引用本文
商佳胤, 李凯, 王超霞, 集贤, 孙建军, 王丹, 苏宏, 田淑芬. 叶果比对巨峰葡萄修剪效率及叶片生理特性的影响[J]. 浙江农业学报, 2019,31(11): 1855-1862.
SHANG Jiayin, LI Kai, WANG Chaoxia, JI Xian, SUN Jianjun, WANG Dan, SU Hong, TIAN Shufen. Effects of leaf-to-fruit ratio on pruning efficiency and leaf physiological characteristics of Kyoho grape[J]. ACTA AGRICULTURAE ZHEJIANGENSIS, 2019,31(11): 1855-1862.
  
Doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2019.11.11
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叶果比对巨峰葡萄修剪效率及叶片生理特性的影响
商佳胤1, 李凯1, 王超霞1, 集贤2, 孙建军1, 王丹1, 苏宏1, 田淑芬1
1.天津市设施农业研究所,天津 301700
2.天津市林业果树研究所,天津 300384

作者简介:商佳胤(1981—),男,山东阳信人,硕士,副研究员,主要从事葡萄栽培生理研究。E-mail:shangjiayin2007@163.com.cn

收稿日期: 2019-02-14
基金资助: 天津市林果现代农业产业技术体系(ITTFPRS2018005); 天津市科技计划(16YFNZNC00090); 天津市农业科技成果转化与推广项目(201701030)
摘要

为了探讨不同叶果比对巨峰葡萄生长季修剪效率和叶片生理特性的影响,将葡萄生长季的叶果比设置为8∶1、12∶1、16∶1、20∶1等4个修剪处理。自花后25 d开始,每10 d调查一次夏季修剪工作时间和修剪废弃物质量,共13次;分别在花后85、95和105 d采集叶片,测定叶片的丙二醛、脯氨酸、蛋白质、抗坏血酸、抗坏血酸过氧化物酶、抗坏血酸氧化酶等指标,并进行各指标间的相关性分析。结果表明:在巨峰生长季修剪,叶果比越高,修剪所需的总工作时间越长,而产生的修剪废弃物越少;低叶果比的修剪处理使叶片膜脂过氧化程度更高;高叶果比的修剪处理中,保护性酶类活性更高,叶片衰老速率更慢。综合各项指标,巨峰的修剪管理采用叶果比8∶1较好。

关键词: 葡萄; 叶果比; 修剪效率; 叶片衰老
中图分类号:S663.1 文献标志码:A 文章编号:1004-1524(2019)11-1855-08
Effects of leaf-to-fruit ratio on pruning efficiency and leaf physiological characteristics of Kyoho grape
SHANG Jiayin1, LI Kai1, WANG Chaoxia1, JI Xian2, SUN Jianjun1, WANG Dan1, SU Hong1, TIAN Shufen1
1. Tianjin Facility Agriculture Research Institute, Tianjin 301700, China
2.Tianjin Research Institute for Forestry and Pomolgy, Tianjin 300384, China
Abstract

In order to investigate the effect of different leaf-to-fruit ratio on pruning efficiency and leaf physiological characteristics of Kyoho grape, the leaf-to-fruit ratio during the grape growing season was set to 8∶1, 12∶1, 16∶1, 20∶1 treatment. From 25 days after full-bloom stage, the summer pruning time and the quality of pruning waste were investigated every 10 days for a total of 13 times. The leaves were sampled at 85 d, 95 d and 105 d after flowering to determine malondialdehyde, proline, protein, vitamin C, ascorbate peroxidase, ascorbate oxidase. Correlation analysis was used to analyze the correlation between the indicators. The results showed that the higher the leaf-to-fruit ratio, the longer the working time, the less pruning waste produced. The leaf-to-fruit ratio 8∶1 and 20∶1 treatments were more efficient. Leaf membrane lipid peroxidation level at low leaf-to-fruit ratio treatments was higher than that in high leaf-to-fruit ratio treatments. The activity of protective enzymes in high leaf-to-fruit ratio treatment was higher than that in other treatments, and the rate of leaf senescence was slower. As a result, the best leaf-to-fruit ratio was 8∶1 for Kyoho grape during the growing season.

