CN114651653B - 提高苹果矮化砧木水分利用率和果实品质氨基酸施用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于苹果种植技术领域，公开了一种提高苹果矮化砧木水分利用率和果实品质氨基酸施用方法，施用植物内源氨基酸GABA。提高苹果矮化砧木水分利用率以根施的方式施用植物内源氨基酸GABA，所述植物内源氨基酸GABA的浓度为1 mM/L。提高果实品质的以喷施的方式施用植物内源氨基酸GABA，植物内源氨基酸GABA的浓度为5mM/L‑50mM/L。本发明有效提高苹果矮化砧木T337的抗旱能力、水分利用效率和“粉红女士”苹果果实品质。其中1 mM/LGABA处理能够有效提高T337植株抗旱能力及水分利用效率，并且对“粉红女士”果实外源GABA处理能够降低果实酸度，提高糖酸比、果肉硬度以及果皮延展性。
Description
技术领域
本发明属于苹果种植技术领域，尤其涉及一种提高苹果矮化砧木水分利用率和果实品质氨基酸施用方法。
背景技术
目前，随着我国苹果产业的不断发展，我国已跻身成为世界第一苹果生产大国。在我国四大苹果产区中，西北黄土高原产区因其昼夜温差大、日照充足成为我国最大的苹果产区。然而，黄土高原处于干旱、半干旱地区，该地年降水量少，干旱胁迫成为限制该地区苹果产业发展的主要因素。当植物面临干旱超过自身抵抗能力后便会引起植株生长发育受阻，引起树势衰弱，产量降低，严重时导致植株死亡。因此，在品种、栽培模式优化的基础上，通过改良栽培技术手段提高植株抗旱性显得尤为重要。随着集约化农业的发展，矮化密植栽培已经成为大多数果园的首选，T337作为M9矮化砧木优系，矮化程度能够增大20%，其易压条繁殖，在果业发达国家广泛推广并已获得成功的纺锤树形果园多采用这种矮化砧。T337虽然拥有良好的矮化能力，但其在抗旱方面较其它常用砧木如：新疆野苹果、楸子等还有待进一步提升。
GABA又称γ-氨基丁酸，是一种存在于在动、植物体内的非蛋白质氨基酸，分布范围非常广泛。在动物体内是一种抑制性神经递质。在植物体内，GABA的积累是植物体对外界温度、机械力等外界条件激烈变化时应激反应的产物，并且在调节植物碳氮平衡和应对逆境发挥了重要的作用。尽管GABA在植物抵抗逆境方面的研究已有较多的报道，但GABA在干旱胁迫上对植物的作用还有待进一步研究。果实品质是衡量果实价值的重要指标，同时也是当前及未来园艺产业健康发展和市场竞争力的核心。果实采后经过GABA处理能够较长时间保持果实风味，延长储藏期限，提高果实的商品率。然而，在果实整个生长发育周期用该物质处理并未查到相关文献研究报道。在果实生长发育期间对果实施加外源GABA处理还未见报道。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：在果实生长发育期间对果实施加外源GABA处理属于技术空白。
解决以上问题及缺陷的难度为：外源处理方式以及浓度选择 。
解决以上问题及缺陷的意义为：为苹果果实品质的改良提供新途径，有利于生产上栽培技术手段的优化。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种提高苹果矮化砧木水分利用率和果实品质氨基酸施用方法。
本发明是这样实现的，一种提高苹果矮化砧木水分利用率和果实品质氨基酸施用方法，所述提高苹果矮化砧木水分利用率和果实品质氨基酸施用方法施用植物内源氨基酸GABA。
进一步，提高苹果矮化砧木水分利用率以根施的方式施用植物内源氨基酸GABA。
进一步，所述植物内源氨基酸GABA的浓度为1 mM/L。
进一步，提高果实品质的以喷施的方式施用植物内源氨基酸GABA。
进一步，植物内源氨基酸GABA的浓度为5mM/L-50mM/L。
本发明的另一目的在于提供一种提高植株抗旱能力及水分利用效率的方法，所述提高植株抗旱能力及水分利用效率的方法施用植物内源氨基酸GABA，所述植物内源氨基酸GABA的浓度为1 mM/L。
本发明的另一目的在于提供一种降低果实酸度的方法，所述降低果实酸度的方法施用植物内源氨基酸GABA，所述植物内源氨基酸GABA的浓度为5mM/L-50mM/L。
本发明的另一目的在于提供一种提高果实糖酸比的方法，所述提高果实糖酸比的方法施用植物内源氨基酸GABA，所述植物内源氨基酸GABA的浓度为5mM/L-50mM/L。
