Main Agronomic and Quality Characters of Coffee Plants Grafted and Not Grafted

YAN Lin; DONG Yunping; HUANG Lifang; SUN Yan; ZONG Jiyong; LIN Xingjun; WANG Xiaoyang; LONG Yuzhou

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2019.07.001

Chinese Journal of Tropical Crops >

2019 , Vol. 40 >Issue 7: 1253 - 1258

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2019.07.001

Crop Culture and Nutrition, Genetic Breeding

Main Agronomic and Quality Characters of Coffee Plants Grafted and Not Grafted

YAN Lin ¹^,²^,³ ,
DONG Yunping ^,¹^,³^,^* ,
HUANG Lifang ¹^,²^,³ ,
SUN Yan ¹^,³ ,
ZONG Jiyong ⁴ ,
LIN Xingjun ¹^,³ ,
WANG Xiaoyang ¹^,²^,³ ,
LONG Yuzhou ¹^,³

Expand

1. Spice and Beverage Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Wanning, Hainan 571533, China
2. Key Laboratory of Genetic Resources Utilization of Spice and Beverage Crops, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wanning, Hainan 571533, China
3. Hainan Provincial Key Laboratory of Genetic Improvement and Quality Regulation for Tropical Spice and Beverage Crops, Wanning, Hainan 571533, China
4. Tropical Crops College, Yunnan Agricultural University, Puer, Yunnan 665099, China

^* DONG Yunping,E-mail：dyp6005@163.com。

Received date: 2018-12-14

Request revised date: 2019-03-15

Online published: 2019-08-01

Copyright

Copyright reserved © 2019. Office of Acta Agronomica Sinica All articles published represent the opinions of the authors, and do not reflect the official policy of the Chinese Medical Association or the Editorial Board, unless this is clearly specified.

Fold

Abstract

In order to apply the interspecific grafting technique in coffee production, five years of field experiments were carried out to study the main agronomic characters and quality characters between C. canephora cv. Reyan No.3 (No Grafted) and C. canephora scion grafted on C. liberica var. Dewevrei No.16 rootstock (Grafted). The results showed that the plant height, stem diameter, crown width and longest primary branches length were higher in 1-year-old grafted trees, but the difference was not significant. The number of primary branches and the number of the longest primary branches node of the grafted were significantly bigger than that of not grafted. The fruit number per node was significantly higher in the not grafted in 2015, but there was no significant difference in 2014 and 2016. The dry-fresh ratio, weight of 100 beans, single plant fruits weight were not significantly different between the not grafted and the grafted. As the number of fruit nodes per grafted plant increased, the yield of grafted plants not significantly decreased. In summary, there were no effects on the yield and quality characters of grafted plants, the interspecific grafting could be applied in coffee production.

Key words： Coffea canephora Pierre ex Froehner; interspecific grafting; agronomic characters; quality characters

Cite this article

YAN Lin , DONG Yunping , HUANG Lifang , SUN Yan , ZONG Jiyong , LIN Xingjun , WANG Xiaoyang , LONG Yuzhou . Main Agronomic and Quality Characters of Coffee Plants Grafted and Not Grafted[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2019 , 40(7) : 1253 -1258 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.07.001

咖啡（Coffea canephora Pierre ex Froehner）引入海南种植已有100多年历史,一般来说,咖啡的经济寿命为30 a左右,海南从20世纪50年代开始规模化栽培咖啡,保留至今的老龄咖啡园大部分植株已衰弱,需要更新重植。然而再植的中粒种咖啡植株常常发生不明原因黄化、死亡现象,多次补种效果均不佳,同期同一地块种植的大粒种植株却很少死亡。目前海南咖啡生产上采用种间嫁接方法,克服咖啡连作,促进植株生长取得了明显的效果。

