虹吸輸鐵對(duì)黃化蘋果葉片光合參數(shù)及細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的影響

高一寧 時(shí)曉芳 侯延杰 薛進(jìn)軍

摘要：? 該研究以紅富士蘋果品種為材料，通過(guò)虹吸輸入鐵肥的方式，設(shè)置輸鐵液（600倍FeS04·7H20）處理并以輸離子水和不輸液為對(duì)照，觀察了處理后蘋果樹的復(fù)綠情況，測(cè)定了葉綠素含量、光合參數(shù)、進(jìn)行了葉綠體、線粒體超微結(jié)構(gòu)的電鏡掃描。結(jié)果表明：輸鐵后10 d，樹體復(fù)綠情況明顯，復(fù)綠等級(jí)由2.01變?yōu)?.53，復(fù)綠的葉片葉綠素含量有顯著增加，增幅達(dá)到200%。同時(shí)，凈光合速率提高了68%、蒸騰速率提高了21%、氣孔導(dǎo)度提高了49%，胞間CO2濃度降低了100%。輸鐵處理后的單個(gè)細(xì)胞葉綠體個(gè)數(shù)比對(duì)照有顯著增加，且個(gè)體更飽滿，淀粉粒和嗜鋨顆粒有明顯減少;基粒片層結(jié)構(gòu)規(guī)律整齊，基質(zhì)清晰，被膜結(jié)構(gòu)完整，線粒體內(nèi)嵴清晰度高，數(shù)量增多。在輸鐵處理后，蘋果樹體復(fù)綠明顯，葉綠素合成能力恢復(fù)，葉綠體、線粒體被膜結(jié)構(gòu)均得到修復(fù)，表明用虹吸的方法將鐵肥輸入樹體對(duì)蘋果缺鐵黃化病有很好的療效。-

關(guān)鍵詞： 鐵肥， 虹吸輸液， 黃化， 蘋果， 光合參數(shù)， 細(xì)胞器結(jié)構(gòu) -

中圖分類號(hào)：? Q945.11

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? A

文章編號(hào)：? 1000-3142（2018）12-1660-07

Effects of Fe fertilizer siphon transfusion on -photosynthetic parameters and organelle structure -of iron chlorosis in apple trees

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GAO Yining1， SHI Xiaofang2， HOU Yanjie1， XUE Jinjun3*

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（ 1. Horticultural Research Institute， Guangxi Academy of Agriculture Science， Nanning 530007， China; 2. Viticulture and Wine Research Institute， -Guangxi Academy of Agriculture Science， Nanning 530007， China; 3. College of Agriculture， Guangxi University， Nanning 530003， China ）-

Abstract：

Taking Fuji Apple （Malus pumila） as the testing variety and effects of Fe fertilizer into apple through siphon， three treatments were set， including： infusion of Fe fertilizer（600 times FeSO4·7H2O） into apple tree through siphon， infusion of deionized water and CK （no treatment）. Retrieved green leaves were observed and chlorophyll content and photosynthetic parameters were measured. Ultra microstructure of chloroplast and mitochondria were observed by electron microscopic scanning. In Fe fertilizer treatment， greening levels changed from 2.01 to 0.53 and the chlorophyll contents were increased even by 200%. Meanwhile， net photosynthesis rate was increased by 68%， transpiration rate was increased by 21%， and stomatal conductance was increased by 49%， while the intercellular CO2 concentration was decreased by 100%. Compared to infusion of deionized water treatment and CK， in Fe fertilizer treatment， the chloroplast number was increased with larger size; and the number of starch granules and osmiophilic granules were decreased; grana lamellae structure was more clear， as well as the mitochondrial crista with more quantity. After Fe fertilizer applied， the yellow leaves retrieved green again obviously. And the synthesize of chlorophyll was improved， and the membrane structure of chloroplast and mitochondrion were recovered. In conclusion， Fe fertilizer infused into Fuji apple through siphon can correct chlorosis.-

Key words： Fe fertilizer， siphon transfusion， iron chlorosis， apple， photosynthetic parameters， organelle structure

