2种核桃砧木苗的光合及叶绿素荧光特性研究

李惠，李寒，孙皓月，梁曼曼，赵爽，苏彦,2，齐国辉,2

(1 河北农业大学 林学院，河北 保定 071000；2 河北省核桃工程技术研究中心,河北 临城 054300)

2种核桃砧木苗的光合及叶绿素荧光特性研究

(1 河北农业大学 林学院，河北 保定 071000；2 河北省核桃工程技术研究中心,河北 临城 054300)

为了比较不同核桃砧木品种叶绿素荧光特性，以便选择健壮砧木，以核桃砧木品种V和W的组培苗为试材，分别对其生长情况、光合特性、叶绿素荧光特性及叶绿素含量进行测定，结果表明： 2个砧木品种组培苗生长情况具有显著差异，同期栽植的砧木V的苗高、地径、每复叶小叶数均极显著小于砧木W，分别为3.54 cm、4.86 mm、9片，而叶面积整体上大于砧木W；砧木V的叶绿素b含量极显著小于砧木W,为0.28 mg/g；砧木V的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)日均值均极显著小于砧木W，分别为8.78 μmol/(m2·s)、0.03 mol/(m2·s)、0.50 mmol/(m2·s)；砧木V的PSⅡ电子传递量子产量(φPSⅡ)和电子传递速率均极显著小于砧木W，分别为0.80和1.79。综合分析，砧木品种W在叶绿素荧光特性等方面优于砧木品种V。

核桃；砧木；生长情况；叶绿素；光合特性；叶绿素荧光特性

核桃(JuglansregiaL.)属于胡桃科，胡桃属，是重要的木本粮油树种，用途广泛，适应性强，已经成为我国种植广泛的生态经济兼用树种。随着核桃产业的快速发展，市场对优良品种的优质嫁接苗木需求量不断增加。而砧木作为嫁接的承载体，对嫁接品种的抗逆性、适应性以及产量、品质、树势、结果年限等方面有着重要影响。因此，通过科学的方法筛选出生长势、抗性良好的核桃砧木尤为重要。我国核桃砧木种类单一，北方地区普遍采用核桃做砧木，南方地区主要应用铁核桃(J.sigillataDode)做砧木[1]。美国等国家都非常重视核桃砧木的研究及应用。美国应用面积最大的核桃砧木品种是Paradox(奇异核桃)及从中选出的抗根癌病、抗线虫、生长势强的优良品种(品系)[2]。用这种砧木类型一致的苗木建园，园貌非常整齐，病害轻，树势健壮，产量高，盛果期核桃园单位面积产量普遍为6 000磅/英亩(6 731 kg/hm2)以上。同时，美国也非常注重新的砧木品种的培育，如加利福尼亚大学戴维斯分校培育的核桃砧木新品种“VX211”已经获得美国专利商标局的专利授权[3]。为此，拟通过研究核桃砧木品种V和W组培苗光合及叶绿素荧光特性，以便为引进、研究国外核桃砧木特性、开发利用新砧木、丰富我国核桃砧木资源提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验环境概况

组培苗在河北农业大学林学院人工气候室进行培养，室内光照、温度、湿度保持稳定。光照时间为早上6:00到晚上22:00，光照强度2 697 lx。温度及湿度全天处于恒定状态。

1.2 试验材料

试材为从美国引进的核桃砧木品种V和W移栽5个月的组培苗。生根处理后的组培苗于2015年10月24日栽植，移栽于8 cm×8 cm的营养钵中，将营养钵置于托盘中，上用塑料薄膜架设小拱棚保湿，随后将托盘放置于光照培养箱中培养，每天光照时间为16 h，温度保持在25℃左右。3个月后，将成活的组培苗移至花盆中，花盆上口直径和高均为20 cm，在控光、控温、控湿的培养室内培养。单盆小区，7次重复，随机排列。

1.3 试验方法

生长情况测定：用卷尺、游标卡尺测定苗高、地径，使用Li-3000C叶面积仪测定植株的叶面积等指标。叶绿素含量测定采用混合液法[4]。于2016年3月11日、12日、13日，采用 Li-6400 便携式光合仪从当日8:00-20:00对各处理组培苗进行测定。每株试验树选取成熟叶1片，每2 h测定1次，每个处理3次重复。采用FMS-2脉冲调制式荧光测定系统对叶绿素荧光参数进行测定，测定时刻与光合日进程相同。

1.4 数据处理

同一时刻的光合、叶绿素荧光数据为3个测定日的平均值，按成组资料进行t检验。

2 结果与分析

2.1 2种砧木品种组培苗生长情况

2个砧木品种的苗高、地径、叶片情况见表1。

表1 2个砧木品种的苗高、地径及叶片情况Table 1 The seedling height, ground diameter and leaf situation of 2 rootstock varieties