嫁接对作物生长、品质和产量的影响在农作物如黄瓜^[1]、苦瓜^[2]、番茄^[3]和经济作物梨^[4]、苹果^[5]等已有报道。在咖啡上,为了提高小粒种咖啡的抗旱、抗线虫以及养分利用率,开展了以小粒种为接穗,中粒种或大粒种为砧木的种间嫁接对小粒种咖啡植株生理、生长、产量及品质的影响研究^{[6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]},Novaes等^[10]研究结果表明嫁接提高了巴西南部小粒种咖啡净光合速率,Bittenbender等^[15]以小粒种为接穗,利比里亚咖啡作为砧木,嫁接植株不但产量高,而且其咖啡豆品质好。但大部分学者研究认为由于小粒种为4倍体,中粒种和大粒种为2倍体,两者遗传差异大,结果嫁接的植株比不嫁接的植株生长量低^{[8-9, 11-14]},产量减少10%~48%,但嫁接不影响结实率、果实的饱满度^[12]。以中粒种为接穗,大粒种为砧木的种间嫁接研究较少,国内仅见孙燕等^[16,17]、董云萍等^[18],国外Prawoto等^[19]作了种间嫁接中粒种咖啡生长、产量、品质影响的报道。为探明种间嫁接是否改变商业中粒种咖啡的生长、开花结果、产量、品质特性,本研究开展以查理种（C. liberica var. Dewevrei）为砧木,嫁接商业中粒种咖啡,对咖啡生长、单节果实数、单株产量等农艺性状及干鲜比、百粒重等品质性状影响研究,为生产推广种间嫁接技术,促进产业发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

从中国热带农业科学院香料饮料研究所试验基地分别采集中粒种咖啡热研3号（C. canephora Pierre ex Froehner cv. Reyan No.3）和查理种16号（C. liberica var. Dewevrei No.16）单株鲜果,经脱皮、脱胶、清洗制成咖啡种子并繁育实生苗,苗龄5~6月剪取中粒种顶端1~2节做为接穗,采用切接法嫁接在查理种砧木上,中粒种未嫁接苗和种间嫁接苗在苗圃进行正常管理,培养到苗龄10个月。

1.2 方法

1.2.1 试验地概况试验在中国热带农业科学院香料饮料研究所琼海大路基地（东经：110°27°29,北纬：19°26°44）进行,属于热带季风海洋性气候,年均温为23.4 ℃,年降雨量为1500~2000 mm。土壤为砖红壤,有机质为35.9 g/kg,速效氮为188.6 mg/kg,速效磷为10.9 mg/kg,速效钾为172.1 mg/kg,pH 5.26。

1.2.2 试验设计 2012年3月在中国热带农业科学院香料饮料研究所琼海大路基地布置对比试验,设2个处理,处理1中粒种未嫁接植株（NG）,处理2种间嫁接植株（G）。每个处理11个小区,每小区10株,共22个小区,220株。按咖啡生产技术规程正常管理,幼龄期定植后2 a内,每2个月施一次有机肥沤制的水肥,结果期定植后3~5 a,每年施肥3次,分别在5月每株施有机肥5 kg+过磷酸钙100 g+尿素100 g、7月每株施尿素100 g+硫酸钾80 g、10月施肥量与7月相同。

1.2.3 观测方法（1）植株生长量测定：2013年3月,每处理随机选取4个小区,每小区选取长势一致的植株5株挂牌观测。分别测量株高：用钢卷尺测量从地面到植株顶端的垂直距离。茎粗：用游标卡尺测量植株离地10 cm处的直径。冠幅：用钢卷尺分别测量植株东西向及南北向的最大宽度,取平均值。一级分枝对数：点数每株单条主干上的一级分枝对数。最长一级分枝长度：选取最长的一条一级分枝,分别测量该分枝从基部到末端的距离。最长一级分枝粗度：测量距分枝基部10 cm处直径。最长一级分枝节数：点数分枝节数。（2）单节果实数观测：分别在2014年、2015年、2016年的10—11月,咖啡果实成熟前,采摘挂牌植株上每一结果节上的果实,记录单节果实粒数,并统计每株的总结果节数和果实总粒数;称量单株未成熟果实质量。（3）果实干鲜比、百粒重、单株鲜果产量测定：分别在2015年、2016年、2017年果实盛熟期,按小区采摘成熟鲜果,每小区采集1000 g,4次重复。样品带回实验室,从每个小区成熟鲜果样品中称取500 g,记录鲜果粒数。把每个小区采收的所有鲜果样品分别进行手工脱皮,酶法脱胶,带壳豆置烘箱35 ℃烘72 h,称量带壳豆质量,用小型脱壳机脱去种皮,制成咖啡米,并称量咖啡米质量。从每个咖啡米样品中随机数取100粒,称量其质量。按下列公式计算果实干鲜比和单株鲜果产量：

