鹽堿地不同葉色野生秋子梨葉片光合色素與礦質(zhì)養(yǎng)分含量分析

盧明艷，武春昊，王 強(qiáng)，閆興凱，劉明鶴，張茂君

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 a.果樹研究所；b.農(nóng)業(yè)部東北地區(qū)（吉林）果樹科學(xué)觀測試驗(yàn)站，吉林 公主嶺 136100）

果樹是缺鐵敏感類植物，梨樹又是缺鐵敏感類果樹之一，其最適的pH 值為5.6～7.2，在鹽堿土壤條件下，土壤的高滲透壓會(huì)影響根系對水的吸收，致使梨樹體內(nèi)礦質(zhì)營養(yǎng)平衡被破壞，使得植株生長衰退甚至死亡。目前，有關(guān)庫爾勒香梨和碭山酥梨黃化問題的研究報(bào)道較多。何天明等[1]對庫爾勒香梨黃化問題的研究結(jié)果表明，土壤中的pH 值高（平均為8.49）和有效鐵含量低（平均為12.2 mg/kg）是誘發(fā)香梨葉片缺鐵失綠的兩大因素；張朝紅等[2]對酥梨黃化問題的研究結(jié)果也表明，在pH 值高而有效鐵含量低的土壤條件下，高含量的HCO3-是引起梨樹缺鐵黃化的主要因素，降低土壤中HCO3-的含量是防治梨樹葉片黃化的關(guān)鍵措施；趙越等[3]研究認(rèn)為，庫爾勒香梨正常葉片中葉綠素的總含量約為黃化葉片的2 倍，且正常樹各器官的含水量均低于黃化樹各器官的含水量，但其差異并未達(dá)到顯著水平；香梨各器官的含水率與灰分率成反比；張朝紅等[4]對黃化酥梨葉片光合特性的研究結(jié)果表明，葉綠體各色素含量隨著葉片黃化均明顯下降，葉綠素a 與葉綠素b 的比值增大，葉綠素與類胡蘿卜素的比值卻減小；周蔥[5]對碭山酥梨黃化葉片的研究結(jié)果表明，其凈光合速率降低則其光能利用效率也降低。

砧木是果樹提高抗性和果實(shí)品質(zhì)的基礎(chǔ)，選育鐵高效基因型砧木是增強(qiáng)果樹耐缺鐵能力的重要途徑[6]。根據(jù)有關(guān)研究者對梨砧木在沙梨[7]、杜梨[8-10]、川梨[11]、木梨[12]缺鐵脅迫中生理響應(yīng)機(jī)制的研究報(bào)道，缺鐵黃化對砧木的生長發(fā)育、葉綠素的合成、根系中有機(jī)酸的分泌等方面都會(huì)產(chǎn)生影響。

野生秋子梨Pyrus ussuriensisMaxin.即山梨，其抗寒性強(qiáng)、抗旱、耐瘠薄，是我國寒冷地區(qū)梨栽培中選用的主要砧木。有關(guān)山梨[13]缺鐵生理響應(yīng)機(jī)制的研究結(jié)果表明，在缺鐵脅迫下，山梨根系中主要合成的是蘋果酸，這可能是山梨缺鐵敏感機(jī)制之一。而針對山梨的光合特性和礦質(zhì)養(yǎng)分的研究尚未見諸報(bào)道。為給梨樹抗寒耐鹽堿砧木的篩選和鹽堿地上梨樹栽培的科學(xué)施肥提供參考依據(jù)，本研究對種植在鹽堿地上葉色正常、半黃化和黃化的野生秋子梨植株葉片中光合色素和礦質(zhì)養(yǎng)分的含量進(jìn)行了測定和分析，現(xiàn)將研究結(jié)果分析報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地與試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于吉林省西部白城地區(qū)洮南市。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年降水量約為370 mm，年有效積溫約為3 000 ℃。試驗(yàn)地的土壤為淡黑鈣土，其pH 值為8.5，有機(jī)質(zhì)含量為0.91%，土壤中錳、銅、鋅的含量分別為393.3、10.9、34.4 mg/kg，其全鐵、鈣、鎂含量分別為1.49%、4.02%、0.43%。

試材為2012年定植的野生秋子梨實(shí)生植株，種植的株行距為1.5 m×3.0 m，常規(guī)管理。

試驗(yàn)分別于2018 和2019年的8月進(jìn)行。選擇葉色分別為綠色、半黃化和黃化的3 類植株作為試驗(yàn)樹，其葉片顏色如圖1所示。每種葉色的試驗(yàn)樹各選3 株，做好標(biāo)記。分別于2018 和2019年的8月在所選試驗(yàn)樹上按東、南、西、北4 個(gè)方位共采集葉片30 片，放入自封袋內(nèi)并置于冰瓶中。帶回實(shí)驗(yàn)室后，隨機(jī)分成兩份：一份用于光合色素的測定；另一份烘干粉碎后用于鐵、錳、鈣、銅、鋅和鎂等礦質(zhì)養(yǎng)分的測定。

圖1 3 種不同葉色野生秋子梨植株的葉色Fig.1 Three different leave colors of wild P.ussuriensis Maxin.

