缺鐵處理對不同梨品系葉片生長及光合特性的影響

曾甜　李春蘭　宋金龍　周奧特　吳玉霞　何天明

摘要：庫爾勒香梨在鈣質(zhì)土壤中易產(chǎn)生缺鐵性失綠黃化癥，高缺鐵抗性的砧木是矯治此病的有效途徑。本研究以6種梨品系實生苗為試材，通過缺鐵營養(yǎng)液處理，考察了各實生苗葉片的黃化指數(shù)、生長特點及光合特性，旨在篩選理想的抗缺鐵梨砧木基因型。結(jié)果表明：以高純度的石英砂為培養(yǎng)基質(zhì)，通過缺鐵營養(yǎng)液處理進(jìn)行梨抗缺鐵性基因型選擇在方法上完全可行。黃化指數(shù)、比葉重和光合速率這三個參數(shù)表征了缺鐵對植株生理代謝的綜合效應(yīng)，可作為理想的組合篩選指標(biāo)。新疆本地梨品系中，‘輪臺句句梨在缺鐵處理后黃化指數(shù)最低，比葉重值相對較高，凈光合速率處理前后都高于其它品系，是一個理想的抗缺鐵梨基因型，應(yīng)納入抗缺鐵梨砧木的田間試驗。

關(guān)鍵詞：庫爾勒香梨;缺鐵脅迫;光合特性;葉片生長

中圖分類號：S661.201文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2019）10-0091-05

Effects of Iron Deficiency on Leaf Growth and Photosynthetic Characteristics of Different Pear Varieties （Lines）

Zeng Tian， Li Chunlan， Song Jinlong， Zhou Aote， Wu Yuxia， He Tianming

（College of Forestry and Horticulture，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052， China）

Abstract Pear is easily suffered from iron deficient chlorosis in calcicolous soil. The rootstock cultivar resistant to iron deficiency is an effective method to cure the disease. With the aim to screen ideal pear rootstock genotypes resistant iron deficiency， the chlorosis index， leaf growth and photosynthetic characteristics were determined in 6 pear cultivars. The results suggested that the method with high purity arenaceous quartz as culture substance plus nutrient solution with deficient iron was effective on screening genotypes resistant to iron deficiency. The parameter combination of chlorosis index， net photosynthetic rate and specific leaf weight were regarded as the ideal screening parameters due to systematically depicted the impact of iron deficiency on pear physical metabolisms. Luntaijujuli was of the minimum chlorosis index， relatively higher specific leaf weight and higher net photosynthesis rate either in treatment or in control， therefore， it could be recognized as an ideal pear genotype resistant to iron deficiency and was available for further field experiment.

Keywords Kuerle pear; Iron deficiency; Photosynthetic characteristics; Leaf growth

