不同品種油茶葉片磷組分及果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀對(duì)磷素的響應(yīng)

馬麗麗，張綠水，蘭龍焱，張 強(qiáng)，文 潔，吳若鴻，袁生貴，胡明文，郭曉敏，張文元*

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 江西省森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045；2.甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 林業(yè)工程學(xué)院，甘肅 天水 741000；3.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330045）

【研究意義】油茶（Camellia oleiferaAbel）為山茶科山茶屬常綠小喬木或灌木，廣泛分布于我國(guó)南方紅壤地區(qū)，其中以湖南、江西、廣西三地面積最大[1]。油茶是我國(guó)重要的木本油料樹(shù)種，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值，與油橄欖、油棕、椰子并稱(chēng)為世界四大木本油料植物[2]。江西省推廣種植的油茶優(yōu)良無(wú)性系主要有：長(zhǎng)林系列、贛無(wú)系列、贛系列與贛州油等[3-7]。選育出的優(yōu)良無(wú)性系的推廣不僅提高了油茶產(chǎn)量，促進(jìn)了油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且對(duì)鄉(xiāng)村振興和扶貧攻堅(jiān)具有重要意義[8-9]。【前人研究進(jìn)展】磷是植物必需的大量元素之一，在生物遺傳信息和能量傳遞中起著極其重要的作用。對(duì)于生長(zhǎng)在酸性土壤中的植物來(lái)說(shuō)，受到酸性土壤理化性質(zhì)的限制，植物要吸收到足夠的磷十分不容易，因此這些植物進(jìn)化出適應(yīng)酸性土壤低磷環(huán)境的生理生化特征[10-14]。葉片磷組分與植物的生活史策略密切相關(guān)，因?yàn)樗鼈冊(cè)诠δ苌吓c生長(zhǎng)繁殖和耐受脅迫的程度有關(guān)，存在磷限制時(shí)，植物會(huì)通過(guò)優(yōu)化葉片中磷組分的分配來(lái)維持其生產(chǎn)力和生長(zhǎng)，并減少對(duì)磷的需求以適應(yīng)磷貧瘠的土壤[15-17]。在紅壤中磷肥的利用率僅為10%左右，我國(guó)油茶林地土壤磷含量為0.06%～0.13%，而有效磷僅為1.75～54.88 mg/kg，且不同林地的磷含量差異很大，難以滿足植物生長(zhǎng)需求，磷成為南方紅壤地區(qū)的養(yǎng)分限制因子。為滿足油茶生長(zhǎng)需求，生產(chǎn)上投入大量的磷肥，造成了磷素的浪費(fèi)和水體富營(yíng)養(yǎng)化。因此，對(duì)油茶林精準(zhǔn)施肥以及篩選出耐低磷且產(chǎn)量高的油茶品種尤其重要，有關(guān)學(xué)者對(duì)油茶及磷素的研究多集中在施磷肥對(duì)油茶各個(gè)器官養(yǎng)分及產(chǎn)量的影響[18-20]，【本研究切入點(diǎn)】葉片磷組分與植物的生活史策略密切相關(guān)，在一定程度上能反映出脅迫耐受程度，但對(duì)有關(guān)油茶葉片磷組分的研究目前較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】因此，在生產(chǎn)中，篩選比較耐低磷的油茶品種是提高油茶產(chǎn)量的關(guān)鍵所在。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)樣地位于江西省林木育種中心油茶基地，其中油茶良種基因庫(kù)占地17.13 hm2，油茶林種植密度為2 m×3 m。年平均氣溫17.4 ℃，年平均降水量1 300～1 600 mm，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，土壤類(lèi)型為紅壤，緩坡地，是油茶的適生區(qū)。樣地土壤pH值為5.29，有機(jī)碳含量為22.99 g/kg，全氮含量為1.79 g/kg，全磷含量為1.14 g/kg，全鉀含量為3.91 g/kg，有效磷含量為1.59 mg/kg，速效鉀含量為85.57 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)以8年生長(zhǎng)林23、長(zhǎng)林55、贛無(wú)2、贛無(wú)12 為研究對(duì)象，采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，供試肥料為含N量為46%的尿素，含K2O量為60%的氯化鉀，含P2O5量58%的磷酸二氫鈉。