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鐵是植物生理活動(dòng)中所必需的營(yíng)養(yǎng)微量元素，在植物體的光合作用、固氮作用、呼吸作用等生理代謝過(guò)程的電子傳遞或酶促反應(yīng)中發(fā)揮著重要的作用。植物缺鐵黃化病是果樹因缺鐵影響葉綠素正常合成的生理型病害（蘇律等，2016），在世界范圍內(nèi)都廣泛存在，一直作為國(guó)際植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)界有待攻克的難題。我國(guó)的蘋果產(chǎn)量居世界首位（常源升，2014），是黃化病的高發(fā)樹種。蘋果缺鐵的主要表現(xiàn)為新抽嫩葉的脈間黃化，葉片頂端枯萎。長(zhǎng)期缺鐵會(huì)導(dǎo)致樹體發(fā)育不良，樹勢(shì)弱小，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致樹體死亡。其中，在石灰性土壤、鹽堿性土壤上表現(xiàn)的尤為突出。國(guó)內(nèi)外研究者嘗試了各種補(bǔ)充鐵營(yíng)養(yǎng)的措施，包括葉面噴施、斷根土施、根系輸液、樹體注射等（Shena et al，2015），由于鐵在自然界中易氧化和難移動(dòng)，有的復(fù)綠效果不持久，有的操作復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，成本較大。因此，我們通過(guò)虹吸輸液法（薛進(jìn)軍和呂鳴群，2009），使鐵肥在蒸騰拉力作用下直接進(jìn)入樹體，達(dá)到省時(shí)、省工，同時(shí)又能有效矯正果樹缺鐵。本研究通過(guò)研究鐵肥直接輸入樹體對(duì)缺鐵黃化葉片光合參數(shù)和細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的影響，為解決果樹黃化病提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2016年在河北曲周縣槐橋鄉(xiāng)田間進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間為7月份（黃化病高發(fā)期），試材為2004年定植的紅富士蘋果品種（Malus pumila），土質(zhì)屬于石灰性土壤。各處理葉片的葉綠素含量測(cè)定和細(xì)胞器超微結(jié)構(gòu)觀察在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行。

1.2 方法-

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)選田間生長(zhǎng)一致的缺鐵失綠蘋果樹，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，單株小區(qū)，設(shè)置在樹干上輸入500 mL濃度為600倍的亞鐵（FeSO4·7H2O）溶液為處理1，輸入500 mL去離子水為處理2，不輸液為對(duì)照，每處理5株樹。-

1.2.2 觀測(cè)內(nèi)容田間處理的前后10 d，用周厚基和仝月澳（1988）的方法分別將試材蘋果樹的黃化程度進(jìn)行分級(jí)。處理10 d后，取三種處理的新梢上部葉片測(cè)定葉綠素含量，同時(shí)進(jìn)行細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的電鏡觀察。-

1.2.3 虹吸輸液方法輸液主要設(shè)備是電鉆（鉆頭約0.5 cm）、橡皮管（外徑略大于0.5 cm）、洗耳球和600 mL空塑料瓶。操作方法：先在樹干基部打孔，孔深約5 cm，直徑約0.5 cm。輸液時(shí)，將裝滿鐵肥溶液的塑料瓶掛在高于打孔處約1.5 m的樹枝上，橡皮管的一端插入裝滿溶液的瓶底，橡皮管另一端移至基部打孔處，用洗耳球從管另一端吸取溶液，待形成虹吸效應(yīng)時(shí)，迅速插入樹干基部的孔中（不漏即可），即開始向樹體輸入亞鐵溶液。-

1.2.4 測(cè)定方法-

1.2.4.1 葉綠素的測(cè)定取三種處理新梢中部葉片測(cè)定葉綠素含量：將葉樣用80%丙酮浸提，至葉片全部褪綠后用95%乙醇定容，再用紫外分光光度計(jì)測(cè)定葉綠素含量（李志丹等，2011）。-

