赵妮,郁松林,赵宝龙,于坤,董明明,杨夕
(新疆石河子大学农学院,新疆石河子 832000)
日光温室中不同架式对葡萄光合特性及果实品质的影响
赵妮,郁松林,赵宝龙,于坤,董明明,杨夕
(新疆石河子大学农学院,新疆石河子 832000)
【目的】研究日光温室中夏黑无核葡萄在不同架式下的光合特性及果实品质,对篱架和棚架在温室葡萄栽培上表现的优劣作出评价。【方法】利用Li-6400xt便携式光合测定仪测定净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)等光合参数;果实成熟期测量果实品质的各项指标,其中VC含量用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定,果实总酸含量用NaOH 滴定法测定。【结果】棚架各时期的全天Pn值都高于篱架栽培,且叶片叶绿素含量高于篱架叶片;从果实膨大期、转色期到成熟期,两种架式的Pn日变化峰值和均值逐渐降低;Pn与其他光合因素显著相关;棚架栽培下葡萄的单粒重和可溶性固形物明显高于篱架,单穗重、总糖和VC含量也高于篱架,但差异不显著。【结论】在日光温室条件下,棚架栽培的夏黑无核葡萄的叶片光合特性及果实品质都优于篱架栽培。
日光温室;夏黑无核葡萄;架式;光合特性;果实品质
【研究意义】葡萄(VitisviniferaL.为葡萄科(Vitaceae)葡萄属(Vitis)藤本植物。在全球分布和种植范围很大,是世界上栽培历史悠久、产量、经济价值较高、营养丰富、广受人们喜爱的果树之一,在世界以及我国的果树生产中都占有重要的地位。研究主要对篱架和棚架在温室葡萄栽培上表现的优劣作出评价,为提高日光温室中葡萄的产量及品质提供理论依据。【前人研究进展】由于露地葡萄的生产有季节性限制,在很大程度上不能满足人们的消费需求;同时随着果树栽培的集约化发展,世界上很多国家的果树生产者已经认识到果树日光温室栽培的重要性,并陆续开展果树日光温室栽培理论及技术的研究,经过近几十年的发展,至目前为止,果树日光温室栽培已是果树栽培学的一个重要分支[1,2]。【本研究切入点】光合作用是植物生长发育的基础,也是果树产量和品质形成的关键因素[3]。同时,光合作用又是一个对环境条件变化十分敏感的生理过程[4]。研究日光温室生态环境条件下对葡萄光合作用的变化,探讨葡萄光合作用的特点与规律,有助于建立高产、优质、高效的日光温室栽培模式。【拟解决的关键问题】研究在新疆生产建设兵团第九师团结农场葡萄日光温室内进行。以薄膜日光温室为基础,研究日光温室中夏黑无核葡萄在篱架与棚架两种架式下的光合特性及果实品质,揭示这两种架式对夏黑无核葡萄生长发育和果实产量品质的影响,对日光温室中葡萄的生长发育规律加以研究总结,为生产中制定相应的栽培技术措施提供理论依据,以获得高产优质的日光温室葡萄栽培技术。
1.1 材 料
研究在新疆生产建设兵团第九师团结农场葡萄日光温室内进行。该地区年平均气温 6.7℃,降水量284.4 mm,蒸发量1 673.5 mm,日照2 941 h,0℃以上积温3 375℃,无霜期142 d。温室结构为半面坡式日光温室,跨度8.5 m,脊高2.5 m,单棚面积333.5 m2(0.5亩),棚膜为聚乙烯无滴膜,自动卷帘草帘覆盖保温,采用滴灌灌溉。
供试品种为日光温室内3年生夏黑无核葡萄(VitisviniferaL.cv. Xiahei),2013年5月定植,苗木生长比较整齐。苗木均为嫁接苗,以贝达品种作为砧木,管理水平较高。栽培架式为篱架和棚架。篱架为双篱架,行间距为1.8 m,每行两个架面,架面高1.8~2.0 m,双篱基部间距为0.3 m,每架面10株(每行20株植株),南北行向栽植,长约5 m,两端各设一立柱,柱上从地面起每隔50 cm拉一道横向铁丝,共3道铁丝。棚架是在篱架的基础上重新整形的,将双篱架每行的两排植株挖去一排(即每行10株),行间距2 m,每行新梢向东西两面延伸形成两个架面,架面连接水平于地面,距地面的高度为1.8 m。
