gè)重復(fù)。

1.2.4 葉片組織顯微結(jié)構(gòu)

隨機(jī)選取黃化和正常葉片各5片,取樣位置選取從基部向上第8片成齡葉,用70%標(biāo)準(zhǔn)固定液(FAA)固定保存。

通過石蠟切片進(jìn)行葉片顯微結(jié)構(gòu)觀察,使PANNORAMIC DESK/MIDI/250/1000全景切片掃描儀(3DHISTECH-Hungary)觀察并拍照,用Image-Pro Plus 6.0分析軟件測(cè)量分析葉片上下表皮厚度、葉厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度,每組數(shù)據(jù)測(cè)3個(gè)重復(fù)。

1.2.5 果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)

在葉片黃化和正常區(qū)域各隨機(jī)選取3行葡萄樹,統(tǒng)計(jì)每行果穗數(shù)量,每行隨機(jī)選取10串果穗,稱重,取平均數(shù),根據(jù)每行占地面積估算畝產(chǎn)量;黃化樹和正常樹隨機(jī)選取10串果穗,每串果實(shí)隨機(jī)選取10個(gè)果粒,用天平和游標(biāo)卡尺測(cè)量單果重和果實(shí)縱橫徑(果粒大小以縱橫徑乘積表示),并參考王翠玲等[16]方法測(cè)可溶性固形物含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和畫圖,用SPASSPRO(眾言科技)在線軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片黃化對(duì)植株莖葉生長(zhǎng)量以及葉綠素含量的影響

圖1顯示,‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄的葉片黃化主要發(fā)生在植株上部葉片,葉片脈間失綠,嚴(yán)重時(shí)黃化癥狀向下部葉片延伸。葉片是植物光合作用的主要器官,葉片大小和葉片重量可直接反映出葉片的生長(zhǎng)狀況。由表1可知,葉片黃化植株的莖長(zhǎng)和枝條粗比正常植株分別極顯著降低22.43%和16.81%(P<0.01),黃化葉片大小和葉片重量分別比正常葉片極顯著降低30.88%和34.06%。同時(shí),葡萄葉片發(fā)生黃化后,葉片葉綠素含量相對(duì)于正常葉片也大幅度極顯著降低,黃化葉片葉綠素含量?jī)H為正常葉片的51.61%。

表1 黃化植株葉片葉綠素含量及莖葉生長(zhǎng)量的變化

圖1 黃化植株(A)與正常植株(B)對(duì)比

2.2 葉片黃化對(duì)植株成齡葉片光合特性的影響

從表2可知,‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄黃化葉片的凈光合速率(Pn)極顯著低于正常葉片,正常葉片的Pn是黃化葉片的6.6倍(P<0.01),同時(shí)黃化葉片的蒸騰速率(Tr)和氣孔導(dǎo)度(Gs)也分別比正常葉片顯著降低15.44%和34.86%(P<0.05),而黃化葉片的胞間CO2含量(Ci)則相較于正常葉片極顯著增加21.15%。

表2 黃化植株成齡葉光合特性的變化

2.3 葉片黃化對(duì)植株成齡葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

表3顯示,‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄黃化葉片的初始熒光(Fo)、光下最小熒光(Fo′)、最大熒光產(chǎn)量(Fm)、相對(duì)電子傳遞速率(ETR)以及實(shí)際光合量子產(chǎn)量Y(Ⅱ)均比正常葉片極顯著降低。黃化葉片F(xiàn)o、Fo′、Fm、ETR、Y(Ⅱ)比正常葉片的降幅分別為54.69%、48.38%、74.88%、68.54%和69.66%(P<0.01)。

表3 黃化成齡葉片熒光參數(shù)的特征

2.4 葉片黃化對(duì)植株葉片組織結(jié)構(gòu)的影響

‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄黃化和正常葉片橫切面解剖結(jié)構(gòu)的觀察結(jié)果表明,黃化葉片柵欄組織細(xì)胞相對(duì)較小,且排列疏松,正常葉片細(xì)胞長(zhǎng)且排列緊密;而黃化葉片海綿組織細(xì)胞相較于正常葉片數(shù)量較少,排列密度明顯小于正常植株葉片(圖2)。同時(shí),由表4可知,‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄葉片黃化癥狀發(fā)生后,葉片厚度發(fā)生變化,黃化與正常葉片解剖結(jié)構(gòu)特征存在明顯的差異。其中,黃化葉片厚度、柵欄組織厚度以及柵海比相較正常葉片分別極顯著提高13.57%、90%和121%(P<0.01),但黃化葉片上表皮厚度和海綿組織厚度卻相較于正常葉片分別極顯著和顯著降低17.65%和13.11%,而黃化葉片下表皮厚度與正常葉片差異不顯著(P>0.05)。

