盐碱地不同叶色野生秋子梨叶片光合色素与矿质养分含量分析

卢明艳，武春昊，王 强，闫兴凯，刘明鹤，张茂君

（吉林省农业科学院 a.果树研究所；b.农业部东北地区（吉林）果树科学观测试验站，吉林 公主岭 136100）

果树是缺铁敏感类植物，梨树又是缺铁敏感类果树之一，其最适的pH 值为5.6～7.2，在盐碱土壤条件下，土壤的高渗透压会影响根系对水的吸收，致使梨树体内矿质营养平衡被破坏，使得植株生长衰退甚至死亡。目前，有关库尔勒香梨和砀山酥梨黄化问题的研究报道较多。何天明等[1]对库尔勒香梨黄化问题的研究结果表明，土壤中的pH 值高（平均为8.49）和有效铁含量低（平均为12.2 mg/kg）是诱发香梨叶片缺铁失绿的两大因素；张朝红等[2]对酥梨黄化问题的研究结果也表明，在pH 值高而有效铁含量低的土壤条件下，高含量的HCO3-是引起梨树缺铁黄化的主要因素，降低土壤中HCO3-的含量是防治梨树叶片黄化的关键措施；赵越等[3]研究认为，库尔勒香梨正常叶片中叶绿素的总含量约为黄化叶片的2 倍，且正常树各器官的含水量均低于黄化树各器官的含水量，但其差异并未达到显著水平；香梨各器官的含水率与灰分率成反比；张朝红等[4]对黄化酥梨叶片光合特性的研究结果表明，叶绿体各色素含量随着叶片黄化均明显下降，叶绿素a 与叶绿素b 的比值增大，叶绿素与类胡萝卜素的比值却减小；周葱[5]对砀山酥梨黄化叶片的研究结果表明，其净光合速率降低则其光能利用效率也降低。

砧木是果树提高抗性和果实品质的基础，选育铁高效基因型砧木是增强果树耐缺铁能力的重要途径[6]。根据有关研究者对梨砧木在沙梨[7]、杜梨[8-10]、川梨[11]、木梨[12]缺铁胁迫中生理响应机制的研究报道，缺铁黄化对砧木的生长发育、叶绿素的合成、根系中有机酸的分泌等方面都会产生影响。

野生秋子梨Pyrus ussuriensisMaxin.即山梨，其抗寒性强、抗旱、耐瘠薄，是我国寒冷地区梨栽培中选用的主要砧木。有关山梨[13]缺铁生理响应机制的研究结果表明，在缺铁胁迫下，山梨根系中主要合成的是苹果酸，这可能是山梨缺铁敏感机制之一。而针对山梨的光合特性和矿质养分的研究尚未见诸报道。为给梨树抗寒耐盐碱砧木的筛选和盐碱地上梨树栽培的科学施肥提供参考依据，本研究对种植在盐碱地上叶色正常、半黄化和黄化的野生秋子梨植株叶片中光合色素和矿质养分的含量进行了测定和分析，现将研究结果分析报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验地与试验材料

试验地点位于吉林省西部白城地区洮南市。属温带大陆性季风气候，年降水量约为370 mm，年有效积温约为3 000 ℃。试验地的土壤为淡黑钙土，其pH 值为8.5，有机质含量为0.91%，土壤中锰、铜、锌的含量分别为393.3、10.9、34.4 mg/kg，其全铁、钙、镁含量分别为1.49%、4.02%、0.43%。

试材为2012年定植的野生秋子梨实生植株，种植的株行距为1.5 m×3.0 m，常规管理。

试验分别于2018 和2019年的8月进行。选择叶色分别为绿色、半黄化和黄化的3 类植株作为试验树，其叶片颜色如图1所示。每种叶色的试验树各选3 株，做好标记。分别于2018 和2019年的8月在所选试验树上按东、南、西、北4 个方位共采集叶片30 片，放入自封袋内并置于冰瓶中。带回实验室后，随机分成两份：一份用于光合色素的测定；另一份烘干粉碎后用于铁、锰、钙、铜、锌和镁等矿质养分的测定。

图1 3 种不同叶色野生秋子梨植株的叶色Fig.1 Three different leave colors of wild P.ussuriensis Maxin.