1.2 方 法
1.2.1 光合测定
棚架和篱架均选择管理水平、植株长势一致的3座温室,在每座温室中选3行植株。植株为南北行向栽植,有东西两个侧面,光合特性指标测定部位为:南端东侧,中部东侧,北端东侧,南端西侧,中部西侧,北端西侧,分别简称ES、EM、EN、WS、WM、WN。各测量部位选择2枝结果枝标记,选取位于茎尖向下第6~8节位的1片成熟功能叶进行测定,重复测定3次[5,6]。所有待测叶片与枝条统一进行标记,保证不同时期测定的一致性。
采用美国Li-COR公司生产的Li-6400xt便携式光合测定仪进行光合特性测定。测定指标包括净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)。在葡萄的果实膨大期、着色期和成熟期,选择晴天进行,测定时间为10:00~20:00,每隔2 h测定一次。测定时读取数字3次,最后取平均值进行计算。采用叶绿素仪(SPAD502)进行活体叶片叶绿素含量测定。每项参数每次测定分2 d进行,第2 d按照相反顺序进行以消除测量时间上的误差。
1.2.2 果实品质测定
果实成熟期,每种架式果穗数量及质量统计结束后,随机从果穗上剪下300粒单果(每种架式3行,每行100粒,即3个重复),保证剪下的浆果来自果穗的各个部位。将每行100粒单果先用于统计单果重、果实硬度及果实纵横径。果实硬度用GY-1型果实硬度计测定;单果重用精度0.01的天平测定;果实纵横径用游标卡尺测定。测完果实性状后,将100粒单果果肉分离出来,研磨捣碎待测。可溶性固形物用WY1手持折光仪测定;VC含量用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定;总糖含量用蒽酮比色法测定;果实总酸含量用NaOH 滴定法测定[7]。(各行每种指标重复3次,即每种架式9次重复)
1.2.2.1 VC含量测定
用新配置的标准VC标定2,6-二氯酚靛酚溶液,计算每1 mg 2,6-二氯酚靛酚溶液相当VC的毫克数。
称取20 g果肉样品,加20 mL 2% 的草酸溶液,充分研磨混匀后呈浆液。转入200 mL容量瓶中,加2%草酸溶液稀释至刻度,摇匀,过滤备用。吸取20 mL滤液置于50 mL三角瓶中,用2,6-二氯酚靛酚染料溶液滴定,直至溶液呈现粉红色,15s不褪色为止,记下染料溶液的用量,重复做3次。吸取20 mL草酸溶液做空白实验记下用量。
按以下公式计算VC含量:
VC 的含量 (mg/100g) ={[(V1-V2) ×V×M]/(V3×m)}×100.
式中:
V1—滴定样液时消耗染料的体积(mL);
V2—滴定空白时消耗染料的体积(mL);
V—样品提取液的总体积(mL);
V3—滴定时所取的样品提取液的体积(mL);
M—1 mL染料溶液相当于VC标准溶液的量(mg);
m—待测样品的质量(g)。
1.2.2.2 总酸含量测定
配制0.05 mol/L的NaOH溶液,并用0.1 mol/L的标准盐酸溶液进行滴定。
取3 mL充分研磨的果肉上清液至于150 mL锥形瓶中,加入50 mL蒸馏水,2滴1%的酚酞指示剂,用已标定的NaOH溶液滴定,直至溶液初显粉色,并保持30s不褪色即为标定终点,记录NaOH溶液所用量,3次重复,取平均值,并换算成酒石酸当量。
按以下公式计算总酸度:
总酸度(%)=(V2×N×F/V1)×100.