庫爾勒香梨（以下簡稱香梨）是新疆特有的地方梨品種，其果實皮薄汁豐，品質(zhì)優(yōu)良。經(jīng)多年發(fā)展，香梨栽培已成為南疆各族果農(nóng)脫貧致富的主要途徑之一。由于香梨集中分布在南疆荒漠干旱內(nèi)陸地區(qū)，土壤鈣質(zhì)化嚴(yán)重，鹽分含量高，pH值達(dá)8.3以上，導(dǎo)致土壤有效鐵含量低，香梨葉片常發(fā)生缺鐵性失綠黃化癥，導(dǎo)致樹體早衰甚至死亡[1]。當(dāng)?shù)毓r(nóng)多采用滴注鐵肥和土施硫酸亞鐵法矯治此病，多年實踐表明，此法治標(biāo)不治本，效果甚微[2]。在新疆，香梨均行嫁接方式栽培，現(xiàn)使用砧木絕大部分為20世紀(jì)50年代引自內(nèi)地的杜梨（Pyrus betulifolia Bunge）。杜梨抗寒性狀表現(xiàn)優(yōu)良，但其根系對缺鐵抗性低，難以滿足香梨商業(yè)化栽培對抗缺鐵砧木的特殊需求。依據(jù)生態(tài)學(xué)理論，在新疆本地梨種質(zhì)資源中篩選適合本地土壤且表現(xiàn)缺鐵抗性的優(yōu)良砧木可能是解決這一生產(chǎn)難題的有效途徑[3]。據(jù)此，我們設(shè)計了香梨抗缺鐵砧木的兩步法篩選試驗：第一步，在水培和砂培條件下，設(shè)置缺鐵脅迫處理，以杜梨和大杜梨（杜梨的大果變種）為對照，對采自新疆當(dāng)?shù)氐?個梨品系的抗缺鐵性進(jìn)行初步評價;第二步，結(jié)合水培和砂培試驗結(jié)果，在大田條件下對上述砧木材料的抗缺鐵性進(jìn)行評價，最終篩選出適合當(dāng)?shù)赝寥狼揖吡己萌辫F抗性的砧木，為從根本上矯治香梨黃化病開辟一條新途徑[4]。本文是第一步篩選工作的部分研究結(jié)果，主要考察缺鐵處理后，各供試材料葉片生長和光合特性的差異，為后期梨缺鐵抗性評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以杜梨、大杜梨、褐色句句梨、句句梨、輪臺句句梨、阿克蘇句句梨六種四年生梨實生苗作為試驗材料，每個梨品系供試植株10株。材料均定植在裝有石英砂的水泥磚砌培養(yǎng)池中，小棚架式栽培，培養(yǎng)池規(guī)格為1.0 m×0.8 m×0.5 m。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施農(nóng)業(yè)示范區(qū)進(jìn)行，所用培養(yǎng)基質(zhì)為高純度石英砂（SiO₂99.5%～99.1%），F(xiàn)e₂O₃≤0.001%，粒徑≤1.0 mm）。2015年春季移栽，營養(yǎng)液處理工作貫穿于2017、2018兩個年度，主要的測定工作于2018年完成。加鐵作為對照組，采用含F(xiàn)e-EDTA的完全營養(yǎng)液定期澆灌植株;缺鐵處理采用不含F(xiàn)e-EDTA的營養(yǎng)液。營養(yǎng)液配方參考張福鎖等[5]的（單位：mol/L）為：K₂SO₄7.5×10^-4，Ca（NO₃）₂2.0×10^-3，MgSO₄6.5×10^-4，KH₂PO₄2.5×10^-4，KCl 1.0×10^-3，H₃BO₃1.0×10^-5，MnSO₄1.0×10^-6，CuSO₄5.0×10^-7，ZnSO₄1.0×10^-6， （NH₄）₆Mo₇O₂₄5.0×10^-8和Fe-ED-TA 1.0×10^-4。

1.3 各品系黃化程度的劃分

黃化分級參考李英慧[6]和林冰冰[7]等的分級標(biāo)準(zhǔn)，將黃化程度最低定為0級，最高定為4級：0級，不黃化，完全沒有黃化;黃化1級，輕微黃化，葉尖黃化，不超過1/2;黃化2級，中度黃化，全葉黃化;黃化3級，重度黃化，全葉黃化，脈間失綠;黃化4級全葉失綠，呈黃化或白化癥狀（圖1）。每品系每處理選5株，調(diào)查每株所有成齡葉，統(tǒng)計各黃化級別葉數(shù)，按每株各級別葉數(shù)/每株總?cè)~數(shù)，求出每株各級別的黃化指數(shù)，以5株的平均值作為各品種（系）各級別的黃化指數(shù)，以各黃化級別及其黃化指數(shù)乘積之和作為各品系的黃化總評值。

1.4 測定項目

每株實生苗上隨機(jī)摘取樹冠外層營養(yǎng)枝中部生長良好的葉片10片，用葉形紙稱重法測定其葉面積，用電子天平稱量單葉鮮重;烘干葉片測定比葉重，比葉重（SLW）=葉片干重（g）/葉面積（dm2）。光合參數(shù)采用德國GFS-3000光合測定儀，參考韓冰[8]的方法，于2018年8月，選擇在晴天8—18時光線充足的時段，每2 h 測一次，光合參數(shù)有凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）和氣孔導(dǎo)度（Gs），并對同一品系處理和對照不同時段的測定值進(jìn)行求和，然后除以測定數(shù)，作為該品系相關(guān)指標(biāo)的表征值納入統(tǒng)計分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理通過Microsoft Excel軟件完成，用單因素和F測驗進(jìn)行差異顯著性統(tǒng)計分析，數(shù)值以3次重復(fù)的平均值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 缺鐵黃化結(jié)果分析

