外源褪黑素對(duì)梨葉片及果實(shí)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的影響*

趙亮亮，趙德英，閆 帥，胡 清，徐 鍇，張少瑜，侯桂學(xué)，李 鑫

（1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物種質(zhì)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧省落葉果樹(shù)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)與肥料高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧興城125100）（2 諸城市綜合行政執(zhí)法大隊(duì)）

梨是我國(guó)第三大水果，在果農(nóng)脫貧致富和鄉(xiāng)村全面振興中發(fā)揮著重要作用。玉露香梨是庫(kù)爾勒香梨與雪花梨雜交育成的優(yōu)質(zhì)中熟梨新品種，其果實(shí)肉質(zhì)鮮嫩、香甜多汁、營(yíng)養(yǎng)豐富、皮薄核小，優(yōu)良的品質(zhì)受到了消費(fèi)者的廣泛好評(píng)[1]。

隨著人們生活水平的提高，對(duì)高品質(zhì)梨果的需求持續(xù)增長(zhǎng)。礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)是果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育、果實(shí)產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)[2]，按照果樹(shù)需求量的大小可劃分成常量元素和微量元素，其中常量元素包括氮（N）、磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）和鎂（Mg），微量元素包括硼（B）、銅（Cu）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）和鉬（Mo）。各種礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的含量和相互作用對(duì)果實(shí)的糖[3]、酸[4]、維生素C[5]等含量以及果實(shí)大小、硬度、著色度和貯藏能力[6]均產(chǎn)生影響，所以通過(guò)技術(shù)手段調(diào)控梨樹(shù)的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)分配及含量對(duì)梨果實(shí)品質(zhì)和效益的提升具有重要的積極作用。

化學(xué)調(diào)控技術(shù)是通過(guò)應(yīng)用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)改變植物內(nèi)源激素系統(tǒng)，調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育，使其朝著人們預(yù)期的方向和程度發(fā)生變化的技術(shù)[7]。該技術(shù)具有收效快、用量少、安全、操作簡(jiǎn)便、便于推廣等優(yōu)點(diǎn)?；瘜W(xué)調(diào)控在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上能夠取代很多傳統(tǒng)的栽培管理措施，簡(jiǎn)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)步驟，將成為未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)之一。而植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是化學(xué)調(diào)控技術(shù)實(shí)行的根基。褪黑素（Melatonin，N-乙?；?5-甲氧基色胺）作為一種新興的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，是一種由色氨酸為基質(zhì)合成的吲哚類物質(zhì)，作為多效性因子在植物中具有多種生物學(xué)功能，參與光合作用[8]、種子萌發(fā)[9]、果實(shí)膨大[10]、根系發(fā)育[11]以及滲透調(diào)節(jié)[12]等生理過(guò)程，同時(shí)對(duì)植物抵御環(huán)境脅迫[13]具有重要作用。目前已有研究證明褪黑素能夠調(diào)控植物中的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量及分配，Zhang 等[14]對(duì)褪黑素預(yù)處理的黃瓜幼苗進(jìn)行了礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)測(cè)定分析，研究發(fā)現(xiàn)雖然過(guò)量的硝酸鹽導(dǎo)致氮和鉀的濃度增加，以及磷和鎂的水平下降，但外源褪黑素具有相反的效果，能夠改善鹽脅迫中植物的生長(zhǎng)。高青海等[15]研究表明，噴施外源褪黑素可以顯著降低鹽脅迫下甜瓜根系和葉片中Cl-、Na+含量，提高K+、Mg2+、Ca2+含量。Roy 等[16]對(duì)處于干旱脅迫條件下的紫花苜蓿進(jìn)行了葉面噴施褪黑素處理，結(jié)果表明，外源褪黑素處理增加了干旱脅迫下紫花苜蓿的N、P、K、Ca 含量。