單株施氮150 g，施鉀200 g，每個(gè)處理氮鉀肥添加按照同一水平，磷肥單株年施用量設(shè)置P0（0 g）、P1（34.55 g）、P2（69.11 g）和P3（103.66 g）4 個(gè)處理，進(jìn)行3 次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)3 株。將設(shè)置好的氮磷鉀肥溶于3 L 水，混合均勻后撒施在每株樹(shù)樹(shù)冠投影范圍內(nèi)的土壤上。在2019年10月進(jìn)行第1次施肥，2020年5月補(bǔ)施1次。

1.2.2 樣品采集與處理 在果實(shí)成熟期（霜降前后）取樣，葉片取當(dāng)年生枝上第3～4 片葉，每株樹(shù)分4 個(gè)方向各取2 片，每處理取36 片左右。將取回的新鮮葉片帶回實(shí)驗(yàn)室置于105 ℃條件下殺青15 min 后于65 ℃下烘干至恒重，用粉碎機(jī)粉碎，過(guò)篩，測(cè)定磷組分。

對(duì)每個(gè)試驗(yàn)單株果實(shí)進(jìn)行采摘，單獨(dú)裝袋并用電子稱(chēng)稱(chēng)量，以每處理單株平均值作為該處理的單株產(chǎn)量。油茶果實(shí)采摘回來(lái)后，置于110 ℃的烘箱中烘干，將果殼和籽仁分開(kāi)，用電子稱(chēng)稱(chēng)得果殼和干籽重，計(jì)算干出籽率。然后將干籽剝殼，取出種仁，計(jì)算干出仁率。

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定與方法 葉片磷分級(jí)[21-22]：采用三氯乙酸連續(xù)浸提法。第一步，稱(chēng)取研磨后干燥的樣品0.4 g于50 mL離心管中，用25 mL 0.3 mol/L冷TCA浸提1 h（在4 ℃冰箱中操作，期間每10 min搖晃1次），離心后取上清液，一部分用于無(wú)機(jī)磷組分的測(cè)定，另一部分吸取部分濾液進(jìn)行蒸發(fā)干燥后，在360 ℃下用H2SO4-H2O2消煮，用于測(cè)定糖磷組分。第二步，將第一步所剩余的殘?jiān)?5 mL 0.15 mol/L 的熱TCA 浸提1 h（在90 ℃水浴鍋中浸提1 h，期間每10 min 搖晃1 次），吸取部分濾液蒸發(fā)干燥后，在360 ℃下用H2SO4-H2O2消煮，用于測(cè)定核酸磷組分，后續(xù)的測(cè)定方法同全磷方法[33]。殘余磷組分為葉片全磷含量與各磷組分的差值。

種仁含油率測(cè)定：將種仁烘干粉碎后，稱(chēng)取大約20 g 于特定試管中，利用核磁共振含油量測(cè)定儀搜索頻率，用純油設(shè)定高標(biāo)，空白設(shè)定低標(biāo)，測(cè)定樣品含油率并記錄結(jié)果。

其中涉及公式有：

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel 2010整理數(shù)據(jù)，用SPSS 22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷添加對(duì)不同品種油茶葉片磷組分的影響

在果實(shí)成熟期，磷添加對(duì)4 個(gè)品種油茶的葉片磷組分有顯著影響，且不同品種之間有顯著差異（P＜0.05），見(jiàn)表1。P0處理下長(zhǎng)林23的無(wú)機(jī)磷含量顯著高于其他處理，長(zhǎng)林55與贛無(wú)12的無(wú)機(jī)磷含量隨磷水平升高呈現(xiàn)先上升后下降的規(guī)律，而磷添加對(duì)贛無(wú)2 的無(wú)機(jī)磷含量無(wú)顯著影響。長(zhǎng)林23 的糖磷含量隨磷素水平的升高呈現(xiàn)“V”型變化，贛無(wú)2的糖磷含量在P3處理下最高，顯著高于P0和P2處理，但磷添加對(duì)長(zhǎng)林55和贛無(wú)12的糖磷含量無(wú)顯著影響。磷添加對(duì)長(zhǎng)林23、長(zhǎng)林55和贛無(wú)2的葉片核酸磷無(wú)顯著影響，但贛無(wú)12的核酸磷含量隨磷素水平的升高呈現(xiàn)先上升后下降的規(guī)律。長(zhǎng)林23的殘余磷含量隨磷素水平的升高呈現(xiàn)先上升后下降的規(guī)律，P3處理下贛無(wú)12的殘余磷含量顯著高于P0和P2處理，而磷添加對(duì)長(zhǎng)林55與贛無(wú)2的殘余磷含量無(wú)顯著影響。總體來(lái)說(shuō)，磷添加會(huì)促進(jìn)葉片中無(wú)機(jī)磷和糖磷的累積，但對(duì)核酸磷的影響較小。

