氨基酸肥对苹果光合生理及果实品质的影响

Effects of Amino Acid Fertilizer on Photosynthetic Physiology and Fruit Quality of Apple

摘要

以烟富6苹果为试材，采用氨基酸肥叶面喷施的方式，以清水处理为对照（CK），设置不同稀释倍数（50倍、100倍、200倍、300倍、400倍、500倍）氨基酸肥处理，通过相关性分析，探究氨基酸肥对苹果光合生理及果实品质的影响，并通过隶属函数法进行综合评价，确定最适合苹果的氨基酸肥使用浓度，以期为氨基酸肥叶面喷施技术在苹果生产中的应用提供参考。结果表明，与CK相比，经氨基酸肥叶面喷施处理后，苹果叶片净光合速率、胞间CO₂浓度、气孔导度、水分利用效率提升，蒸腾速率降低；叶片SPAD值、百叶质量、比叶重提高；果实单果质量、果实纵径、果实横径提高，果形指数未呈现趋势性变化；果实硬度、可溶性固形物含量、固酸比、抗坏血酸含量提高，可滴定酸含量降低。经相关性分析发现，单果质量与胞间CO₂浓度、水分利用效率存在正相关关系；果实硬度与胞间CO₂浓度、水分利用效率、百叶质量存在正相关关系，与蒸腾速率存在负相关关系；可溶性固形物含量与百叶质量存在正相关关系；可滴定酸含量与SPAD值、百叶质量存在负相关关系；固酸比与SPAD值、百叶质量存在正相关关系；抗坏血酸含量与净光合速率存在正相关关系。借助隶属函数值分析法，筛选出综合表现最优的氨基酸肥稀释倍数为300倍。综上所述，氨基酸肥叶面喷施处理，可有效提高苹果树的光合生理水平、改善果实品质，其中以氨基酸肥稀释300倍的浓度表现最佳。

Abstract

In this study, Yanfu 6 apple was used as the test material, the effects of different dilution times(50, 100, 200, 300, 400, and 500 times) on photosynthetic physiology and fruit quality of apple were studied by spraying amino acid fertilizer on leaf surface, taking water treatment as the control, in order to provide technical reference for application of amino acid foliar spraying technology in apple production. The results showed that compared with CK, the net photosynthetic rate, intercellular CO₂ concentration, stomatal conductance, and water use efficiency were improved after amino acid spraying treatment, while the transpiration rate was decreased. SPAD value, 100-leaf weight, and specific leaf weight were increased. Single fruit weight, longitudinal diameter, and transverse diameter were increased, fruit shape index showed no trend change. Fruit hardness, soluble solid content, solid acid ratio, and ascorbic acid content were increased, titratable acid content was decreased. The correlation analysis showed that single fruit weight was positively correlated with intercellular CO₂ concentration and water use efficiency. Fruit hardness was positively correlated with intercellular CO₂ concentration, water use efficiency, and 100-leaf weight, and negatively correlated with transpiration rate. Soluble solid was positively correlated with 100-leaf weight. There was a negative correlation between titratable acid content and SPAD value and 100-leaf weight. Solid acid ratio was positively correlated with SPAD value and 100-leaf weight. There was a positive correlation between ascorbic acid content and net photosynthetic rate. By the method of membership function value analysis, the optimal amino acid dilution ratio screened was 300 times. In conclusion, leaf spraying of amino acid fertilizer could effectively improve the photosynthetic physiological level and fruit quality of apple trees, among which the concentration of amino acid fertilizer diluted by 300 times had the best performance.

