缺素对柚木无性系幼苗生长和生理特性的影响

贾晓红等

摘 要 采用温室水培法开展柚木无性系幼苗缺素试验。观察幼苗在N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、B、Zn营养元素缺失条件下的表型特征；测定植株的生长指标[（苗高、地径及根、茎、叶部分的生物量（干重）]和生理指标[根系活力和叶绿素荧光相关参数Y（II）、ETR值]。结果表明：各个缺素处理均对柚木幼苗的生长产生一定的影响，主要表现为叶片发黄，出现锈斑及坏死现象，植株长势较弱，其中表现症状最快的是缺氮、缺钾和缺铁处理。不同缺素处理的柚木幼苗的苗高、地径和生物量均低于全素（对照）处理，其中限制因子主要是氮、钾、钙和铁。缺素导致柚木幼苗根系活力的下降，显著影响柚木根系活力的营养元素为钙和铁，其次为氮和磷。各个缺素处理的有效光化学量子效率Y（II）和电子传递速率ETR值与对照处理有显著差异，其中影响最为明显的是缺磷和缺铁处理。

关键词 柚木无性系幼苗；缺素；形态特征；生理特性

中图分类号 S792.99 文献标识码 A

Effects of Different Nutrient Deficiency on Growth and

Physiology of Tectona grandis Linn f. Clone Seedlings

JIA Xiaohong1，3， YU Xuebiao2， ZHOU Zaizhi3 *， LIANG Kunnan3， ZHANG Jinhao3

1 College of Agronomy， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

2 College of Environment and plant protection， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

3 Research Institute of Tropical Forestry， Chinese Academy of Forestry， Guangzhou， Guangdong 510520， China

Abstract A greenhouse hydroponic experiment was conducted to study the effects of different nutrient deficiency on Tectona grandis clone seedlings. We observed the seedling phenotypic characteristics and measured the growth indices（height growth， ground diameter， biomass（dry weigh）of the root， stem， leaf and biomass（dry weigh）of the plant）and physiological[the root activity， the relevant parameters of chlorophyll fluorescence Y（II）and ETR]under the lacing environments of nine mineral elements. nitrogen， phosphorus， potassium， calcium， magnesium， iron， manganese， boron， zinc. The results showed： All treatments of nutrient deficiency showed negative effect on the seedlings growth，such as leaf discoloration， brown， patches， necrosis and under-sized plant. The phenomenena were especially fast observed within the lack of nitrogen， potassium， iron seedlings. Nutrient deficiency seedlings showed significant decreases in seedling height growth， ground diameter and biomass compared with the complete nutrient mixture. And the main limiting nutritional elements were nitrogen， potassium， calcium and iron. Nutrient deficiency should lead to reduced root activity of teak seedlings. From the test results above， the limiting factor of teak root activity was the nutritional elements calcium and iron， and followed by nitrogen and phosphorus. Y（II）and ETR value of each nutrient deficiency treatment were significantly different with complete nutrient mixture， which affected most significantly were deficiency treatment phosphorus and iron.

Key words Tectona grandis Linn f. clone seedlings； Nutrient deficiency； Morphological characteristics； Physiology

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.01.009

柚木（Tectona grandis Linn f.）原产于亚洲南部的印度，缅甸，泰国和中南半岛等地[1-2]，属马鞭草科（Verbenaceae）半落叶大乔木，树高可达40 m，树干端直，单叶，形大，对生。柚木具有速生，纹理美观，耐腐抗虫和易于加工等优良特性，在国际上被誉为最重要的热带用材树种之一，可制造高级家具、单板、胶合板，用于造船、车辆、枕木、电杆、仪器箱盒、钢琴及风琴外壳等[3-8]。尽管我国引进柚木始于1820年，但规模种植始于60年代中后期，主要栽种在海南、广东、广西等红壤或砖红壤地区[9-10]。在柚木的营养诊断研究上，印度学者Kaul[11]，Gopikumar[12]和Sujatha[13]先后利用砂培法，开展了柚木实生苗苗期N、P、K、Fe、Cu、Mg、S、Zn、Mo缺素诊断试验。国内主要集中在柚木的营养元素需求和配比研究上[14-16]，在缺素诊断研究上，尚未见报道。本文采用水培法，研究柚木无性系幼苗在不同缺素（即缺乏N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、B、Zn）条件下的表型症状，生长和生理特性，为柚木的营养诊断和施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

采用长势良好，大小均一（平均苗高8.2 cm，地径2.2 mm）的缅甸柚木无性系7559的6月龄幼苗，用去离子水洗净根部，置于圆形黑色容器（上下口径19 cm×高20 cm，容积5 L）内，用海绵固定幼苗，在中国林业科学研究院热带林业研究所温室内进行悬浮培养。

