低鎂脅迫對(duì)不同品種檸檬生長(zhǎng)、光合特性和鎂元素吸收的影響

杜玉霞，李 晶，劉紅明，付小猛，龍春瑞，高俊燕，李丹萍，李進(jìn)學(xué)

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物研究所，云南 保山 678000）

檸檬［Citrus limon（L） Burm. f.］是蕓香科柑橘屬常綠小喬木，在世界柑橘種植業(yè)中占第3 位［1］。我國(guó)檸檬栽培品種以尤力克為主，主產(chǎn)區(qū)在云南、四川、廣東等地，其種植區(qū)的土壤類(lèi)型主要是紅壤，缺鎂現(xiàn)象較嚴(yán)重［2］。檸檬果園土壤缺鎂會(huì)引起葉片黃化、植株矮小，從而影響檸檬產(chǎn)量和品質(zhì)。生產(chǎn)中缺鎂主要發(fā)生在種植3 年后投產(chǎn)的檸檬園，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)土壤缺鎂面積已達(dá)6%［3］，前期研究表明，云南省土壤pH 值整體呈酸性，果園土壤缺鎂比例達(dá)72.9%。

鎂是植物體必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一。柑橘的生長(zhǎng)、光合作用、呼吸作用、糖酵解、三羧酸循環(huán)、硝酸鹽還原等過(guò)程的酶都需依靠鎂來(lái)激活［4］，故當(dāng)鎂營(yíng)養(yǎng)不足時(shí)，脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物的合成受阻，最終導(dǎo)致植物不能正常的生長(zhǎng)發(fā)育。植物缺鎂除了出現(xiàn)葉片失綠等現(xiàn)象外，還表現(xiàn)在枝干細(xì)長(zhǎng)柔弱、根數(shù)量減少、開(kāi)花緩慢、花色不鮮亮、根莖比下降等方面［5］。根據(jù)凌麗俐等［6］對(duì)紐荷爾臍橙葉片葉綠素合成與熒光特性的研究表明，無(wú)論老葉或是新葉，葉片的光合能力會(huì)在嚴(yán)重缺鎂時(shí)降低；鎂作為葉綠素的核心構(gòu)成成分參與到了植物的重要生理生化過(guò)程中，當(dāng)植物缺鎂時(shí)就會(huì)出現(xiàn)葉片失綠從而影響葉片對(duì)光能的吸收和轉(zhuǎn)化、電子傳遞能力以及光合磷酸化［7］。不同品種柑橘對(duì)鎂的吸收有所差異，導(dǎo)致其耐缺鎂程度有所差異。韓佳等［8］研究表明缺鎂處理下，紅橘在鎂吸收速率上表現(xiàn)出較強(qiáng)抗缺鎂特性，枳橙、崇義野橘次之，枳和香橙最不耐鎂缺乏。不同柑橘種類(lèi)耐缺鎂能力也不同，表現(xiàn)為:寬皮柑橘類(lèi)＞甜橙類(lèi)＞柚類(lèi)，寬皮柑橘中椪柑比蕉柑更耐缺鎂，甜橙中華盛頓臍橙比納維林娜、紐荷爾臍橙更耐缺鎂；同一品種的普通溫柑比早熟溫州蜜柑更耐鎂缺乏［9］。

生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，檸檬較其他柑橘更容易出現(xiàn)缺鎂現(xiàn)象，關(guān)于柑橘缺鎂的問(wèn)題前人做了大量研究，但在檸檬上的研究較少。檸檬鎂的吸收受到土壤特性、外界鎂濃度的影響，果農(nóng)們往往通過(guò)增施鎂肥、改良土壤等措施改善缺鎂現(xiàn)象。但是鎂元素的吸收還與檸檬品種有很大的關(guān)系，生產(chǎn)中不同品種缺鎂特性有所差異，但其耐缺鎂特性尚不清楚。尤力克、費(fèi)米耐勞和塔西提是檸檬的3 個(gè)主栽品種，占總栽培面積的95%以上。以這3 個(gè)檸檬品種為材料，通過(guò)沙基培養(yǎng)的方式，研究在低鎂脅迫下不同品種檸檬在外部生長(zhǎng)特點(diǎn)、光合生理和鎂吸收的差異，旨在解釋鎂脅迫對(duì)不同品種檸檬的影響，篩選出耐缺鎂的品種，為檸檬種植的品種布局、合理施肥提供理論依據(jù)，對(duì)檸檬產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)開(kāi)展地點(diǎn)為云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物研究所瑞麗檸檬綜合試驗(yàn)站，選擇云南主栽的3 個(gè)檸檬品種:費(fèi)米耐勞（F）、云檸一號(hào)尤力克（Y）、塔西提（T）為試驗(yàn)材料，其砧木均為枳殼。枳殼種子于2014 年11 月播種，于2015 年11 月進(jìn)行接穗的嫁接，2016 年11 月選取莖粗及高度相對(duì)一致且生長(zhǎng)良好的嫁接苗，洗凈附土，重剪主根后移栽至盛有28 kg 的細(xì)砂的塑料盆缽中，在大棚中避雨栽培。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每個(gè)品種設(shè)置3 個(gè)供鎂濃度梯度，分別為:鎂缺乏0 mmol/L（Mg0:0 mg/L），鎂不足0.25 mmol/L（Mg6:6 mg/L），鎂正常1 mmol/L（Mg24:24 mg/L），共有9 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)5株。移栽后僅供應(yīng)蒸餾水煉苗，待萌發(fā)出新葉時(shí)，用1/2 濃度 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液和無(wú)鎂的 Aron 全濃度營(yíng)養(yǎng)液澆灌，待長(zhǎng)出7 ～8 片新葉時(shí)進(jìn)行鎂營(yíng)養(yǎng)梯度脅迫，試驗(yàn)處理時(shí)間為1 年。