本发明的另一目的在于提供一种提高果肉硬度的方法，所述提高果肉硬度的方法施用植物内源氨基酸GABA，所述植物内源氨基酸GABA的浓度为5mM/L-50mM/L。
本发明的另一目的在于提供一种提高果皮延展性的方法，所述提高果皮延展性的方法施用植物内源氨基酸GABA，所述植物内源氨基酸GABA的浓度为5mM/L-50mM/L。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为： 本发明通过对植株外源施加一种植物内源氨基酸GABA，可有效提高苹果矮化砧木T337的抗旱能力、水分利用效率和“粉红女士”苹果果实品质。抗旱试验以根施的方式进行，采取浓度：0 mM/L；0.5mM/L；1 mM/L；5mM/L；10 mM/L五个浓度梯度，分别设置正常浇水组（CK）和干旱处理组(Drought)。通过长期干旱和短期干旱处理并测定光合、叶片相对含水量、叶片相对电导率、根冠比、水分利用效率等一系列生理指标，得出1 mM/LGABA处理能够有效提高植株抗旱能力及水分利用效率。果实品质试验以喷施的方式进行，采取浓度0mM/L；5 mM/L；10 mM/L；25mM/L；50 mM/L五个浓度梯度，通过测定“粉红女士”苹果果实外在品质、内在品质发现GABA处理能够降低果实酸度，提高糖酸比、果肉硬度以及果皮延展性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的提高苹果矮化砧木水分利用率和果实品质氨基酸施用方法流程图。
图2是本发明实施例提供的不同浓度GABA处理对T337短期干旱叶片相对电导率影响示意图。
图3是本发明实施例提供的不同浓度GABA处理对T337长期干旱处理生物量及根冠比的影响示意图。
图4是本发明实施例提供的不同浓度GABA处理对T337长期干旱处理下光合作用的影响示意图。
图5是本发明实施例提供的不同浓度GABA处理对T337长期干旱叶片相对含水量的影响示意图。
图6是本发明实施例提供的不同浓度GABA处理对T337长期干旱叶片叶绿素含量影响示意图。
图7是本发明实施例提供的不同浓度GABA处理对植株水分利用效率（WUE）影响示意图。
图8是本发明实施例提供的不同浓度GABA处理对粉红女士产量、单果重、色差、果形指数的影响示意图。
图9是本发明实施例提供的不同浓度GABA处理对粉红女士可溶性固形物、酸度、糖酸比的影响示意图。
图10是本发明实施例提供的不同浓度GABA处理对粉红女士果肉硬度、果皮硬度、果肉紧实度、果皮延展性、果肉脆度的影响示意图。
图11是本发明实施例提供的不同浓度GABA处理对粉红女士GABA含量的影响示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种提高苹果矮化砧木水分利用率和果实品质氨基酸施用方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明提供的提高苹果矮化砧木水分利用率和果实品质氨基酸施用方法的过程。
外源GABA处理分为两个部分实施，第一部分是外源GABA对T337抗旱性和水分利用效率的影响，第二部分是外源GABA对“粉红女士”果实品质的影响。在第一部分中，分别采取了： 0mM/L、0.5mM /L 、1mM /L 、5mM /L 、 10mM /L这5个浓度梯度以根施方式进行了长期干旱与短期干旱处理，通过测定光合参数、叶片相对电导率、水分利用效率、叶片相对含水量、根冠比、根系构形参数等指标来综合评价GABA对T337干旱胁迫的作用；第二部分中，分别采取了： 0mM/L、5mM /L 、10mM /L 、25mM /L 、 50mM /L这5个浓度梯度以喷施方式进行处理，分别测定了果实外在品质（产量、单果重、果形指数、果实色差）内在品质（可溶性固形物、酸度、糖酸比、果肉硬度、果肉脆度、果皮延展性）等指标综合评价GABA对果实品质的影响。
下面结合试验对本发明的技术方案作进一步的描述。
1.试验材料和方法
1.1试验材料
本发明以苹果矮化砧木M9-T337和粉红女士（Pink Lady）为试验材料，试验处理所用的GABA购买于上海生工生物工程有限公司。
1.2试验方法