式中:
V1—滴定时取样液体积(mL);
V2—消耗NaOH标准液毫升数(mL);
N—NaOH标准液摩尔浓度(mol/L);
F—酒石酸折算系数0.075。
1.3 数据统计
试验数据用Excel 2010和SPSS 17.0软件进行统计和相关性分析。
2.1 不同架式下夏黑无核葡萄各生长时期光合有效辐射PAR的日变化
研究表明,两种架式的叶片光合有效辐射PAR日变化表现出相似的变化趋势,均随着一天中时间变化先增强后降低,在14:00达到一天中的最大值。从膨大期到着色期,篱架和棚架的PAR值都表现出降低的趋势,篱架在膨大期14:00的PAR值为1 201.59 μmol/(m2·s),成熟期降低到739.43 μmol/(m2·s);棚架在膨大期为1 593.84 μmol/(m2·s),而成熟期降低为785.22 μmol/(m2·s)。比较图中各数值,棚架PAR值明显高于篱架。图1
图1 篱架(a)和棚架(b)两种架式葡萄叶片各生长时期PAR日变化
Fig.1 Diurnal change of PAR of grape leaves in vertical trellis (a) and pergola (b)systems in each growth period
2.2 不同架式下夏黑无核葡萄各生长时期净光合速率Pn的日变化
研究表明,三个时期中,棚架在膨大期时净光合速率Pn的日变化呈双峰曲线,其两个峰值出现在12:00和16:00,中午出现较强的光合“午休”现象(图2(d));而两种架式的其他时期单叶Pn日变化均呈单峰曲线,在14:00的叶片Pn值都达到全天最大值。从膨大期到成熟期,两种架式的叶片Pn值与PAR类似,也表现出降低的趋势,篱架在膨大期14:00的Pn值为20.1 μmol/(m2·s),成熟期降低到8.9 μmol/(m2·s);棚架膨大期的Pn最大峰值为23.1 μmol/(m2·s),成熟期降低为9.4 μmol/(m2·s)。在膨大期,虽然棚架出现光合“午休”现象,但叶片Pn最大值明显高于篱架的Pn最大值。图2
2.3 不同架式下夏黑无核葡萄各生长时期气孔导度Gs的日变化
研究表明,两种架式的叶片气孔导度Gs日变化表现出相似的变化趋势,均呈单峰曲线。从膨大期到着色期,两种架式的叶片Gs值与PAR类似,也表现出降低的趋势,篱架在膨大期14:00的Gs峰值为0.335 mol/(m2·s),成熟期降低到0.150 mol/(m2·s);棚架从膨大期16:00的峰值为0.385 mol/(m2·s),而成熟期降低为0.138 mol/(m2·s)。比较图中各数值,在膨大期棚架的Gs最大值高于篱架。图3
图2 各生长时期篱架(c)和棚架(d)两种架式葡萄叶片Pn日变化
Fig.2 Diurnal change of Pn of grape leaves in vertical trellis (c) and pergola (d) systems in each growth period
图3 篱架(e)和棚架(f)两种架式葡萄叶片各生长时期Gs日变化
Fig.3 Diurnal change of Gs of grape leaves in vertical trellis (e) and pergola (f) systems in each growth period
2.4 不同架式下夏黑无核葡萄各生长时期胞间CO2浓度Ci的日变化
研究表明,两种架式的叶片胞间CO2浓度Ci日变化表现出与其他参数相反的变化趋势,均随着一天中时间变化先降低后增强,篱架在14:00达到全天最小值,而棚架在12:00和16:00时有两个低谷。从膨大期到着色期,两种架式的叶片Ci值也同样与其他参数相反,表现出升高的趋势,篱架在膨大期14:00的Ci值为105 μmol/moL,成熟期升高为159 μmol/moL;棚架在膨大期Ci最小值为122 μmol/moL,而成熟期升高为169 μmol/moL。图4
图4 篱架(g)和棚架(h)两种架式葡萄叶片各生长时期Ci日变化
Fig.4 Diurnal change of Ci of grape leaves in vertical trellis (g) and pergola (h) systems in each growth period
2.5 不同架式下夏黑无核葡萄各生长时期蒸腾速率Tr的日变化
研究表明,三个时期中,两种架式的叶片蒸腾速率Tr与Pn有相似的变化趋势,棚架在膨大期时叶片Tr的日变化呈双峰曲线,且两个峰值也出现在12:00和16:00;而其他时期也与Pn日变化相似,在14:00达到峰值。从膨大期到成熟期,叶片Tr值也表现出降低的趋势,篱架在膨大期14:00的Tr值为11.2 mmol/(m2·s),成熟期降低到5.0 mmol/(m2·s);棚架膨大期的Pn最大峰值为12.8 mmol/(m2·s),成熟期降低为6.0 mmol/(m2·s)。图5
图5 篱架(i)和棚架(j)两种架式葡萄叶片各生长时期Tr的日变化
Fig.5 Diurnal change of Tr of grape leaves in vertical trellis (i) and pergola (j) systems in each growth period