干鲜比=（咖啡米质量÷1000 g鲜果）×100%

单株鲜果产量（g）=（500 g鲜果质量÷500 g鲜果粒数）×单株果实总粒数

1.3 数据处理

数据均采用SPSS 19.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 咖啡种间嫁接与未嫁接植株生长量比较

从表1可见,种间嫁接植株一年生株高、茎粗、冠幅、一级分枝对数、最长一级分枝长度、节数都大于中粒种未嫁接植株,其中一级分枝对数、最长一级分枝节数差异达显著。一级分枝是中粒种咖啡的主要结果枝,一级分枝对数和节数增加有利于增加单株总结果节数。可见,嫁接促进了中粒种咖啡的生长,增加了单株结果节数。

表1 咖啡种间嫁接与未嫁接1年生植株生长情况比较

Tab. 1 Growth parameters of annual coffee plants grafted or not grafted

处理Treatment	株高 Plant height /cm	茎粗 Stem diameter /mm	冠幅 Crown /cm	一级分枝数 Primary branches	最长一级分枝 The longest primary branches
处理Treatment	株高 Plant height /cm	茎粗 Stem diameter /mm	冠幅 Crown /cm	一级分枝数 Primary branches	长度 Length/cm	粗度 Diameter/mm	节数Number of nodes
NG	96.57±2.70^a	19.55±0.90^a	96.46±3.97^a	7.32±0.41^b	52.68±2.74^a	5.72±0.21^a	7.25±0.47^b
G	101.07±2.99^a	22.29±1.21^a	106.29±4.03^a	8.71±0.45^a	56.50±2.41^a	5.49±0.19^a	8.93±0.52^a

	Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P<0.05).
	注：同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

2.2 咖啡种间嫁接与未嫁接植株单节果实数比较

连续3年测定了种间嫁接和未嫁接植株单节果实数,2015年单节果实数未嫁接植株显著高于嫁接植株,其余年份差异不显著（表2）。未嫁接植株单节果实数年份间差异不显著,嫁接植株2015年单节果实数显著少于2014年（图1）。

表2 种间嫁接与未嫁接植株单节果实数比较

Tab. 2 Cherry numbers per node of coffee plants grafted or not grafted fruits per node

处理Treatment	2014	2015	2016
NG	11.33±0.61^a	11.60±0.48^a	11.57±0.68^a
G	11.75±0.57^a	10.19±0.44^b	10.75±0.59^a

	Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P<0.05).
	注：同列不同的小写字母表示差异显著（P<0.05）。

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图1 种间嫁接和未嫁接植株年份间单节果实数差异比较

不同小写字母表示处理间差异显著 (P<0.05)。

Fig. 1 Difference of cherry numbers per node of coffee plants grafted or not grafted in different years

Different lowercase letters between treatments indicate significant difference (P<0.05).

2.3 咖啡种间嫁接与未嫁接植株干鲜比、百粒重比较

由表3可见,未嫁接植株干鲜比、百粒重和嫁接植株相比,差异不显著,嫁接植株百粒重比未嫁接植株稍大。未嫁接植株2016年干鲜比显著高于2015年,与2017年差异不显著。嫁接植株2017年干鲜比显著大于2016年和2014年（图2A）;未嫁接植株和嫁接植株百粒重年份间差异不显著（图2B）。

表3 咖啡种间嫁接与未嫁接植株干鲜比、百粒重比较

Tab. 3 Comparison on dry-fresh ratio, weights of 100 beans between coffee plants grafted or not grafted