1.3 測(cè)量指標(biāo)與方法

分別在定植和脅迫結(jié)束時(shí)，測(cè)定植株的株高、冠幅、嫁接口粗度、分枝級(jí)數(shù)及總枝數(shù)，并對(duì)各生長(zhǎng)指標(biāo)的增長(zhǎng)率進(jìn)行計(jì)算。試驗(yàn)脅迫完成后，測(cè)定葉綠素、光合指標(biāo)和鎂含量。葉綠素（Chl）含量用乙醇提取法測(cè)定［10］；光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）采用 LCpro-SD 全自動(dòng)便攜式光合儀測(cè)定；對(duì)樹(shù)體整株采取破壞性取樣，分為新葉、中間葉、老葉、果實(shí)、莖、根系6 個(gè)部位，洗凈后置于105℃烘箱中殺青15 min，75℃烘干至恒重，用粉碎機(jī)磨成粉，用HNO3-HClO4消煮-原子吸收法測(cè)定鎂含量［11］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，采用 SPSS 20 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)［最小顯著差異（LSD）法］。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎂脅迫下不同品種檸檬葉片形態(tài)比較

各處理在鎂脅迫下檸檬的葉片都出現(xiàn)了不同程度的失綠，而且鎂濃度越低，失綠現(xiàn)象越明顯，老葉失綠比新葉嚴(yán)重。從各個(gè)品種來(lái)看，在供鎂濃度為0 mg/L 時(shí)，費(fèi)米耐勞和云檸一號(hào)老葉呈倒V 字型黃化，塔西提則無(wú)此現(xiàn)象。

2.2 鎂脅迫下不同品種檸檬植株生長(zhǎng)的差異

如表1，不同品種在鎂脅迫下其植株生長(zhǎng)情況有所差異。鎂脅迫時(shí)3 個(gè)品種檸檬的冠幅、嫁接口上5 cm 莖粗都受到了抑制，其中費(fèi)米耐勞和塔西提在鎂脅迫時(shí)冠幅增長(zhǎng)率顯著降低，塔西提的嫁接口上5 cm 莖粗增長(zhǎng)率顯著降低；費(fèi)米耐勞和云檸一號(hào)在鎂脅迫時(shí)分枝級(jí)數(shù)增長(zhǎng)率顯著降低；云檸一號(hào)在鎂脅迫時(shí)總枝數(shù)增長(zhǎng)率顯著降低。鎂脅迫對(duì)株高和嫁接口下5 cm 莖粗的影響較小。總體看來(lái)，塔西提生長(zhǎng)受到鎂脅迫的影響較小。

2.3 鎂脅迫下不同品種檸檬植株光合能力分析

從圖1 可以看出，不同品種檸檬葉綠素含量、蒸騰速率（Tr）、光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）均隨著供鎂濃度的減少而下降，同一品種不同鎂濃度間差異顯著。塔西提葉綠素含量顯著高于費(fèi)米耐勞和云檸一號(hào)，鎂脅迫時(shí)費(fèi)米耐勞、云檸一號(hào)、塔西提的葉綠素含量分別下降11.35%～22.26%、13.21%～22.81%、8.76%～19.15%。費(fèi)米耐勞的Pn 和Tr 下降幅度最大，Mg0 和Mg6 處理下，Pn 下降37.97%和25.88%，Tr 下降58.96%、27.06%；費(fèi)米耐勞的Gs 顯著高于其他品種，云檸一號(hào)的Gs 受鎂脅迫影響較大，Mg0 和Mg6 處理下分別下降31.71%和20.67%。總體看來(lái)，3 個(gè)品種光合特性受鎂脅迫的影響表現(xiàn)為:費(fèi)米耐勞＞云檸一號(hào)＞塔西提。方差分析結(jié)果表明，品種和鎂濃度都顯著影響檸檬的光合生理，其中對(duì)氣孔導(dǎo)度的影響較小。