2.6 不同架式下夏黑无核葡萄不同测量部位叶片叶绿素含量的变化
对3个时期两种架式栽培下夏黑无核葡萄不同部位的成熟叶片的叶绿素含量测量统计分析表明:棚架6个不同测量部位的叶片叶绿素含量均高于篱架,且EM、EN、WM和WN4个部位的差异水平显著;篱架栽培的南部(ES部位和WS部位)的葡萄叶片叶绿素含量高于中部和北部,差异水平显著,叶绿素含量最高的是WS部位的叶片为50.6%,最低部位为EN,含量为45.9%;棚架南部略高于北部,但6个测量部位差异水平不显著,WS部位含量最高为51.6%,EN部位含量最低为49.8%。表1
表1 两种架式不同测量部位叶片叶绿素含量
Table 1 Chlorophyll content of leaves at different measuring positions of two training systems
叶绿素含量Chlorophyllcontent(%)ESEMENWSWMWN篱架 Verticaltrellis493a476b459b506a474b467b棚架 Pergola513a510a498a516a506a499a
注:不同小写字母表示P<0.05水平显著差异,下同
Note: Different small letters indicate significant difference atP<0.05, the same as below
2.7 不同架式下夏黑无核葡萄不同测量部位PAR的变化
对膨大期两种架式的夏黑无核葡萄不同部位叶片在12:00时的PAR测量统计分析表明:棚架6个不同测量部位的叶片PAR均高于篱架,且EN、WS、WM和WN4个部位的差异水平显著;篱架栽培东面的南部和中部(ES部位和EM部位)的PAR高于其他四个部位,差异水平显著;棚架南部略高于北部,但差异水平不显著。表2
表2 膨大期12:00时两种架式不同测量部位PAR
Table 2 PAR of leaves at 12:00 in fruit enlargement period of two training systems
光合有效辐射PAR(μmol/(m2·s))ESEMENWSWMWN篱架Verticaltrellis125569a119788a92874b87395b84739b75828b棚架Pergola131246a130344a129508a133212a131198a130569a
2.8 两种架式下不同测量部位叶片净光合速率Pn与其他因子的相关性
通过对篱架和棚架栽培下夏黑无核葡萄不同部位叶片Pn与其他各因子的相关性分析结果表明:两种架式的净光合速率(Pn)与气孔导度(Gs)、叶绿素含量呈极显著性正相关,与光合有效辐射(PAR)呈显著性正相关水平,与胞间CO2浓度(Ci)呈显著性负相关;胞间CO2浓度(Ci)与其他因子都呈负相关。不同的是,篱架的蒸腾速率(Tr) 与净光合速率(Pn)、光合有效辐射(PAR)极显著正相关;棚架的蒸腾速率(Tr) 与净光合速率(Pn) 、光合有效辐射(PAR)、气孔导度(Gs)呈显著性正相关。表3,表4
表3 篱架栽培叶片净光合速率Pn与其他因子相关性
Table 3 Correlation analysis between Pn and other factors of leaves in vertical trellis systems
因子Factors净光合速率(Pn)光合有效辐射(PAR)气孔导度(Gs)胞间CO2浓度(Ci)蒸腾速率(Tr)叶绿素含量ChlorophyllcontentPn1PAR0857∗1Gs0956∗∗06491Ci-0835∗-0737-08021Tr0922∗∗0994∗∗0798-06741Chlorophyllcontent0983∗∗07030637-058907861
注:*表示显著性相关;**表示极显著性相关,下同
Note:*Significant correlation atP<0.05.**Significant correlation atP<0.01, the same as below
表4 棚架栽培叶片净光合速率Pn与其他因子相关性
Table 4 Correlation analysis between Pn and other factors of leaves in pergola systems
因子Factors净光合速率(Pn)光合有效辐射(PAR)气孔导度(Gs)胞间CO2浓度(Ci)蒸腾速率(Tr)叶绿素含量ChlorophyllcontentPn1PAR0879∗1Gs0975∗∗07851Ci-0833∗-0699-07491Tr0884∗0846∗0872∗-07851Chlorophyllcontent0925∗∗08010542-064706281
2.9 不同架式对夏黑无核葡萄果实性状的影响
研究表明,棚架栽培的成熟夏黑无核葡萄果实单穗重、单粒重、纵径和横径数值都比篱架栽培的各项数值高,并且两种栽培模式之间单粒重、纵径和横径呈显著性差异,单穗重差异不显著。棚架栽培的成熟夏黑无核葡萄可溶性固形物显著高于篱架,总糖和 VC含量数据值也高于篱架栽培,但差异不显著;棚架栽培的果实硬度和果实总酸略低于篱架,差异不显著。表5,表6