1.2 方 法

參照王學(xué)奎等[14]的方法測定光合色素的含量；采用ICP-MS 法[15]測定葉片中鐵、錳、鈣、銅、鋅和鎂等礦質(zhì)營養(yǎng)元素的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

分別采用Excel 和SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，采用Origin 2017 軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同葉色野生秋子梨植株葉片光合色素含量

2018 和2019年8月測定的3 類不同葉色野生秋子梨植株葉片的光合色素含量及相關(guān)參數(shù)見表1。表1顯示，正常葉色植株與不同黃化程度的野生秋子梨植株間葉片光合色素含量及相關(guān)參數(shù)的差異達(dá)到極顯著或顯著水平，2018 和2019年的葉綠素總量、葉綠素a 和葉綠素b 含量和類胡蘿卜素含量均表現(xiàn)為正常植株大于半黃化植株和黃化植株，正常葉色植株葉片光合色素的含量為黃化植株葉片含量的2～4 倍。隨著葉片黃化程度的加重，葉綠素a 與葉綠素b 的相對比值增大，而葉綠素與類胡蘿卜素的相對比值顯著減小。另外，無論正常葉色還是黃化葉片的野生秋子梨，同一類型年際間葉片光合色素含量及相關(guān)參數(shù)測定值也都存在差異，表明野生秋子梨植株個(gè)體的光合色素含量及相關(guān)參數(shù)均受到環(huán)境的影響。

表1 不同黃化程度葉片的光合色素及其相關(guān)參數(shù)的測定結(jié)果?Table 1 Photosynthetic pigment and related parameters of leaves with different etiolation

2.2 不同葉色野生秋子梨植株葉片礦質(zhì)養(yǎng)分含量

2018 和2019年8月測定的3 類不同葉色野生秋子梨植株葉片中礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量的測定結(jié)果如圖2所示。測定結(jié)果顯示，野生秋子梨植株的正常和黃化葉片中不同礦質(zhì)營養(yǎng)元素的含量變化存在顯著或極顯著差異，且其表現(xiàn)因礦質(zhì)元素種類及年際的不同而各異。

圖2 不同葉色野生秋子梨植株葉片礦質(zhì)養(yǎng)分含量Fig.2 Mineral nutrient content of wild P.ussuriensis Maxin.with different leave colors

參考《梨學(xué)》[16]可知，梨葉片中各種營養(yǎng)元素不同含量等級的參考值見表2。鐵元素在3 類不同葉色野生秋子梨植株葉片中的含量存在顯著或極顯著差異，且不同年際間其表現(xiàn)不同。對比其參考值可知，3 類植株葉片中的鐵含量均在其適宜范圍值之內(nèi)，其中，半黃化植株葉片中的鐵含量高于正常植株和黃化植株葉片中的鐵含量。

表2 梨葉片中礦質(zhì)營養(yǎng)元素不同含量等級的參考值Table 2 Reference value of different levels of mineral nutrient content in pear leaves

2018年錳元素在黃化和半黃化野生秋子梨植株葉片中的含量分別為230 和271 mg/kg，2019年其含量分別為210 與262 mg/kg，不僅極顯著高于正常植株，甚至遠(yuǎn)高于參考值中的過量值（＞220 mg/kg），且不同年際間其表現(xiàn)相同。

銅元素在3 類不同葉色野生秋子梨植株葉片中的含量存在極顯著差異，但不同年際間其表現(xiàn)沒有規(guī)律性。2018年黃化植株葉片中的銅含量最高，3 類植株葉片中的銅含量均低于其適宜范圍值的下限；而2019年正常植株葉片中的銅含量最高，3 類植株葉片中的銅含量均在其適宜范圍值之內(nèi)。