处理 Treatment	干鲜比Dry-fresh ratio/%			百粒重Weights of 100 beans/g
处理 Treatment	2015	2016	2017	2015	2016	2017
NG	16.23±0.25^a	18.13±0.33^a	17.90±0.33^a	15.03±0.63^a	14.95±0.43^a	14.05±0.42^a
G	16.33±0.35^a	17.82±0.32^a	18.93±0.39^a	15.13±0.23^a	15.13±0.28^a	15.15±0.51^a

	Note: Same lowercase letters in the same column indicate not significant difference (P>0.05).
	注：同列相同小写字母表示差异不显著（P>0.05）。

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图2 种间嫁接和未嫁接植株年份间干鲜比、百粒重差异比较

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Fig. 2 Difference of dry-fresh ratio, weights of 100 beans between coffee plants grafted or not grafted in different years

Different lowercase letters between treatments indicate significant difference (P<0.05).

2.4 咖啡种间嫁接与未嫁接植株单株鲜果粒数与青熟果质量间的回归分析

由试验观测的单株果实数与单株青熟果质量的拟合方程见图3,经方差分析,P<0.01,说明两者间线性拟合程度较高。种间嫁接植株和未嫁接植株R²值分别为0.8608（图3A）、0.9347（图3B）,表明用实测单株果实数预测单株青熟果质量的准确率可达86.08%以上。

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图3 种间嫁接和未嫁接植株单株果实数与单株青熟果质量间的回归分析

Fig. 3 Regression analysis on cherry numbers per tree and single plant immature fruit weight on coffee plants grafted or not grafted

2.5 咖啡种间嫁接与未嫁接植株单株鲜果产量比较

3年单株鲜果产量统计见表4,未嫁接植株为4799.10~7765.96 g/株,嫁接植株为4153.68~ 6331.68 g/株,嫁接后单株鲜果产量有所降低,但差异未达显著。嫁接植株和未嫁接植株的单株鲜果产量均以结果第3年（2017年）最高,且年份间产量差异不显著（图4）。

表4 咖啡种间嫁接与未嫁接植株单株鲜果产量比较

Tab. 4 Comparison on single plant fruits weight between coffee plants grafted or not graft g

处理 Treatment	2015	2016	2017
NG	4799.10±702.13^a	5569.07±621.73^a	7765.96±1627.40^a
G	4357.80±715.58^a	4153.68±851.20^a	6331.68±1099.77^a

	Note: Same lowercase letters in the same column indicate not significant difference (P>0.05).
	注：同列相同小写字母表示差异不显著（P>0.05）。

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图4 咖啡种间嫁接与未嫁接植株年份间单株产量差异比较

相同小写字母表示处理间差异不显著（P>0.05）。

Fig. 4 Comparison on single plant fruits weight between coffee plants grafted or not grafted in different years

Same lowercase letters between treatments indicate not significant difference (P>0.05).

3 讨论

近几年,生产上存在老龄中粒种咖啡园更新再植的中粒种咖啡植株常常发生不明原因黄化、死亡现象,经研究发现,咖啡根系分泌物引起的自毒作用是造成咖啡连作障碍的主要原因^[20],孙燕等^[17]研究表明在根系分泌物处理下,以大粒种1号为砧木,中粒种27号为接穗的种间嫁接苗能通过提高自身保护酶活性等方式,使植株生长所受抑制减少。利用种间嫁接克服咖啡连作障碍有一定理论依据,进一步研究种间嫁接对咖啡产量、品质性状的影响,对指导咖啡生产具有较高的实用价值。

在咖啡生产上,树龄1.5 a即采取摘顶控高的修剪方法,因而本研究仅观测了一年生植株的生长指标。试验结果表明,种间嫁接植株一级分枝对数、最长一级分枝节数显著高于未嫁接植株。该结果与董云萍等^[18]得出的嫁接后株高变高、茎干变粗、分枝数增加,种间嫁接促进了中粒种咖啡植株生长结论一致。

