不同苹果砧穗组合对腐烂病抗性的差异及其生理机制

《Plants》：Differences in Valsa Canker Resistance and Its Physiological Mechanisms Among Various Apple Rootstock–Scion Combinations

　　

摘要
为比较不同接穗–砧木组合对苹果腐烂病（Apple Valsa canker）的抗性，并筛选关键评价指标及优良抗病组合，研究人员以‘岳艳红’、‘Harlikar’和‘秋富红’为接穗，以青珍1号、青珍2号、山定子（M. baccata Borkh.）、海棠（M. robusta Rehd.）和湖北海棠（M. hupehensis Rehd.）为砧木，建立了15个砧穗组合。研究人员在田间自然感病条件下评估了各组合的抗病性，测定了植株生长指标、叶片光合参数、一年生枝条解剖结构及矿质元素含量，并与病情指数（disease index）进行相关性分析，以明确感病条件下这些指标与病害发生的关系及其生理基础。最后，研究人员对各砧穗组合的嫁接亲和性与抗病性进行综合评价，以筛选可减轻腐烂病发生程度的组合及预测性指标。结果表明，以‘岳艳红’为接穗的组合总体病情指数最低，其中‘岳艳红’/青珍2号表现出最佳的嫁接亲和性（FCC = 2.10，RSR = 1.10）和最优的综合抗病性能；‘岳艳红’/湖北海棠（M. hupehensis Rehd.）的光合速率最高。相比之下，‘Harlikar’/青珍2号和‘秋富红’/山定子（M. baccata Borkh.）的病情指数相对较高，在试验田间条件下被划分为高感组合。病情指数越低，叶片净光合速率和胞间CO₂浓度越高；相对电导率低的组合膜系统稳定性更强。病情指数与叶片钾（K）含量呈正相关，而铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）含量升高与病情指数增大相关。此外，病情指数越低，枝条韧皮部越厚、细胞密度越大。综上所述，以病情指数为定量指标，综合植株生长、光合生理、矿质营养及枝条解剖结构等多维指标，可初步评价不同砧穗组合的亲和性与抗病性。

苹果砧穗组合腐烂病抗性差异的生理机制研究解读

一、研究背景与科学问题

苹果（*Malus domestica* Borkh.）是中国栽培面积和产量均居世界首位的水果作物，在农业经济增长、乡村振兴和农民增收中具有重要作用。由苹果黑腐皮壳菌（*Valsa mali*）引起的苹果腐烂病是一种毁灭性枝干病害，具有传播快、持续时间长、防治困难等特点，已波及中国所有主要苹果产区。该病原菌主要侵染树干和主枝木质部，导致树皮腐烂、树势衰退，严重时可致整株死亡，长期造成产量损失和经济损害，是苹果生产中的持续性防治难题。目前主要防治措施依赖化学农药、人工刮除病斑和剪除病弱枝，但*Valsa mali*菌丝可在树体组织深层建立潜伏侵染，药剂难以到达病原菌栖息部位，人工清除亦无法彻底消除带菌细胞，病斑易复发。因此，筛选高效环保的防控策略并解析苹果对腐烂病的抗性机制具有重要实践价值。

砧木是苹果栽培的核心技术环节之一，砧穗组合可调控接穗生长、结果特性和环境适应性，不同砧穗组合间抗病性差异已成为产业关注的重点。已有研究表明，砧木可影响根系微生物群落结构与组成，矮化砧木根系细菌丰富度和多样性更高，有益微生物比例更大，*Valsa mali*检出水平低于乔化砧木。此外，根皮苷（phloridzin）积累与腐烂病抗性呈负相关，病原菌可利用根皮苷作为碳源增强毒素产生，根皮苷生物合成途径通过调控细胞壁木质素和果胶多糖沉积及水杨酸与活性氧平衡来调节抗病性。现有研究多聚焦于病原菌鉴定、侵染致病机制和防治策略开发，对砧穗组合在田间条件下腐烂病抗性的系统评价及其与植物生理代谢、枝条解剖结构的相关性研究仍较缺乏。为此，本研究选用矮化砧木青珍1号、青珍2号和乔化砧木山定子、海棠、湖北海棠作为砧木材料，以‘岳艳红’、‘秋富红’和‘Harlikar’为接穗，建立15个砧穗组合，系统评价田间腐烂病抗性，并测定光合参数、叶绿素含量、矿质元素浓度和枝条解剖性状，旨在阐明砧穗组合影响腐烂病抗性的生理机制，筛选可靠抗性评价指标，为优良抗病组合选择及抗病栽培提供理论依据。