短期干旱处理：采用TDR土壤水分仪和称重法相结合，定量控水处理。对照组正常供水（TDR测定土壤体积含水量为43-48%，称重法测定土壤含水量为70-100%），处理组自然干旱。
长期干旱处理：采用TDR土壤水分仪和称重法相结合，定量控水处理。对照组：TDR测定土壤体积含水量为43-48%，称重法测定土壤含水量为70-100%；长期干旱处理组：TDR测定土壤体积含水量为18-23%，称重法测定土壤含水量为35-50%。称重法测定土壤含水量计算方法：土壤含水量=（土壤重量-土壤干重）/（土壤饱水重-土壤干重）。
T337GABA处理：待移栽后的T337萌发新叶并生长2周后，挑取生长整齐一致健壮的植物材料，在短期干旱和长期干旱处理之前，对照组和处理组分别施加对应浓度（0 mM/L；0.5 mM/L；1 mM/L；5 mM/L；10 mM/L）的GABA溶液。
果实GABA处理：挑选生长健壮整齐一致的粉红女士果树，每处理三个生物学重复，在园内随机分布，果树花后40天后，分别对相应处理喷施不同浓度的GABA（0 mM/L；5 mM/L；10 mM/L 25 mM/L；50 mM/L）加0.05%吐温-20（表面活性剂）处理，每隔20天喷施一次，至采收前共喷施8次。处理过程中，随机摘除部分果袋，作为未套袋处理。
光合指标测定：采用 LI-COR6400便携式光合作用系统（LI-COR 6400,HuntingtonBeach，CA，USA）测定光合作用参数。在晴朗天气上午09：00至11:00之间对每株幼苗从上往下数第7-9叶位的成熟叶进行测定。使用LED红蓝光源，光强设定为1000umolm-2s-1，气流为500umols-1，测定每叶片光合速率（Photo）、气孔导度（Cond）、胞间CO2 浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）。
叶片相对含水量测定：每个处理组采取幼嫩程度、大小相对一致的叶片（从顶芽向下数第6-8片叶子），并记录叶片鲜重（FM），随后将采集的叶片置于纯水中浸泡24小时，吸干叶片表面水分，记录叶片饱水重（TM），最后将叶片置于80℃烘箱烘干至恒重，记录叶片干重（DM）。叶片相对含水量RWC=（FM-DM）/（TM-DM）。
株高、根长和根冠比测定：实验处理结束后用卷尺测量株高和根长。试验处理结束后将实验材料分为地上和地下两部分，用纯水洗净后，置于105℃烘箱杀青30min，然后将烘箱温度调整至80℃烘干至恒重，取出实验材料，称取地上部干重（SW）和地下部分干重(RW)。根冠比计算公式为：R/S=RW/SW。
叶片相对电导率测定：短期干旱处理15d后，每个处理组采取幼嫩程度、大小相对一致的叶片（从顶芽向下数第6-8片叶子），用去离子水洗净擦干。打孔器打取叶圆片，每管8片，置于去离子水中浸泡4h，于电导仪测定数值T1，同时测定去离子水电导值T0，随后将浸泡的叶片置于沸水中沸水浴30min，待其冷却至室温后测定电导值T2，相对电导率计算公式为：（T1-T0）/(T2-T0)*100%。
水分利用效率测定：稳定碳同位素法（δ13C）测定水分利用效率（WUE）：长期干旱持续处理60天后，采集地上幼嫩程度、大小相对一致的成熟叶片（从上往下，第7-9片叶），并用纸巾擦拭干净叶片表面灰尘；每处理随机采取3个生物学重复转移至105℃烘箱，杀青处理30min，此后将温度调整为80℃，烘干至恒重；上述烘干样品转移至球磨仪，研磨后使用80目尼龙纱布过筛，收集样品粉末，使用稳定碳同位素质谱仪（Flash EA 1112 HT-Delta VAdvantages，Thermo Fisher）测定13C/12C丰度比。
SPAD叶绿素测定：使用便携式SPAD测定不同处理的M9-T337叶片，每片叶子测定两次。
果实外在品质测定：
果实单果重测定：在11月份采摘成熟的果实，称重计算得出各个处理的产量，每株处理随机采取20个大小相似的果实，用电子天平称量记录。
果形指数测定：使用电子游标卡尺测量苹果果实最大纵横经，计算纵横径之比。
果实色差测定：果实色差采用X-Rite公司的CR-100型色差计测定，每个果实沿赤道部位测定5个值，L*(指明度指，及光洁度)、a*（指红/绿值，a*正值越大，说明颜色越红）和b*（指黄/蓝值，b*正值越大，说明颜色越黄）。
果实内在品质测定：
