不同供磷水平下苹果砧木叶片的生理特性

宋 莎，韩秀梅，郑 伟，吴亚维

(贵州省农业科学院果树科学研究所，贵州贵阳550006)

磷(P)是果树重要的营养元素之一，也是影响果树生长发育、产量和果实品质的限制因子［1－2］。中国南方土壤磷肥当季利用率低，土壤条件较差，磷利用问题更为突出。果树属木本植物，迄今有关果树磷胁迫的研究还远不如其他一年生作物深入，耐低磷果树筛选与鉴定的相关报道很少，主要集中在磷吸收利用［3－4］以及耐低磷胁迫的果树砧木和品种的筛选等［5－6］。苹果主要采用嫁接繁殖，砧木是重要的种质资源和生产资料，影响苹果生长、整齐度、产量、成熟期、抗病性及适应性等方面，发掘耐低磷基因型苹果砧木或磷利用效率高的苹果砧木并加以利用，以克服土壤磷素缺乏问题，对苹果增产以及地力维护都具有重要意义。贵州省的苹果栽培工作在逐步发展，且省内多个地区都有丰富的野生苹果砧木种质资源［7－8］，由于长期的变异积累和环境选择，存在丰富的遗传多样性，有可能发掘出优异的苹果砧木资源。

磷胁迫条件下，果树与磷代谢相关的生理指标会发生相应变化。果树叶片、根系及土壤中的酸性磷酸酶活性、根系分泌性酸性磷酸酶活性与供磷水平呈显著负相关［9］，随着供磷水平下降，不同果树叶片和根系的酸性磷酸酶活性均增强，硝酸还原酶活性均下降［6］。很多研究者将低磷胁迫下植物酸性磷酸酶活性和根系有机酸分泌量作为评价植物耐低磷胁迫能力的重要生理指标［10－12］。本研究将叶片叶绿素、丙二醛、脯氨酸含量及酸性磷酸酶活性作为评价苹果砧木磷胁迫响应评价指标，对12份苹果砧木资源在不同供磷水平下叶片的生理特性进行探讨，以期为发掘利用耐低磷苹果砧木资源提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为黄果三叶海棠(Malus sieboldii Rehd.)、垂丝海棠(Malus halliana Koehne)、青砧 2 号(Qingzhen No.2)、毛山荆子［Malus mandshurica(Maxim.)Kom.］、青砧 1 号(Qingzhen No.1)、湖北海棠(Malushupehensis Rehd.)、八棱海棠［Malus micromalus(Carr.)Rehd］、平 邑 甜 茶 ［Malus hupehensis(Pamp.)Rehd.］、红果三叶海棠(Malus sieboldii Rehd.)、花红(Malus asiatica Nakai.)、丽江山荆子(Malus rockii Rehd.)、西府海棠(Malus micromalus.)12 种生长基本一致的苹果砧木实生苗，其中青砧1号、青砧2号、八棱海棠和平邑甜茶种子由烟台果树科学研究所提供，其余种子采自贵州省威宁县。

本试验于2016年7月在贵州省农业科学院院内大棚进行。

1.2 试验设计

盆栽培养基质为珍珠岩，营养液选用Hoagland营养液，以KH2PO4为磷源，营养液配制用分析纯试剂，水为蒸馏水。对12种供试材料分别设3个供磷水平处理，3个处理中有效磷含量分别为45 mg/L(高磷水平)、25 mg/L(中磷水平)、5 mg/L(低磷水平)。按照KH2PO4不同设计水平，用KCl补充钾元素，使得各处理钾元素水平相同。

将不同苹果砧木实生苗分别移栽至珍珠岩盆栽中，先用1/2完全营养液培养7 d，再用不同浓度的营养液进行处理，每3 d浇灌营养液1次，每次每盆100 mL;每7 d浇灌蒸馏水1次，每次每盆2 000 mL。培养第21天采集各试验材料第4～5张新梢中部成熟叶样－80℃保存待测。