二、研究内容概述

研究人员在辽宁省果树科学研究所苹果园开展田间试验，试验园建于2019年，株行距2.5 m×4.0 m，南北行向，每组合连续3行构成一个种植小区，每行10株作为3个生物学重复。2025年3月腐烂病高发期进行田间自然感病调查，按0–4级分级标准统计病情指数；同年7月采集各组合一年生枝条和功能叶片，测定生长指标、光合参数、叶绿素荧光参数、相对电导率、矿质元素含量及枝条解剖结构，并进行相关性分析。

三、主要关键技术方法

本研究采用田间自然感病调查法评价抗病性，按病斑面积和数量进行0–4级分级并计算病情指数；使用便携式光合仪（Yaxin-1105）测定净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO₂浓度（Ci）及叶绿素荧光参数（F₀、F_m、F_v/F_m、PI_ABS）；采用SPAD-502叶绿素仪测定SPAD值；用电导率法测定叶片相对电导率（REC）；通过微波消解和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定矿质元素含量；石蜡切片结合番红-固绿染色观察一年生枝条的韧皮部、皮层、周皮、髓部、木质部、维管形成层及导管直径等解剖结构；以数字游标卡尺测量根砧直径、接穗直径、嫁接口直径，按公式计算田间亲和常数（FCC）和砧穗比（RSR）。统计分析采用SPSS 26.0进行单因素和双因素方差分析，Duncan新复极差法进行多重比较（p < 0.05），Origin 2019绘图。

四、研究结果

4.1 不同砧穗组合对苹果腐烂病抗性的影响

15个砧穗组合的发病率和病情指数呈显著正相关。以‘岳艳红’为接穗的组合整体抗病性最强，除青珍1号和青珍2号组合外，其余组合病级集中在0–1级。‘Harlikar’为接穗时，青珍2号组合病级达4级，显著高于其他组合。‘秋富红’为接穗时，山定子组合4级病级频率较高。总体而言，‘岳艳红’各组合抗病表现优于其他两个接穗品种。

4.2 砧穗组合对树体生长的影响

砧木、接穗及二者互作对植株生长均有显著影响。砧木对砧木直径、接穗直径、砧穗比和田间亲和常数影响较大，接穗显著影响嫁接口直径，互作对砧木直径有极显著影响。‘岳艳红’/青珍2号的砧木直径和FCC值显著高于其他组合，RSR和FCC分别接近1和2，表明田间嫁接亲和性最优。‘Harlikar’/青珍2号虽RSR和FCC显著偏高，但整体树势较弱。‘秋富红’各组合FCC值总体偏低，田间亲和性相对较差。

4.3 砧穗组合对叶片生长和生理特性的影响

砧穗组合对叶片形态影响有限，接穗显著影响叶宽，接穗与互作共同调控叶面积，叶厚在各组合间无显著差异。‘岳艳红’/青珍1号叶长、叶宽和叶面积均显著优于其他组合。在光合特性方面，‘岳艳红’/湖北海棠净光合速率最高（16.50），‘岳艳红’/青珍2号次之（15.26），两者相对电导率低（0.30–0.32），膜系统稳定，SPAD值均超过60。叶绿素荧光参数显示各组合F_v/F_m在0.78–0.84正常生理范围内，‘Harlikar’接穗的PI_ABS最高达6.35。矿质元素方面，N和P含量受砧木、接穗及互作影响不显著；K和Ca主要受接穗调控，Mg主要受砧木调控。‘岳艳红’/青珍2号Fe、Cu、B含量显著较高，而Mn在湖北海棠和海棠砧木组合中较高。

