芒果品种资源叶片δ13C与若干生理指标的相关性分析

周毅刚++王松标++武红霞++姚全胜++许文天++马小卫

摘 要 为了分析芒果品种植株叶片碳稳定性同位素（δ13C）与叶片若干生理指标的相互关系，测定64个芒果品种的δ13C值，及叶片中氮、磷、钾、水分、叶绿素和脯氨酸的含量。结果表明：芒果叶片δ13值与叶片含水量、叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和脯氨酸含量的相关性均不显著；芒果叶片氮、磷、钾含量均与δ13C值呈显著的正相关（P<0.05）；多元逐步回归分析结果表明，叶片氮含量是引起品种间δ13C差异的主要因素。

关键词 芒果 ；稳定性同位素 ；生理指标

分类号 S667.7

季节性干旱在一定程度上限制了当前芒果产业的发展；现代农业产业发展的标准也要求在优质高产的同时，节约用水、减少化肥和农药的使用量。水分利用效率（Water use efficiency， WUE）是一个复杂的、多基因控制的数量性状，与许多潜在的、相互关联的性状有关[1]。因此，选育高WUE的芒果品种对芒果产业健康发展具有重要意义。笔者前期的研究结果发现，芒果品种间的WUE差异显著，其生理基础是什么？植物碳稳定性同位素（δ13C）分析结果准确，当前C3植物WUE分析的常用手段，但δ13C分析需要价格昂贵的仪器设备，不利于选育种大批量的分析。本研究选用与高WUE相关性强的生理指标作为δ13C的替代指标，以评价不同芒果品种间的WUE，此研究具有一定的理论意义和实践意义。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为种植于农业部热带果树种质广东湛江芒果资源圃的64个芒果品种（表1），于2012年11月15日采样，每树种选择3株生长成熟、长势良好的个体，选取待测植物中有代表性的5～8片向阳且健康的功能叶，用于测定δ13C值和生理指标。

1.2 方法

1.2.1 δ13C的测定

将采集的叶片用去离子水洗净、晾干，置于70℃烘箱中72 h，使样品完全干燥，粉碎过100目筛。过筛后的叶片经高温燃烧成CO2，用MAT-251型质谱仪测定样品的13C/12C（在中国林业科学院测定），每样品重复数同取样株数，每重复为各植株3片叶片的混合样。δ13C的计算公式如下：

δ13C（‰）=（Rp-Rs）/Rs

其中Rp、Rs分别表示植物组织样品和标准化石PDB的13C/12C。

1.2.2 叶片氮、磷、钾含量的测定

每处理选取待测植物的功能叶，在70℃条件下烘干至恒重，然后粉碎。N采用凯氏定氮法测定；全P采用矾钼黄法测定；全K采用原子吸收光谱法（PE-2100原子吸收光度计）测定[2]。

1.2.3 叶片含水量、叶绿素和脯氨酸（Pro）含量的测定

叶片含水量采用烘干称重法。叶绿素含量的测定采用96%的乙醇浸泡提取，根据Arnon[3]的方法计算总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b的含量。Pro含量的测定参照茚三酮比色法[4]。

1.3 数据分析

利用SPSS 16.0软件对实验数据进行相关性分析和逐步回归分析，采用Sigmaplot 10.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 芒果品种叶片δ13C值与生理指标之间的关系

由图1可以看出，芒果品种叶片δ13C值与叶片全氮、全磷、全钾含量呈显著正相关，相关系数r分别为 0.404、0.378、0.293（P<0.05）；而与叶片含水量、叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和脯氨酸含量的关系均不显著，相关系数r分别为0.007、-0.099、-0.176、-0.023（P<0.05）。这表明芒果品种间叶片δ13C值受叶片全氮、全磷、全钾的影响较大。

2.2 芒果品种叶片δ13C值与生理指标的回归分析

从图1的相关性分析可以看出，芒果的WUE受叶片N、P、K的影响，因此应用多元逐步回归分析方法筛选出对品种间WUE差异贡献最大的因子，以建立最优回归方程。

δ13C=-29.799+0.114N，经方差分析P=0.000 3。说明变量与自变量的相关性达到了极显著水平，表明回归方程具有一定的意义。从进入逐步回归分析模拟方程的因子及相关系数显著性来看，引起芒果品种间WUE差异的主要因子是叶片N含量。

3 讨论与结论

WUE是植物相对于蒸腾散失水分的光合生产率，受自身形态结构、CO2同化方式及气孔行为的影响。本试验分析了叶片中N、P、K及叶绿素、脯氨酸、水分含量与芒果叶片δ13C之间的关系。结果表明，叶片含水量和脯氨酸含量与叶片δ13C值均不存在相关性；叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量和叶片δ13C值存在一定的相关性，但均未达显著水平；芒果品种叶片中N、P、K含量与δ13C表现出显著的正相关性，表明芒果品种间WUE的差异受叶片营养状况影响较大。

由于植物光合能力与N、P、K的有效性有着密切的关系[5]。在C3植物中，叶片中的N大部分参与组成与碳同化相关联的核酮糖1，5-二磷酸羧化酶（Rubisco）及其它生物化学结构，在相同的蒸腾速率条件下，叶片中高的N含量必将提高叶绿素和Rubisco含量，引起单位叶面积光合能力的提高，进而使羧化位点CO2浓度的降低，最终导致δ13C的提高[6-7]。磷是核酸、核苷酸和辅酶等的组成成分，在植物新陈代谢过程中起到重要作用。钾元素可以提高叶肉细胞渗透势，减少气孔阻力，促进光合电子传递及光合磷酸化，提高Rubisco的含量和活性，从而提高Pn[8-9]。根据本试验结果，芒果品种间δ13C的变化可能是由于叶片中N、P、K含量差异引起光合速率的差异造成的。应用多元逐步回归分析方法，叶片中N含量对品种间WUE差异贡献最大。因此，在评价不同芒果品种WUE时，特别是在评价幼苗期芒果WUE时，叶片N含量有可能成为测定植物δ13C的一个替代方法。endprint

具有高WUE的木本植物有奢侈用水和保守用水2种水分利用方式[10]。奢侈用水方式是植物通过高蒸腾和高光合维持高WUE；保守用水方式是植物在维持一定的光合作用下，通过调节气孔导度降低水分散失，从而达到高WUE。根据当前芒果产业发展的需要来说，保守用水高WUE的品种才是芒果选育种的目标。由于本试验没有分析芒果不同品种间耗水量，还不清楚芒果高WUE品种的水分利用方式。耗水量和气孔导度有直接的关系[11-12]，因此气孔因素和光合因素对芒果WUE的影响将是下一步的研究重点。

参考文献

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