可溶性固形物测定：使用PAL-1型手持折光仪测定。
可滴定酸测定：使用GMK-835F型果实酸度计测定。
果实质地测定：使用SMS TA XT Plus果实质构仪沿果实赤道面5点进行测定，并取平均值。测定果皮硬度、果皮延展性、果肉硬度、果肉脆度以及果肉紧实度。
氨基酸含量测定：使用美国AB SCIEX公司Liquid Chromatography–MassSpectrometry测定。
2.结果与分析
2.1外源GABA对T337干旱胁迫的影响
2.1.1外源GABA处理有助于降低短期干旱下植物叶片相对电导率
图2不同浓度GABA处理对T337短期干旱叶片相对电导率影响。A.正常供水表型特征与短期干旱处理表型特征。红色短线代表10 cm比例尺。B.叶片相对电导率。
在正常供水条件下，不同浓度的GABA处理对叶片相对电导率没有明显影响，处理之间没有显著性差异。当T337处于短期干旱处理条件下0.5 mM/L和1 mM/L GABA处理能够显著降低叶片相对电导率，其中1 mM/L处理效果更优。GABA处理浓度为5 mM/L和10 mM/L时叶片相对电导率与0 mM/L没有显著性差异（图2）。试验结果表明，适宜浓度GABA处理有助于维持T337叶片细胞膜稳定性，缓解干旱胁迫，降低植物叶片相对电导率。
2.1.2外源GABA处理对植物生物量及根冠比的影响
图3不同浓度GABA处理对T337长期干旱处理生物量及根冠比的影响。A. T337在不同处理条件下的表型特征，红色短线代表10 cm比例尺。B.株高。C.根长。D.地上部干重。E.地下部干重。F.根冠比。
生物量是反映作物生长状况的一项重要指标。当植物生长处于逆境条件下，其生长发育会受到阻碍，引起树势衰弱、产量下降等一系列不良反应，严重时导致植株死亡。试验通过测定株高、根长、根冠比等一系列指标来统计植株生长量的变化。试验结果表明无论在正常供水还是干旱处理条件下，10 mM/L浓度GABA处理会使植株地上部和地下部生长受到一定抑制；在长期干旱条件下0.5 mM/L和1 mM/L浓度GABA处理的植株在株高、根长和根冠比方面较0 mM/L GABA处理都发生显著性提高，其中1 mM/L浓度GABA处理效果最优（图3）。以上数据表明适宜浓度GABA处理能够提高T337抗旱能力，增加植株根冠比。
2.1.3外源GABA处理提高长期干旱下植物净光合速率
图4不同浓度GABA处理对T337长期干旱处理下光合作用的影响。A.光合速率（Photo）。B.气孔导度（Cond）。C.胞间CO2 浓度（Ci）。D.蒸腾速率（Tr）。
光合作用是植物生长的重要环节，是植物进行营养交换的重要机制，与植物生长乃至生物的进化都有密切的关系。因此现代农业科学研究中，测定植物的光合作用对于研究植物的生理特性有着重要意义。试验结果表明，在正常浇水条件下不同浓度GABA处理之间光合速率（Photo）、气孔导度（Cond）、胞间CO2 浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）间没有明显差异；在干旱处理条件下，0.5 mM/L和1 mM/L GABA浓度处理下光合速率（Photo）、气孔导度（Cond）和蒸腾速率（Tr）有着显著的增高，而胞间CO2 浓度（Ci）发生了显著的降低（图4）。以上数据表明，在长期干旱条件下适宜浓度GABA处理有助于提高T337植株光合能力。
2.1.4外源 GABA处理提高长期干旱下叶片相对含水量
图5 不同浓度GABA处理对T337长期干旱叶片相对含水量的影响。
植物叶片相对含水量是植物组织水分状况的重要指标，在长期干旱处理下植物叶片相对含水量越高则其抗旱能力就越强，反之抗旱能力越弱。在正常供水条件下，不同浓度GABA处理下叶片相对含水量没有显著差异；当植株处于长期干旱处理下，0.5 mM/L和1 mM/L浓度GABA处理下叶片相对含水量较0 mM/L处理发生了显著的提高，1 mM/L浓度GABA处理效果更优（图5），试验结果表明适宜浓度的GABA处理有助于提高长期干旱下T337叶片相对含水量。
2.1.5外源 GABA处理对植株叶绿素含量影响
图6 不同浓度GABA处理对T337长期干旱叶片叶绿素含量影响。