注：＊＊表示P<0.01水平差异极显著；＊表示P<0.05水平差异显著。下同。

由表1可知，砧木V的苗高、地径、每复叶小叶数均极显著小于砧木W，分别为3.54 cm、4.86 mm、9片；砧木V的单株叶面积、复叶叶面积、平均宽、最大宽均极显著大于砧木W，分别为102.97 cm2、14.71 cm2、2.10 cm、3.01 cm；砧木V的单株复叶数显著小于砧木W，为6.71片。由此可知，虽然砧木V的苗高、地径小于砧木W，但其叶面积整体上大于砧木W，生长势很旺盛。

2.2 2个砧木品种组培苗叶片叶绿素含量

2个砧木品种叶片叶绿素含量见表2。

表2 2个砧木品种叶片的叶绿素含量Table 2 The chlorophyll content of 2 rootstocks varieties leaves

由表2可知，2个品种在叶绿素含量的方面存在显著或极显著差异。砧木V的叶绿素b含量极显著小于砧木W，为0.28 mg/g；砧木V的叶绿素a含量和总叶绿素含量均显著小于砧木W，分别为0.78 mg/g和1.06 mg/g；砧木V的叶绿素a/b显著大于砧木W，为2.81。

2.3 2个砧木品种组培苗光合特性

2个砧木品种光合参数日均值见表3。

表3 2个砧木品种的光合参数日均值Table 3 The mean values of diurnal photosynthetic parameters of 2 rootstocks varieties

由表3可知，砧木V的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)日均值均极显著小于砧木W，分别为8.78 μmol/(m2·s)、0.03 mol/(m2·s)、0.50 mmol/(m2·s)；砧木V的水分利用效率(WUE)日均值极显著大于砧木W，为18.94。由此可知， 砧木V的抗旱能力强于砧木W。

2.3.1 2个砧木品种组培苗净光合速率(Pn)日变化比较 2个砧木品种组培苗的净光合速率(Pn)日变化曲线见图1(a)。

由图1(a)可知，在一天中砧木W的净光合速率(Pn)始终高于砧木V，2个品种的净光合速率(Pn)最小值均出现在10：00，砧木V的最高值出现在20:00、砧木W的最高值出现在8：00左右，在其他时间段相差不大。砧木W的净光合速率(Pn)最小值为8.89 μmol/(m2·s)，最大值为9.32 μmol/(m2·s)；砧木V的净光合速率(Pn)最小值为8.59 μmol/(m2·s)，最大值为9.06 μmol/(m2·s)。2个砧木品种组培苗的净光合速率(Pn) 达到最小值后，在12:00光合开始恢复，在恢复以后光合速率趋于平缓，没有再出现峰值或低谷的现象。

2.3.2 2个砧木品种组培苗气孔导度(Gs)日变化比较 2个砧木品种组培苗的气孔导度(Gs)日变化曲线见图1(b)。

由图1(b)可知，砧木W和砧木V的气孔导度(Gs)日变化曲线均为单峰曲线，且砧木W在中午12:00达到最大值，为0.04 mol/(m2·s)；砧木V在8:00-14:00时，气孔导度(Gs)均为0.03 mol/(m2·s)，在14:00以后，气孔导度(Gs)有所下降，在16:00以后，气孔导度(Gs)变化趋于平缓。且由图1(b)可知，在10:00以后，砧木W的气孔导度(Gs)均大于砧木V。

2.3.3 2个砧木品种组培苗蒸腾速率(Tr)日变化比较 2个砧木品种组培苗的蒸腾速率(Tr)日变化曲线见图1(c)。

由图1(c)可知，砧木W和砧木V的蒸腾速率(Tr)日变化曲线均为单峰曲线，且二者的最大蒸腾速率均出现在中午14:00的时候，砧木W的最大蒸腾速率为0.77 mmol/(m2·s)，砧木V的最大蒸腾速率为0.56 mmol/(m2·s)；在14:00以后，二者的蒸腾速率(Tr)均逐渐下降。

2.3.4 2个砧木品种组培苗水分利用效率(WUE)日变化比较 2个砧木品种组培苗水分利用效率(WUE)日变化曲线如图1(d)。

由图1(d)可知，2个砧木品种的水分利用效率(WUE)日变化曲线均呈先下降后上升的趋势，在14:00的时候达到最低值。砧木W的最低值为11.87，砧木V的水分利用效率最低值为15.68。砧木W的水分利用效率变化幅度较小，而砧木V的水分利用效率变化幅度较大，二者的变化规律大致相同，并在相同的时间达到最低值。