1.2 方 法

参照王学奎等[14]的方法测定光合色素的含量；采用ICP-MS 法[15]测定叶片中铁、锰、钙、铜、锌和镁等矿质营养元素的含量。

1.3 数据处理

分别采用Excel 和SPSS 软件进行数据处理与分析，采用Origin 2017 软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同叶色野生秋子梨植株叶片光合色素含量

2018 和2019年8月测定的3 类不同叶色野生秋子梨植株叶片的光合色素含量及相关参数见表1。表1显示，正常叶色植株与不同黄化程度的野生秋子梨植株间叶片光合色素含量及相关参数的差异达到极显著或显著水平，2018 和2019年的叶绿素总量、叶绿素a 和叶绿素b 含量和类胡萝卜素含量均表现为正常植株大于半黄化植株和黄化植株，正常叶色植株叶片光合色素的含量为黄化植株叶片含量的2～4 倍。随着叶片黄化程度的加重，叶绿素a 与叶绿素b 的相对比值增大，而叶绿素与类胡萝卜素的相对比值显著减小。另外，无论正常叶色还是黄化叶片的野生秋子梨，同一类型年际间叶片光合色素含量及相关参数测定值也都存在差异，表明野生秋子梨植株个体的光合色素含量及相关参数均受到环境的影响。

表1 不同黄化程度叶片的光合色素及其相关参数的测定结果†Table 1 Photosynthetic pigment and related parameters of leaves with different etiolation

2.2 不同叶色野生秋子梨植株叶片矿质养分含量

2018 和2019年8月测定的3 类不同叶色野生秋子梨植株叶片中矿质营养元素含量的测定结果如图2所示。测定结果显示，野生秋子梨植株的正常和黄化叶片中不同矿质营养元素的含量变化存在显著或极显著差异，且其表现因矿质元素种类及年际的不同而各异。

图2 不同叶色野生秋子梨植株叶片矿质养分含量Fig.2 Mineral nutrient content of wild P.ussuriensis Maxin.with different leave colors

参考《梨学》[16]可知，梨叶片中各种营养元素不同含量等级的参考值见表2。铁元素在3 类不同叶色野生秋子梨植株叶片中的含量存在显著或极显著差异，且不同年际间其表现不同。对比其参考值可知，3 类植株叶片中的铁含量均在其适宜范围值之内，其中，半黄化植株叶片中的铁含量高于正常植株和黄化植株叶片中的铁含量。

表2 梨叶片中矿质营养元素不同含量等级的参考值Table 2 Reference value of different levels of mineral nutrient content in pear leaves

2018年锰元素在黄化和半黄化野生秋子梨植株叶片中的含量分别为230 和271 mg/kg，2019年其含量分别为210 与262 mg/kg，不仅极显著高于正常植株，甚至远高于参考值中的过量值（＞220 mg/kg），且不同年际间其表现相同。

铜元素在3 类不同叶色野生秋子梨植株叶片中的含量存在极显著差异，但不同年际间其表现没有规律性。2018年黄化植株叶片中的铜含量最高，3 类植株叶片中的铜含量均低于其适宜范围值的下限；而2019年正常植株叶片中的铜含量最高，3 类植株叶片中的铜含量均在其适宜范围值之内。

锌元素在3 类不同叶色野生秋子梨植株叶片中的含量存在极显著差异，不同年际间其表现相同。2018年3 类植株叶片中的锌含量呈现出极显著差异，且其含量值均低于适宜范围值的下限；2019年正常植株叶片中的锌含量最高，且其含量值在适宜范围值之内，而与黄化和半黄化植株叶片的差异极显著，不同黄化程度的野生秋子梨植株叶片中的锌含量仍均低于其适宜范围值的下限。

3 类不同叶色野生秋子梨植株叶片中钙元素的含量在不同年际间的表现不一致。2018年，其含量间无差异；2019年，其含量间呈极显著差异，但均表现为正常叶色植株叶片中的钙含量低于黄化植株叶片中的钙含量。2018 和2019年3 类植株叶片中的钙含量均高于其参考值的上限。

镁元素在3 类不同叶色野生秋子梨植株叶片中的含量呈现极显著差异，且不同年际间其表现一致。不同黄化程度植株与正常植株间叶片中镁含量的差异极显著，且不同黄化程度植株叶片中的镁含量均达到甚至高于其适宜范围值的上限，而正常叶色植株叶片中的镁含量处于其适宜范围值之内。

2.3 不同叶色野生秋子梨植株叶片叶绿素与矿质养分含量的相关性

2018 与2019年3 种叶色野生秋子梨植株叶片中叶绿素与各种矿质养分含量间的相关系数分别见表3和4。表3和4 显示：3 类不同叶色野生秋子梨植株叶片中的叶绿素与矿质营养元素及不同矿质营养元素间存在复杂的相关关系，且其相关关系随年际变化而改变。叶片叶绿素含量与锰、钙和镁元素含量间均呈极显著负相关，而与锌元素含量间呈极显著正相关，2018 与2019年的相关性检验结果一致；叶片叶绿素与铁元素含量间呈负相关，但2018 与2019年其相关性的差异较大，2018年呈极显著负相关，而2019年呈较低的负相关；叶片叶绿素与铜元素含量间的相关性，不同年际表现出的差异也较大，2018年呈负相关，而2019年呈极显著正相关。

表3 2018年3 种叶色野生秋子梨植株叶片中叶绿素与矿质养分间的相关性分析结果†Table 3 Correlation coefficient between chlorophyll and mineral nutrient content of wild P.ussuriensis Maxin.with three leaves colors in 2018