表1 磷添加對(duì)不同品種油茶葉片磷組分的影響Tab.1 Effect of P addition on foliar phosphorus fraction of different varieties of C. oleifera

不同品種之間比較，P0 處理下，長(zhǎng)林23 的無(wú)機(jī)磷顯著高于長(zhǎng)林55、贛無(wú)2 和贛無(wú)12，但添加磷素之后，贛無(wú)12的無(wú)機(jī)磷含量顯著高于其他3個(gè)品種，贛無(wú)2的糖磷含量顯著高于其他3個(gè)品種，而長(zhǎng)林23的糖磷含量最低。P0和P1處理下，4個(gè)品種的核酸磷含量無(wú)顯著差異；在P2處理下，贛無(wú)12的核酸磷含量顯著高于長(zhǎng)林55和贛無(wú)2，與長(zhǎng)林23之間無(wú)顯著差異；P3處理下，贛無(wú)2的核酸磷含量顯著高于贛無(wú)12，與長(zhǎng)林55、長(zhǎng)林23 之間無(wú)顯著差異。P0 處理下，長(zhǎng)林55 和贛無(wú)2 顯著高于長(zhǎng)林23 和贛無(wú)12，P1、P2 和P3 處理下，長(zhǎng)林23 的殘余磷含量顯著高于其他3 個(gè)品種。該結(jié)果說(shuō)明不同品種油茶的葉片磷組分的分配不同。

2.2 對(duì)油茶果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀的影響

磷添加對(duì)不同品種油茶果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀有顯著影響（表2）。P0、P3 處理下長(zhǎng)林23 的干出籽率與單株產(chǎn)量顯著高于P1 和P2 處理，而P3 處理的干出仁率、種仁含油率、鮮果含油率和單株含油量顯著高于其他處理。P1 處理下長(zhǎng)林55 干出籽率、干出仁率、種仁含油率、鮮果含油率、單株產(chǎn)量與單株含油量顯著高于P0、P2、P3處理。P2處理下贛無(wú)2的干出籽率顯著高于其他處理，單株產(chǎn)量和單株含油量在P3處理時(shí)最高，與P2處理之間不存在顯著差異，但顯著高于P0和P1處理。P2處理下贛無(wú)12的干出籽率、干出仁率、種仁含油率、鮮果含油率最高，磷添加對(duì)贛無(wú)12的單株產(chǎn)量無(wú)顯著影響，P3處理下的單株含油量最高。不同品種的產(chǎn)量與單株含油量之間比較，由高到低的品種依次為贛無(wú)2，長(zhǎng)林55，長(zhǎng)林23，贛無(wú)12。

表2 磷添加對(duì)油茶果經(jīng)濟(jì)性狀的影響Tab.2 Effects of P addition on economic characters of C. oleifera fruit

2.3 不同品種油茶適宜磷水平的篩選

本研究采用主成分分析的方法對(duì)4 個(gè)品種的果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)（干出籽率、干出仁率、種仁含油率、鮮果含油率、單株產(chǎn)量、單株含油量）進(jìn)行主成分分析，計(jì)算出特征值的方差貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率，按照特征值大于1 的原則提取了3 個(gè)主成分，主成分分析的結(jié)果如表3 所示。3 個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率分別為43.054%，31.438%，17.308%，3 個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為91.800%，基本包含了所測(cè)指標(biāo)的全部信息。