关键词

苹果 / 氨基酸肥 / 相关性分析 / 隶属函数法 / 光合生理 / 果实品质

Key words

apple / amino acid fertilizer / correlation analysis / membership function method / photosynthetic physiology / fruit quality

苹果是我国最主要栽培的果树之一，国家统计局的统计数据显示，截至2020年底，我国苹果树栽培总面积为1 264.628万hm²，产量为4 406.61万t^[1]，栽培面积及产量均位居全世界首位，是产区农民经济收入的主要来源，也是产区重要的支柱产业之一。但在苹果生产上，往往由于生产者施肥不当影响苹果树生长发育，造成果实品质下降，使得果品缺乏市场竞争力，最终影响果农收入。因此，如何通过合理施肥提高苹果营养积累、提升苹果品质是当前研究的热点，对促进苹果产业可持续发展具有重要的实践意义。

氮素是植物生长发育过程中不可缺少的重要元素，是构成植物生物膜以及细胞核等细胞结构物质的主要元素，在植物体的物质转换、能量代谢中起到重要的作用，被称为生命元素^[2-3]。合理施用氮肥是提高果树产量和果实品质的重要措施。氨基酸肥作为一种新型氮素有机肥料^[4]，具有结构简单、易吸收的特征^[5-6]。通过叶面喷施，氨基酸肥可以快速、高效地被植物利用^[7]，直接向植物供应能量并参与植物的生理生化反应^[8]。自BROWN于1906年通过试验首次证明，植物可以吸收利用外源氨基酸进行营养合成，人们逐渐展开了氨基酸肥应用于不同植物的研究^[9]。生产中，氨基酸肥应用在果树上的研究报道较多。有研究表明，对砂糖桔和满天红梨施用氨基酸液体肥后，提升了果实糖酸比，改善了果实风味^[10-11]；肖丽珍等^[12]研究表明，喷施氨基酸系列叶面肥,可使葡萄叶片质量及功能得到提升；对枣树的研究表明，氨基酸叶面肥有提高叶片光合作用，增加枣树叶片厚度、叶面积、百叶质量、花序数、枣吊长度及叶片数的作用^[13-14]；刘新彩等^[15]对草莓开展氨基酸液肥叶喷试验，结果表明，当稀释倍数为300倍时，最有利于草莓植株的生长和果实品质的提高；对蓝莓的研究表明，喷施高浓度氨基酸肥，可显著抑制植株的生长发育^[16]。目前，针对氨基酸肥的研究主要集中在其他种类的果树上，喷施不同浓度氨基酸肥对苹果的光合生理及果实品质的影响还未见报道。

本研究以烟富6苹果为试验对象，研究不同浓度氨基酸肥叶面喷施处理对苹果的光合生理及果实品质的影响,以期获得最佳施用浓度,为氨基酸肥在苹果生产中使用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试苹果品种为5年生烟富6，株行距为1.5 m×4.0 m，树形为主干形，常规管理。供试肥为奇蕊牌氨基酸液体肥，氨基酸含量≥10%。

1.2 试验方法

试验于2022年4—10月在山西省运城市盐湖区山西农业大学棉花研究所杨包农场进行。试验设7个处理，分别为氨基酸肥稀释50倍（T1）、100倍（T2）、200倍（T3）、300倍（T4）、400倍（T5）、500倍（T6），并以清水为空白对照（CK），每个处理重复3次，每个小区3株树，每小区间隔1株树为保护区。果树展叶后4月15日左右开始喷施，喷施时间为晴朗天气9：00，每15 d喷施一次，至9月30日结束，每个处理组均对样本株进行全株叶面双面雾态喷施，以叶面出现汇聚小水滴为宜。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 光合参数测定

在8月中旬选择一晴朗无云天气采用便携式光合仪进行测定。在10：00—11：00，选择样株冠层上部向阳的叶片3片并用记号带标记，每个叶片测定3次数据，取其平均数作为基础数据。根据试验设计的唯一差异性原则，测定过程采用闭路控制环境方式进行，参数设定温度25.0 ℃，光照强度1 000 μmol/（m²·s），CO₂浓度500 μmol/（m²·s）。测定项目为净光合速率（Pn）、胞间二氧化碳浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs），同时计算水分利用效率（WUE）。

