单茎整枝结合高种植密度在恒定茎密度下提升单性结实茄子冠层发育与产量

《Horticulturae》：Single-Stem Training Combined with High Plant Density Enhances Canopy Development and Yield of Parthenocarpic Eggplant Under a Constant Stem Density

　　

摘要专业翻译 在茄子生产中，单性结实（parthenocarpic）品种因可减少外源激素保果处理所需劳动力而被日益广泛采用。尽管优化整枝系统对于充分发挥这些品种的生产潜力至关重要，但相关的关键生理决定因素（如干物质生产和源库平衡）的定量评估仍然有限。本研究探讨了茎数对无土栽培单性结实茄子产量和生理特性的影响。研究设置了每株不同茎数（一茎、两茎和四茎）且单位面积茎密度一致（3.75茎 m?2）的三种处理。单位面积总产量和果实数量以一茎处理（1S）最高（分别为8.5 kg m?2和60.0个果实 m?2），其次为两茎处理（2S）（7.1 kg m?2和50.9个果实 m?2）和四茎处理（4S）（6.4 kg m?2和46.6个果实 m?2）。总干物质生产量（TDM）呈现相似的变化趋势，1S处理显著高于其他处理。1S处理表现出快速的冠层发育，在早期即达到较高的叶面积指数（LAI），这有助于提高累积光截获量。各处理间的光能利用效率（LUE）无显著差异（1S、2S和4S处理分别为5.2、4.6和4.3 g MJ?1）。相关性分析显示，TDM与产量之间存在强正相关关系，而果实干物质分配比例在各处理间保持稳定。这些结果表明，该条件下的产量主要受源能力驱动。研究得出结论：单茎整枝系统是增强单性结实茄子冠层发育和产量的有效策略。

论文解读

一、研究背景与意义

茄子（Solanum melongena L.）是全球重要的茄科作物，具有显著的经济价值。其果实富含膳食纤维、维生素、矿物质以及花青素和酚酸等具有健康促进作用的生物活性化合物。茄子生产通常属于劳动密集型产业，单性结实品种的推广应用有效减少了果实坐果激素处理所带来的大量劳动负担。然而，仅引入这类遗传改良品种并不能保证高产，优化种植密度和栽培体系被认为是实现高产最关键的技术手段之一。

以往关于番茄和黄瓜等作物的研究多集中于种植密度的变化，而种植密度的改变往往伴随着单位面积茎密度的同步变化，导致植株空间构型、空间排列和总茎密度等因素相互交织，在常规种植密度试验中产生混淆效应。为厘清各因素的独立作用，研究者采用了一种有效策略：在保持单位面积茎密度恒定的前提下，通过调控每株茎数来改变种植密度。然而，尽管已有研究表明高种植密度单茎系统在单性结实茄子中可取得较高产量，但该体系产量优势的生理机制——究竟是源于源能力的提升（如株型优化、光截获增加和冠层光合能力增强），还是源于库源平衡的改变——尚未得到定量阐明。

二、研究内容与主要结论

本研究以单性结实茄子品种‘PC Chikuyo’为试材，嫁接于‘Tonashim’砧木上，在无土栽培岩棉块系统中开展温室试验。研究设置了三种整枝处理：一茎（1S）、两茎（2S）和四茎（4S）系统，所有处理均保持3.75茎 m^?2的恒定最终茎密度。试验于2022年8月12日至11月24日在日本农业食品产业技术综合研究机构（NARO）蔬菜花卉科学研究所的温室中进行。

研究得出以下核心结论：单茎整枝系统在恒定茎密度条件下实现了最高的单位面积产量和总干物质生产量，其优势主要归因于早期叶面积指数的快速扩展和累积光截获量的优化。相关性分析表明产量与总干物质生产量之间存在强正相关，而果实干物质分配比例在各处理间保持稳定，说明该条件下的产量主要受源能力驱动。