表3 4個(gè)油茶品種果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)主成分分析Tab.3 Principal component analysis of fruit economic characters of 4 C. oleifera varieties

4 個(gè)油茶品種果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)3 個(gè)主成分的因子載荷矩陣見(jiàn)表4。由表可知，第1 主成分中干出籽率、單株含油量、單株產(chǎn)量、鮮果含油率具有較高的載荷值，第2主成分中干出仁率具有較高的載荷值，第3主成分中種仁含油率具有較高的載荷值。

表4 4個(gè)油茶品種果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)主成分的因子載荷矩陣Tab. 4 Factor load matrix of principal components of fruit economic characters of 4 C. oleifera varieties

根據(jù)表4計(jì)算出3個(gè)主成分公式：

將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到主成分公式：

z=0.43y1+31y2+0.17y3，（z為綜合主成分的得分，y1為第一主成分得分，y2為第二主成分得分，y3為第三主成分得分。）

基于主成分分析對(duì)不同品種油茶耐低磷能力的綜合評(píng)價(jià)見(jiàn)表5，長(zhǎng)林23與贛無(wú)2的整體排序優(yōu)于長(zhǎng)林55 和贛無(wú)12。長(zhǎng)林23 在P3 處理下綜合得分最高，長(zhǎng)林55 在P1 處理下綜合得分最高，贛無(wú)2 在P0 處理下綜合得分最高，贛無(wú)12在P2處理下綜合得分最高。

表5 4 個(gè)油茶品種果實(shí)性狀指標(biāo)各主成分和綜合評(píng)價(jià)得分Tab.5 Principal components and comprehensive evaluation scores of fruit character indexes of 4 C. oleifera varieties

2.4 不同品種油茶葉片及磷組分含量與果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)之間的相關(guān)性分析

對(duì)4個(gè)品種油茶葉片磷組分含量與果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)的相關(guān)性分析如下（表6），長(zhǎng)林23的無(wú)機(jī)磷含量與干出籽率有顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）；糖磷含量與干出籽率、種仁含油率、鮮果含油率、單株含油量有極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與單株產(chǎn)量有顯著的正相關(guān)關(guān)系。核酸磷含量與果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)之間無(wú)相關(guān)性；殘余磷含量與干出籽率、種仁含油率、鮮果含油率有極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。長(zhǎng)林55的葉片磷組分含量與果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)間無(wú)相關(guān)性。贛無(wú)2的無(wú)機(jī)磷含量、核酸磷含量與果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)間無(wú)相關(guān)性；糖磷與鮮果含油率有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；殘余磷與單株產(chǎn)量和單株含油量有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。贛無(wú)12的核酸磷含量與種仁含油率有顯著的正相關(guān)關(guān)系。

表6 4個(gè)品種油茶葉片磷組分含量與果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)之間的相關(guān)性分析Tab. 6 Correlation analysis between the contents of leaf and phosphorus components and the indexes of fruit economic characters of 4 C. oleifera varieties

