不同钾肥水平对‘骏枣’叶片光合特性及果实品质的影响

朱祖雷，黄华梨，张露荷，贾旭梅，张 瑞，刘 兵，赵 通，程 丽，王延秀*

（1．甘肃农业大学，甘肃 兰州 730070；2．甘肃省林业科学研究院，甘肃 兰州 730070）

枣（Ziziphus jujubaMill.）是我国特有的果树种质资源，占世界栽培面积的98%以上［1］。甘肃沿黄灌区光照丰富、水源充足，栽培历史悠久，是枣树生长的最优产区。但该地区是典型的砂壤土，且生产中长期采用清耕制，有机肥使用有限，钾肥追肥稀少，严重影响枣果产量及品质，因此，推广施用钾肥对该地区枣产业的可持续发展具有重要的意义。

钾作为重要的品质元素，已广泛在园艺作物及大田作物上进行了系列研究。钾离子影响植物体内多种光合酶的活性，缺钾不仅使Rubisco活化酶的含量及活性下降，导致ATP和NADPH的数量减少，阻碍电子传递，而且使水势和气孔导度降低，影响植物正常的光合作用，抑制光合效率［2-4］。郭雯［5］对红富士苹果研究发现，缺钾降低关键转化酶的活性，抑制Vc、可溶性蛋白、碳水化合物数量及淀粉的合成，导致果实品质和产量的下降，而施钾量过高会对果实的品质形成负效应［6-7］。适量的钾肥能提高叶片的光合效率，促进植物的生长发育，对果实内含物的积累及果实产量起关键性作用［8-9］。郭英等［10］在棉花上的研究表明，合理施用钾肥可降低非化学猝灭系数（qN），减少光能损耗，提高光化学量子效率（Fv/Fm）、电子传递速率（ERT）和光化学猝灭系数（qP），增强了PS II的光能转化效率，从而提高光合能力。吴涛等［11］在烟草上的研究表明，钾肥可显著提高烤烟叶片的叶绿素含量、净光合速率及营养生长速率，进而增强烤烟的光合作用，且增加其产量。孙红梅等［6］在番茄研究发现，施钾可以提高其可溶性糖及可溶性蛋白含量，改善番茄品质。近年来，国内外学者对钾肥研究主要集中在烤烟［11］、大豆［12］、小麦［13］和水稻［14］等大田作物及番茄［6］、油菜［15］等蔬菜上，而对枣等果树研究较少，并且史彦江等［16］，刘璇［17］在枣树上研究表明氮磷钾配施能提高枣果产量和品质，促进枣树生长发育，但关于单一钾肥对枣生长、光合及果实品质的研究鲜见报道。

本研究在大田试验条件下，以高接换优的‘骏枣’为试验材料，分别在开花期和果实膨大期沟施不同量的钾肥，研究其对‘骏枣’光合、荧光特性及果实品质的影响，明确钾素与‘骏枣’叶片光合效率和养分供应、光合器官功能及果实品质之间的关系，旨在确定最适宜钾肥用量，为甘肃沿黄灌区‘骏枣’的合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年5月在甘肃省白银市景泰县五佛乡兴水村王希禄家枣园进行。土壤质地是砂壤土，‘骏枣’果园的土壤基本性质如表1所示。试材为长势一致的2009年高接换优‘骏枣’，砧木为酸枣，栽植密度为2 m×4 m，树干直径7 cm。

表1 土壤基础理化性质

1.2 试验设计

试验采取随机区组试验，设置5个处理，重复3次，每个小区3株，小区之间设置保护行。分别在‘骏枣’开花期（5月15日）和果实膨大硬核期（8月25日）沟施钾肥，以不施钾肥为对照，施钾肥量如表2所示。其他试验条件保持一致，N、P肥的追施参照当地果园水平（尿素300 g+磷酸二铵150 g）。钾肥为硫酸钾（K2O 51%），硫酸钾产自青海格尔木。