1.2 试验设计及指标测定

1.2.1 试验设计和方法 试验采用随机区组设计，10个处理，每个处理3次重复，每个重复3株。10个处理分别是：①对照（CK，全素营养液）；②缺氮（-N）；③缺磷（-P）；④缺钾（-K）；⑤缺钙（-Ca）；⑥缺镁（-Mg）；⑦缺铁（-Fe）；⑧缺锰（-Mn）；⑨缺硼（-B）；⑩缺锌（-Zn）。移苗后用1/2浓度量的全营养液（即霍格兰大量元素及阿农微量元素1938 a配方[17]）培养1周。从第2周起，采用全浓度、按10个处理配置营养液（即不同缺素及对照）培养。容器内营养液以能淹没柚木幼苗根系为宜，培养期间每天充氧气1次，持续45 min，每隔1周换1次营养液，并及时清理掉水箱内青苔。定期用NaOH溶液或HCl调整箱内pH值至6.5，减少光照温度等外因的干扰并注意保持温室内的清洁卫生，通气良好。试验期间，温室不使用人工光源，白天平均温度应保持在23～38 ℃，平均湿度54%～78%。试验持续4个月，期间记录不同缺素处理幼苗叶片与顶芽的变化，测定幼苗的生长和生理指标。

1.2.2 取样调查与指标测定 分别在移苗初期和试验结束时，测量全部幼苗的苗高（H）、地径（RCD），计算苗高（H）、地径（RCD）的增量。试验结束时，测定根、茎、叶以及整个植株的鲜重，并在70 ℃的烘箱中烘至恒重，分别称取根、茎、叶以及整个植株干重。用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定根系活力[18]；选择晴朗无风天气，于10 ： 00～12 ： 00和20 ： 00～22 ： 00，采用PAM-2500便携式调制叶绿素荧光仪测定柚木幼苗的PSII的有效光化学量子效率Y（II）值（Y（II）=（Fm′-F′）/Fm′）以及PSII的电子传递速率（ETR），每株测定3片功能一致的叶片。

1.3 数据处理

用Excel2007对数据进行整理统计，用SPSS18.0进行方差分析和Duncan多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同缺素处理下柚木幼苗的症状表现

不同缺素处理下柚木幼苗的表现症状如表1。

2.2 不同缺素处理对柚木幼苗生长的影响

由表2可以看出，不同缺素处理对柚木幼苗的苗高、地径以及根、茎、叶的生物量（干重）有显著影响。对照（全素）处理的苗高增长量最大，达到1.8 cm，显著高于其他缺素处理。9个缺素处理中，-Fe处理的苗高增量最小，仅为0.5 cm，比对照降低了72.2%，其次为-B（0.6 cm）和-K（0.6 cm）处理，均比对照降低了66.7%。统计分析的结果显示，各个缺素处理中-Fe处理与-Ca、-Mg和-Zn处理有显著性差异。地径增量中，对照（全素）显著高于其他缺素处理，其值为1.6 mm。与对照相比，9个缺素处理中，影响地径增量的主要是-Ca处理（0.4 mm），比对照降低了75%，与-Fe、-P、-B、-K差异不显著，但与-N、-Mg、-Mn和-Zn处理差异性显著。其次为-Fe处理（0.5 mm），比对照降低了68.8%。

不同缺素处理对柚木幼苗的根、茎、叶部分及总生物量产生显著影响。对照处理根、茎、叶以及总生物量值均最大，均高于9个缺素处理（表2和图2），尤其是叶生物量和总生物量，对照显著高于9个缺素处理，而9个缺素处理之间的叶生物量差异性不显著；茎生物量中-N和-K处理的值最小，均为0.16 g/株，其次是-Mn处理（0.17 g/株），它们间差异不显著，但与对照差异显著，而其余缺素处理与对照差异不显著；9个缺素处理中对根系生物量影响最大的为-Ca和-Fe处理，分别为0.12 g/株和0.13 g/株，分别比对照降低了60%和56.7%，与对照差异显著，此外，与对照差异显著的还有-Mn、-Zn、-Mg和-B处理，其余-N、-P和-K与对照差异不显著。

2.3 不同缺素处理对柚木幼苗生理指标的影响

2.3.1 不同缺素处理对柚木幼苗根系活力高低的影响 植物根系是活跃的吸收器官和合成器官，根的活力高低直接影响幼苗地上部分的生长、营养及生物量积累。方差分析结果表明，不同缺素处理之间柚木幼苗根系活力差异显著，其中，对照处理的根活力最高，与-N、-P、-K、-Ca和-Fe元素处理有显著差异，而与-Mg、-Mn、-B和-Zn差异不显著（图3）；柚木幼苗的根系活力对钙元素最为敏感，在-Ca的情况下，根系活力受到严重抑制，其值比对照降低了94%；其次为-P和-N处理，分别比对照降低了83%和75%。

