缺铁及不同铁源对水培大白菜生物量、光合参数和矿质元素含量的影响

颜廷帅++姜振升++侯文通++刘振香++贾亮

摘要：以大白菜（Brassica pekinensis L.）为试材，研究缺铁处理和硫酸亚铁、柠檬酸亚铁、柠檬酸铁、EDTA-Fe这4种相同铁元素浓度铁源对水培大白菜生物量、光合参数和氮、磷、钾、钙、镁、铁元素含量的影响。结果表明，与缺铁处理相比，加入不同铁源可显著提高大白菜植株的干质量、净光合速率、气孔导度，细胞间CO2浓度显著降低；不同铁源处理时，大白菜老叶中的全氮含量显著升高，镁含量显著降低；硫酸亚铁、柠檬酸铁处理时，大白菜根中的铁元素含量升高，柠檬酸亚铁处理时，大白菜根和新叶中的铁元素含量升高；柠檬酸亚铁处理时，大白菜新叶和老叶的钙含量、新叶镁含量显著低于缺铁处理和其他铁源处理；不同铁源处理时，大白菜根中的磷含量相对最高，而缺铁处理时大白菜新叶中的磷含量相对最高。

关键词：缺铁；大白菜；生物量；光合参数；矿质元素；柠檬酸亚铁

中图分类号： S634.106文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）06-0275-03

收稿日期：2016-01-14

基金项目：山东省科技重大专项（新兴产业）（编号：2015ZDXX0502B02）。

作者简介：颜廷帅（1989—），男，山东临沂人，主要从事植物营养与新型肥料研究。E-mail：yanaiyanzhi@163.com。

通信作者：姜振升，硕士，农艺师，主要从事植物营养与新型肥料研究。E-mail：jzssdau@163.com。铁是植物必需的微量元素，参与植物光合作用和叶绿素合成，在植物氧化还原反应和电子传递过程中具有重要的作用[1]。铁在土壤中虽然含量丰富，但植物体缺铁的现象仍然比较普遍，这是由于土壤中有效铁的含量很低，尤其在碱性土壤中，有效铁的浓度非常低[2]。据统计，世界上约1/3的土壤为碱性土壤。因此，土壤有效铁含量不足成为作物生长发育最大的限制因子之一[3]。铁肥的施用可以改善土壤的缺铁状况。最早的铁肥以无机铁源 FeSO4·7H2O 和FeCl3为主[4]，后以有机态铁为铁源的营养液配方得到应用，但有机态铁性质不稳定在一定程度上限定了其应用[5]，对于以何种铁源作为铁肥仍存在争议。本试验以大白菜（Brassica pekinensis L.）为供试材料，采用水培方式，设置缺铁和不同铁源处理，探究缺铁和不同铁源处理对大白菜生长、光合参数和矿质元素含量的影响，为铁肥的合理施用提供参考。

1材料与方法

1.1供试材料

3～4张叶片的大白菜幼苗，由营养钵催芽生长。供试水为蒸馏水，铁含量小于0.000 1 mg/L。

1.2方法及处理

试验于2015年9月5日开始，采用水培法。选取长势一致的15株大白菜幼苗，转入1/2 Hoagland和Arnon全浓度溶液[6]进行培养，每天通气2 h；待大白菜幼苗生长7 d，将大白菜幼苗随机分为5组，每组3株，分别移入缺铁、含硫酸亚铁（Fe2+）、柠檬酸亚铁（Fe2+）、EDTA-Fe（Fe3+、Fe2+混合物）、柠檬酸铁（Fe3+）的Hoagland和Arnon（全浓度）溶液中继续培养18 d，每天通气2 h，每7 d更换1次营养液，不同铁源处理的铁元素浓度均为2.8 mg/L；取样测定。

1.3测定项目与方法

1.3.1光合参数大白菜收获前，用英国PP Systems公司生产的CIRAS-2便携式光合作用测定仪，于09：00—11：00采用固定光强800 μmol/（m2·s）测定每株大白菜功能叶片相同叶位的细胞间隙CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（E）、气孔导度（Gs）和净光合速率（Pn）等光合相关参数。