1.3 试验方法

叶绿素(Chl)含量测定采用96%乙醇提取法［13］，丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸法［14］，脯氨酸(PRO)含量测定采用磺基水杨酸法，植物酸性磷酸酶(ACP)活性测定采用磷酸苯二钠法。每个样品每个指标测定各3次重复。

1.4 数据处理

数据分析均在WPSExcel 2016和SAS 9.1软件进行，多重比较采用SNK－q检验。结果以平均值±标准差表示。

隶属函数分析［15］计算公式为 U(X)=(X－Xmin)/(Xmax－Xmin)。式中，U(X)为隶属函数值;X为苹果砧木某一指标的测定值;Xmax和Xmin为所有苹果砧木某一指标内的最大值和最小值。如果苹果砧木某一指标综合评判结果为负，则使用反隶属函数进行评定，U(X)=1－(X－Xmin)/(Xmax－Xmin)。

2 结果与分析

2.1 供磷水平对苹果砧木叶绿素含量的影响

由表1可看出，不同供磷水平下黄果三叶海棠、毛山荆子、青砧1号、八棱海棠、平邑甜茶、红果三叶海棠和花红等苹果砧木叶绿素含量差异不显著。在高磷水平时，垂丝海棠、青砧2号和丽江山荆子3种苹果砧木的叶绿素含量比中磷时显著降低，分别降低了 14.44%、4.86%和 16.69%;在低磷水平时，湖北海棠、丽江山荆子和西府海棠3种苹果砧木的叶绿素含量比中磷水平显著降低，分别降低了22.82%、21.26%和5.25%。毛山荆子和青砧1号在不同供磷水平下叶绿素含量均较高。

表1 不同供磷水平下12种苹果砧木叶片的叶绿素含量

2.2 供磷水平对苹果砧木丙二醛含量的影响

由表2可看出，不同供磷水平下黄果三叶海棠、青砧2号、湖北海棠、平邑甜茶、红果三叶海棠和花红等苹果砧木丙二醛含量差异不显著。在高供磷水平时，垂丝海棠、毛山荆子、青砧1号和八棱海棠丙二醛含量比中磷水平分别升高了89.25%、17.63%、11.99%和 77.01%，丽江山荆子和西府海棠丙二醛含量比中磷水平分别降低了44.68%和38.27%;在低供磷水平时，垂丝海棠、青砧1号、八棱海棠、西府海棠丙二醛含量比中磷时分别升高了 55.59%、33.33%、24.67% 和3.19%，毛山荆子、丽江山荆子丙二醛含量比中磷时分别降低了 15.79%和 39.85%。

表2 不同供磷水平下12种苹果砧木叶片的丙二醛含量

2.3 供磷水平对苹果砧木游离脯氨酸含量的影响

由表3可看出，供磷水平对苹果砧木脯氨酸含量有明显影响。在高供磷水平时，黄果三叶海棠、青砧2号和毛山荆子脯氨酸含量比中磷时分别降低了 13.30%、5.87%和11.21%，其余9种苹果砧木脯氨酸含量均上升，上升幅度最大的是八棱海棠，升高了83.14%;在低供磷水平时，黄果三叶海棠、毛山荆子、红果三叶海棠和丽江山荆子脯氨酸含量比中磷水平分别降低了 13.32%、34.86%、6.03%和20.96%，其余8种砧木脯氨酸含量均上升，西府海棠上升幅度最大，升高了 58.17%。

表3 不同供磷水平下12种苹果砧木叶片的脯氨酸含量

2.4 供磷水平对苹果砧木酸性磷酸酶活性的影响

由表4可看出，供磷水平对苹果砧木叶片酸性磷酸酶活性有明显影响。在高供磷水平时，黄果三叶海棠、垂丝海棠和青砧2号酸性磷酸酶活性比中磷时分别增强了190.68%、25.67%和41.51%，其余9种苹果砧木酸性磷酸酶活性均下降，降幅最大的是青砧1号，降低了76.40%;在低供磷水平时，除八棱海棠、平邑甜茶、西府海棠酸性磷酸酶活性比重磷时增强，其余9种砧木酸性磷酸酶活性均下降，其中毛山荆子降幅最大，降低了90.59%。