目前大部分研究集中在褪黑素對(duì)逆境脅迫下植物的影響，關(guān)于褪黑素對(duì)梨果實(shí)發(fā)育過(guò)程中葉片和果實(shí)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)影響的報(bào)道較少。因此，本試驗(yàn)在露地條件下，對(duì)玉露香梨樹(shù)進(jìn)行葉面噴施褪黑素處理，分析不同時(shí)期梨樹(shù)葉片和果實(shí)的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量的差異顯著性，以明確外源褪黑素處理對(duì)梨葉片和果實(shí)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的影響，為果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提升提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021 年在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所梨栽培示范基地進(jìn)行。以8 年生玉露香梨為試材，選取生長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量相近的梨樹(shù)，每5 株為1 個(gè)處理，單株重復(fù)，進(jìn)行混合取樣。試驗(yàn)共設(shè)置3 個(gè)處理：噴施100 μmol/L 褪黑素（T1）、噴施200 μmol/L 褪黑素（T2），以噴施清水為對(duì)照（CK）。上述各處理所用溶液均以去離子水為溶劑，加入等量的乙醇（0.1%）和吐溫80（0.1%）。噴施時(shí)間為盛花后40、55、70 d，在盛花后50、65、80、95、110、125、140 d 進(jìn)行采樣，共計(jì)7 次。采樣時(shí)，在每株樹(shù)東、西、南、北4 個(gè)方位樹(shù)冠外圍隨機(jī)采集無(wú)病蟲(chóng)害、果面潔凈的果實(shí)4～5 個(gè)，葉片8～10 片，置于冷藏箱中備用。

1.2 測(cè)定方法

將果實(shí)和葉片洗凈后，果實(shí)切片，葉片剪碎，105 ℃殺青0.5 h，75 ℃烘干至恒重，粉碎后過(guò)80目篩，保存至自封袋中待測(cè)。取0.15 g 樣品加入5 mL硫酸和少量去離子水過(guò)夜，逐次滴加H2O2，用消煮爐在220 ℃下消煮至澄清透明，過(guò)濾至50 mL 離心管中，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（iCAP 6200，英國(guó)賽默飛世爾科技公司）測(cè)定P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn 元素含量。N 含量采用凱氏定氮儀測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法與分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用WPS Office 軟件進(jìn)行處理和分析，采用SPSS 數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源褪黑素處理對(duì)葉片和果實(shí)中常量元素含量的影響

由表1 可以看出，T1 處理葉片N 含量在盛花后50、125 d 均顯著高于CK，其他時(shí)期葉片N 含量與CK 差異均不顯著，在盛花后65 d，葉片N 含量達(dá)到最高，較CK 提高了6.2%；T1 處理果實(shí)N 含量除盛花后125、140 d 外，其他時(shí)期均顯著高于CK，在盛花后50 d，果實(shí)中的N 含量達(dá)到最高，較CK 提高了24.4%。T2 處理的N 含量也呈相似的增加趨勢(shì)。綜上所述，褪黑素處理明顯提高了梨葉片和果實(shí)的N 含量，其中100 μmol/L 褪黑素處理效果更好。

表1 褪黑素處理對(duì)梨葉片和果實(shí)中N 含量的影響 g/kg

由表2 可以看出，與CK 相比，在整個(gè)果實(shí)發(fā)育期間，T1 處理和T2 處理的葉片和果實(shí)中的P 含量均呈現(xiàn)波浪式升高和降低的趨勢(shì)，沒(méi)有顯著性和規(guī)律性的變化。在盛花后140 d，T1 處理葉片和果實(shí)中的P 含量均顯著低于CK，分別較CK 降低了22.6%和26.3%，T2 處理葉片和果實(shí)中的P 含量與CK 差異均不顯著。綜上所述，100 μmol/L 褪黑素處理顯著降低了梨果實(shí)成熟期葉片和果實(shí)中的P 含量。

表2 褪黑素處理對(duì)梨葉片和果實(shí)中P 含量的影響 g/kg

由表3 可以看出，T1 處理和T2 處理的葉片K含量在盛花后50、65、80、95、110 d 均低于CK，在盛花后110 d，T1 處理和T2 處理的葉片K 含量分別較CK 顯著降低了7.8%和14.8%。在除盛花后65 d 外的其他時(shí)期，T1 處理和T2 處理的果實(shí)K含量均低于CK，在盛花后140 d 分別為9.04、9.58 g/kg，與CK 相比，分別顯著降低了25.0%和20.5%。綜上所述，褪黑素處理明顯降低了梨葉片和果實(shí)中的K 含量。

表3 褪黑素處理對(duì)梨葉片和果實(shí)中K 含量的影響 g/kg

由表4 可知，在盛花后50、80、95、125 d，T1、T2 處理葉片和果實(shí)中的Ca 含量與CK 差異均不顯著。在盛花后65 d，T1 處理的葉片和果實(shí)Ca含量與CK 差異不顯著，而T2 處理的果實(shí)Ca 含量顯著高于CK，提高了109.7%。在盛花后110、140 d，T2 處理的葉片Ca 含量均顯著高于CK，分別提高了56.4%、15.7%?？梢?jiàn)，200 μmol/L 褪黑素處理明顯提高了盛花后110 d 后梨葉片Ca 含量。