鋅元素在3 類不同葉色野生秋子梨植株葉片中的含量存在極顯著差異，不同年際間其表現(xiàn)相同。2018年3 類植株葉片中的鋅含量呈現(xiàn)出極顯著差異，且其含量值均低于適宜范圍值的下限；2019年正常植株葉片中的鋅含量最高，且其含量值在適宜范圍值之內(nèi)，而與黃化和半黃化植株葉片的差異極顯著，不同黃化程度的野生秋子梨植株葉片中的鋅含量仍均低于其適宜范圍值的下限。

3 類不同葉色野生秋子梨植株葉片中鈣元素的含量在不同年際間的表現(xiàn)不一致。2018年，其含量間無差異；2019年，其含量間呈極顯著差異，但均表現(xiàn)為正常葉色植株葉片中的鈣含量低于黃化植株葉片中的鈣含量。2018 和2019年3 類植株葉片中的鈣含量均高于其參考值的上限。

鎂元素在3 類不同葉色野生秋子梨植株葉片中的含量呈現(xiàn)極顯著差異，且不同年際間其表現(xiàn)一致。不同黃化程度植株與正常植株間葉片中鎂含量的差異極顯著，且不同黃化程度植株葉片中的鎂含量均達(dá)到甚至高于其適宜范圍值的上限，而正常葉色植株葉片中的鎂含量處于其適宜范圍值之內(nèi)。

2.3 不同葉色野生秋子梨植株葉片葉綠素與礦質(zhì)養(yǎng)分含量的相關(guān)性

2018 與2019年3 種葉色野生秋子梨植株葉片中葉綠素與各種礦質(zhì)養(yǎng)分含量間的相關(guān)系數(shù)分別見表3和4。表3和4 顯示：3 類不同葉色野生秋子梨植株葉片中的葉綠素與礦質(zhì)營養(yǎng)元素及不同礦質(zhì)營養(yǎng)元素間存在復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系，且其相關(guān)關(guān)系隨年際變化而改變。葉片葉綠素含量與錳、鈣和鎂元素含量間均呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與鋅元素含量間呈極顯著正相關(guān)，2018 與2019年的相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果一致；葉片葉綠素與鐵元素含量間呈負(fù)相關(guān)，但2018 與2019年其相關(guān)性的差異較大，2018年呈極顯著負(fù)相關(guān)，而2019年呈較低的負(fù)相關(guān)；葉片葉綠素與銅元素含量間的相關(guān)性，不同年際表現(xiàn)出的差異也較大，2018年呈負(fù)相關(guān)，而2019年呈極顯著正相關(guān)。

表3 2018年3 種葉色野生秋子梨植株葉片中葉綠素與礦質(zhì)養(yǎng)分間的相關(guān)性分析結(jié)果?Table 3 Correlation coefficient between chlorophyll and mineral nutrient content of wild P.ussuriensis Maxin.with three leaves colors in 2018

表4 2019年3 種葉色野生秋子梨植株葉片中葉綠素與礦質(zhì)養(yǎng)分間的相關(guān)性分析結(jié)果Table 3 Correlation coefficient between chlorophyll and mineral nutrient content of wild P.ussuriensis Maxin.with three leaves colors in 2019

鈣與鎂、錳與鎂、錳與鈣元素含量之間均呈極顯著正相關(guān)，而錳與鋅、鋅與鈣、鋅與鎂元素含量之間均呈極顯著負(fù)相關(guān)，2018 與2019年其相關(guān)性的表現(xiàn)穩(wěn)定。鐵與錳、鋅、鈣、鎂，銅與鎂、錳與銅元素含量之間在不同年際的相關(guān)性均一致，但其差異顯著性不同；另外，銅與鈣元素含量間的相關(guān)性在不同年際的表現(xiàn)并不一致，而其他元素含量間均無顯著的相關(guān)性。

3 結(jié)論與討論

絕大多數(shù)植物生長正常的葉片均呈綠色，但是，生長環(huán)境受到脅迫或栽培管理不科學(xué)等因素常常會(huì)導(dǎo)致葉片失綠黃化，出現(xiàn)生理性病害現(xiàn)象，鹽堿地上生長的果樹其表現(xiàn)尤為突出。葉片黃化是由葉綠素合成受阻、葉綠素分解的含量下降和光合色素組分失衡所致的。葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素等光合色素的含量變化與葉片黃化程度均密切相關(guān)。馮國華等[17]在對藍(lán)莓品種葉片失綠的研究中發(fā)現(xiàn)，重度黃化葉片的葉綠素a 和葉綠素b 含量均最低，他們認(rèn)為，葉片葉綠素a 和葉綠素b 含量的下降，是藍(lán)莓葉片黃化的主要原因之一。傅偉軍[18]在對桃樹葉片黃化的研究中也發(fā)現(xiàn)，隨著桃樹葉片由缺鐵而致的黃化程度的增加，葉綠素a、葉綠素b 和葉綠素總含量均下降，而葉綠素a 與葉綠素b 的比值卻上升。劉海星[19]在對不同黃化程度的香樟葉片的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著葉片黃化程度的加重，其葉綠素與類胡蘿卜素的相對比值隨之減小。本研究結(jié)果表明，與正常葉色野生秋子梨植株相比，隨著葉片黃化程度的加重，野生秋子梨植株葉片中葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素的含量均下降，而葉綠素a 與葉綠素b 的比值增加，葉綠素與類胡蘿卜素的比值卻下降。這一結(jié)果與張朝紅等[4]對碭山酥梨缺鐵黃化葉片光合特性的研究結(jié)果一致。