图1 2个砧木品种核桃叶片的光合参数日变化曲线

Fig.1 The diurnal variation of photosynthetic parameters in leaves of 2 rootstocks varieties

2.4 2个砧木品种叶片叶绿素荧光参数

2个砧木品种荧光参数日平均值见表4。

表4 2个砧木品种荧光参数的日平均值Table 4 The mean values of fluorescence parameters of 2 rootstocks varieties

由表4可知，砧木V的PSⅡ电子传递量子产量(φPSⅡ)和电子传递速率(ETR)均极显著小于砧木W，分别为0.80和1.79；砧木V和砧木W在最大荧光(Fm)和最大光化学量子产量(Fv/Fm)方面均无显著差异。

2.4.1 2个砧木品种最大荧光(Fm)日变化比较

2个砧木品种最大荧光(Fm)日变化曲线见图2(a)。

由图2(a)可知，2个品种的最大荧光(Fm)变化呈不规则双谷形，在10:00达到最高值，砧木W的最大荧光Fm值为579.76，砧木V的最大荧光Fm值为518.10；在14：00达到第1个低谷，并且达到最低值，砧木W的最大荧光Fm值为302.48，砧木V的最大荧光Fm值为277.67；在18:00时达到第2个低谷。二者达到峰值和达到低谷的时间相同，但砧木W的峰值高于V，二者的谷值无明显差异。

2.4.2 2个砧木品种组培苗最大光化学量子产量(Fv/Fm)日变化比较

2个砧木品种最大光化学量子产量(Fv/Fm)日变化曲线见图2(b)。

由图2(b)可知，2个品种组培苗最大光化学量子产量(Fv/Fm)日变化呈单谷形，二者均在10:00达到低谷，砧木W的最低值为0.86，砧木V的最低值为0.85；在14:00的时候恢复平稳，不再增加。且由图2(b)可知，二者达到低谷的时间相同，恢复的时间相同，但砧木V的谷值低于砧木W；其余时间段，二者并无显著差异。

2.4.3 2个砧木品种组培苗PSⅡ电子传递量子产量(φPSⅡ)日变化比较

2个砧木品种组培苗PSⅡ电子传递量子产量(φPSⅡ)日变化曲线见图2(c)。

由图2(c)可知，砧木W和砧木V的PSⅡ电子传递量子产量(φPSⅡ)日变化曲线呈单峰形，在16:00达到峰值，2个品种达到峰值的时间相同，但砧木W的峰值为0.84，砧木V的峰值为0.82，砧木W显著大于砧木V；在其他时间内，砧木W的值也大于砧木V，但是二者的变化趋势大致相同。从早上8:00时的最低值缓慢增加，在达到峰值后，砧木W的PSⅡ电子传递量子产量(φPSⅡ)在18:00降低后，又有一个升高的趋势，而砧木V在达到峰值后PSⅡ电子传递量子产量(φPSⅡ)一直降低，但降低的幅度较缓。

2.4.4 2个砧木品种组培苗电子传递速率(ETR)的日变化比较

2个砧木品种组培苗电子传递速率(ETR)的日变化曲线见图2(d)。

由图2(d)可知，2个砧木品种组培苗电子传递速率(ETR)的日变化曲线均为不规则的双峰形，呈降-升-降-升的趋势。砧木W在12:00和16:00的时候达到峰值，分别为2.03、2.02，砧木V在相同的时间达到峰值，分别为1.83、1.84；2个品种都在10:00和18:00的时候达到谷值，砧木W的值分别为1.93、1.93，砧木V的值分别为1.76、1.75。砧木V的变化趋势与砧木W的趋势相同，二者同时达到峰值和谷值，但是砧木W全天的电子传递速率ETR值均显著大于砧木V。

图2 2个砧木品种叶绿素荧光参数日变化Fig.2 The diurnal variations of chlorophyll fluorescence parameters of 2 rootstocks varieties

