不同柠檬品种叶片SPAD值、氮素含量与叶绿素含量相关性分析①

杨虹霞 龙春瑞 刘红明③ 曾 荣 李进学 毛加梅 付小猛岳建强

(1云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所 云南保山678000;2大理大学农学与生物科学学院 云南大理671003)

叶绿素是绿色植物进行光合作用的物质基础，是植物叶片的主要光合色素，叶绿素含量是反应植物叶片光合能力及植株营养状况的重要指标［1-2］，其含量的测定对植物的光合生理和逆境生理研究具有重要意义。目前叶绿素含量的测定方法主要有2种，一种是分光光度计法［3-4］，另一种是SPAD （Soiland plant analyzer development）叶绿素仪测定法，前者耗时、程序复杂，取样时必须损伤叶片；而后者简单省时，不需损伤叶片，近年来被越来越多的科学工作者所采用［5］。利用叶绿素仪测定的SPAD值可间接反映叶片的叶绿素含量及氮素含量等，被广泛应用于测定叶绿素含量和叶片氮素含量［6-7］。

氮元素是叶绿素主要组成部分（叶绿素a和叶绿素b）中的重要元素。研究表明，一定范围内，作物叶片叶绿素含量与氮素水平呈正相关［8-9］，利用叶绿素仪测定的SPAD值不仅能间接反映植物叶片叶绿素的含量及氮素含量，还可进一步预测作物的产量［10］。目前，应用叶绿素仪对荔枝［11］、苹果［12］、葡萄［13］、板栗［14］等果树SPAD值与叶绿素、氮素含量的相关性进行研究已取得不少成果。研究结果表明，大部分植物叶片SPAD值与其叶绿素含量有着显著的正相关关系［15-19］，可利用测定的SPAD值代入已建立的数学模型预测叶片叶绿素含量，但不同作物或者是同一作物的不同品种，其数学模型存在较大差异［20］。目前，对柠檬SPAD值与叶绿素含量、叶片氮素含量的相关性进行分析还未见报道。本试验以4个柠檬品种的叶片为材料，研究了叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、叶片氮素含量与SPAD值最佳数学模型的关系，旨在为生产中利用SPAD叶绿素仪估测柠檬叶片营养状况、确定柠檬最佳的施肥时期及施肥量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况

试验于2016年在云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所瑞丽市科研基地进行。试验前（2015年），取本地耕层 （0～30cm） 的土壤，均匀捣碎，混匀除杂，取样进行分析化验，结果为：pH 5.89，有机质2.47%，碱解氮、速效磷、速效钾分别为112.00、8.94、196.69 mg/kg；有效钙、有效镁、有效铜、有效锌、有效铁、有效锰分别为 1 516.18、105.61、1.48、3.14、85.17、12.79 mg/kg；平均土壤容重1.71 g/cm3，田间最大持水量27.75%［21］。所属区域为南亚热带季风气候类型，最近十年年平均气温18.4～21.0℃，最高气温和最低气温分别为38.8℃、-2.1℃，年积温6 400～7 300℃；年日照2 281～2 453 h；年降雨量1 400～1 700 mm。

1.1.2 试验材料

供试材料为4号柠檬（Citruslimon‘No.4’）、康体莱罗（Citrus limonCarelelo）、锡啦古沙（Citrus limonXilagusha）和云柠1号（Citrus limon‘Yunning No.1’） ，共4个柠檬品种，苗龄为嫁接7个月的脱毒苗，砧木为枳壳砧，于2015年11月移栽至柠檬品种园内。

1.2 方法

1.2.1 SPAD值和氮素含量的测定

采用植物营养速测仪TYS-4N（浙江托普公司）测定叶片叶绿素相对含量（SPAD值） 和叶片氮素含量。利用上述仪器测定叶片的前中后3个不同的位置（叶片的底部、中部和顶部，测定时避开叶脉）的SPAD值和氮素含量，计算其平均值，每个处理测6株树，每棵树重复3次。

1.2.2 叶片叶绿素含量的测定

将已测定过SPAD值的叶片采回，用95%乙醇浸泡法测定叶绿素a和叶绿素b含量，避光浸泡24 h后应用紫外可见分光光度计（日本岛津UV1800）测定吸光度，二者之和为总叶绿素含量。