Keyword: grape; leaf-to-fruit ratio; pruning efficiency; leaf senescence

近几年, 我国葡萄产业快速发展, 在众多果树树种中, 葡萄的经济效益位居前列。在我国葡萄产业快速发展的同时, 用工成本却在逐年提高。据统计, 很多葡萄园的用工成本已占全年总投资的50%以上。在我国传统的葡萄生产中, 夏季修剪的用工量可以占全年用工量的30%~50%。因此, 优化葡萄夏季修剪方法, 合理的叶果比, 对提高劳动效率和降低成本投入有重要的意义。

植物在生长过程中, 通常把在同化物供求上有对应关系的源与库合称为源-库单位。源-库单位概念是相对的, 其组成随生长条件而变化。因此, 源-库单位的可变性是园艺作物整枝、摘心、疏果等栽培技术的生理基础[1]。前人在花生[2]、水稻[3]、棉花[4]的研究表明, 源库关系的改变会对作物叶片衰老、光合产物的合成、碳水化合物的积累产生影响; 叶果比则会对果树的产量、品质产生影响[5, 6, 7]; 叶果比还会影响葡萄的产量、品质和葡萄酒风味[8, 9, 10, 11]。葡萄生长季修剪的核心就是为了调整不同生长阶段葡萄树体的源库关系, 通过摘心、去副梢等操作, 促进植株健壮生长, 提高果实品质。本研究根据巨峰葡萄的生长特点, 利用不同的叶果比生长季修剪方法, 对葡萄园生产用工量、生长季修剪废弃物产出量, 以及叶片衰老的相关生理生化指标进行研究, 旨在为优化葡萄园夏季修剪方法, 实现葡萄园的省力化管理提供理论支撑。

1 材料与方法
1.1 试验材料

试验于2018年2月至9月在天津市农业科学院天津市现代农业科技创新基地进行。供试品种为6年生巨峰葡萄, 日光温室种植, 定植株行距为1.0 m× 2.0 m, 树形为有干双臂V形叶幕树形, 结果新梢间距为15 cm, 每个新梢上留果1穗。

1.2 试验设计

试验设置4个处理, 每个处理5株树, 其中:处理A:叶果比为8∶ 1, 留叶方法为4叶(果穗以下4叶, 副梢全部抹除)+2叶(果穗以上2叶, 副梢全部抹除)+2叶(摘心后保留2叶, 副梢全部抹除); 处理B:叶果比为12∶ 1, 留叶方法为4叶(果穗以下4叶, 副梢全部抹除)+4叶(果穗以上4叶, 副梢全部抹除)+4叶(摘心后保留4叶, 副梢全部抹除); 处理C:叶果比为16∶ 1, 留叶方法为4叶(果穗以下4叶, 副梢全部抹除)+8叶(果穗以上4叶, 每节保留副梢1叶)+4叶(摘心后保留2叶, 每节保留副梢1叶); 处理D:叶果比为20∶ 1, 留叶方法为4叶(果穗以下4叶, 副梢全部抹除)+8叶(果穗以上4叶, 每节保留副梢1叶)+8叶(摘心后保留4叶, 每节保留副梢1叶)。所有营养枝均不保留。每10 d调查一次夏季修剪工作时间和修剪废弃物质量, 调查共计13次。分别于花后85、95和105 d进行叶片采样, 采样后, 立即将样品转移到实验室, 使用研样器研磨叶片, 粉碎叶片放入离心管中在-70 ℃保存备测各项生理指标。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 修剪工作时间和修剪废弃物质量调查

试验自花后25 d开始, 每10 d调查一次巨峰葡萄夏季修剪工作时间和修剪废弃物质量, 每次调查5株葡萄, 每株葡萄为1个重复, 5次重复, 取平均值计算单位面积(667 m2)的数据, 至花后145 d止, 共调查13次。试验分配1名具有多年葡萄园管理经验的工人进行修剪。

1.3.2 叶片衰老指标的测定

叶片采样的位置为新梢自下而上的第3~5节位, 每次采9片叶, 以3片叶作为1个重复, 3次重复。丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸法[12]; 脯氨酸含量的测定采用磺基水杨酸法[13]; 可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝比色法[12]; 抗坏血酸含量的测定采用比色法[12]; 抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase, APX)活性的测定采用比色法[14]; 抗坏血酸氧化酶(ascorbate oxidase, AAO)活性的测定采用比色法, 使用南京建成公司提供的试剂盒测定。

1.4 数据分析

数据统计采用SPSS 24.0进行单因素的方差分析, 使用T-best法进行显著性分析, 使用皮尔逊双变量法进行相关性分析, 使用Excel 2007进行图表制作。

