乔、矮化苹果砧木对树体碳水化合物净积累影响机制的研究

Apple is an important horticultural product in China. In the current production system, the high yield resulted from dwarfing cultivation is mainly by increased light transmission and fruit ratio, which has regulated the competition of photosynthesized compounds among different organs. Photosynthetic model, as an effective way to assess tree nutrients status is rarely involved in current research projects. The accumulation of photosynthetic compounds is also regulated by the photosynthetic enzyme and hormone of the tree while determining yield and tree vigor of the following year. The most recent studies have shown that different dwarfing rootstocks resulted in significant effects on photosynthesis rate and leaf anatomical characteristics. Based on the difference of photosynthetic carbon assimilation caused by different size-controlling rootstocks, we will first modeling carbon accumulation in apple tree that affected by different rootstocks so as to study the effect of multiple size-controlling rootstocks on net photosynthetic carbon assimilation. Also, the photosynthesis related enzymes, hormones and carbohydrate synthesis and decomposition-related gene expression will be measured to explain the difference that observed in the procedure aforementioned. The establishment of photosynthesis model with apple tree will provide a potential way for the future study of tree carbon status, which is of great significance to theoretical research and production practice in the future.

苹果是我国重要的优势园艺产品，当前苹果优产栽培中的矮化密植在很大程度上通过增加光透过率、调节花果比例从而调节光合同化物在不同器官间的竞争关系而提高了产量。作为评估树体养分及其贮藏营养非常有效的光合模型在苹果研究中罕有涉及。光合同化物的积累在决定产量与来年树势的同时，也受光合反应相关酶和树体激素水平的调节。目前研究证明，不同矮化砧木对苹果叶片光合速率和茎叶解剖结构均有显著影响。本项目将基于不同乔、矮砧导致的光合碳同化差异，首先从光合模型的建立来量化和分析不同砧木对苹果树体碳积累的影响，同时研究光合反应相关酶活性、激素水平及控制不同碳水化合物合成与分解相关基因表达等光合碳同化的调节途径，揭示不同砧木对苹果树体碳水化合物积累形式和分配的差异机制。该研究中苹果光合模型的建成将成为今后苹果栽培中对树体营养状态研究的重要潜在手段，对今后理论研究和生产实践都有重要意义。

应用矮化砧木实现的矮化密植栽培是当今苹果生产发展的主流方向。砧木的选择显著影响接穗的生长发育特性，进而改变果实的产量与品质。因此，砧木导致的苹果树体生长生理差异及相关机制的研究亟待进行。本项目以不同树龄的乔化、半矮化以及矮化砧木与‘红富士’接穗嫁接的苹果树为材料，在田间和温室条件下开展砧木导致的树体光合特性及碳水化合物净积累差异机理研究。首先通过光合模型、闭路式以及开路式整体光合测定方法的建立来量化和分析不同砧木对苹果树体碳积累的影响，阐明砧木导致的苹果嫁接树不同部位的碳水化合物累积情况、树体形态、根系结构以及花果特性差异.同时研究光合反应相关酶活性、激素水平等光合碳同化的调节途径，揭示不同砧木对苹果树体碳水化合物积累形式和分配的差异机制。结果表明，矮化砧木更低的气孔密度和栅海比限制了CO2从外界环境到叶肉细胞中羧化位点的扩散，同时较低叶片的Rubisco羧化活性和SPAD值可能进一步导致矮化砧木光合速率的下降。通过气体交换测定和模型计算也证明，乔化砧木八棱海棠在叶片和整体水平上的光合速率均显著高于半矮化及矮化砧木。矮化、半矮化苹果树的根部、枝条和叶片中淀粉含量显著高于乔化砧木，而可溶性糖含量显著低于乔化砧木。与矮化砧木相比，IAA、CTK和GA合成相关基因在乔化砧木中显著表达，同时更高叶片的矿质元素含量有利于提高‘富士’接穗的光合作用及生长速率。因此，随着矮化砧木矮化程度的增大，其对苹果接穗树体生长降低的程度越大，主要表现在地上部的株高、冠幅、主干横截面积、节间长度和总叶面积以及地下部根系大小、根系条数等方面。本研究的结果揭示了乔、矮化苹果砧木对树体碳水化合物净积累影响机制，为同一品种接穗嫁接到不同砧木上的生长潜力和果实产量的预测提供理论依据；本研究中冠层光合模型与整体光合测定方法的建成有望为今后苹果栽培中对树体营养状态研究的重要潜在手段，为乔木果树的理论研究和生产实践提供技术支持。