WUE=Pn/Tr（1）

1.3.2　叶片叶绿素含量相对值（SPAD值）测定光合参数测定的同时，使用便携式SPAD叶绿素仪，在每个观测株上均匀选取功能叶片10片，并在叶片上随机选取3个点（避开叶脉）进行测定，共记录3个稳定数据并取平均值。

1.3.3 百叶质量测定

8月中旬随机选取处理枝上基部粗度、长度基本相同的新梢中部第6、7、8片完整无损叶，每处理取100片于密封袋，置于恒温箱低温保存，带回实验室，冲洗干净后，用千分之一天平测定百叶质量，重复3次。

1.3.4 比叶重测定

百叶质量测定完毕后，在各处理测定百叶质量的叶片中随机选取10片叶，用0.8 mm打孔器在叶片最宽处主脉两侧中心位置打孔，将10个小圆片放入烘样盒中，在105 ℃杀青10 min，再80 ℃烘至恒质量。

比叶重（g/cm²）=总叶干质量/总叶面积（2）

1.3.5 果实品质测定

果实成熟后，每个处理随机采摘5个颜色均匀、无虫害侵染、表皮无机械伤的果实，测定单果质量、果实纵径、果实横径、果实硬度、抗坏血酸含量、可溶性固形物含量、可滴定酸含量，同时计算果形指数和固酸比。

固酸比＝\frac{\mathrm{可溶}\mathrm{性固}\mathrm{形物}\mathrm{含量}}{\mathrm{可滴}\mathrm{定酸}\mathrm{含量}}（3）

1.4 数据处理

试验数据采用SAS 8.2进行显著性和相关性分析，采用WPS 2019进行隶属函数分析。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施氨基酸肥对苹果叶片光合参数的影响

由表1可知，叶面喷施不同浓度的氨基酸肥后，苹果叶片光合参数发生了改变。叶片的净光合速率得到了提升，在氨基酸肥稀释倍数为300倍时达到了最高水平，最高值为15.80 μmol/（m²·s），较CK提高了23.4%，T1、T2、T3、T5、T6处理与CK相比，净光合速率分别提高了4.9%、7.6%、5.5%、7.4%、3.8%。叶片的胞间CO₂浓度均得到了提高，并且在氨基酸肥稀释倍数为50倍、100倍时与CK相比差异显著（P<0.05），分别较CK提高了25.3%和27.4%，T3~T6处理与CK相比胞间CO₂浓度分别提高了13.3%、7.9%、9.0%、3.8%。叶片的蒸腾速率均有所降低，并且在氨基酸肥稀释倍数为50~200倍时与CK相比差异显著（P<0.05），分别较CK降低了27.4%、19.5%、20.5%，T4~T6处理与CK相比，蒸腾速率分别降低了4.0%、8.6%、14.0%。各处理与CK相比气孔导度各有升降，但均未达到显著水平，最大值与最小值分别出现在氨基酸肥稀释倍数为200倍和500倍时，分别较CK提高了16.6%和降低了8.0%。各处理与CK相比水分利用效率均得到了提高，且在氨基酸肥稀释倍数为50倍时达到了最大值，T1~T6处理与CK相比水分利用效率分别提高了47.4%、33.6%、31.7%、28.0%、17.5%、21.3%。