2.5 苹果砧木综合评价

3个供磷水平下，叶绿素、丙二醛、脯氨酸含量及酸性磷酸酶活性4个生理指标在不同苹果砧木之间存在差异，单一指标无法客观评价苹果砧木对磷胁迫的适应性，因此采用隶属函数法对不同供磷水平对不同苹果砧木叶片生理特性的影响进行分析。结果(表5)表明，与中磷水平相比，在高磷水平下排序上升的苹果砧木有黄果三叶海棠、垂丝海棠、八棱海棠和红果三叶海棠等;在低磷水平下排序上升的苹果砧木有青砧2号、八棱海棠、平邑甜茶、红果三叶海棠和西府海棠等。

表4 不同供磷水平下12种苹果砧木叶片的酸性磷酸酶含量

表5 不同磷水平下苹果砧木隶属函数值及综合评价结果

2.6 生理指标间相关性分析

对不同供磷水平下12种苹果砧木叶绿素、丙二醛、脯氨酸含量及酸性磷酸酶活性4个指标之间进行相关性分析结果(表6)表明，不同供磷水平下不同苹果砧木叶绿素含量和酸性磷酸酶活性之间相关系数最高，为0.93;叶绿素含量、丙二醛含量及酸性磷酸酶活性3个指标间显著正相关，而脯氨酸含量与其他3个指标间相关性较低。

表6 4个生理指标间的相关性

3 讨论

磷素是植物生长发育的必需元素之一。本试验结果表明，供磷水平对黄果三叶海棠、毛山荆子、青砧1号、八棱海棠、平邑甜茶、红果三叶海棠和花红等苹果砧木叶片叶绿素含量的影响不显著，其他苹果砧木在高磷或低磷时叶绿素含量降低;供磷水平对黄果三叶海棠、青砧2号、湖北海棠、平邑甜茶、红果三叶海棠和花红等苹果砧木叶片丙二醛含量影响不显著，其他苹果砧木在高磷或低磷时丙二醛含量多为升高，这可能是由于不同苹果砧木叶片叶绿素和丙二醛含量受供磷水平影响的时段不同。大多苹果砧木叶片在高磷或低磷时脯氨酸含量升高，对磷元素较敏感。而本试验中苹果砧木叶片多在高磷或低磷时酸性磷酸酶活性下降;仅八棱海棠、平邑甜茶和西府海棠3种苹果砧木酸性磷酸酶活性随着供磷水平的下降而增强，与樊卫国等的结论［6］一致，可能和测定样品差异有关。

不同供磷水平对苹果砧木生理特性的影响，是苹果砧木对不同磷浓度适应性强弱的反映。隶属函数分析结果显示，毛山荆子在高磷和中磷时均排在第1位，对高供磷水平不敏感，在正常条件下是生长较好的苹果砧木;低磷时平邑甜茶排在第1位，且本试验中平邑甜茶在低磷时酸性磷酸酶活性显著较高，与季萌萌等报道的平邑甜茶根系发达，磷酸根离子亲和性高，相对磷效率和磷吸收效率仅次于富平楸子结论［4］相一致，证实了平邑甜茶是比较耐低磷胁迫的苹果砧木，为今后进一步研究平邑甜茶耐低磷的分子机制和其作为耐低磷苹果砧木加以利用提供了依据。垂丝海棠和花红这2种苹果砧木在不同供磷水平下排序都排在前几位，可能对磷素敏感性较低。

磷在果树光合作用过程中具有重要作用。叶绿体是细胞对磷最敏感的细胞器，不同供磷水平影响叶绿素含量［16］，丙二醛含量是抗性生理研究中最重要的指标之一;脯氨酸积累是许多植物受到逆境胁迫的一种信号［17］;酸性磷酸酶是植物中活性高、分布广的一种诱导酶，其活性受植物供磷水平影响，在植物磷代谢中起重要作用［18］。综合考虑后选用这几个生理生化指标开展本次研究并对试验数据进行相关性分析，研究结果显示，叶绿素、丙二醛含量以及酸性磷酸酶活性这3个指标间显著相关，可作为今后研究苹果砧木磷胁迫响应的评价指标。