按以下公式计算提取液中叶绿素含量：

叶绿素a含量（Ca）＝13.95×D 665-6.88× D 649

叶绿素b含量（Cb）＝24.96×D 649-7.32× D 665

总叶绿素含量（CT）＝Ca+Cb

1.2.3 数据处理

数据统计及相关性分析分别由Microsoft Excel 2013和SPSS 13.0统计分析软件完成。

2 结果与分析

2.1 4个柠檬品种叶片SPAD值与叶绿素含量的测定结果

由图1可看出，不同柠檬品种叶绿素含量和SPAD值均差异显著，其中4号柠檬的叶绿素a含量、叶绿素b、叶绿素总量和叶片SPAD值在4个品种中均为最高，与其他3个品种相比差异显著；4个柠檬品种叶片叶绿素a除4号柠檬与康体莱罗相互间差异显著外，其他2个品种相互间差异不显著；叶绿素b除4号柠檬外，其余3个品种相互间差异不显著。

图1 4个柠檬品种叶片SPAD值与叶绿素含量的测定结果

2.2 4个柠檬品种叶片SPAD值与叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量及叶片氮素含量的相关性分析

2.2.1 4个柠檬品种叶片SPAD值与叶绿素a含量的相关性

由表1可知，4种柠檬叶片的SPAD值（x）与叶绿素a含量（y）（mg/g，下同）之间的相关性极显著，相关系数均在0.9以上，其中康体莱罗的SPAD值与叶绿素a含量的相关性最大。4号柠檬相关性最好的函数关系模型是指数模型y＝28.159e0.5111（r＝0.920**），而康体莱罗、锡啦古沙和云柠1号相关性最好的函数关系模型均为多项式模型，依次分别为y＝-40.362x2+158.23x-84.154（r＝0.950**）、y＝-910.02x2+3 008.2x-2 423.7（r＝0.923**）、y＝-262.69x2+907.21x-710.91（r＝0.948**）。

2.2.2 4个柠檬品种叶片SPAD值与叶绿素b含量的相关性

由表2可知，4种柠檬叶片的SPAD值（x）与叶绿素b含量（y）之间的相关性极显著，相关性最大的函数关系模型各不相同。4号柠檬相关性最好的函数关系模型是幂模型y＝108.99x1.0069（r＝0.944**），康体莱罗相关性最好的函数关系模型是多项式模型y＝-596.16x2+775.77x-181.83（r＝0.905**），锡啦古沙相关性最好的函数关系模型是幂模型y＝355.91x3.3134（r＝0.909**），云柠1号相关性最好的函数关系模型是幂模型y＝274.84x2.4027（r＝0.947**）。4种柠檬的相关系数均在0.89以上，其中云柠1号和4号柠檬的SPAD值与叶绿素b含量的整体相关性较其他两者大。

2.2.3 4个柠檬品种叶片SPAD值与叶绿素总含量的相关性

由表3可知，4种柠檬叶片的SPAD值（x）与叶绿素总含量（y）之间的相关性极显著，相关性最大的函数关系模型各不相同。4种柠檬叶片SPAD值与叶绿素总含量的相关系数均在0.9以上，其中锡啦古沙的SPAD值与叶绿素总含量的相关性最大。4号柠檬相关性最好的函数关系模型是指数模型y＝27.205e0.3895x（r＝0.928**），康体莱罗相关性最好的函数关系模型是多项式模型y＝-27.761x2+143.3x-114.27（r＝0.944**），锡啦古沙相关性最好的函数关系模型是幂模型y＝4.3766x3.3371（r＝0.961**），云柠1号相关性最好的函数关系模型是多项式模型y＝-129.64x2+608.17x-641.01（r＝0.950**）。