缺鐵處理對供試不同梨品系幼苗葉片黃化指數(shù)的影響如表1所示。杜梨2級與3級黃化現(xiàn)象較多，大杜梨多處于1級與2級黃化狀態(tài)，句句梨在1級與3級黃化較多，整體黃化程度較低。阿克蘇句句梨的3級與4級指數(shù)概率都較大，葉片黃化面積也最多，可以判斷出缺鐵脅迫對其影響很大。而輪臺句句梨的3級與4級黃化指數(shù)最小，說明受缺鐵影響最小。為了對各品系的黃化情況在總體上進(jìn)行評價，我們分別對各品系各黃化指數(shù)賦了二次黃化加權(quán)值，分別乘以黃化指數(shù)，并求和，作為該品系該處理的黃化指數(shù)。結(jié)果表明，阿克蘇句句梨總評黃化指數(shù)最大，為 2.88;輪臺句句梨最小，為 1.33，最大值比最小值高116.5%。加Fe處理后的不同梨品系幼苗葉片黃化指數(shù)均為0級。由此可見，從黃化癥狀來分析，在砂培條件下，供試6個梨品系均會對營養(yǎng)液缺鐵處理產(chǎn)生響應(yīng)信號，相對而言，阿克蘇句句梨對缺鐵處理的效應(yīng)最為明顯，反應(yīng)最為敏感，而輪臺句句梨的黃化反應(yīng)最小。

2.2 不同梨品系實生苗缺鐵處理后葉片生長特性的變化

平均化處理基本屏蔽了因品種特性不同而對各指標(biāo)產(chǎn)生的效應(yīng)，因此處理與對照的差異理論上表征了缺鐵處理的效應(yīng)。如表2所示，與加鐵對照相比，缺鐵處理植株的葉片總體長勢較弱，單葉面積、單葉鮮重和比葉重都有不同程度的降低，分別降低了19.50%、7.69%、16.67%;缺鐵處理與對照之間，除比葉重（F=9.64）差異顯著外，單葉面積（F=4.84）、單葉鮮重（F=0.83）均無顯著差異。相較于加鐵對照，大杜梨和輪臺句句梨的單葉面積在缺鐵處理后極顯著降低，阿克蘇句句梨顯著降低，其余品系降低不顯著;杜梨、大杜梨、褐色句句梨和輪臺句句梨的比葉重極顯著降低，句句梨顯著降低;相比而言，單葉鮮重對缺鐵處理不敏感，除大杜梨顯著降低外，其余各品系降幅均不顯著。總之，缺鐵處理的總體效應(yīng)十分明顯，降低了植株葉片的單葉面積、單葉重，顯著降低了比葉重;比葉重的效應(yīng)最顯著，是表征缺鐵效應(yīng)最為理想的一個指標(biāo)。

2.3 不同梨品系缺鐵處理后葉片光合特性的變化

如表3所示，缺鐵處理后，供試6個梨品系的4個光合參數(shù)都有不同程度的降低，但均未達(dá)到統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著水平。6個品系平均缺鐵處理的Ci、Gs、Pn降幅分別為5.49%、12.59%、16.03%，差異達(dá)顯著水平;缺鐵處理對胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度的影響相對其它兩個指標(biāo)為弱?？傊辫F處理對葉片光合性能的影響具有全面性和整體性。輪臺句句梨的凈光合速率與蒸騰速率無論處理前后，都高于其它品系，可作為該品系抗缺鐵性強(qiáng)的參考依據(jù)。

3 討論

鐵元素是植物內(nèi)質(zhì)體電子傳遞鏈、鐵硫蛋白和鐵紅素的組成成分[9]，參與了光合、硝基還原和呼吸等生理過程[10]。前人研究同時表明，植物鐵營養(yǎng)缺乏會導(dǎo)致相關(guān)代謝失調(diào)，進(jìn)一步導(dǎo)致包括光合色素在內(nèi)的色素合成過程受阻[11]。為此，本研究引入葉片黃化指數(shù)考察因葉片光合色素降低而表現(xiàn)的黃化癥狀[7]，高純度的石英砂培養(yǎng)基本屏蔽了因培養(yǎng)基質(zhì)不純對試驗結(jié)果的干擾[12]。本研究結(jié)果證實：在砂培條件下，缺鐵處理后，與加鐵對照相比，供試6個梨品系的黃化指數(shù)均有不同程度增加，阿克蘇句句梨葉片黃化效應(yīng)最為明顯，反應(yīng)最為敏感，而輪臺句句梨黃化指數(shù)最小，表現(xiàn)出良好的抗缺鐵性。可見，黃化指數(shù)這一指標(biāo)比較直觀，操作上簡便易行，無論理論還是實踐上，作為不同梨品系抗缺鐵性篩選指標(biāo)比較理想。