2.2 叶面喷施氨基酸肥对苹果叶片生理及表型参数的影响

由表2可知，叶面喷施不同浓度的氨基酸肥后，使得苹果叶片生理及表型参数发生了改变。与CK相比，各处理叶片SPAD值均有所提高，随着氨基酸肥浓度的降低，SPAD值呈现单峰曲线，在氨基酸肥稀释倍数为200倍时呈现峰值，在氨基酸肥稀释倍数为50~300倍时与CK相比差异显著（P<0.05），分别较CK提高了17.6%、39.1%、51.5%、22.7%，其他处理与CK相比无显著差异。各处理百叶质量均显著高于CK（P<0.05），随着氨基酸肥浓度的降低，百叶质量呈现单峰曲线，在氨基酸肥稀释倍数为200倍时呈现峰值，且T1~T6处理较CK分别提高了23.5%、22.4%、34.0%、22.24%、14.7%、11.4%。与CK相比，各处理比叶重均得到提高，随着氨基酸肥浓度的降低，比叶重呈现单峰曲线，在氨基酸肥稀释倍数为300倍时呈现峰值，在氨基酸肥稀释倍数为100~300倍时与CK相比差异显著（P<0.05），分别较CK提高了33.5%、57.7%、66.5%，其他处理与CK间无显著差异。

2.3 叶面喷施氨基酸肥对苹果果实外在品质的影响

由表3可知，在各浓度氨基酸肥处理下，苹果果实的外在品质有所变化，但均未呈现显著性差异。苹果单果质量均大于CK，单果质量最大值为氨基酸肥稀释100倍时的300.47 g，较CK增加了11.2%，此外，T1、T3、T4、T5、T6处理与CK相比,单果质量分别增加了9.5%、5.1%、5.6%、3.4%、2.0%。经过喷施氨基酸肥，各处理苹果果实的纵径和横径均较CK有所增长，果实纵径和横径最大值相比于CK分别提升了4.2%和5.4%。而喷施氨基酸肥后，各处理果形指数较CK各有高低，并未呈现趋势性变化。

2.4 叶面喷施氨基酸肥对苹果果实内在品质的影响

由表4可知，经不同浓度的氨基酸肥处理后，果实的内在品质均发生了改变。苹果果实的硬度均得到了提高，在氨基酸肥稀释倍数为50倍时达到了最高水平，为55.2 N/cm²，较CK提高了4.6%，T2~T6处理与CK相比果实硬度分别提高了3.9%、3.9%、1.5%、1.3%、2.2%。苹果果实可溶性固形物含量与CK相比均有所提升，在氨基酸肥稀释倍数为100倍时达到最高值（14.83%），较CK提高了14.7%，T1、T3、T4、T5、T6处理与CK相比，可溶性固形物含量分别提升了9.0%、12.4%、13.0%、10.6%、8.2%。苹果果实的可滴定酸含量均有所下降，在氨基酸肥稀释倍数为200倍时达到最低值（0.14%），较CK降低了45.3%，T1、T2、T4、T5、T6处理与CK相比，可滴定酸含量分别降低了8.7%、20%、33.3%、10.7%、5.3%。苹果果实的固酸比均得到了提升，在氨基酸肥稀释倍数为200倍时达到最高值（106.34），较CK提高了105.6%，T1、T2、T4、T5、T6处理与CK相比，固酸比分别提高了19.4%、43.4%、69.6%、23.8%、14.3%。苹果果实的抗坏血酸含量均得到了提升，在氨基酸肥稀释倍数为300倍时达到了最高，为2.14 mg/100 g，较CK提高了46%，T1、T2、T3、T5、T6处理与CK相比，抗坏血酸含量分别提高了18.8%、21.6%、8.5%、17.6%、3.4%。

2.5 叶面喷施氨基酸肥下苹果的光合指标及叶片相关指标与果实品质的相关性分析

对不同浓度氨基酸肥处理下光合指标及叶片相关指标与果实品质特征进行相关性分析表明（表5），净光合速率和抗坏血酸含量呈极显著正相关（P<0.01）；胞间CO₂浓度与单果质量呈极显著正相关（P<0.01），与硬度呈显著正相关（P<0.05）；蒸腾速率与硬度呈极显著负相关（P<0.01）；水分利用效率与单果质量呈显著正相关（P<0.05），与硬度呈极显著正相关（P<0.01）；SPAD值与可滴定酸含量呈显著负相关（P<0.05），与固酸比呈显著正相关（P<0.05）；百叶质量与硬度、可溶性固形物含量、固酸比呈显著正相关（P<0.05），与可滴定酸含量呈显著负相关（P<0.05）。