咖啡单节果实数、干鲜比、百粒重是与产量密切相关的重要性状,主要与品种的遗传特性相关。干鲜比反映咖啡干物质的积累程度,干鲜比大,说明相同质量鲜果脱皮后所得咖啡米质量更大,百粒重性状反映了咖啡豆粒度的大小。单节果实数、干鲜比由大到小依次为中粒种>小粒种>查理种^[21]。通过对中粒种未嫁接植株和嫁接植株3 a单节果实数、干鲜比、百粒重、单株鲜果产量观测结果表明：除2015年单节果实数未嫁接植株显著高于嫁接植株,其余年份差异不显著,可见嫁接对单节果实数的影响不大。由2015年实测的单节果实数预测的2016年单株鲜果产量两者间差异不显著,原因是嫁接促进了一级分枝对数及长度的生长,增加了单株结果节数,因而最终并未影响单株鲜果产量。孙燕等^[16]研究也表明中粒种27号（接穗）/大粒种1号（砧木）组合与中粒种27号相比,单株鲜果产量、单株干豆产量、单株种仁产量分别提高32.20%、31.25%、38.46%。但Prawoto等^[19]的研究认为Exelsa（C. liberica var. Dewevrei）为砧木使得接穗（中粒种）生长更慢,产量比以BP 308（中粒种）和 BP 409（中粒种）作砧木的低。中粒种品种与大粒种砧木间可能存在嫁接亲和力不同,有必要进一步开展不同中粒种品种与大粒种砧木间嫁接亲和性研究;干鲜比、百粒重两者间差异不显著。说明干鲜比、百粒重主要由接穗的遗传特性决定,嫁接植株保留了接穗中粒种果实的品质特性,不受砧木的影响,试验结果与Bertrand等^[12]嫁接不影响结实率、果实的饱满度相同。未嫁接植株和嫁接树植株干鲜比均以2015年最低,主要是2014年7月,台风威马逊对部分观测植株的枝条和叶片造成损害,影响了2015年枝条的生长和果实营养供应。

中粒种咖啡开花期不一致,果实采收期长达5个月,单株测产耗时多。本研究用实测单株果实数预测单株青熟果质量的准确率达86.08%以上。中粒种咖啡盛花期在每年2月左右,观测单株果实数的时期选择在果实发育的第8个月至第9个月,此期果实体积稳定,青熟果质量占成熟果质量的79%左右^[22],果实发育后期主要是胚乳干物质的累积,一般果实不会脱落。吴坤南等^[23]研究表明,果丛数、平均果丛浆果数都与产量呈极显著相关,利用回归方法对结果咖啡树果丛数、平均果丛浆果数进行观测,能快速、准确地预测咖啡产量。可见,用实测单株果实数预测单株成熟鲜果质量是可信的。

4 结论

以中粒种咖啡热研3号实生后代为接穗,查理种16号为砧木的种间嫁接促进了中粒种咖啡植株生长,提高了单株结果节数;种间嫁接对单节果实数产生一定影响,但未对单株鲜果产量产生显著影响,嫁接保持了中粒种接穗的结果特性;嫁接不影响中粒种果实的品质性状。可见该组合的种间嫁接在生产中推广应用是可行的。有必要进一步开展不同中粒种品种与大粒种砧木间嫁接亲和性研究,筛选更多优势种间嫁接组合推广生产应用。

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1 材料与方法

1.1 材料

1.2 方法

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 咖啡种间嫁接与未嫁接植株生长量比较

表1 咖啡种间嫁接与未嫁接1年生植株生长情况比较

2.2 咖啡种间嫁接与未嫁接植株单节果实数比较

表2 种间嫁接与未嫁接植株单节果实数比较

图1 种间嫁接和未嫁接植株年份间单节果实数差异比较

2.3 咖啡种间嫁接与未嫁接植株干鲜比、百粒重比较

表3 咖啡种间嫁接与未嫁接植株干鲜比、百粒重比较

图2 种间嫁接和未嫁接植株年份间干鲜比、百粒重差异比较

2.4 咖啡种间嫁接与未嫁接植株单株鲜果粒数与青熟果质量间的回归分析

图3 种间嫁接和未嫁接植株单株果实数与单株青熟果质量间的回归分析

2.5 咖啡种间嫁接与未嫁接植株单株鲜果产量比较

表4 咖啡种间嫁接与未嫁接植株单株鲜果产量比较

图4 咖啡种间嫁接与未嫁接植株年份间单株产量差异比较

3 讨论

4 结论

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