表4 褪黑素處理對(duì)梨葉片和果實(shí)中Ca 含量的影響 g/kg

由表5 可以看出，T1 處理和T2 處理的葉片Mg含量在各時(shí)期均高于CK，在盛花后65 d，T1 處理達(dá)到最高，為4.43 g/kg，與CK 差異顯著，較CK提高了58.2%；在盛花后110 d，T2 處理的葉片Mg含量達(dá)到3.53 g/kg，顯著高于CK，較CK 提高了41.2%。除盛花后50 d 和盛花后140 d 外，其他時(shí)期T1 處理的果實(shí)Mg 含量均高于CK，并在盛花后80 d 達(dá)到最高，為2.10 g/kg，與CK 差異顯著，較CK 提高了110.0%。除盛花后50、110、140 d 外，其他時(shí)期T2 處理的果實(shí)Mg 含量均高于CK，在盛花后65 d 達(dá)到最高，為1.87 g/kg，較CK 提高了87.0%。綜上所述，褪黑素處理明顯提高了梨葉片和果實(shí)的Mg 含量，其中100 μmol/L 褪黑素處理效果更好。

表5 褪黑素處理對(duì)梨葉片和果實(shí)中Mg 含量的影響 g/kg

2.2 外源褪黑素處理對(duì)葉片和果實(shí)中微量元素含量的影響

由表6 可知，在盛花后50、65、80、95 d，T2處理的葉片B 含量均顯著低于CK，在盛花后110 d和盛花后125 d 與CK 差異不顯著，但在盛花后140 d 反而顯著高于CK，T1 處理也有相似的變化趨勢(shì)。T1 處理的果實(shí)B 含量在各時(shí)期均高于CK，在盛花后80 d 達(dá)到最高，為14.5 mg/kg，較CK 顯著提高了101.4%。綜上所述，100 μmol/L 褪黑素處理明顯提高了梨果實(shí)中的B 含量。

表6 褪黑素處理對(duì)梨葉片和果實(shí)中B 含量的影響 mg/kg

由表7 可以看出，T1 處理的葉片Cu 含量在各個(gè)時(shí)期均高于CK，在盛花后125 d 達(dá)到最高，為8.7 mg/kg，較CK 顯著提高了17.6%，T2 處理表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)。在果實(shí)Cu 含量上，T1 處理和T2 處理在盛花后110 d 之前均高于CK；在盛花后80 d，T1 處理和T2 處理分別較CK 提高了83.1%和98.3%。綜上所述，褪黑素處理明顯提高了梨葉片和果實(shí)的Cu 含量。

表7 褪黑素處理對(duì)梨葉片和果實(shí)中Cu 含量的影響 mg/kg

由表8 可以看出，T1 處理和T2 處理的葉片F(xiàn)e含量在除盛花后125 d 外的其他時(shí)期均低于CK，在盛花后140 d，T1 處理和T2 處理與CK 差異顯著，分別為253.1、226.4 mg/kg，分別較CK 降低了37.7%和44.3%。對(duì)于果實(shí)Fe 含量，T1 處理在各個(gè)時(shí)期均低于CK，T2 處理在除盛花后95 d 的其他時(shí)期也均低于CK，在盛花后80 d，T1、T2 處理與CK 差異顯著，分別比CK 降低了31.8%和39.7%。綜上所述，褪黑素處理明顯降低了梨葉片和果實(shí)中的Fe含量。

表8 褪黑素處理對(duì)梨葉片和果實(shí)中Fe 含量的影響 mg/kg

由表9 可知，T1 處理的葉片Mn 含量在除盛花后140 d 外的其他時(shí)期均顯著低于CK，T2 處理在除盛花后50 d 和盛花后125 d 外的其他時(shí)期葉片中Mn 含量也均顯著低于CK，在盛花后110 d，T1、T2 處理分別較CK 降低了7.8%、14.6%。對(duì)于果實(shí)Mn 含量，T1、T2 處理在盛花后65 d 之后均低于CK，但差異均不顯著。綜上所述，褪黑素處理明顯降低了梨葉片和果實(shí)中的Mn 含量。

由表10 可知，與CK 相比，在整個(gè)果實(shí)發(fā)育期間，T1 處理和T2 處理的葉片和果實(shí)中的Zn 含量均呈現(xiàn)波浪式升高和降低的趨勢(shì)，沒(méi)有顯著性和規(guī)律性的變化。