2 结果与分析
2.1 不同叶果比修剪方法对巨峰葡萄工作时间的影响

图1结果显示, 不同修剪方法在各试验调查点的工作时间存在差异, 在花后25 d到花后65 d呈“ W” 形, 这与这段时期的叶片生长量小, 在修剪中需要摘心、去副梢等工作有关。自花后65 d开始, 修剪工作时间呈明显的上升趋势, 处理A和D在花后75 d, 处理B和C在花后85 d的工作量达到巨峰葡萄生长季工作时间的顶峰; 处理A、B、C、D最长修剪时间分别为1.98、3.67、5.18、6.12 h· 667m-2; 此后, 工作时间开始下降。处理A全年的工作时间变化幅度最小, 处理D的全年的工作时间变化幅度最大。

图1 葡萄生长季工作时间比较Fig.1 Comparison of working time during grape growing season

图2显示了全年的总工作时间, 通过显著性分析可以看出, 处理C和D的工作时间要显著高于处理A和B。处理A的工作时间最少(17 h), 较B、C、D分别减少13、17、19 h。由此可见, 不同的叶果比处理会显著影响巨峰葡萄夏季修剪的工作时间, 叶果比低的处理, 其工作时间相对较少, 且不同节点的工作时间差距也相对较小。

图2 葡萄生长季总工作时间比较
不同处理间没有相同字母表示差异显著(P< 0.05)。下同。Fig.2 Comparison of total working time during grape growing season
The bars with different letters showed the significant difference(P< 0.05). The same as below.

2.2 不同叶果比修剪方法对巨峰葡萄修剪废弃物质量的影响

不同修剪方法在不同时期产生的修剪废弃物质量存在差异(图3), 但均表现出先升高后下降再升高再下降的双峰变化趋势。花后25~45 d, 各处理的修剪废弃物呈现逐渐增多的趋势; 在花后45 d时, 出现第一个高峰, 此后各处理开始有所下降, 处理A和D在花后75 d、处理B和C在花后85 d的修剪废物质量达到第二个峰值; 此后, 各处理的修剪废弃物质量开始缓慢下降。图4显示了全年的修剪废弃物总质量, 通过显著性分析可以看出, 4个处理的生长季修剪废弃物质量存在显著差异, 其中处理B最高, 为73.74 kg· 667m-2, 处理D最低, 为54.69 kg· 667m-2, 与处理B相比, 减少了19.05 kg· 667m-2。由此可见, 不同的叶果比处理会显著影响巨峰葡萄生长季修剪废弃物质量, 叶果比高的处理, 会产生相对少的修剪废弃物。

图3 葡萄生长季修剪废弃物质量比较Fig.3 Weight comparison of pruning wastes during grape growing season

图4 葡萄生长季修剪废弃物总质量比较Fig.4 Comparison of the total weight of pruning wastes in grape growing season

2.3 不同叶果比修剪方法对巨峰葡萄叶片丙二醛(MDA)含量的影响

由图5可以看出, 各处理的MDA含量均呈显著上升趋势。在花后85 d时, 处理B显著低于其他3个处理, 为24.20 μ mol· g-1, 较最高的处理C(49.42 μ mol· g-1)低51.03%, 处理A、C、D间无显著差异; 在花后105 d, 4个处理间呈显著差异, 其中处理A最高, 为173.17 μ mol· g-1, 较最低的处理D(73.93 μ mol· g-1)提高了134.24%。可见, 在葡萄生长过程中, 随着植株生长, 叶果比低的夏季修剪方法使其叶片膜脂过氧化程度和增长速率均显著高于叶果比高的处理。

图5 叶果比对葡萄叶片丙二醛含量的影响
同一处理时间不同处理方法间没有相同小写字母表示差异显著(P< 0.05)。下同。Fig.5 Effects of leaf-fruit ratio on MDA content in grape leaves
The bars of different treatments with different letters at the same time showed the significant difference (P< 0.05). The same as below.