三、关键技术方法

研究人员主要采用了以下关键技术方法：其一，通过调控每株茎数（一茎、两茎和四茎）实现恒定茎密度（3.75茎 m^?2）下的种植密度差异化设计，有效分离了种植密度与茎密度的混淆效应；其二，采用破坏性取样法在三个时间点（46、70和104天移栽后）测定各器官鲜重、干重和叶面积，并通过叶长×叶宽×0.65的校正系数实现叶面积的连续无损估算；其三，利用线性量子传感器测定冠层内不同高度的光合光子通量密度（PPFD），计算光衰减系数（k）和日光截获量；其四，通过累积光截获量与总干物质生产量的线性回归斜率估算光能利用效率（LUE），并基于95%置信区间进行统计比较；其五，采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey诚实显著性差异（HSD）检验进行多重比较，利用Pearson相关分析结合Benjamini–Hochberg校正评估各产量构成因素间的相关性。

四、研究结果

3.1 环境参数

栽培期间日累积太阳辐射随移栽后时间推移逐渐下降，日平均温度始终保持在15 °C以上，CO₂浓度维持在约400–500 ppm范围。

3.2 产量、生长与干物质生产

单位面积累积鲜产量以1S处理最高，其次为2S和4S处理。收获果实数量呈现相似趋势。各处理间平均单果重无显著差异。作为植株发育速率指标的节位数在各处理间无显著差异。试验结束时（104 DAT）的总干物质生产量顺序为1S > 2S > 4S。果实干物质分配比例在70 DAT前各处理间无显著差异；在最终破坏性取样时（104 DAT），2S处理的果实干物质分配比例有低于其他处理的趋势。

3.3 冠层发育与光能利用效率

1S处理在早期表现出快速的LAI增长，峰值达到3.0，随后下降，至栽培末期低于2S处理。2S处理在70 DAT时LAI与1S相当，此后维持较高水平。4S处理在70 DAT前LAI持续较低且个体间变异较大，后期呈现与1S处理相当的趋势。光衰减系数（k）在各处理间无显著差异。4S处理在所有取样时间点的累积光截获量均最低。LUE范围为4.3至5.2 g MJ^?1 PAR，各处理间无显著差异。

3.4 相关性分析

Pearson相关分析揭示了三个显著关系：产量与总干物质生产量和收获果实数量呈正相关（p < 0.01）；总干物质生产量与收获果实数量之间也存在显著正相关（p < 0.01）。其他产量构成因素、生长参数或株型性状的组合均未显示显著相关性。

五、讨论与结论

讨论部分指出，1S处理相对于4S处理的优势主要归因于早期冠层发育的加快；而2S处理尽管后期LAI较高，但营养生长优势未转化为更高的总干物质产量，可能与其呼吸消耗增加和相互遮荫导致的LUE降低有关。2S处理维持较强营养生长的趋势可能与早期库竞争和源库层级有关：1S处理中单一顶端分生组织使首个发育中的果实成为强库，促进了植株向生殖生长的转变；而2S处理需要同时发育次生主茎，形成了竞争性的营养库，延迟了向生殖阶段的过渡。此外，1S处理中单株根区体积减少50%可能抑制了营养生长并促进了生殖生长的转变，这一因素与茎数效应存在固有的混淆。

研究结论为：在恒定茎密度条件下，采用单茎整枝系统管理无土栽培单性结实茄子可最大化总干物质产量和产量。1S系统的优越性主要归因于早期叶面积快速扩展所优化的累积光截获量。此外，1S构型中不存在竞争性次生枝以及单株根区体积受限，可能减轻了营养库竞争，促进了向生殖状态的早期转变。该系统的生产力与源能力密切相关且主要受源能力驱动。将这种最优冠层架构与直接增强源能力的环境调控和栽培策略（如补充LED光照和嫁接于旺盛砧木）相结合，有望实现进一步的产量提升。