2.6 叶面喷施氨基酸肥下苹果鲜食品质综合的评价

从表3、4可以看出，在苹果叶面喷施氨基酸肥，对苹果果实的主要鲜食品质的提升均有一定促进作用，因此，对不同浓度氨基酸肥处理的苹果鲜食品质的测定结果进行隶属函数值分析。由表6可知，由平均隶属函数分析可得6种不同稀释倍数氨基酸肥处理对苹果果实鲜食品质的提升效果强弱关系为：稀释300倍氨基酸肥>稀释100倍氨基酸肥>稀释200倍氨基酸肥>稀释50倍氨基酸肥>稀释400倍氨基酸肥>稀释500倍氨基酸肥。说明稀释300倍氨基酸肥处理效果最好，稀释100倍氨基酸肥和稀释200倍氨基酸肥处理效果次之，稀释500倍氨基酸肥处理效果最差。

3 结论与讨论

氨基酸是植物体必需的营养物质，作为构成蛋白质的基本单位，参与了植物体的各种生理代谢活动^[17]。植物的生长状态与其可获取的营养有直接关系，氨基酸作为小分子有机物，可以被植物直接吸收利用，通过叶面喷施氨基酸肥，可以快速补充植物所需营养，促进植物生长发育^[18]。

叶片是苹果树进行同化作用的主要场所，能够促进苹果叶片生长发育、提高叶片功能的措施均有利于苹果树光合作用的提升，从而制造更多的有机物^[19]。申明等^[20]研究表明，叶面喷施氨基酸肥，可提高砂梨叶片的叶绿素含量，与本研究结果一致。刘平等^[14]研究认为，在枣树发育前期喷施氨基酸肥，可使叶片厚度、百叶质量、叶面积显著增加，与本研究结果一致。张龙等^[13]研究表明，对枣树喷施氨基酸肥后，叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度获得提升，胞间二氧化碳浓度有所降低，与本研究结果一致。以上结果表明，氨基酸肥作为营养的补充促进了苹果树的生长，使叶片浓绿肥厚，增加了呼吸底物的积累。

果实品质的指标主要通过外在品质和内在品质来反映。果实外在品质主要包括单果质量、果实纵径、果实横径、果形指数等。本研究中，对苹果叶片喷施不同稀释倍数的氨基酸肥，果实纵径和横径增加，但对果形指数影响不明显，这与王振东等^[21]用氨基酸肥处理梨的结果一致。果实内在品质是果实口感的直接体现。本研究中不同稀释倍数氨基酸肥处理下，苹果果实硬度增加，果实可溶性固形物含量增加，果实可滴定酸含量降低，增大了固酸比，Vc含量也得到了提升，这与前人在桔^[10]、梨^[11]、葡萄^[12]、草莓^[15]上的研究结果一致。这可能是由于氨基酸等物质提高了苹果树自身酶的活性，加快苹果树的新陈代谢，促进果实中同化物质的积累，从而提高了果实风味，改善果实品质。

进一步借助隶属函数值分析法对不同浓度氨基酸肥叶面喷施处理下苹果的鲜食品质进行综合评价，以期评定结果更具合理性。采用隶属函数法对不同浓度氨基酸肥处理下苹果的鲜食品质的各项指标的平均隶属函数值进行计算和综合排序，结果筛选出综合表现最优的氨基酸肥稀释倍数为300倍。

综上所述，叶面喷施氨基酸肥提高了苹果树的光合生理水平，改善了苹果品质，氨基酸肥稀释300倍的处理效果最佳，对苹果各项指标具有明显优势，具有一定的推广价值。

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基金资助

国家重点研发计划(2021YFD1901102)