表1 鎂脅迫對(duì)不同品種檸檬株高、冠幅、莖粗、分枝級(jí)數(shù)、總枝數(shù)增長(zhǎng)率的影響 （%）

圖1 不同鎂濃度對(duì)各品種檸檬光合指標(biāo)的影響

2.4 鎂脅迫下不同品種檸檬各部分鎂含量分析

如圖2、圖3 所示，品種、供鎂濃度均對(duì)檸檬各部分鎂元素的含量有顯著的影響，葉片與根的鎂含量明顯高于果實(shí)和莖的鎂含量。鎂脅迫時(shí)檸檬各部分的鎂含量顯著降低，葉片、果實(shí)、根、莖分別下降27.71%、20.42%、30.79%、45.19%。Mg24 處理云檸一號(hào)的葉片鎂含量顯著高于其他品種，Mg0處理費(fèi)米耐勞、云檸一號(hào)、塔西提葉片的鎂含量比Mg24 平均降低24.17%、34.27%、24.67%，Mg6 處理比Mg24 平均降低19.84%、23.81%、17.04%。塔西提果實(shí)鎂含量顯著低于其他品種，且在鎂脅迫時(shí)下降幅度最高，Mg0 和Mg6 處理分別下降25.01%和18.44%；Mg24 處理費(fèi)米耐勞的根部鎂含量顯著高于其他品種，且在鎂脅迫時(shí)下降最多，Mg0 和Mg6 處理分別降低44.46%和43.14%。通過(guò)因素間的相關(guān)性分析表明，3 個(gè)品種各部分的鎂含量與供鎂水平都呈極顯著正相關(guān)（表2）。

圖2 鎂脅迫對(duì)不同品種檸檬葉片鎂含量的影響

圖3 鎂脅迫對(duì)不同品種檸檬果實(shí)、莖、根鎂含量的影響

表2 供鎂濃度與各部分鎂含量間相關(guān)性分析

3 討論

3.1 不同品種檸檬植株生長(zhǎng)對(duì)鎂脅迫的響應(yīng)

鎂是組成植物體的重要成分，其豐缺程度影響著植株的生長(zhǎng)發(fā)育［12］。本研究結(jié)果表明鎂脅迫對(duì)檸檬植株的冠幅、總枝數(shù)、分枝級(jí)數(shù)有顯著的影響，缺鎂會(huì)抑制植株的生長(zhǎng)，這與Yang 等［13］、彭昊陽(yáng)［14］、Maathuis［15］的研究結(jié)果一致。本研究表明不同品種對(duì)鎂脅迫的響應(yīng)有所差異，主要表現(xiàn)為:在鎂脅迫時(shí)，塔西提的株高、莖粗、總枝數(shù)、分枝級(jí)數(shù)下降幅度小于費(fèi)米耐勞和云檸一號(hào)，增長(zhǎng)率主體表現(xiàn)為:塔西提＞云檸一號(hào)＞費(fèi)米耐勞。但是各品種株高無(wú)顯著差異，這主要是檸檬抽梢的時(shí)間和枝條抽生的方向不同，結(jié)果以后枝條下垂，導(dǎo)致株高變化不明顯，同時(shí)也是各處理株高、冠幅、分枝級(jí)數(shù)和總枝數(shù)變異系數(shù)較大的原因。各處理嫁接口下5 cm 增長(zhǎng)率無(wú)顯著差異，主要是各品種檸檬砧木相同，且檸檬生長(zhǎng)的時(shí)間相對(duì)較短，如繼續(xù)觀察試驗(yàn)，可能會(huì)表現(xiàn)出明顯差異。有研究指出，鎂對(duì)柑橘根的影響最小，莖次之，葉片的影響較大［16］，鎂脅迫處理顯著降低了橘橙春見(jiàn)的株高，均以對(duì)照相比，變化幅度最大［17］；韓佳等［18］研究表明在缺鎂處理下，紅橘主根、根數(shù)、根表面積以及根體積等各根系指標(biāo)中，均無(wú)顯著變化。不同種類(lèi)和品種對(duì)缺鎂的敏感性有差異［19］，不同鎂水平下，云檸一號(hào)、塔西提、費(fèi)米耐勞也表現(xiàn)出不同的差異水平，這與品種自身遺傳學(xué)特性有關(guān)，其機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究。