表4 黃化葉片解剖結(jié)構(gòu)特征

a.柵欄組織;b.海綿組織;c.上表皮;d.下表皮。

2.5 葉片黃化對(duì)植株果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄葉片黃化對(duì)果實(shí)表型有較大影響,黃化植株果粒顏色發(fā)黃且體積變小(圖3);同時(shí)葉片黃化使果實(shí)產(chǎn)量、果粒大小、果實(shí)可溶性固形物含量等均受到極顯著影響(表5)。其中,黃化植株穗重極顯著降低69.94%。同時(shí),通過統(tǒng)計(jì),每行樹占地約466.67 m2,黃化和正常植株每行平均分別有1 486和1 768串果實(shí),根據(jù)已知平均穗重計(jì)算出每行產(chǎn)量,最終估算出黃化和正常植株畝產(chǎn)分別為836.4 kg和1 691.0 kg,黃化植株產(chǎn)量相對(duì)于正常植株極顯著降低50.54%,單粒重量極顯著降低42.93%,果粒大小和可溶性固形物含量比正常植株分別極顯著降低32.7%和11.83%(P<0.01)。

表5 黃化植株果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的特征

圖3 黃化(A)和正常(B)植株的果實(shí)表型

3 討 論

3.1 葡萄光合生理特征與葉片黃化的關(guān)系

首先,葉綠素是植物葉片中進(jìn)行光合反應(yīng)的主要色素,同時(shí)葉綠素和植物的光合反應(yīng)有很大的關(guān)聯(lián)[17]。對(duì)此周龍等[13]通過研究吐魯番地區(qū)葡萄生理性黃化和R?mheld等[18]研究葡萄缺鐵黃化都發(fā)現(xiàn)葉片黃化癥狀發(fā)生時(shí)葉綠素含量均顯著降低。本實(shí)驗(yàn)結(jié)論與之一致,即隨著‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄葉片黃化現(xiàn)象的發(fā)生,葉片中葉綠素含量顯著下降,隨之葉片光合特性、枝葉生長(zhǎng)量以及葉綠素?zé)晒鈪?shù)等指標(biāo)也均受到顯著抑制。

其次,葉綠素?zé)晒鈪?shù)被視為是研究植物光合作用與環(huán)境關(guān)系的內(nèi)在探針。初始熒光(Fo)是光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)反應(yīng)中心處于完全開放時(shí)的熒光產(chǎn)量,它與葉片葉綠素濃度有關(guān)。最大熒光產(chǎn)量(Fm)是PSⅡ反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時(shí)的熒光產(chǎn)量,可反映經(jīng)過PSⅡ的電子傳遞情況[19]。賈兵等[20]在研究梨黃化對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)影響時(shí)發(fā)現(xiàn)正常葉片的Fm、Y(Ⅱ)和ETR顯著高于黃化葉片。王志軍等[21]研究水稻劍葉黃化的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)正常劍葉的Fm值顯著高于黃綠、綠黃葉片,本研究結(jié)果與他們的結(jié)論一致。但本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄黃化葉片F(xiàn)o顯著小于正常葉片,這與賈兵[20]和王志軍[21]的結(jié)論相反,具體原因有待進(jìn)一步試驗(yàn)探明。

另外,葉片光合氣體交換參數(shù)與光合作用的效率有很大的相關(guān)性。黃小晶等[14]在葉片黃化對(duì)‘赤霞珠’ 葡萄葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響研究中發(fā)現(xiàn),葉片黃化迫使葡萄葉片Pn、Gs、Tr均顯著降低,而Ci卻呈上升趨勢(shì)。劉春燕等[15]在黃化對(duì)吐魯番葡萄影響的研究中也發(fā)現(xiàn)黃化株葉片Pn、Gs、Tr均顯著低于正常株,Ci則顯著高于正常株。韋國(guó)春等[3]在研究香榧枝葉黃化的生理特性時(shí)也得出與前者相同的結(jié)果,本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也均與以上結(jié)論一致。