3 结论与讨论

试验结果表明，砧木W的叶绿素含量极显著高于砧木V，且砧木W的光合能力显著大于砧木V。可见，叶绿素的含量高是砧木W光合能力较强的一个重要原因。由于叶绿素直接参与光合作用中光能的吸收、传递、分配和转化等过程，因此可以推测叶绿素含量的多少直接影响光合作用的强弱。在本试验中，砧木W和砧木V的净光合速率在10:00时左右均有明显的下降，与刘鹏、马钦彦等人的研究中“光合午休”现象出现的时间不符[5-6]。但是，与张志华等人对早实核桃元丰的研究结果基本一致[7]。金耀华等人研究发现，核桃光合、蒸腾过程一般与光合有效辐射和气温相符[8]。因此，可以推测造成这种现象出现的原因有2个方面，一方面可能是由于本试验是在实验室控温、控湿条件下进行的，从而对植株的光合作用测定结果影响较大；另一方面可能是由于光合作用受到光照因素影响，本试验中培养室内为人工控制光照强度，光照从早上8:00到晚上22:00，人工控制光照全天恒定为2 697 lx左右，导致植物光合作用不同于自然光下。在本试验中，砧木W的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均极显著大于砧木V，但水分利用效率极显著小于砧木V。这可能与其叶片的叶面积、叶片厚度及叶片的表面特征等因素有一定的关系。综合光合特性的因素认为，砧木W的光合能力强于砧木V。

本试验中，2个品种的最大荧光(Fm)和最大光化学量子产量(Fv/Fm)的值无显著差异。而最大荧光(Fm)的值越大，表明其本该去向光化学反应的能量越多，即其吸收光能的潜力越大[9-12]。因此，可以推测在室内人工控光的条件下，砧木W和砧木V对光的适应能力无显著差异。2个品种最大荧光(Fm)日均值相差不大，说明其吸收光的能力差别较小。但是，在自然条件下的荧光特性是否与室内一致还有待进一步研究。2个品种最大光化学量子产量(Fv/Fm)的日变化与净光合速率的日变化趋势大体相反，二者呈负相关。这与辛洪河的研究结果一致[13]。φPSⅡ与Pn均呈负相关，这与李志军的研究结果相似[14]，但与韩瑞宏等的研究结果不一致[15]。因此，对于净光合速率与叶片光系统Ⅱ活性的内在机理还需要进一步深入研究。

综上所述，通过对2个品种的生长情况、光合特性、叶绿素荧光特性的比较可以看出，砧木W比砧木V更具有优势。同时，由于本试验测定的是2个品种的组培苗，在室内控光、控温、控湿的条件下，植株本身不受环境因子的干扰。而品种在自然环境下的适应能力，以及作为砧木对嫁接品种的影响还有待进一步观察研究。

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[15]韩瑞宏,卢欣石,高桂娟,等.紫花苜蓿对干旱胁迫的光合生理响应[J].生态学报,2007,27(12): 5229-5237.

(编辑 潘秀华)

Studies on the growth, photosynthesis and chlorophyll fluorescence characteristics of two varieties of walnut rootstock tissue cultured seedlings

LI Hui1, LI Han1, SUN Haoyue, LIANG Manman1, ZHAO Shuang,

(1CollegeofForestry,HebeiAgriculturalUniversity,Baoding071000,China;2ResearchCenterforWalnutEngineeringandTechnologyofHebei,Lincheng054300,China)

In order to compare the chlorophyll fluorescence characteristics of different walnut rootstock varieties, and to select the vigorous rootstock varieties, the growth condition, photosynthetic characteristics, chlorophyll fluorescence and chlorophyll contents of tissue cultured seedlings of walnut rootstock varieties V and W were determined. The results showed that there was significant differences of plantlets growth between the 2 rootstock varieties. The seedling heights, ground diameter and the leaflets numbers of per compound leaf of V were extremely significantly less than that of W, which were 3.54 cm, 4.86 mm, and 9 leaflets, respectively. However, the overall leaf area of V is larger than that of W. The content of chlorophyll b of V variety was extremely significantly less than that of W, which was 0.28mg/g. The daily mean values ofPn,GsandTrof V were also extremely significantly less than that of W, which were 8.78 μmol/(m2·s), 0.03 mol/(m2·s), and 0.50 mmol/(m2·s), respectively. The φPSⅡandETRof V were extremely significantly less than that of W,were 0.80 and 1.79,respectively. Through the comprehensive analysis, the stock variety W is superior to the variety V at the aspects of growth, photosynthesis and chlorophyll fluorescence characteristics.

walnut; rootstock; growth; chlorophyll; photosynthetic characteristics; chlorophyll fluorescence characteristics

1007-4961(2017)01-0028-06

10.13320/j.cnki.hjfor.2017.0006

2016-11-02；

2016-11-10

河北省科技支撑计划项目“河北省山区核桃近自然生产技术创新与示范”(16236810D)。

李惠(1989-)，女，河北丰润人，在读硕士研究生，研究方向为经济林栽培生理。

齐国辉(1969-)，女，河北遵化人，教授，博士生导师，现主要从事经济林栽培生理、山区开发技术研究及经济林栽培教学等工作。

S 664.1

A