1.2.4.2 光合參數(shù)的測(cè)定處理后第10天，使用CIRAS-2便攜式光合系統(tǒng)于上午9：00—11：00間測(cè)定各處理新梢上部葉片的Pn（凈光合速率）、Tr（蒸騰速率）、Gs（氣孔導(dǎo)度）、Ci（細(xì)胞間隙CO2濃度）。-

1.2.4.3 葉綠體超微結(jié)構(gòu)的觀察材料處理和電鏡觀察均在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)電鏡平臺(tái)完成。具體試驗(yàn)步驟參考Lianopoulou et al（2014）的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果用Duncans法進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1 處理后復(fù)綠情況

輸鐵處理10 d后，由處理前的黃化等級(jí)2.01級(jí)恢復(fù)到0.53級(jí)，而輸水處理和對(duì)照樹沒有復(fù)綠，黃化程度前后幾乎無(wú)差異（表1）。由此可見，黃化已基本被矯正。

2.2 輸鐵對(duì)葉綠素含量的影響

由表2可知，輸鐵后，葉綠素a、葉和綠素b含量分別較對(duì)照葉片增加0.71 mg·g-1FW和0.37 mg·g-1FW，增幅分別達(dá)到182%和247%。葉綠素總量增加1.08 mg·g-1FW，增幅達(dá)到200%，輸鐵處理中葉綠素a、b含量相比對(duì)照均達(dá)到顯著差異。而輸水與對(duì)照的差異微小?？梢?，輸鐵處理的葉片中葉綠素含量有顯著增加。

2.3 輸鐵對(duì)光合參數(shù)的影響

從表3可以看出，輸鐵處理前后的Pn（凈光合速率）增加了68%，Tr（蒸騰速率）增加了21%，Gs（氣孔導(dǎo)度）增加了49%，Ci（胞間CO2濃度） 減少了100%。輸水處理的光合參數(shù)也略有增加，但增幅與輸鐵處理相比可以忽略。對(duì)照無(wú)明顯增加。這表明葉片的光合參數(shù)的提高與葉綠素的增加呈正比。虹吸輸鐵能顯著增加缺鐵黃化葉片中的葉

綠素含量，從而對(duì)葉片的光合基本參數(shù)產(chǎn)生正面影響。

2.4 虹吸輸鐵對(duì)細(xì)胞器結(jié)構(gòu)影響

從表4可以看出，輸鐵處理的單個(gè)細(xì)胞葉綠體個(gè)數(shù)比輸水處理多83%，比對(duì)照多92%;輸鐵處理的葉綠體長(zhǎng)徑平均比輸水處理多16%，比對(duì)照多22%;而輸鐵處理的單個(gè)細(xì)胞淀粉粒個(gè)數(shù)平均比輸水處理少50%，比對(duì)照少43%;輸鐵處理的單個(gè)細(xì)胞嗜鋨顆粒個(gè)數(shù)平均比輸水處理少41%，比對(duì)照少39%。

電鏡觀察顯示，輸鐵后復(fù)綠蘋果葉片中的葉綠體輪廓清晰 （圖1），內(nèi)部基粒片層數(shù)量多，排列規(guī)律整齊，片層結(jié)構(gòu)清晰，有少量的噬鋨顆粒。輸水處理和對(duì)照的葉綠體形狀呈不規(guī)則，邊緣形狀模糊，基質(zhì)渾濁，片層結(jié)構(gòu)已經(jīng)瓦解，嗜鋨顆粒、淀粉粒數(shù)均增多。對(duì)照與輸水處理的葉綠體結(jié)構(gòu)相似。受到缺鐵脅迫的葉肉細(xì)胞中葉綠體出現(xiàn)萎縮（圖2），顏色變深變渾濁，線粒體出現(xiàn)破裂分解，而輸鐵復(fù)綠的葉肉細(xì)胞中的葉綠體以單層排列在細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)，葉綠體、線粒體均形態(tài)飽滿，且輪廓清晰，結(jié)構(gòu)完整。