表5 两种栽培架式下夏黑无核葡萄果实性状
Table 5 Fruit characters of Summer Black grape of two training systems
架式Trainingsystems单穗重(g)Clusterweight单粒重(g)Singleberryweight纵径(mm)Longitudinaldiameter横径(mm)Transversediameter篱架 Verticaltrellis550a402a2134a1890a棚架 Pergola570a475b2446b2186b
注:不同小写字母表示P<0.05水平显著差异,下同
Note: Different small letters indicate significant difference atP<0.05, the same as below
表6 两种栽培架式下夏黑无核葡萄果实品质
Table 6 Fruit qualities of Summer Black grape of two training systems
架式Trainingsystems果实硬度(kg/cm2)Fruitfirmness可溶性固形物(%)Solublesolidcontent总糖(%)Totalsugarcontent总酸(%)TotalacidcontentVC含量(mg/100g)VCcontent篱架Verticaltrellis312a1788a1468a0161a020a棚架Pergola296a2026b1475a0156a022a
在露地栽培条件下,葡萄的Pn日变化规律为典型的双峰型曲线,但在日光温室中关于葡萄的Pn日变化规律的报道并不尽一致[8-12]。在试验中,日光温室中篱架栽培的夏黑无核葡萄叶片各时期的Pn 日变化均呈单峰曲线,而棚架栽培下葡萄叶片在果实膨大期Pn 日变化呈双峰曲线,而在果实转色期和成熟期与篱架相似,为单峰曲线。说明日光温室中不同的栽培架式葡萄叶片净光合速率日变化不同,并且其净光合速率变化受其他环境因子的影响也很大,与露地栽培相比不稳定[13]。
许大全[14]认为,造成植物叶片净光合速率午间降低的植物自身因素有气孔限制因素和非气孔限制因素,前者是由于气孔部分关闭引起,后者是由于叶肉细胞的光合活性下降引起。只有当光合速率和胞间CO2浓度变化方向相同,如两者同时减小,且气孔限制值增大时,才可以认为光合速率的下降主要是由气孔限制因素引起的,否则就要归因于非气孔限制因素[15-18]。在实验中,棚架栽培的葡萄叶片在膨大期光合“午休”现象期间Ci日变化表现了与Pn日变化相反的规律,所以可认为夏黑无核葡萄的Pn下降主要由非气孔限制因素引起。各时期的叶片Pn与Tr、Gs都呈显著正相关。Tr是反映植物水分代谢的重要生理指标,而Gs是影响Tr变化的最主要因素,进而影响到Pn[19]。气孔开口的减小或完全关闭,阻断了CO2进入叶细胞的主要通道,使蒸腾降低,引起CO2扩散力的增大,同时也降低了羧化酶的活性,增大叶肉细胞的阻力,从而影响光合的进行,出现光合“午休”现象[20]。
植物叶片净光合速率的高低是衡量植物光合能力的重要标志,光合能力的强弱可以反映植物对有机营养物质的积累能力[21,22]。在试验中,棚架栽培的葡萄叶片Pn在膨大期日变化为双峰曲线,有光合“午休”现象,但其各时期的Pn值均高于篱架栽培的各时期Pn值。表明棚架栽培的葡萄光合能力与有机营养物质的积累能力强于篱架栽培。得出以上结论可能的原因:一是Pn与PAR呈显著性正相关,棚架在三个时期的叶片PAR明显高于篱架。棚架的架面与地面水平有效的增加了PAR,而篱架东西两侧架面相互遮挡光照,降低了各部位叶片PAR值,且各部位PAR测量值差异显著。二是叶绿素含量是提高Pn的重要途径,棚架各测量部位的叶绿素含量均高于篱架。叶绿素含量越高、从而转换越多能量、能量的增多、固定的CO2越多,即叶片Pn升高[23-25]。
许多研究表明,架式及不同的叶幕结构影响葡萄叶片叶绿体的发育,进而影响果实内香气物质的形成,不同架式对果实的单粒重、单穗重的有影响[26],主要原因在于棚架的叶片 Pn 高于篱架,而棚架的各部位叶片吸收光能较多,光合作用产生有机物比篱架叶片多,所以棚架栽培下葡萄的单粒重和可溶性固形物明显高于篱架,单穗重、总糖和VC含量也高于篱架,但差异不显著。
在果实膨大期,篱架的Pn最大值为20.1 μmol/(m2·s),棚架的Pn最大值为23.1 μmol/(m2·s),可以看出棚架Pn最大值明显高于篱架的Pn最大值,而且棚架各时期的全天净光合速率都高于篱架栽培;棚架叶片叶绿素含量51.6%也高于篱架的50.6%,进而有机营养物质的积累能力高于篱架;另外,棚架栽培下葡萄的单穗重570 g高于篱架的550 g,可溶性固形物20.26%高于篱架的17.88%,单粒重、总糖和VC含量也均高于篱架。因此,在新疆第九师团结农场的日光温室条件下,棚架栽培的夏黑无核葡萄的叶片光合特性及果实品质都优于篱架栽培。