表2 不同处理的施钾（K2O）量 （g）

1.3 试验指标测定

1.3.1 叶绿素含量

采集‘骏枣’叶片，去除叶脉并洗净，称取新鲜样品0.2 g于玻璃试管中，加入10 mL 80%的丙酮提取24 h，在波长645、652和663 nm下测定吸光度，应用公式计算叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chl b）的含量［18］。

叶绿素 a（mg/g）=［12.7（D663）-2.69（D645）］×［V/（1 000×W）］

叶绿素 b（mg/g）=［22.9（D645）-4.68（D663）］×［V/（1 000×W）］

叶绿素总量（mg/g）=（D652×1 000/34.5）×［V/（1 000×W）］

式中:D663、D645和D652分别为叶绿体色素提取液在波长663、645和652 nm下的吸光度；V为浸提液体积（mL），W为叶片浸提质量（g）。

1.3.2 光合参数测定

选取位于‘骏枣’中上部向阳、成熟功能叶，用Li-6400光合仪（LI-COR公司，美国）于晴天9:00～11:00测定净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）及胞间CO2浓度（Ci），每个处理选取3株，每株随机选取6张叶片测定。

1.3.3 叶绿素荧光参数测定

选取位于‘骏枣’新梢顶端向下第5～7片功能叶，叶片经暗适应30 min后，使用LI-COR 6400装配的荧光叶室测定叶片叶绿素荧光参数。测定的参数包括非化学猝灭系数（qN）、光化学量子效率（Fv/Fm）、光化学效率（ΦPSⅡ）、光化学猝灭系数（qP）、电子传递速率（ETR）等。每个处理选取3株，每株随机选取6张叶片测定。

1.3.4 果实品质的测定

测定可溶性糖用蒽酮比色法［19］，测定果实滴定酸含量用氢氧化钠滴定，测定可溶性蛋白质用考马斯亮蓝染色法［20］，Vc采用2%草酸浸提，0.001 mol/L 2，6-二氯酚靛酚滴定，果实纵横径分别用直尺和游标卡尺测定，果形指数=横径/纵径。

1.4 数据分析

用Excel 2013及Origin 8.0进行数据处理及作图，并用SPSS 22.0进行方差分析和主成分分析。统计分析采用单因素ANOVA的LSD比较差异的显著水平（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同施肥水平对‘骏枣’叶片叶绿素含量的影响

由图1可知，随着钾肥施用量的增加，‘骏枣’叶片叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量呈先升后降的趋势，均在T2达到峰值。T2的叶绿素a与T3差异不显著，但显著高于CK、T1和T4，相比CK、T1、T3、T4，T2的叶绿素a分别增加了13.12%、11.48%、5.84%、8.03%。T2的 叶 绿 素b与T3差异性不显著，但显著高于其他处理，相比CK、T1、T3、T4分别增加了48.83%、18.73%、7.09%、14.03%。相比CK及T1，T2的叶绿素总量显著增加了19.97%、12.71%，与T3和T4差异不显著。各钾肥处理的叶绿素a/b分别比CK显著降低了21.36%、29.23%、27.74%、22.45%。

图1 不同施钾水平对‘骏枣’叶片的叶绿素含量的影响

2.2 不同施钾水平对‘骏枣’叶片光合指标的影响

如图2所示。随着施钾量的增加，‘骏枣’叶片Pn、Gs和Tr呈先升高后下降的趋势，T2处理下各参数值最大。较CK、T1、T3、T4，T2的Pn分别增加了60.48%、32.34%、16.19%、29.65%，Gs分别提高了127.50%、71.70%、30.00%、51.67%，Tr分别增加了82.32%、36.45%、10.14%、27.02%。Ci随施钾量的增加呈先下降后上升的趋势，且T2为最低值，达到340.00μmol/mol，且显著低于CK、T1和T4处理，与T3处理差异不显著，相比CK、T1、T3和T4分别降低了49.26%、33.24%、0.78%、31.76%。