1.3.2干质量将大白菜分为根、老叶、新叶3个部分，放于信封中置于干燥箱105 ℃杀青30 min，75 ℃烘干至恒质量，称量根系和地上部的干质量。样品备存，用于测定氮、磷、钾、钙、镁、铁元素含量。

1.3.3主要元素含量测定将烘干的大白菜干样磨碎，准确称取0.200 g，用H2SO4-H2O2 联合消煮法煮至澄清，氮、磷、钾含量分别采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法、火焰光度法测定[7]，钙、镁、铁含量采用ICP-AES法测定[8]。

1.4 数据处理

试验数据采用 Microsoft Excel 2007软件进行处理，采用SPSS 16.0软件进行统计分析和差异显著性检验。

2结果与分析

2.1缺铁和不同铁源处理对水培大白菜生物量的影响

由表1可见，与缺铁处理相比，加入不同铁肥时，大白菜根系和地上部干质量均显著增加，不同铁源处理之间大白菜根系和地上部干质量无显著性差异；柠檬酸亚铁处理时，大白菜根系和地上部的干质量相对最大，较缺铁处理分别增加115.65%、176.98%。

2.2缺铁和不同铁源处理对水培大白菜光合作用的影响

由表2可见，与缺铁处理相比，不同铁源处理大白菜的净光合速率显著升高，其中，EDTA-Fe处理的大白菜净光合速率相对最高，较缺铁处理增加213.38%，与其他铁源处理的大白菜净光合速率无显著性差异；缺铁处理时，大白菜功能叶片胞间CO2浓度显著高于其他处理，这可能是由于缺铁导致光合电子传递受阻，进而抑制光合作用，造成CO2无法被吸收利用，使CO2在细胞间隙累积；不同铁源处理时大白菜的气孔导度均显著升高，其中，EDTA-Fe处理气孔导度相对最大，较缺铁处理增加了245.65%；大白菜细胞间隙CO2浓度较缺铁处理显著降低；柠檬酸亚铁处理时，大白菜的蒸腾速率相对最高，为3.10 mmol/（m2·s）。另外，试验还表明，气孔导度值与净光合速率呈正相关，这与Wong等的研究结果[9]相同。

2.3缺铁和不同铁源处理对水培大白菜各组织元素含量和分布的影响

2.3.1铁元素由表3可知，各处理大白菜，根中的铁含量相对最高，老叶次之，新叶最低；在根中，硫酸亚铁、柠檬酸亚铁、柠檬酸铁处理的铁含量较缺铁处理有显著上升，分别上升417.80%、226.67%、442.20%；在老叶中，各处理的铁含量无显著性差异；在新叶中，柠檬酸亚铁处理的铁含量显著高于其他处理，较缺铁处理增加了53.79%。这说明硫酸亚铁、柠檬酸亚铁、柠檬酸铁促进了大白菜根系对铁的吸收，同时柠檬酸亚铁促进了铁向大白菜新叶运输；使用EDTA-Fe对大白菜根系铁的吸收和向地上部的转运无明显效果。

2.3.2氮、磷和钾元素由表4可知，不同铁源处理的大白菜全氮含量以新叶最高，老叶次之，根相对最低，缺铁处理大白菜根的氮含量高于老叶；在根中，硫酸亚铁处理的氮含量高于其他处理；在老叶中，不同铁源处理的氮含量均显著高于缺铁处理，其中硫酸亚铁处理最高；在新叶中，柠檬酸亚铁处理的氮含量较其他处理有显著降低。由于氮是易移动的元素，缺氮情况下老叶中的氮会向新叶转移，导致老叶氮含量降低，缺铁抑制了大白菜对氮的吸收。

由表5可见，不同铁源处理的大白菜磷含量以根最高，新叶次之，老叶最低，缺铁处理的大白菜新叶中磷含量高于根；在根中，柠檬酸铁处理的磷含量高于其他处理；在新叶中，柠檬酸亚铁处理较缺铁处理的磷含量有显著降低；在老叶中，各处理的磷含量无显著性差异；缺铁情况下，新叶中磷含量最高，这是由于在缺铁情况下，磷向大白菜新叶的运输增加，对磷的吸收也增加。