3.2 鎂脅迫下不同品種檸檬光合生理的差異

鎂是葉綠體正常結(jié)構(gòu)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素［20］，因此缺鎂時(shí)植物葉綠素不能形成，葉片失綠致使光合作用無(wú)法進(jìn)行［21］。本研究認(rèn)為，不同檸檬品種葉片葉綠素、蒸騰速率和凈光合速率有顯著差異，隨著鎂水平的下降而下降，同一品種不同處理間差異顯著。缺鎂會(huì)顯著抑制光合作用能力及凈 CO2同化力，會(huì)直接影響 Rubisco （核酮糖-1，5－二磷酸羧化酶）的活性［22-24］。凌麗俐等［25］研究表明缺鎂降低了錦橙的光合作用，楊剛?cè)A［26］研究表明缺鎂處理顯著降低了各柑橘砧木的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度。本研究結(jié)果顯示，不同品種檸檬在相同的缺鎂處理下光合特性指標(biāo)下降的幅度不同，從小到大為:塔西提、云檸一號(hào)、費(fèi)米耐勞。下降幅度越小說(shuō)明該品種受鎂脅迫抑制越小。不同柑橘品種在缺鎂條件下光合能力變化不同，韓佳等［18］研究表明崇義野橘、紅橘具有較高的抗缺鎂能力，其凈光合速率和氣孔導(dǎo)度的變化較低，但是其光合代謝差異的機(jī)制有待研究。

3.3 鎂脅迫對(duì)不同品種檸檬鎂吸收的影響

柑橘葉片鎂素含量的適宜范圍為0.3%～0.7%，但不同相橘品種或品系存在差異［27］。韓佳等［18］、莊伊美［19］研究表明不同柑橘品種鎂吸收能力有所差異。不同柑橘品種、砧木品種對(duì)柑橘養(yǎng)分吸收存在差異［28-30］，不同砧穗組合的根系生理功能存在差異，對(duì)養(yǎng)分吸收及運(yùn)輸能力有強(qiáng)弱之別［18，31］。本研究結(jié)果看出，鎂脅迫時(shí)各品種檸檬的鎂含量都顯著降低，各品種在不同部位下降的幅度有所差異，云檸一號(hào)、費(fèi)米耐勞、塔西提分別在葉片、根、果實(shí)下降幅度較大，說(shuō)明不同品種各部位的鎂轉(zhuǎn)運(yùn)及吸收能力不同，鎂的轉(zhuǎn)運(yùn)是長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程，其吸收與利用要經(jīng)過(guò)木質(zhì)部和韌皮部的裝卸，不同品種不同器官間的鎂含量的差異與鎂運(yùn)輸有何聯(lián)系有待研究?？傮w看來(lái)鎂正常時(shí)，云檸一號(hào)的鎂含量顯著高于費(fèi)米耐勞和塔西提，說(shuō)明其維持正常生長(zhǎng)發(fā)育所需的鎂元素高于其他品種。鎂脅迫下云檸一號(hào)的減少幅度大于費(fèi)米耐勞和塔西提，說(shuō)明云檸一號(hào)抗缺鎂能力弱，在缺鎂條件下不能從外界吸收更多的鎂元素。而塔西提則不同，在低鎂環(huán)境下仍維持較高的鎂含量，說(shuō)明它能在鎂不足時(shí)吸收更多的鎂元素來(lái)維持正常生長(zhǎng)，具有較強(qiáng)的耐缺鎂特性。不同品種檸檬鎂吸收的差異與自身遺傳學(xué)特性有關(guān)，也可能是不同砧穗間的互作關(guān)系的差異引起的［32-33］，還可能是不同品種植株體生理代謝失調(diào)的差異導(dǎo)致體內(nèi)鎂轉(zhuǎn)運(yùn)體的差異［34-35］，其機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

鎂脅迫下，檸檬會(huì)在生長(zhǎng)及品質(zhì)上有所響應(yīng)，表現(xiàn)為植株生長(zhǎng)受到抑制，冠幅減小、總枝數(shù)和分枝級(jí)數(shù)減少；不同品種檸檬光合能力受到抑制，表現(xiàn)為葉綠素含量減少，蒸騰速率、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度下降；鎂脅迫下檸檬各部位的鎂含量都減少。但是不同品種受到的抑制有所差異，綜合來(lái)看，表現(xiàn)為塔西提最耐鎂缺乏，云檸一號(hào)、費(fèi)米耐勞不耐鎂缺乏。不同柑橘品種鎂代謝規(guī)律有較大差異，這是品種的本身屬性，由基因型決定的，生產(chǎn)中應(yīng)該根據(jù)品種的耐缺鎂特性的差異，進(jìn)行品種的區(qū)域布局，合理補(bǔ)充鎂肥，實(shí)現(xiàn)檸檬的高效優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。