Terry在甜菜上的水培研究結(jié)果表明，缺鐵對甜菜葉片的生長影響甚微[9]，然而我們的研究結(jié)果與之不同。缺鐵處理后供試?yán)嫫废悼傮w長勢均較弱，單葉面積、單葉鮮重和比葉重都有不同程度的降低，特別是比葉重，其降低程度達(dá)到了統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著水平。因為比葉重是一個綜合了單葉面積、單葉鮮重得出的二級指標(biāo)，且處理與對照之間的差異度大于單葉面積和單葉鮮重這兩個一級指標(biāo)，為此，我們將其作為供試?yán)嫫废悼谷辫F性的一個重要生長指標(biāo)來考察。本研究結(jié)果顯示，供試6個品系中，有4個品系（杜梨、大杜梨、褐色句句梨和輪臺句句梨）比葉重差異極顯著;而且新疆當(dāng)?shù)?個品系的比葉重值均比引進(jìn)品種杜梨和大杜梨高，表現(xiàn)出當(dāng)?shù)仄贩N良好的生態(tài)適應(yīng)性，說明從當(dāng)?shù)仄贩N中篩選高抗性梨砧木這一思路可行。綜合分析表明，新疆梨品系中輪臺句句梨可作為香梨抗缺鐵砧木的備選品系。

Platt-Aloia認(rèn)為缺鐵主要影響光合膜的發(fā)育，尤其是葉綠體的結(jié)構(gòu)和組成，對其它亞細(xì)胞器影響甚微[12]。在蘋果[13]和大麥[14]上的研究表明，缺鐵后葉片葉綠體片層結(jié)構(gòu)中類囊體膜的數(shù)量急劇減少，結(jié)構(gòu)的改變必然導(dǎo)致功能的失調(diào)。Terry的研究表明甜菜缺鐵會導(dǎo)致葉片凈光合速率下降[9]，在本研究中，我們也發(fā)現(xiàn)缺鐵脅迫處理顯著降低凈光合速率，而且氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度也顯著下降。各品系間比較，雖然缺鐵后的光合參數(shù)均下降，但都未達(dá)到顯著水平。相比而言，輪臺句句梨的凈光合速率無論處理前后，都高于其它品系，可作為該品系抗缺鐵性強(qiáng)的參考指標(biāo)。從指標(biāo)選擇來看，缺鐵對葉片胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度的影響較弱，考慮到鐵素在光合作用中的影響機(jī)制，將凈光合效率作為植物抗缺鐵性基因型選擇的首選光合參數(shù)指標(biāo)更為合理。

4 結(jié)論

綜合以上分析可知，以高純度石英砂為培養(yǎng)基質(zhì)，通過缺鐵營養(yǎng)液處理進(jìn)行梨抗缺鐵性基因型選擇，在試驗方法上完全可行。在指標(biāo)選擇上，黃化指數(shù)、比葉重和光合速率這三個參數(shù)最為理想，可從不同層次和角度表征缺鐵對葉片生長和光合特性影響的綜合效應(yīng)。新疆本地梨品系中，輪臺句句梨在缺鐵處理后黃化指數(shù)最低，比葉重在缺鐵處理后相對較高，凈光合速率無論處理前后，都高于其它品系，因此，該品系是一個抗缺鐵性較為理想的梨基因型，應(yīng)進(jìn)一步納入香梨抗缺鐵砧木的田間試驗。

參 考 文 獻(xiàn)：

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收稿日期：2019-04-22

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（31160382）

作者簡介：曾甜（1994—），女，碩士研究生，研究方向：庫爾勒香梨礦質(zhì)營養(yǎng)代謝。E-mail： 1520055600@qq.com

通訊作者：何天明（1970—），男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：庫爾勒香梨高效栽培技術(shù)研究。E-mail： 1554272245@qq.com