表10 褪黑素處理對(duì)梨葉片和果實(shí)中Zn 含量的影響 mg/kg

3 討論

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑能夠影響植物的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀況，進(jìn)而調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育。一些植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑能夠調(diào)控逆境中植物的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量及分配。Al-Harthi 等[17]研究表明，用赤霉素（GA）和茉莉酸（JA）處理西葫蘆種子，提高了其幼苗的K+、Mg2+含量及K+/Na+比率，緩解了鹽分脅迫造成的危害。San-Francisco 等[18]對(duì)脅迫條件下生長(zhǎng)的辣椒進(jìn)行了生長(zhǎng)素（AX）處理，結(jié)果表明，生長(zhǎng)素降低了其葉片K 含量，增加了Ca 含量。目前已有植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)調(diào)控機(jī)理的相關(guān)研究，Séguéla 等[19]研究表明，細(xì)胞分裂素（CK）抑制編碼鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（IRT1）和鐵還原酶（FRO2）的擬南芥基因的表達(dá)，從而影響擬南芥中Fe 含量狀況。同時(shí)相關(guān)研究表明，AX 和CK 能夠在控制根系對(duì)N 的獲取方面發(fā)揮直接作用[20]。

褪黑素能夠影響植物的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀況，進(jìn)而調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育。Liang 等[21]對(duì)重度干旱脅迫下的蘋(píng)果植株長(zhǎng)期進(jìn)行外源褪黑素施用處理，發(fā)現(xiàn)褪黑素提高了植株中的N 含量，并表明100 μmol/L 褪黑素對(duì)促進(jìn)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收具有更顯著的作用。本試驗(yàn)也有相似的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)褪黑素處理提高了梨葉片和果實(shí)中的N 含量，并且100 μmol/L 褪黑素處理效果更好。N 可以提高葉片中葉綠素的含量和光合作用效率，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)的形成[22]。因此，人們對(duì)提高果樹(shù)葉片中N 含量的方法極為關(guān)注。施氮肥是常用的增氮手段，但是有報(bào)道稱土壤中可用的高N 含量并不能導(dǎo)致梨樹(shù)對(duì)N 吸收的增加，也不能增加葉片中的N 濃度[23]，這也就表明了土壤施氮肥的局限性，而噴施外源褪黑素可以作為提高梨樹(shù)N 含量的有效措施。在葡萄的相關(guān)研究中，Xia 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素處理增加了夏黑葡萄果實(shí)中N、K、Cu、Fe 和Zn 的濃度，其中100 μmol/L 濃度的褪黑素效果更好。本試驗(yàn)中褪黑素處理的梨葉片和果實(shí)中的N、Cu 含量也呈現(xiàn)出相似變化，但褪黑素處理降低了梨葉片和果實(shí)中的K、Fe、Mn 含量，同時(shí)本試驗(yàn)并未發(fā)現(xiàn)褪黑素處理對(duì)梨葉片和果實(shí)中的Zn 含量有影響，這可能是樹(shù)種不同導(dǎo)致。本試驗(yàn)中褪黑素處理還提高了梨葉片和果實(shí)中的Mg 含量，Zhang 等[14]認(rèn)為Mg 是植物葉綠素合成的關(guān)鍵成分，與光合作用緊密相關(guān)，褪黑素可以通過(guò)上調(diào)Mg 的積累，減緩葉綠素的降解，促進(jìn)植物在逆境環(huán)境下的生長(zhǎng)。研究認(rèn)為梨樹(shù)對(duì)B 要求很高，B 缺乏會(huì)導(dǎo)致坐果和產(chǎn)量減少，以及果實(shí)小、畸形、開(kāi)裂和木栓化等問(wèn)題[25]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)噴施外源褪黑素能夠增加梨果實(shí)中的B 含量，這將對(duì)果實(shí)的品質(zhì)產(chǎn)生重大影響。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)對(duì)玉露香梨進(jìn)行葉面噴施褪黑素處理，分析了不同時(shí)期梨樹(shù)葉片和果實(shí)的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量的差異顯著性，發(fā)現(xiàn)褪黑素能夠提高梨樹(shù)整個(gè)果實(shí)發(fā)育過(guò)程中葉片的N、Mg、Cu 含量和果實(shí)的N、Mg、Cu、B 含量，降低葉片和果實(shí)中的K、Fe、Mn含量。綜合經(jīng)濟(jì)效益等因素，100 μmol/L 褪黑素處理能夠更好地調(diào)控梨樹(shù)的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)。因此，可以通過(guò)噴施適宜濃度的外源褪黑素來(lái)調(diào)控梨樹(shù)葉片和果實(shí)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的分配及含量，從而為提高果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提供新途徑。