图2 不同施钾水平对‘骏枣’叶片光合特性的影响

2.3 不同施钾水平对‘骏枣’叶绿素荧光特性的影响

由表3可知，随着施钾量的增加，qN呈先降低后上升的趋势，T2在0.066时达到最低值，显著低于CK、T1和T4处理，与T3差异不显著，相比CK、T1、T3和T4分别降低了20.14%、153.03%、96.47%、21.90%。Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP、ETR呈先升高后下降的趋势，qP在T2达到最高值（1.222），与T1、T3和T4差异不显著，但显著高于CK，相比CK、T1、T3、T4分别增加了8.62%、3.47%、2.35%、4.71%。Fv/Fm在T2达到最高值，为0.783，与其他处理差异不显著。ΦPSⅡ在T3达到峰值，为0.803，与其他处理差异不显著。各钾肥处理的ETR之间差异不显著，但显著高于CK，且在T2达到最高值，为0.265。?

表3 不同施钾水平对‘骏枣’叶片叶绿素荧光特性的影响

2.4 不同施钾水平对‘骏枣’品质的影响

2.4.1 不同施钾水平对‘骏枣’内在品质的影响

由表4可以看出，随着施钾量的增加，‘骏枣’果实的淀粉含量、Vc含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量和糖酸比均呈先升高后下降的趋势。淀粉在T2达到最高值，为689.148μg/mL，相比CK、T1、T4分别显著增加了92.68%、56.20%、60.68%，与T3差异性不显著。Vc在T2为峰值，显著高于CK及T1，而与T3和T4差异不显著，相比CK、T1、T3、T4分 别 增 加 了12.06%、8.13%、3.43%、5.86%。T2的可溶性糖含量与T1、T3及T4差异不显著，但比CK显著增加了32.29%。可溶性蛋白质在T2为峰值，为3.752%，相比CK、T1、T3、T4分别显著增加了54.34%、49.84%、15.48%、29.17%。T2的糖酸比与T3差异不显著，相比CK、T1、T4分别显著增加了80.16%、39.06%、25.35%。

表4 不同施钾水平对‘骏枣’果实内在品质的影响

2.4.2 不同施钾水平对‘骏枣’果实外观品质的影响

从图3中可以看出，随施钾量的增加，‘骏枣’果实纵径、横径、单果重呈先升高后下降的变化趋势，均在T2达到峰值，其中T2的果实纵径最长，分别比CK、T1、T3、T4增加了6.61%、3.31%、3.31%、3.08%，与其他处理差异不显著。从果实横径来看，T2的果实横径显著高于T4，而与CK、T1、T3无显著差异，相比CK、T1、T3、T4依次增加了6.97%、4.38%、7.78%、9.08%。‘骏枣’单果重在不同量钾肥处理下大小次序表现为T2＞T3＞T4＞T1＞CK， 增 幅 分 别 为 5.16%、7.48%、11.15%、34.10%，其中T2显著高于T1及CK，与T3和T4无显著性差异。果形指数是评价果实外观品质的关键因素，果形指数在T4达到最高值，为1.663，与T1、T2和T3无显著差异，但相比CK显著增加了5.82%。

图3 不同施钾水平对‘骏枣’果实外观品质的影响

2.5 不同施钾水平下‘骏枣’果实及叶片的主成分分析

采用主成分分析对‘骏枣’在不同施钾水平的淀粉、可溶性蛋白质、Vc、可溶性糖、糖酸比、叶绿素、Pn、Ci、Gs、Tr、Fv/Fm、qP、ETR、ΦPS Ⅱ、qN、纵径、横径、果形指数、单果重19个指标进行综合分析，提取果实特征值＞1的2个主成分，其特征值分别为7.664和1.655，累计方差贡献率达到93.19%，同时提取叶片特征值＞1的一个主成分，其特征值为8.893，累计方差贡献率为88.929%，符合分析要求。