在正常供水条件下，不同浓度GABA处理植株叶片叶绿素含量之间没有显著变化。在长期干旱处理处理条件下，0.5 mM/L 和1 mM/L GABA浓度处理的植株叶片叶绿素含量较0 mM/L GABA处理发生了显著的上升，其中0.5 mM/L和1 mM/L GABA处理效果更优（图6）。以上数据表明适宜浓度GABA处理能够提高T337干旱胁迫下叶片叶绿素含量。
2.1.6外源GABA处理提高长期干旱下植株水分利用效率
图7不同浓度GABA处理对植株水分利用效率（WUE）影响。
干旱胁迫下水分利用效率（WUE）是描述植物对外界环境适应能力及抗旱性的重要指标。植物干物质中稳定碳同位素组成（δ13C)与植物的水分利用效率(WUE）成正相关，因此测定植物干物质中稳定碳同位素组成可反映植物的水分利用效率，同时也是目前评价植物水分利用效率的最理想指标。测定结果显示:在正常供水条件下0 mM/L ； 1 mM/L ； 10mM/L GABA处理δ13C无明显差异；在长期干旱胁迫下植株δ13C较正常供水都发生了升高，其中干旱胁迫下1 mM/L GABA处理δ13C显著高于0 mM/L和10 mM/L GABA处理（图7）。上述试验结果表明，适宜浓度GABA处理能够提高T337干旱条件下植株水分利用效率。
2.2外源GABA对果实品质的影响
2.2.1外源GABA处理对果实外观品质没有显著影响
图8不同浓度GABA处理对粉红女士产量、单果重、色差、果形指数的影响。I中B代表套袋，W代表未套袋。
果实的外观品质作为其商品价值的一个重要属性，是衡量其价格的一个重要指标。通过外源喷施GABA之后，测定不同浓度GABA处理之后套袋和未套袋果实的单果重、L亮度、a红黄度、b黄绿度、纵径、横径、果形指数，发现只有50 mM/L GABA处理下未套袋的果实亮度L较对照升高，50 mM/L GABA处理下套袋的果实红黄度a较对照有所下降，5 mM/L GABA处理果实单果重较对照组有所下降。综以上数据表明，不同浓度外源GABA处理对果实单果重、L亮度、a红黄度、b黄绿度、纵径、横径、果形指数没有显著影响。
2.22外源GABA处理能够降低果实酸含量，提高糖酸比
图9不同浓度GABA处理对粉红女士可溶性固形物、酸度、糖酸比的影响。
苹果果实糖酸含量及构成比例是果实风味形成的重要基础，因此研究果实糖酸对提高和改善果实品质具有重要的意义。通过测定不同浓度GABA处理下果实的可溶性固形物含量、酸度、糖酸比，发现外源施加GABA之后较对照组能够显著降低果实的酸度以及提高糖酸比，而其可溶性固形物含量在处理后较对照组并未发生显著变化。
2.23外源GABA处理能够提高果肉硬度和果皮延展性
图10不同浓度GABA处理对粉红女士果肉硬度、果皮硬度、果肉紧实度、果皮延展性、果肉脆度的影响。
果实内在品质是其商品性优劣的重要标志。通过硬度计、质构仪测定果实内在品质发现，果肉硬度、果皮延展性经不同浓度GABA处理之后发生了显著提升，同时果肉硬度的提升有助于延长果实的贮藏期限，果皮延展性的升高也有利于减少果实裂果的发生，对提升果实品质有着重要作用，而果皮硬度、果肉紧实度、果肉脆度并未发生显著变化。
2.24外源GABA处理能够增加果实内部GABA含量
图11不同浓度GABA处理对粉红女士GABA含量的影响。
GABA作为一种非蛋白质氨基酸，在植物响应逆境和保健食品方面拥有广泛的功效。对果实进行不同浓度GABA处理之后，通过LC-MS测定果实GABA含量发现， GABA处理之后果实GABA含量较对照组发生了显著提升。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种提高苹果矮化砧木水分利用率和果实品质氨基酸施用方法，其特征在于，所述提高苹果矮化砧木水分利用率和果实品质氨基酸施用方法是施用植物内源氨基酸GABA；
提高苹果矮化砧木水分利用率以根施的方式施用植物内源氨基酸GABA；
所述植物内源氨基酸GABA的浓度为1 mM/L；
提高果实品质的以喷施的方式施用植物内源氨基酸GABA；
植物内源氨基酸GABA的浓度为5mM/L-50mM/L。
2.如权利要求1所述的提高苹果矮化砧木水分利用率和果实品质氨基酸施用方法，其特征在于，果实品质具体是指降低果实酸度或提高果实糖酸比或提高果肉硬度或提高果皮延展性。
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