2.2.4 4个柠檬品种叶片SPAD值与叶片氮素含量的相关性

由表4可知，4种柠檬叶片的SPAD值（x）与叶片氮素总含量（y）之间的相关性极显著，相关性最大的函数关系模型各不相同。4号柠檬相关性最好的函数关系模型是多项式模型y＝0.002 8x2-0.346 8x+15.637（r＝0.816**），康体莱罗相关性最好的函数关系模型是多项式模型y＝-0.005x2+0.725 9x-20.863（r＝0.816**），锡啦古沙相关性最好的函数关系模型是指数模型y＝1.795 6e0.0162x（r＝0.993**），云柠1号相关性最好的函数关系模型是多项式模型y＝-262.69x2+907.21x-710.91（r＝0.948**）。4种柠檬相关性最优的函数关系模型，其相关系数均在0.8以上，其中锡啦古沙的SPAD值与叶绿素总含量的整体相关性最大。

表1 4个柠檬品种叶片SPAD值与叶绿素a含量几种数学模型的相关性

表2 4个柠檬品种叶片SPAD值与叶绿素b含量几种数学模型的相关性

表3 4个柠檬品种叶片SPAD值与叶绿素总含量几种数学模型的相关性

表4 4个柠檬品种叶片SPAD值与叶片氮素含量几种数学模型的相关性

3 讨论与结论

SPAD叶绿素仪测定结果受品种、测定叶位、发育时期、生长环境、生物与非生物胁迫等多个因素的影响［2，22］。因此，选择多个品种来研究SPAD值与叶绿素及氮素含量的关系可较好地反应其关系，而且能更精确地对相应品种进行叶片氮素诊断、作物生长评价和F1代单株的品质筛选［23-24］。

SPAD值与叶绿素含量的非线性关系已被大量研究工作验证并阐述［25］。这种非线性关系的形成可能与叶绿素的不均匀分布和叶片表面的光反射、散射效应及SPAD计发射光源中的微分散射有关［26］。在本试验中，4号柠檬叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量与SPAD值间5种数学模型的相关系数均达到0.9以上，其最优函数模型是指数模型。康体莱罗的5种数学模型的相关系数在0.89以上，叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量与SPAD值的最优函数模型是多项式模型。锡啦古沙的5种数学模型的相关系数均达到0.9以上，叶绿素a含量与SPAD值的最优函数模型是多项式模型，与前人的研究结果［27］一致。叶绿素b含量与SPAD值的最优函数模型是幂模型，叶绿素总含量与SPAD值的最优函数模型是指数模型。云柠1号的5种数学模型的相关系数均达到0.9以上，叶绿素a含量、叶绿素总量与SPAD值的最优函数模型是多项式模型，叶绿素b含量与SPAD值的最优函数模型是幂函数。

本试验通过对4个品种柠檬叶片叶绿素、氮素含量与SPAD值间的相关性进行比较分析后发现，SPAD值与叶绿素含量均呈极显著正相关，SPAD值与氮素含量也呈极显著正相关。4个柠檬品种叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、氮素含量与SPAD值间的相关系数除康体莱罗（其在最优函数关系模型下相关系数也达0.8以上）外均达0.8以上，其中锡啦古沙的最优函数模型是指数模型，其他3种柠檬的最优函数模型均为多项式模型。在分析的3种色素（CT、Ca、Cb）中，与SPAD值相关性最大的是Ca，这可能与Ca含量较高及SPAD叶绿素仪的发射光为650 nm的红光有关，这与卢晓萍等［28］在小檗科植物上的研究结果一致。

本试验中4个柠檬品种叶片SPAD值与叶绿素含量各指标间存在极显著相关，最优函数模型也有所差别，说明品种是影响柠檬叶片叶绿素含量和SPAD值的因素之一。由此可见，依据SPAD值预测叶绿素含量时应考虑不同品种对其产生的影响。4号柠檬叶片的CT、Ca、Cb和SPAD值最高，该品种可能具有较高的光合潜能，不同柠檬品种叶绿素含量与光合效率、产量、品质间的关系有待进一步研究。

本研究建立了SPAD值和叶绿素含量之间的数学关系模型，在田间直接测定即可快速获得柠檬叶片叶绿素含量，避免了实验室复杂的提取及测定工作，同时又避免了对植株的损害，为不同品种柠檬叶绿素含量的快速测定提供了新的途径，也为今后的栽培管理提供了有效数据。本研究结果表明，利用SPAD叶绿素仪快速、无损地测定活体柠檬叶片的叶绿素含量是可行的，可为确定柠檬最佳施肥时期及施肥量提供理论依据。