2.4 不同叶果比修剪方法对巨峰葡萄叶片脯氨酸(Pro)含量的影响

由图6可以看出, 在花后85 d时, 处理C显著高于其他3个处理, 为1.64 μ g· g-1, 处理B、D间无显著差异, 处理A最低, 为1.14 μ g· g-1; 此后处理A和B的Pro含量开始上升, 处理C和D的Pro含量则有所下降, 在花后95 d和105 d, 处理A的Pro含量较花后85 d分别提高了33.85%和35.42%, 较Pro含量最低的处理D分别增加了38.23%和44.00%。可见, 在葡萄生长过程中, 随着植株生长, 叶果比低的夏季修剪方法使叶片中渗透调节物质Pro显著增加。

图6 叶果比对葡萄叶片脯氨酸含量的影响Fig.6 Effects of leaf-fruit ratio on Pro content in grape leaves

2.5 不同叶果比修剪方法对巨峰葡萄叶片蛋白质含量的影响

由图7可以看出, 在花后85 d时, 4个处理的叶片蛋白质含量差异显著, 处理A(1.19 g· L-1)显著低于另外3个处理, 较含量最高的处理B(3.91 g· L-1)减少了69.57%; 在花后105 d, 处理B、C、D的叶片蛋白质含量无显著差异, 但是处理A(0.663 5 g· L-1)的含量显著低于这3个处理, 分别减少了64.48%、63.05%和66.77%; 处理B从花后85 d到105 d的蛋白质减少最多, 达到52.23%。可见, 在葡萄生长过程中, 随着植株生长, 叶果比最低的夏季修剪方法使其叶片中渗透调节物质蛋白质含量较低或减少幅度较大。

图7 叶果比对葡萄叶片蛋白质含量的影响Fig.7 Effects of leaf-fruit ratio on Protein content in grape leaves

2.6 不同叶果比修剪方法对巨峰葡萄叶片抗坏血酸(VC)含量的影响

由图8可以看出:各处理的VC含量在花后85 d时均为最高, 且呈显著差异, 处理A的VC含量最高, 为33.47 μ g· mg-1; 此后, 在花后95 d、105 d各处理的VC含量均有一定程度的下降, 在花后105 d, 处理A的VC含量最低(17.13 μ g· mg-1), 且下降幅度最高(48.81%), 处理C的VC含量最高(23.75 μ g· mg-1), 下降幅度最低(9.66%)。

图8 叶果比对巨峰叶片抗坏血酸含量的影响Fig.8 Effects of leaf-fruit ratio on VC content in grape leaves

2.7 不同叶果比修剪方法对巨峰葡萄叶片抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的影响

由图9可以看出:各处理的APX活性在花后85 d时, 处理A的APX活性显著高于另外3个处理, 处理C、D无显著差异; 在花后95 d , 处理A、B的APX活性较花后85 d时有一定程度的下降, 而处理C、D则有所上升; 在处理105 d时, 4个处理的APX活性均达到最高, 其中处理D的APX活性最高, 为7.71 U· g-1, 处理B的变化幅度最大, 较最低时升高了105.78%。

图9 叶果比对巨峰葡萄叶片抗坏血酸过氧化物酶活性的影响Fig.9 Effects of leaf-fruit ratio on APX activity in grape leaves

2.8 不同叶果比修剪方法对巨峰葡萄叶片抗坏血酸氧化酶(AAO)活性的影响

由图10可以看出:各处理的AAO活性呈逐渐上升趋势, 花后85 d时, 处理A的AAO活性显著高于另外3个处理; 在花后105 d , 4个处理的AAO活性均达到各处理的最高, 其中, 处理D的AAO活性最高, 为158.93 U· g-1, 其较最低值时的升高幅度也是最大, 达到224.53%。

图10 叶果比对巨峰葡萄叶片抗坏血酸氧化酶活性的影响Fig.10 Effects of leaf-fruit ratio on AAO activity in grape leaves

2.9 各项指标的相关性分析

在对9个指标的分析过程中我们发现(表1), 6个叶片衰老的生理生化指标间部分存在显著或极显著的相关性, 其中, AAO与MDA和APX存在极显著的正相关, 其与蛋白质有显著的负相关; 其他各项指标间则无显著的相关性。