综合得分（F）是每个主成分得分与对应贡献率乘积之和，即‘骏枣’果实F=F1×76.637%+F2×16.553%，由表5可知，CK、T1、T2、T3、T4的综合得分分别是 -1.054 752、-0.203 335、1.096 561、0.292 370、-0.130 844，即施钾量对‘骏枣’果实品质形成的效果依次为 T2＞T3＞T4＞T1＞CK。同时‘骏枣’叶片F=（F1+F2）×88.929%， 由 表6可 知，CK、T1、T2、T3、T4的综合得分分别是-2.392 955、-0.691 521、2.294 848、1.017 721、-0.228 085，即施钾量对‘骏枣’叶片光合能力的作用依次为T2＞T3＞T4＞T1＞CK。

表5 5种施钾水平下‘骏枣’果实的综合得分及其排名

表6 5种施钾水平下‘骏枣’叶片的综合得分及其排名

3 讨论

3.1 不同施钾水平对‘骏枣’叶片光合效率的影响

钾对叶绿素的合成及稳定有促进作用，而叶绿体是光能转化为化学能的主要场所，叶绿素含量及比例可反映植物的光合效率［21］。本试验结果表明，随施钾量的增加，叶绿素含量呈先升高后下降的趋势，在T2时达到峰值，这可能是因为适宜的钾离子浓度有益于维持良好的叶绿体片层结构，促进了叶绿素酶的活性，有利于叶绿素的合成，而缺钾和高钾使植物激素代谢紊乱，叶片中产生多余的过氧化氢和超氧自由基等氧化物质，导致叶绿体结构破坏，加快叶绿素a和叶绿素b的降解［22］。有研究表明植物的光合活性与叶绿素a/b呈负相关［23］，陆志峰等［24］研究油菜发现，当缺少钾素供应时，叶片的叶绿素分解加快，而适宜的钾素能改善水稻叶片叶绿体结构和功能，明显提高剑叶的叶绿素a含量、叶绿素b含量及叶绿素总量，减缓叶绿素的分解速率，使其叶片功能期变长［25］，同样钾肥过量也会降低叶绿素的含量［26］，这与本研究结果一致。

光合作用是果树生长发育过程中物质和能量代谢的基础［27］，钾调节气孔开闭，控制细胞间CO2进出和水分的散失，促进光合磷酸化效率，使植物能更好利用光能［28］。本试验结果表明，随着对施钾量的逐渐增加，‘骏枣’叶片的Pn、Gs和Tr呈先升后降的趋势，且均以T2处理最大，而叶片Ci则呈先降后升的变化趋势。这是因为适宜的钾离子浓度提高‘骏枣’叶片含水量，增强细胞气孔的运动能力，使细胞Gs变大、Tr变快，提升CO2的吸收利用能力，有效提高骏枣叶片Pn，促进‘骏枣’叶片的光合效率。一方面，缺钾降低保卫细胞水势，使水分外移，气孔关闭，导致Gs和Tr降低；另一方面，缺钾损害光合器官，抑制电子传递，降低叶绿素含量和光能转化效率，使骏枣的Pn降低。此外，由于缺钾造成叶绿体厚度增加，气孔关闭及Pn降低，影响CO2在细胞体内的运输和吸收［29］，以致Ci增加。张往祥等［30］在银杏上研究发现，钾在一定范围内，随施钾量的增加，其叶片Pn、Gs和Tr不断增大，而达到一定阈值后，不增反降，这与本试验结论一致。夏乐等［31］在玉米上也发现缺钾会降低Gs、Tr及Pn，提高Ci，进而抑制光合效率。