2.3.2 不同缺素处理对柚木幼苗叶绿素荧光参数的影响 光合作用与植物矿质营养有着密切的联系，其各个环节均受到各种矿质元素的影响[19]。Y（II） （Chloroplast photosystem II photochemical quantum efficiency）是光化学反应的一个重要参数，反应PSII的有效光化学量子效率。方差分析表明，不同缺素处理的柚木幼苗PSII的有效光化学量子效率具有显著差异，各种处理的Y（II）值大小顺序依次为CK>-Zn>-B>-K>-Mg>-Mn>-Fe>-N>-P，对照（全素）处理的Y（II）值最高，达到0.39，显著高于其他缺素处理；各缺素处理中-P处理（0.15）严重抑制Y（II）值，比全素水平降低了61.5%；其次为-N（0.19）和-Fe处理（0.22）（表3）。

ETR值（Fluorescence Quenching in average）表明植株的光合电子传递速率。从表3可以看出，不同缺素处理的PSII的电子传递速率（ETR）值具有显著地差异。各缺素处理的ETR值大小顺序依次为CK>-Mn>-Zn>-B>-K>-N>-Mg>-P>-Fe，对照处理的ETR值最高，为22.16，显著高于-N、-P、-K、-Mg和-Fe元素的处理；各处理中柚木幼苗ETR值受到最明显抑制的是-Fe处理（7.43），比对照处理降低了66.5%，其次为-P（8.54）和-Mg（10.54）处理。

3 讨论与结论

植物生活需要各种必需的营养元素，不同背景元素有其本身特有的生理功能[20]。因此，缺乏不同的营养元素对柚木幼苗的生长指标和生理特性都会产生不同的影响。

由于N在植物生命活动中占有首要地位，是植物氨基酸、酰胺、蛋白质、核酸等的组成元素[21]，因此，缺N元素时柚木幼苗叶片叶绿素含量减少，以及形成氨基酸的糖类也减少，从而导致柚木植株矮小，叶片颜色失绿。本研究结果与贾瑞丰[22]的报道一致。而K元素虽不是细胞的组成成分，但却是很多酶的活化剂，在植物体内蛋白质代谢，碳水化合物代谢及呼吸代谢中有重要功能[23]，柚木幼苗在缺乏K的环境下生长，蛋白质合成受阻，苗高和总生物量均显著低于对照，此外，叶绿素被破坏，表现为叶缘焦枯，叶色变黄而逐渐坏死。Fe元素影响叶绿体构造形成，而叶绿体构造形成是叶绿素合成的先决条件[21]。缺Fe症状常先发生于嫩叶，当缺铁过甚或过久时，老叶叶脉间也缺绿，全叶白化，这与印度学者Sujatha[13]对柚木缺Fe表型特征研究一致。

营养元素的缺失影响柚木幼苗根系活力，这与麦荣章等[24]的研究结果一致。其中钙元素是主要限制因子，由于钙是构成细胞壁的一种元素，细胞壁的胞间层是由果胶酸钙组成的。缺钙时，细胞壁形成受阻，影响细胞分裂，或者不能形成新细胞壁，出现多核细胞。Ericsson[25]也研究报道，钙对于细胞壁和原生质膜稳定性具有重要作用。因此缺钙时生长受抑制，严重时根尖溃烂坏死，从而根系活力最低。

叶绿素荧光诱导（fluorescence induction，FI）是目前植物生理学中研究光合作用应用最广泛的方法之一，可以灵敏检测激发能的传递、光系统原初光化学反应、电子传递及光合碳同化效率等光合作用的各个过程以及光合结构的状态和效率，是研究叶片功能的灵敏探针[26]。本试验研究表明磷元素的限制使柚木幼苗的PSII反映中心受损，阻碍了光合电子传递的过程，抑制光合作用的原初反应。同时ETR降低其光呼吸也降低，无法起到有效耗散过剩光能的光保护作用。这与郭延平和李绍长等[27-28]测得的实验结果相一致。这个现象产生的原因可能与植物中核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶（Rubisco）活性以及CO2羧化、RuBP的再生、叶肉抗性增强及气孔导度下降等有关[29]。

本试验仅仅采用水培法对柚木无性系幼苗进行缺素培养，还应该尝试其他的培养方法，如土培和砂培方法，以准确确定缺素的表现，达到快速诊断缺素症状、科学指导施肥的目的。

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责任编辑：凌青根