不同自然遮阴条件下小果咖啡在历史性干旱年份的生理响应与源-库调节机制研究

《Plant Growth Regulation》：Canopy shade in agroforestry regulates source–sink balance and green bean quality of Coffea arabica L. as an adaptive strategy to climate extremes

　　

摘要

极端天气事件正日益威胁着咖啡的生产。将咖啡与遮阴树相结合的农林复合系统被视为一种缓冲环境胁迫的气候适应策略。了解小果咖啡（Coffea arabica）L.在不同遮阴条件下的生理响应，是优化遮阴管理的关键。在台湾经历的一次历史性干旱期间，我们考察了四种不同自然遮阴环境下咖啡树的叶片生理、源-库平衡及种子成分：无遮阴（NS，100%）、中等遮阴（MS，60%）、重度遮阴（SS，14.3%）以及变化遮阴（CS，17.5%），其中CS的年光照可用量与SS相近，但在果实发育期间有一个明显的短期高光照阶段。在无遮阴条件下，苯丙氨酸氨解酶活性的增加和叶片中酚类物质的积累反映了咖啡树对高辐照度的光保护调节。相比之下，遮阴促进了叶绿素的积累，提高了光能捕获效率，并通过减少过剩光能的输入来缓解光抑制，表现为PSII量子产量更高。叶片非还原糖在果实发育期间下降，采收后回升至无遮阴条件下的约60 mg g^?1干重，比重度遮阴条件下的水平高出2.2倍。种子碳水化合物谱系未表现出显著差异；然而，重度遮阴将每株树的种子产量降低至42.8 g，比其它遮阴环境低72–81%，这表明在本研究年份的条件下，存在源-库调节机制以维持种子的生化完整性。在变化遮阴条件下，季节性林冠开口增加了果实发育期间的光照可用量，加速了浆果成熟，并与较高的种子产量（每株150.8 g）相关，尽管其年光照可用量与重度遮阴条件相近，但豆子的生化组成未发生显著变化。这些发现为咖啡在历史性干旱年份对不同类型遮阴环境的生理响应提供了科学见解，并表明动态林冠光照条件可能有助于缓冲环境胁迫，同时兼顾产量维持与豆子品质。