鐵、錳、鈣、鎂、銅、鋅等礦質(zhì)營養(yǎng)元素是植物生長所需要的微量元素，參與植物的光合作用和呼吸作用的電子傳遞、葉綠體合成等許多重要生理過程，其含量對葉綠體結(jié)構(gòu)及光合利用效率等都會(huì)產(chǎn)生影響。劉澤軍等[20]在解剖庫爾勒香梨黃化葉片結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)，生理性缺鐵會(huì)造成葉片厚度、細(xì)胞結(jié)構(gòu)的緊密度和葉綠體均小于正常葉片的。鎂過量或缺乏均能引起葉綠體結(jié)構(gòu)與功能的異常，進(jìn)而導(dǎo)致橘橙生長受到抑制及其外部形態(tài)的黃化[21]；缺鎂則不利于‘紅地球’葡萄葉片葉綠素b 的合成，不僅會(huì)導(dǎo)致其葉綠素a 與葉綠素b 的比值較高，還會(huì)使其葉綠體結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞[22]；劉凱等[23]對油桐的研究結(jié)果表明，低含量的鎂會(huì)使其光合效率降低，濃度適宜的鎂可以最大限度地提高油桐的光合效率。葉綠體對錳元素十分敏感，過量的錳會(huì)造成葉綠體蛋白的合成受阻，致使葉綠體結(jié)構(gòu)被破壞、葉綠素合成下降，葉綠素a、葉綠素b 的含量均顯著下降[24-27]。鋅是植物必需的元素之一，有關(guān)研究者在對蘋果的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，缺鋅會(huì)使葉片葉綠體光合色素各組分含量發(fā)生變化，同時(shí)會(huì)使其光合產(chǎn)物的積累減少，使其凈光合速率降低[28]。鈣對植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生理功能均有重要作用，作為植物體第二信使，鈣可以減輕花生、苜蓿等植物因鹽脅迫而致的傷害[29]；適量的鈣可以提高植物葉片中葉綠素和類胡蘿卜素的含量，提高光合效率，但鈣含量過高則會(huì)破壞葉綠體結(jié)構(gòu)、降低葉綠素a、葉綠素b 的含量，從而影響其光合作用[30]；對金絲小棗進(jìn)行鈣素噴施處理，在其葉片中的鈣含量得到提高的同時(shí)，葉片中氮、磷、硼的含量均相應(yīng)地提高，但其錳和鋅的含量均有所下降[31]。本研究經(jīng)過連續(xù)兩年的觀測發(fā)現(xiàn)，野生秋子梨黃化和半黃化植株葉片中鎂、鈣和錳元素的含量均高于正常植株葉片中的，且其含量均超過梨葉片營養(yǎng)元素含量適宜范圍值的上限。

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，葉片中的全鐵含量，正常葉色植株葉片低于黃化和半黃化植株葉片，而其葉綠素含量卻與之相反，正常葉色植株葉片高于黃化和半黃化植株葉片，說明全鐵含量不能作為野生秋子梨黃化病癥的診斷指標(biāo)，這與前人的研究結(jié)果一致。對不同葉色野生秋子梨植株葉片光合色素和礦質(zhì)養(yǎng)分元素間的相關(guān)性分析結(jié)果表明，葉綠素含量與鎂、鈣、錳這3 種元素的含量間均呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與鐵含量間呈負(fù)相關(guān)；且鎂、鈣、錳這3 種元素的含量均高于其適宜范圍值的上限，而鐵元素含量處于其正常范圍值內(nèi)。因此推測，野生秋子梨葉片黃化癥狀可能是由綜合營養(yǎng)失衡導(dǎo)致的，至于具體是哪種元素或哪幾種元素共同作用的結(jié)果，對此還需進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。