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

磷是植物生長(zhǎng)非常重要的元素之一，缺磷時(shí)，植物會(huì)表現(xiàn)出相應(yīng)的癥狀，在長(zhǎng)期的適應(yīng)與進(jìn)化過(guò)程中，植物形成了不同的磷吸收策略[24]。不同的植物具有不同的磷吸收和利用策略，物種間的差異最終帶來(lái)植物磷組分分配的差異。本研究中，4 個(gè)品種油茶的磷組分之間存在顯著差異，這與嚴(yán)理[25]對(duì)中國(guó)南亞熱帶造林樹(shù)種葉片磷組分特征及分配模式的研究一致。磷添加對(duì)磷組分的含量均有影響，4個(gè)品種磷組分的變化規(guī)律也不一樣，適宜的磷添加會(huì)促進(jìn)葉片中無(wú)機(jī)磷和糖磷的累積，提高殘余磷的含量，但對(duì)核酸磷的影響較小。研究表明，當(dāng)植物面臨的養(yǎng)分限制更嚴(yán)重時(shí)，會(huì)具有更高的回收率[26]。植物葉片中的無(wú)機(jī)磷被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)磷限制的重要磷庫(kù)，在低磷脅迫下，磷高效植株通過(guò)提高下部葉酸性磷酸酶活性加強(qiáng)酯磷和核酸態(tài)磷的分解，分解的磷被上部新生葉片再利用，以提高后期磷素的再利用能力[17,27]。Wieneke 等[28]的研究表明，低磷脅迫下，高粱磷高效品種葉片中（三氯乙酸TCA）可溶性磷含量迅速下降，在該組分完全耗盡前，TCA 不溶性磷組分也顯著降低，根中總磷含量基本保持不變，不溶性組分有明顯的變化。本研究中，磷添加對(duì)4 個(gè)油茶品種的磷組分含量有影響，但磷添加對(duì)長(zhǎng)林55的糖磷含量和核酸磷含量無(wú)顯著影響。研究[29]表明，施肥試驗(yàn)使葉片無(wú)機(jī)磷呈指數(shù)增長(zhǎng)，過(guò)量的無(wú)機(jī)磷儲(chǔ)存在液泡中。糖磷的濃度是由酶介導(dǎo)的，糖磷隨酶豐度的增加而增加[30]，磷添加不影響長(zhǎng)林55 的糖磷含量且對(duì)核酸磷含量也無(wú)顯著影響，這可能與長(zhǎng)林55 受到自身的遺傳特性以及受到土壤養(yǎng)分的限制有關(guān)。

研究表明，施磷肥對(duì)油茶產(chǎn)量的增加有顯著的作用，且不同品種之間油茶的產(chǎn)量也存在差異。贛無(wú)系，單株鮮果產(chǎn)量隨著施磷量的提高呈遞增趨勢(shì)，而單株產(chǎn)油量以及經(jīng)濟(jì)性狀隨磷水平的提高呈現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象，單株年施磷量在47.15 g/kg 時(shí)達(dá)到最大。本研究中，贛無(wú)2 的干出仁率、產(chǎn)量和單株含油量在P2 和P3 處理下最高，贛無(wú)12 在P2 處理下的干出籽率、干出仁率、種仁含油率、鮮果含油率最高，在P3處理下的單株含油量最高，但整體來(lái)說(shuō)贛無(wú)12的產(chǎn)量最低，與羅漢東等[31]的研究不同，這主要與油茶自身的遺傳特性有關(guān)。長(zhǎng)林23在P0和P3處理下的干出籽率和產(chǎn)量最高，在P3處理下的干出仁率、種仁含油率、鮮果含油率和單株含油量最高，長(zhǎng)林55在P1處理（單株施磷量34.55 g）下的干出籽率、干出仁率、種仁含油率、鮮果含油率、產(chǎn)量和單株含油量最高，而葉片磷組分含量對(duì)長(zhǎng)林23的果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)影響最大，長(zhǎng)林55 的葉片磷組分含量對(duì)果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)無(wú)顯著影響。后續(xù)有必要研究葉片磷吸收效率與磷功能基因的關(guān)系以及磷酸酶與磷組分的關(guān)系，篩選磷高效基因型油茶，提高油茶體內(nèi)磷素的利用能力，以克服南方紅壤磷素缺乏的養(yǎng)分限制因子的不利影響。

3.2 結(jié)論

在合理添加氮肥和鉀肥的基礎(chǔ)上，適宜的磷添加會(huì)增加無(wú)機(jī)磷、糖磷和殘余磷的含量，對(duì)核酸磷的含量影響不顯著，但不同品種的磷組分分配也存在差異。4個(gè)品種中，長(zhǎng)林23與贛無(wú)2比較耐低磷環(huán)境，贛無(wú)2 的產(chǎn)量最高，在栽培時(shí)，應(yīng)優(yōu)選贛無(wú)2。長(zhǎng)林23、贛無(wú)2、贛無(wú)12 的葉片磷組分含量對(duì)果實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)的影響較大，因此在油茶施肥和養(yǎng)分管理過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)不同油茶品種調(diào)整施肥比例，科學(xué)合理增施磷肥，以克服南方紅壤磷素缺乏的養(yǎng)分限制因子的不利影響，提高油茶產(chǎn)量。