由圖3可知，觀察到線粒體為橢圓形。輸鐵處理的線粒體輪廓清晰，嵴清晰度高，數(shù)量較多，被膜結(jié)構(gòu)完整。輸水處理和對(duì)照的線粒體膜結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)分解，外膜已渾濁不清。

3討論與結(jié)論

葉綠素含量是影響植物光合能力的重要因素

（劉澤軍等，2014），葉綠素含量減少直接導(dǎo)致光合能力的下降（陸志峰等，2016），而鐵與葉綠素之間存在著密切關(guān)系，葉綠素合成必須要鐵的參與，其表現(xiàn)為鐵的含量直接影響合成葉綠素前體——亞鐵原卟啉所需酶的活性，缺鐵則限制了葉綠素的合成（吳平等，2001）。葉綠素的降低也進(jìn)一步表示了光合系統(tǒng)被破壞，通過(guò)所測(cè)光合參數(shù)指標(biāo)的降低來(lái)體現(xiàn)。本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)虹吸輸鐵后，黃化蘋果葉片中葉綠素a、b含量均有顯著增加，由此可知輸鐵肥可以補(bǔ)充亞鐵原卟啉的合成所需的鐵，從而促進(jìn)葉綠體的合成。

葉綠體和線粒體是為植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供能量的重要細(xì)胞器（吳妤等，2013）。葉綠體被膜含有ATP 酶、腺苷酸激酶，為光合作用提供條件;類囊體膜亦稱光合膜，是光能向化學(xué)能轉(zhuǎn)化的場(chǎng)所。線粒體是合成ATP并將能量供給細(xì)胞的工廠。有人在水稻（Li et al，2012）和擬南芥（Weise? et al，2015）研究中發(fā)現(xiàn)，葉綠體畸形或數(shù)目減少會(huì)抑制光合速率。而在缺鐵條件下，肖家欣等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，枳殼砧木葉片細(xì)胞葉綠體及線粒體均出現(xiàn)明顯的解體，類囊體片層模糊。劉磊超等（2015）發(fā)現(xiàn)在缺硼脅迫下，植物細(xì)胞會(huì)發(fā)生解構(gòu)，胞內(nèi)細(xì)胞器萎縮消失。本研究發(fā)現(xiàn)，在缺鐵脅迫下，有細(xì)胞發(fā)生形變和細(xì)胞器分解;葉綠體、線粒體的膜結(jié)構(gòu)被破壞，輪廓模糊;基粒片層結(jié)構(gòu)解體，基質(zhì)混濁，這些現(xiàn)象與劉磊超等（2015）、肖家欣等（2010）的發(fā)現(xiàn)一致。淀粉粒是葉綠體為生理活動(dòng)貯藏的能量，嗜鋨顆粒是類囊體降解產(chǎn)物脂質(zhì)聚集的結(jié)果，它們的堆集說(shuō)明了葉綠體的代謝受到抑制（姚宇潔和姜存?zhèn)}，2017）。本研究發(fā)現(xiàn)，缺鐵時(shí)，葉綠體內(nèi)嗜鋨顆粒及淀粉粒增多，這與姚宇潔和姜存?zhèn)}（2017）和邱強(qiáng)等（2017）在缺鐵柑橘、大豆上觀察到的現(xiàn)象相同。虹吸輸鐵使葉肉細(xì)胞內(nèi)葉綠體恢復(fù)飽滿，同時(shí)修復(fù)了葉綠體、線粒體的被膜結(jié)構(gòu)，提高了光反應(yīng)以及光合產(chǎn)物的運(yùn)輸效率，使代謝循環(huán)正常，從而使淀粉粒和嗜鋨顆粒數(shù)量顯著減少，由此反映了植物對(duì)光能吸收、轉(zhuǎn)化能力的恢復(fù)。

本研究結(jié)果表明，在虹吸輸鐵后，蘋果樹體復(fù)綠明顯，葉綠素合成能力恢復(fù)，葉綠體、線粒體被膜結(jié)構(gòu)均得到修復(fù)，說(shuō)明采用虹吸的方法將鐵肥直接輸入樹體是矯正蘋果缺鐵黃化病的有效途徑。

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