由表6可知，各处理大白菜的钾含量以老叶最高，新叶次之，根最低；在根中，硫酸亚铁、柠檬酸铁处理的钾含量显著高于其他处理；在老叶中，各处理的钾含量无显著性差异；在新叶中，硫酸亚铁处理的钾含量相对最高，柠檬酸亚铁处理的钾含量最低。

2.3.3钙、镁元素由表7可知，各处理大白菜的钙含量以老叶最高；在根中，各处理的钙含量无显著性差异；在老叶、新叶中，柠檬酸亚铁处理的钙含量显著低于其他处理，柠檬酸亚铁抑制了钙向地上部的运输和分配。

由表8可知，各处理大白菜的镁含量以老叶最高，新叶次之，根最低；在根中，硫酸亚铁、柠檬酸铁处理的镁含量较其他处理有显著上升；在老叶中，不同铁源处理的镁含量较缺铁处理有显著降低；在新叶中，柠檬酸亚铁处理的镁含量较其他处理有显著降低，柠檬酸亚铁抑制了镁向地上部的运输和分配。

3结论与讨论

铁的缺乏影响植物体的生长和代谢，缺铁植物叶绿体片层结构发生变化，严重时叶绿体解体，光合电子传递链中断，净光合速率下降，同化产物的形成受阻[10]。本试验缺铁大白菜表现出典型的缺铁黄化现象，净光合速率和生物量显著降低，与前人的研究结论[10]一致。

氮、磷、钾被称为肥料三要素，植物对氮、磷、钾的需要量较多，而土壤中含量较少，需要大量补充，而不同铁源的加入对氮、磷、钾在植物体内的含量和分布产生影响。氮是植物生长发育需求量最大的营养元素，既是构成植物有机体的结构物质，也是植物生理代谢过程中起催化作用的物质[11]。试验结果表明，缺铁处理大白菜老叶中的氮含量显著低于铁处理，这是由于缺铁抑制了大白菜对氮的吸收，而氮是可以重复利用的元素，氮含量不足情况下大白菜老叶中的氮会向新叶转移，从而造成老叶中氮含量显著降低。有研究表明，植物体对铁、磷元素的吸收存在拮抗效应[12]。本试验中，缺铁处理大白菜新叶中的磷含量相对最高，这表明在缺铁情况下磷向新叶的运输增加，大白菜对磷的吸收增加。钾元素参与植物生长发育中许多重要的生理生化过程，在维持细胞膨压、调节酶的活性等过程中具有重要的作用，并且促进了光合作用的进程和光合产物的运输[13]。本试验中，硫酸亚铁和柠檬酸铁处理的大白菜根中钾含量显著高于其他处理，表明加入这2种铁肥促进了大白菜对钾的吸收；而柠檬酸亚铁处理的大白菜新叶中钾含量显著低于缺铁处理，表明加入柠檬酸亚铁可能抑制了钾元素向地上部的转运。

镁和钙是植物所必需的中量元素，镁在光合作用、酶的活化和蛋白质合成等进程中具有重要作用[14]。钙能稳定细胞壁和细胞膜的结构，存在于液泡中的钙具有渗透调节作用，细胞的正常有丝分裂需要少量钙的参与，钙作为第二信使在细胞转导中具有重要作用[15-16]。钙含量不足容易引起大白菜干烧心[17]。缺铁情况下，大白菜老叶中的镁含量有显著下降，可能是由于缺铁情况下叶绿素合成受阻，光合速率下降[18]。缺铁情况下，柠檬酸亚铁处理老叶和新叶中的镁和钙含量有显著降低，这说明加入柠檬酸亚铁可能抑制了大白菜对钙和镁向地上部的转运。

总之，加入不同铁源，显著增加了大白菜的生物量和光合效率，促进了大白菜对氮的吸收，抑制了大白菜对磷的吸收；柠檬酸亚铁处理大白菜使其对铁的吸收效率相对最高，但抑制了对钾、钙、镁向地上部的转运；与其他铁源处理大白菜相比，EDTA-Fe处理的大白菜对铁的吸收相对最弱。硫酸亚铁、柠檬酸铁处理对大白菜的生长、生物量和元素含量均有正向影响，然而考虑到土壤施肥过程中，硫酸亚铁遇空气易氧化，造成土壤中铁的有效浓度降低，因此，综合考虑，大白菜以柠檬酸铁作为铁肥相对较好。

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