表1 相关性分析 Table 1 Correlation analysis
3 讨论

夏季修剪是果树生产中的重要农艺措施。与其他果树相比, 葡萄的夏季修剪量更大, 需要投入的人工更多。从修剪工作时间的角度, 不同叶果比的修剪方法之间存在着一定的差异, 生长季工作总时长从1.98 h· 667m-2到6.12 h· 667m-2不等, 但叶果比越小, 修剪工作时间越少的趋势; 修剪工作时间的高峰, 也随着葡萄生长的规律和修剪措施的难易有一定的差异, 但同样表现为叶果比小用工时间短, 叶果比大则用工时间长。对于葡萄修剪废弃物的调查, 主要希望在缩短工作时间的同时, 减少果园废弃物的产出, 同时生长季修剪的废弃物也能反应出夏季管理的科学性。本实验表明, 4个处理随着葡萄植株的生长, 都会在临近的时间点出现修剪废弃物产生的高峰, 而叶果比较大的修剪处理方法, 产生修剪废弃物的质量要显著低于叶果比较小的处理。这可能是由于修剪工作并非仅由去除葡萄枝叶造成的, 应该还与修剪的难易有关, 比如:摘心的方法、副梢的留法等有一定的关系; 但是通过对修剪总工作时间和修剪废弃物总质量进行的相关性分析则表明, 最小和最大的叶果比处理, 它们之间有显著的相关性, 这可能正好印证了前面的观点, 当修剪工作能够快速准确地去掉不需要的枝叶时, 它们之间的相关就表现为显著或极显著了。这也从数据上证明了, 更简化、目标性更强的修剪方式(处理A)和枝叶生长量大、修剪量小的修剪方式(处理D)可以显著提高葡萄生长季修剪的工作效率。

叶果比是衡量植物源库关系协调性的重要指标[6]。调节叶果比改变库源关系, 不仅使光合作用的有效利用率最大化[6, 7], 还可改善植株内部微环境, 对果树产量和果实品质也有一定的影响[5, 8, 9, 10, 11]。大豆和玉米等作物中, 一些研究认为, 改变库/源比对叶片衰老的影响与品种有关[15]。前人研究表明, 结实期库/源比与作物叶片衰老有关[3]。植物生长过程中, 一旦叶片衰老的程序被启动, 组织产生和清除活性氧的能力便失去平衡, 活性氧含量增加, 膜脂过氧化作用加强, 从而使光合速率下降, 蛋白质和叶绿素丧失, 最后叶片衰老死亡。MDA是膜脂过氧化分解的主要产物之一, 它的积累会对生物机体细胞产生毒害作用, 它可与蛋白质分子结合, 引起蛋白质分子内和分子间交联, 使膜结构和功能受到破坏, 进而造成一系列生理生化代谢紊乱[16]。前人在胡枝子[17]、辣椒[18]上的研究表明, 遭受胁迫以后植株体内的脯氨酸含量上升, 蛋白质含量降低。本研究表明, 叶果比低的夏季修剪方法其叶片膜脂过氧化程度和增长速率均要显著高于叶果比高的处理, 丙二醛和脯氨酸的含量和增长比率要显著高于叶果比高的处理; 与之相反, 叶果比最低的夏季修剪方法其蛋白质含量较低、减少幅度较大, 并且叶果比低的处理, 其叶片蛋白质含量在葡萄生长过程中较早的时候就处于较低的水平, 这个结论与在叶绿素分解之前, 蛋白质便开始分解[19], 较低的叶果比会引起葡萄叶片更早的衰老相一致。

VC是叶绿体内重要的抗氧化物质, 能够直接或间接地清除活性氧[20]; APX、AAO是植物体内主要的保护酶, 可以清除H2O2, 植物体内的APX、AAO活性处于稳定水平, 当植物受到逆境胁迫时, 植物体内活性氧的清除能力下降, 在逆境中只有植物体内保护酶活性增强或维持在较高水平, 才能清除过量活性氧, 避免其对植物体的伤害[21]。本研究表明, 叶果比低的修剪方法, 其VC含量和降低幅度显著高于叶果比高的处理; 随着葡萄植株生长, 叶片衰老, 叶片的APX、AAO活性均显著上升, 叶果比高的修剪处理的活性及上升幅度相对较高, 这可能说明保护性酶类在叶片衰老过程中其活性提高, 从而使叶片免受氧化胁迫。

综上所述, 不同叶果比的修剪方法, 叶果比越高, 工作时间越长, 修剪废弃物越少, 但是处理A和D的效率更高。叶果比低的修剪处理叶片膜脂过氧化程度更高, 叶果比高的修剪处理保护性酶类活性更高, 叶片衰老速率更慢。综合各项指标, 在巨峰葡萄的栽培管理中, 叶果比保持在8∶ 1, 是一种经济可行的修剪方法。

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