叶绿素荧光参数的测定进一步验证这一观点，其反映了叶片光合系统对光能的吸收、传递、耗散和分配［32］，更深入了解钾对植物光合生理状态。Fv/Fm是衡量光抑制程度的重要指标，可作为反映PSⅡ活性中心光能转换效率的参数［33］，本试验中，‘骏枣’叶片在施钾量少于或超过T2水平时，Fv/Fm值较低，表明‘骏枣’叶片的PS II反应中心结构与功能受到不同程度的损伤与破坏，反应中心的活性降低，发生光抑制，导致光能的利用能力减弱，但在T2水平下，Fv/Fm表现为较高，说明在施K2O 153 g/株时，PS II光能转换效率较高。qP代表PS II反应中心开放部分的比例［34］，ΦPSⅡ是CO2同化量的能量表征［35］，本试验研究发现，在T2水平下，qP、ETR、ΦPSⅡ均表现较高，表明适宜的钾素能够提高‘骏枣’叶片PS II原初光能转换效率和实际光化学效率，减少过剩激发能对光合机构的破坏，提高‘骏枣’叶片的光合效率；施钾量少于或超过T2水平时，qP、ETR、ΦPSⅡ均表现偏低，表明骏枣叶片在缺钾状态下PS II反应中心大部分处于关闭状态，光系统受到损害，导致其光能的转化效率降低，光能得不到及时的转化，造成光能剩余，使光合效率降低。qN等叶绿素荧光参数可反映植物耗散过剩光能为热的能力［36］，施钾量少于或超过T2水平时，qN保持在较高水平，说明‘骏枣’叶片光化学量子效率降低，多余的光能可能会产生还原性活性氧，损害植物的光合器官和结构，导致植物光合效能降低［37-38］。林郑和等［39］在茶树上也发现缺钾会损害细胞整个电子传递链，降低了光合电子传递能力，使PS II失去稳定性，变得更脆弱。孙哲等［40］在甘薯上研究发现，适宜的钾素能提高甘薯叶片的光能转化效率，保证光合作用的正常进行，这与本试验研究结果一致。说明钾素在植物形成光合器官，进行光合作用时发挥着关键性作用。

3.2 不同施钾水平对‘骏枣’果实品质的影响

骏枣果实的品质形成与钾肥施用量有密不可分的关系。本试验研究发现，不同施钾量对骏枣品质的影响存在显著差异，在施钾量为CK～T2范围内，其可溶性糖含量、淀粉含量、可溶性蛋白含量、Vc含量和糖酸比随施钾量的增加而升高，在施钾量为T2时达到最大值，且外观品质也最佳，而超过此阈值，不增反降。适宜浓度的钾通过调节酶的活性，促进了氨基酸的合成，提高蛋白质的含量，并且增强‘骏枣’叶片的光合效率，使细胞内碳水化合物增多，另外，促进淀粉转化成糖，有利于糖分在果实内的积累，从而提高果实的含糖量及糖酸比，这对提升‘骏枣’的口感有重要作用。缺钾或高钾会打乱植物细胞的离子平衡，导致细胞生理代谢紊乱，影响糖分、淀粉的转化和积累。杜振宇等［41］在冬枣上也发现相同的结果，施钾量为0.1kg/株能明显提高其可溶性糖和糖酸比，明显改善冬枣品质，其效果优于其他处理。杨小锋［42］在生菜上研究发现高钾或缺钾均导致生菜品质不佳，佐证了本试验研究结果。

3.3 不同施钾水平下‘骏枣’叶片及果实的主成分分析

‘骏枣’叶片光合和果实品质的形成与多个因素相关，单一指标很难真实准确反映钾肥用量对叶片光合和果实品质的影响实质，采用多个指标对‘骏枣’叶片光合和果实品质进行综合评价显得十分必要。本试验以‘骏枣’的19个相关指标进行主成分分析。结果表明，根据主成分分析综合评价，施钾量对‘骏枣’果实品质形成和叶片光合的效果依次为 T2＞T3＞T4＞T1＞CK。据此，可以认为施钾量T2（K2O 153 g/株）对‘骏枣’叶片光合效率及果实品质效果最佳，且优于其他处理。

4 结论

沟施钾肥能促进叶绿素的合成，提高叶片的光合效率，改善果实的品质，且K2O量为153 g/株时效果最好。这为甘肃沿黄灌区‘骏枣’合理施用钾肥提供了理论指导。