洋紫荆叶绿素含量的分布特征及与叶片氮含量的关系

贾朋 钱磊 罗树凯 郑丹菁 李浩 陈婉颖 陈勇

摘要：文章为探讨洋紫荆叶片SPAD值的分布特征及其与叶绿素及叶片氮含量之间的关系，采用SPAD-502.叶绿素计、分光光度法和微量凯氏定氮法分别测定了洋紫荆叶片的SPAD值、叶绿素含量和叶片氮含量。结果表明，洋紫荆同一叶片不同部位的SPAD值分布表现为叶基>叶中>叶尖，其中，叶基与叶尖存在显著差异（P<0.05）;SPAD值的最佳测定部位为叶片中部;洋紫荆SPAD值与叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量均呈现极显著（P<0.01）相关，可以采用线性模型预测其叶绿素含量;洋紫荆叶绿素總含量、SPAD值均和叶片氮含量存在极显著（P<0.01）的正相关，叶绿素含量的相关系数的相关性更高一些;可以用SPAD值估算洋紫荆的叶片全氮含量并进行快速的氮素营养诊断。

关键词：洋紫荆，叶片，SPAD值，叶绿素，氮含量

DOI：10.12169/zgcsly.2018.12.07.0001

洋紫荆（Bauhiniavariegate L.）隶属苏木科、羊蹄甲属（Bauhinia），是华南地区广泛应用的乡土树种[1]洋紫荆花朵形态好看，略带香味，开花时节花团锦簇，先花后叶，极具观赏价值，是广州“花城花景”建设的主要观花树种，近年来受到较多的关注[2-3]在管护过程中，氮肥施用量过小会影响洋紫荆叶片中叶绿素的合成，出现叶色变浅甚至黄化，从而影响植株的生长发育;

施用量过大会使洋紫荆长期处于营养生长阶段，减少花芽的形成，甚至造成烧苗，还会造成肥料的浪费和环境污染[4]。因此，协调植株氮素的供需平衡是洋紫荆管护的重要内容之一，而这依赖于对植株尤其是叶片的氮素状况进行快速、精准的诊断和评价[5-6]。

通过取样实测氮含量是最准确的方法，但这种方法需要对植物进行破坏性取样，并进行试验分析，具有一定的滞后性”。叶片氮含量与叶绿素含量密切相关[8]，因此，可以通过叶片叶绿素含量对叶片氮含量进行营养诊断。SPAD叶绿素测仪可以通过比较叶片投射光的光密度差异得到.SPAD值，从而间接测定叶片的叶绿素相对含量[9-10]，因此，也可以通过SPAD值进行叶片氮素营养诊断。目前，SPAD叶绿素测仪叶片氮素营养诊断法已经在农业中得到广泛的应用研究，主要集中在水稻[7]、小麦[5]、棉花[11]、甘蓝[12]等经济作物上，在乔木尤其是园林树种上的研究少见报道。为此，本文以洋紫荆为研究对象，研究其叶片SPAD值的空间分异特征，建立叶片的SAPD值与叶绿素含量和叶片氮含量之间的回归模型，探讨模型的适用建模条件，旨在通过叶片SPAD值预测其叶绿素含量及叶片影响状况，以期为SPAD-502叶绿素计的应用提供理论参考和有效建议。

1材料与方法

1.1试验点概况及试验材料

试验于广州华南农业大学校内进行，华南农大地理坐标北纬23°06’、东经113°18'。属南亚热带季风气候，年平均气温21.6°C，最冷月（1月）多年均值为13.3°C，最热月（8月）多年均值为28.19°C。年降雨量1899.8mm，4～9月为雨季，占全年降水量的85%左右，10月份至翌年3月为旱季[13]。

于广州华南农业大学选取4个地点取样，每个地点选取洋紫荆5株，每株样本在各个方向均匀采集成熟叶片8片，所采集的叶片均为健康叶片。避免有病虫害、过老、过嫩的叶片。现场测定叶片SPAD值，测定后装进信封，置于冰盒中，带回实验室测定叶绿素含量和叶片含氮量。

1.2样品测定及分析

采用便携式SPAD-502叶绿素计对洋紫荆叶片SPAD值进行现场测定。将每片待测叶片按主脉长度等量划分为叶尖（Apex）、叶中（Middle）和叶基（Base）3部分，再以主脉为中界将每个部分划分为左（Left）、右（Right）两区，一共划分6个分区，参照柯娴氡等[14]对叶片SPAD值的.测定方法进行测量。

叶绿素含量测定采用乙醇一丙酮混合液法[15]，测定叶片中的叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）和总叶绿素的含量（ChlT）。叶片含氮量采用微量凯氏定氮法测定[16]。

1.3数据统计分析

用Microsoft Excel 2016对数据进行整理，用Sigmaplot14.0作图，用SPSS 19.0对数据进行相关性检验、方差分析及Duncan多重比较。