4.4 砧穗组合对枝条解剖结构的影响

砧木显著改变接穗解剖结构。‘岳艳红’接穗的韧皮部厚度总体大于其他接穗。‘岳艳红’/海棠皮层厚度比山定子组合高20%。周皮厚度在青珍系列砧木中表现为青珍2号>青珍1号。‘岳艳红’/湖北海棠的髓部细胞密度显著高于其他组合，较青珍2号组合高116.85%，乔化砧木的细胞密度总体高于矮化砧木。‘岳艳红’接穗的髓部细胞密度最高，表明其抗腐烂病能力可能强于‘Harlikar’和‘秋富红’。青珍系列砧木普遍增加木质部和形成层等木质化组织厚度，湖北海棠和山定子则在细胞密度和皮层厚度方面表现更强。

4.5 抗病性与生理及解剖指标的相关性分析

叶宽和砧穗比（RSR）与病情指数呈正相关。净光合速率（Pn）与蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO₂浓度（Ci）呈正相关，Pn和Ci与病情指数呈负相关，而PI_ABS与病情指数呈正相关，表明PSII在病害胁迫下可能通过补偿调节维持基本光合功能。叶片氮（N）与钾（K）、铁（Fe）、铜（Cu）呈正相关，K与病情指数呈负相关，而Fe、锰（Mn）、锌（Zn）含量与病情指数呈正相关，过量积累可能预示病害加重。枝条解剖结构中，韧皮部厚度与木质部厚度、髓部厚度和细胞密度呈正相关，与病情指数呈负相关；细胞密度与病情指数呈强负相关，可作为判断病害严重程度的重要生理指标。

五、讨论与结论

砧木通过调节根系吸收、植株代谢和组织结构调控接穗抗病性，砧穗亲和性是抗病性的基础。亲和性良好的组合可保证树体内养分和信号分子正常运输，维持生理稳态和树势，为激活防御反应创造条件；亲和性失衡则会显著降低树体对枝干病害的抗性。一年生枝条髓部细胞密度可能是评价砧穗组合腐烂病抗性的抗性相关性状。叶片形态性状主要由品种内在遗传决定，受砧穗互作影响较弱；而叶片光合生理和矿质营养积累对砧穗组合响应更敏感，与腐烂病抗性密切相关，可作为辅助评价指标。高光合能力与均衡矿质营养积累相结合的砧穗组合，枝条和叶片组织结构紧凑，有助于降低病情指数。钾、硼等矿质元素可增强细胞壁结构、提高防御酶活性，从而降低发病率。本研究存在一定局限性，未进行病原菌分离纯化、分子鉴定及病原菌与相关性状的互作验证实验，所鉴定的生理和解剖性状仅确认与田间腐烂病严重程度显著相关。未来应通过人工接种、病原菌分子鉴定和功能基因验证深入阐明抗病调控机制。

本研究利用15个苹果砧穗组合，田间评价了砧木、接穗及其互作对树体生长、叶片光合、矿质营养吸收和腐烂病抗性的影响。树体生长性状以砧木效应为主，砧木显著影响砧木直径、接穗直径、砧穗比和田间亲和常数，接穗主要决定嫁接口直径。叶片生长受三因素影响较弱。光合指标以接穗效应最显著，接穗对胞间CO₂浓度、相对电导率、SPAD值和光合性能指数（PI_ABS）的影响大于砧穗互作。K和Ca主要受接穗控制，Mg主要由砧木调控，N和P不受显著影响。苹果腐烂病抗性表现出明显的砧穗组合特异性，‘岳艳红’总体抗病性最强，‘Harlikar’/青珍2号和‘秋富红’/山定子感病最重。亲和常数接近2.0且砧穗比均衡的组合树势协调、发病较轻。较高的叶片净光合速率、稳定的细胞膜完整性和适宜钾含量与腐烂病发生相关，而Fe、Mn、Zn等微量元素过量积累可能促进发病。一年生枝条韧皮部厚度和细胞密度与抗病性显著相关。青珍系列砧木增加枝条木质化组织厚度，髓部细胞密度可能作为抗性相关性状。综上所述，苹果砧穗组合的腐烂病抗性受亲和性、光合生理、矿质营养和枝条解剖性状的综合影响，叶片净光合速率、相对电导率、枝条韧皮部厚度、细胞密度和田间亲和常数可作为抗性初步评价指标，为抗病砧穗组合筛选和优质栽培技术开发提供了理论依据和实践指导。