3.2 葡萄葉片組織結(jié)構(gòu)與黃化的關(guān)系

植物葉片形態(tài)在變化的環(huán)境中有較強(qiáng)的感應(yīng)機(jī)制和適應(yīng)機(jī)制,植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力就是表現(xiàn)在葉片組織結(jié)構(gòu)特征的變化上[22]。葉片厚度也可以反映品種適應(yīng)性,葉片越厚則表示植物防止水分蒸發(fā)的能力越強(qiáng)。周龍等[13]在吐魯番葡萄黃化對(duì)葉片解剖結(jié)構(gòu)影響的研究中發(fā)現(xiàn),當(dāng)葡萄發(fā)生黃化時(shí),葉片柵欄組織厚度、海綿組織厚度以及葉片厚度均顯著降低,葉片柵欄組織和海綿組織排列疏松。孟潔等[7]在研究不同藍(lán)莓品種葉片黃化對(duì)其解剖結(jié)構(gòu)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著葉片黃化程度的加重,葉片厚度、柵欄組織厚度均顯著降低。本試驗(yàn)結(jié)果表明‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄黃化葉片海綿組織厚度雖比正常葉片有降低,但其葉片厚度和柵欄組織厚度則顯著高于正常葉片。此結(jié)果可能是由于葉片對(duì)環(huán)境作出適應(yīng)性改變的結(jié)果,也可能與葉面積減小使干物質(zhì)在有限空間積累有關(guān),具體的原因有待進(jìn)一步研究證明。

3.3 葡萄莖葉生長(zhǎng)量及果實(shí)品質(zhì)產(chǎn)量與黃化的關(guān)系

劉春燕等[23]和王翠玲等[9]在研究葡萄葉片黃化時(shí)發(fā)現(xiàn)黃化植株的新梢長(zhǎng)、枝條粗度、葉片大小、葉片重量以及果實(shí)產(chǎn)量和可溶性固形物含量相較于正常植株均顯著下降,與本試驗(yàn)結(jié)果一致。Bavaresco L等[24]研究結(jié)果表明,雖然黃化植株葡萄坐果數(shù)、果實(shí)大小顯著降低,但果實(shí)可溶性固形物含量卻比正常植株的果實(shí)高,這種現(xiàn)象可能是由于產(chǎn)量下降的結(jié)果。黎秀麗等[25]也研究發(fā)現(xiàn),梨黃化株新梢長(zhǎng)度、葉面積、葉片厚度等均顯著低于正常株。蘋果[4]和核桃[5]黃化植株相較于正常植株產(chǎn)量大幅度下降,這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。造成這些現(xiàn)象的原因是由于黃化葉片光合效率降低,碳同化能力下降,導(dǎo)致植株生產(chǎn)的干物質(zhì)不足以滿足植株生長(zhǎng)需求,最終莖葉生長(zhǎng)受阻,進(jìn)一步導(dǎo)致植株“庫(kù)-源”比失衡,結(jié)果期果實(shí)得不到充足的養(yǎng)分供給,因此果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)大幅度降低。

綜上所述,當(dāng)‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄葉片出現(xiàn)生理性黃化癥狀時(shí),其葉綠素含量顯著下降,同時(shí)導(dǎo)致葉片光合系統(tǒng)受損以及光合電子的傳遞受到顯著影響,從而進(jìn)一步使葉片葉肉細(xì)胞光合能力降低,碳同化能力下降,最終使植株凈光合速率降低,植株干物質(zhì)的生產(chǎn)受阻,葉片組織結(jié)構(gòu)發(fā)育受到抑制,葉片光合能力進(jìn)一步受到影響,枝葉生長(zhǎng)所需的干物質(zhì)不能得到有效供給,生長(zhǎng)量降低,果實(shí)由于沒有得到充足的養(yǎng)分輸送,糖分積累降低,生長(zhǎng)受到抑制。