2结果与分析

2.1叶片SPAD值和叶绿素含量

洋紫荆的叶片SPAD值和叶绿素含量见表1，洋紫荆叶片SPAD值波动范围为27.9～41.0，叶绿素a含量为1.100～1.802mg/gFW，叶绿素b含量为0.621～1.633mg/gFW，总叶绿素含量为1.527～3.436mg/gFW。可以看出，叶片SPAD值的变异系数最小，叶绿素b的变异系数最高。叶绿素实测值的平均变异系数为17.31%，明显高于叶片SPAD值的变异系数，表明叶片SPAD值测量结果更加稳定。

2.2不同叶片部位的SPAD值

洋紫荆叶片不同部位的SPAD值比较如图1所示。洋紫荆叶片不同部位的SPAD值表现为叶基（34.4）>叶中（33.6）>叶尖（32.9）。方差分析可知叶基SPAD值显著（P<0.05）高于叶尖。叶片SPAD值分布呈现出从叶尖到叶基逐渐增大的规律，叶中均值和叶片均值最为接近，能够代表叶片SPAD值的平均水平。

叶片SPAD值在洋紫荆叶片左右两区表现为左区（34.0）>右区（33.2），叶尖、叶中和叶基SPAD值均表现出左区高于右区，但这种差异只在叶基部达到显著（P<0.05）水平。

2.3叶片SPAD值与叶绿素含量的相关性，

叶绿素值和SPAD值均可以反应叶片叶绿素含量的多少，但前者是绝对含量，后者是相对含量。为了更加准确地分析叶片SPAD值和叶绿素含量之间的函数关系，采用线性模型、对数模型、幂指数模型和指数模型进行回归分析（表2）。4种模型在叶片SPAD值和叶绿素含量之间的相关性均达到了极显著水平（P<0.01），且方程的相关系数（R2）均高于0.7，表明叶片SPAD能较好地表达叶绿素含量的变化趋势，且4种方程均能较好地拟合两者之间的关系。叶片SPAD值和叶绿素a含量的数学模型中，对数模型的R2最高，表明他们之间的关系最适合用对数模型描述，线性模型次之。而在叶片SPAD值与叶绿素b以及总叶绿素含量之间更适合用线性模型拟合，其他3种模型的R2稍低。

2.4叶片SPAD值、叶绿素含量与叶片氮含量的相关性

洋紫荆叶片氮含量的波动范围为15.257～28.514mg/g（表1）。叶片SPAD值、叶绿素总含量与叶片氮含量之间均呈现显著（P<0.01）正相关，叶绿素总含量与氮含量的相关系数（R2）略高。回归分析表明（图2），叶片SPAD值和叶片氮含量之间的回归方程为：y=6.9437x+4.2487（R2=0.7953**）。

3结论与讨论

洋紫荆SPAD值在叶片不同部位分布表现为：叶基>叶中>叶尖，这与钟全林等[17]对刨花楠和华东润楠的研究结果相一致。叶基的叶绿素含量显著（P<0.05）高于葉尖，说明林木叶片的叶肉组织发育过程是由叶片基部向叶尖逐步发育，叶尖叶肉组织的成熟程度相对较低[14]。叶片各个部位的叶绿素含量均能较好地反映总体叶绿素含量，但以中部叶片的相关性最佳。因此，采用SPAD仪测量叶片中部为最佳选择。

王瑞等[18]在油茶叶片研究中发现，可以通过回归方程利用SPAD值预测叶绿素a和总叶绿素含量，不能预测叶绿素b含量。本研究中，SPAD值和叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量之间的拟合方程均达到了显著性（P<0.01）水平。洋紫荆叶片SPAD值与叶绿素b以及总叶绿素含量采用线性模型拟合效果最佳，而叶片SPAD值和叶绿素a含量的最佳回归方程为对数模型，线性模型的拟合系数稍低。考虑到实际操作性，建议均采用线性模型进行预测叶片叶绿素含量。

SPAD叶绿素计的发明为植物氮素营养诊断提供了快速而有效的方法，该方法问世以来，已经在小麦[5]、水稻[7、高山杜鹃[19]等植物的营养诊断中取得了良好效果，为其科学追肥提供了支撑。本研究中，洋紫荆叶绿素总含量、叶片SPAD值均和叶片氮含量间存在极显著的正相关，叶绿素含量的相关系数的相关性更高一些。从本质上来说，SPAD无损测定叶片氮含量的方法还是依据和应用了叶绿素和氮含量之间的关系，只不过是用一种能够快速检测相对叶绿素含量的仪.器代替了化学试验方法测定叶片叶绿素含量而已。本研究表明叶片SPAD值的高低可以作为判断洋紫荆叶片氮素养分水平的标尺。SPAD叶绿素计无损、快速的测定优势可以对叶片进行实地测定和长期监测，这在今后洋紫荆的管护中有着十分重要的作用。

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