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Fund project:Supported by the science and technology research program of Science and Technology Bureau of XPCC (201300BA)
Effects of Different Training Systems on Photosynthesis and Berry Quality of Grapes in Solar Greenhouses
ZHAO Ni, YU Song-lin, ZHAO Bao-long, YU Kun, DONG Ming-ming, YNAG Xi
(College of Agronomy, Shihezi Vniversity, Shihezi Xinjiang 832000, China)
【Objective】 This experiment aims to use "Summer black" grape in solar greenhouse to study the effects of different training systems on photosynthesis and berry quality, in order to evaluate the performance of pergola and vertical trellis systems of grapes in solar greenhouses.【Method】The photosynthetic parameters such as Net photosynthetic rate (Pn), Transpiration rate (Tr), Stomatal conductance (Gs) and Intercellular CO2concentration (Ci) were determined by Li-6400 por
Table photosynthesis system. The indexes of berry quality were measured in the maturity stage, and Vitamin C content was determined by 2,6-Dichlorophenolindophenol titration method, and the total acid content was measured by NaOH titration method.【Result】The Pn value and the chlorophyll content in pergola training system in each growth period were higher than those in vertical trellis system. From fruit enlargement period, color rotation period to maturity stage, the peak and mean of Pn in two training systems were gradually reduced. Pn showed significant correlation with other photosynthetic factors. Single grain weight and soluble solids in pergola training system were significantly higher than those in vertical trellis system. Single panicle weight, total sugar and vitamin C content were higher than those in vertical trellis system, but the difference was not so significant.【Conclusion】Summer Black grapes by pergola training system showed better performance in photosynthesis and berry quality than those by vertical trellis system in solar greenhouses.
solar greenhouse; summer black grape; training systems; photosynthesis; berry quality
10.6048/j.issn.1001-4330.2016.11.008
2016-01-31
新疆兵团科技局基金项目(201300BA)
赵妮(1989-),女,新疆人,硕士研究生,研究方向为果树栽培生理与调控,(E-mail)1345022447@qq.com
郁松林(1961-),男,新疆人,教授,博士生导师,研究方向为果树栽培生理与调控,(E-mail)553694909@qq.com
S603.1
A
1001-4330(2016)11-2023-10