表4 2019年3 种叶色野生秋子梨植株叶片中叶绿素与矿质养分间的相关性分析结果Table 3 Correlation coefficient between chlorophyll and mineral nutrient content of wild P.ussuriensis Maxin.with three leaves colors in 2019

钙与镁、锰与镁、锰与钙元素含量之间均呈极显著正相关，而锰与锌、锌与钙、锌与镁元素含量之间均呈极显著负相关，2018 与2019年其相关性的表现稳定。铁与锰、锌、钙、镁，铜与镁、锰与铜元素含量之间在不同年际的相关性均一致，但其差异显著性不同；另外，铜与钙元素含量间的相关性在不同年际的表现并不一致，而其他元素含量间均无显著的相关性。

3 结论与讨论

绝大多数植物生长正常的叶片均呈绿色，但是，生长环境受到胁迫或栽培管理不科学等因素常常会导致叶片失绿黄化，出现生理性病害现象，盐碱地上生长的果树其表现尤为突出。叶片黄化是由叶绿素合成受阻、叶绿素分解的含量下降和光合色素组分失衡所致的。叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等光合色素的含量变化与叶片黄化程度均密切相关。冯国华等[17]在对蓝莓品种叶片失绿的研究中发现，重度黄化叶片的叶绿素a 和叶绿素b 含量均最低，他们认为，叶片叶绿素a 和叶绿素b 含量的下降，是蓝莓叶片黄化的主要原因之一。傅伟军[18]在对桃树叶片黄化的研究中也发现，随着桃树叶片由缺铁而致的黄化程度的增加，叶绿素a、叶绿素b 和叶绿素总含量均下降，而叶绿素a 与叶绿素b 的比值却上升。刘海星[19]在对不同黄化程度的香樟叶片的研究中发现，随着叶片黄化程度的加重，其叶绿素与类胡萝卜素的相对比值随之减小。本研究结果表明，与正常叶色野生秋子梨植株相比，随着叶片黄化程度的加重，野生秋子梨植株叶片中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素的含量均下降，而叶绿素a 与叶绿素b 的比值增加，叶绿素与类胡萝卜素的比值却下降。这一结果与张朝红等[4]对砀山酥梨缺铁黄化叶片光合特性的研究结果一致。

铁、锰、钙、镁、铜、锌等矿质营养元素是植物生长所需要的微量元素，参与植物的光合作用和呼吸作用的电子传递、叶绿体合成等许多重要生理过程，其含量对叶绿体结构及光合利用效率等都会产生影响。刘泽军等[20]在解剖库尔勒香梨黄化叶片结构时发现，生理性缺铁会造成叶片厚度、细胞结构的紧密度和叶绿体均小于正常叶片的。镁过量或缺乏均能引起叶绿体结构与功能的异常，进而导致橘橙生长受到抑制及其外部形态的黄化[21]；缺镁则不利于‘红地球’葡萄叶片叶绿素b 的合成，不仅会导致其叶绿素a 与叶绿素b 的比值较高，还会使其叶绿体结构遭到不同程度的破坏[22]；刘凯等[23]对油桐的研究结果表明，低含量的镁会使其光合效率降低，浓度适宜的镁可以最大限度地提高油桐的光合效率。叶绿体对锰元素十分敏感，过量的锰会造成叶绿体蛋白的合成受阻，致使叶绿体结构被破坏、叶绿素合成下降，叶绿素a、叶绿素b 的含量均显著下降[24-27]。锌是植物必需的元素之一，有关研究者在对苹果的相关研究中发现，缺锌会使叶片叶绿体光合色素各组分含量发生变化，同时会使其光合产物的积累减少，使其净光合速率降低[28]。钙对植物细胞结构和生理功能均有重要作用，作为植物体第二信使，钙可以减轻花生、苜蓿等植物因盐胁迫而致的伤害[29]；适量的钙可以提高植物叶片中叶绿素和类胡萝卜素的含量，提高光合效率，但钙含量过高则会破坏叶绿体结构、降低叶绿素a、叶绿素b 的含量，从而影响其光合作用[30]；对金丝小枣进行钙素喷施处理，在其叶片中的钙含量得到提高的同时，叶片中氮、磷、硼的含量均相应地提高，但其锰和锌的含量均有所下降[31]。本研究经过连续两年的观测发现，野生秋子梨黄化和半黄化植株叶片中镁、钙和锰元素的含量均高于正常植株叶片中的，且其含量均超过梨叶片营养元素含量适宜范围值的上限。

试验中发现，叶片中的全铁含量，正常叶色植株叶片低于黄化和半黄化植株叶片，而其叶绿素含量却与之相反，正常叶色植株叶片高于黄化和半黄化植株叶片，说明全铁含量不能作为野生秋子梨黄化病症的诊断指标，这与前人的研究结果一致。对不同叶色野生秋子梨植株叶片光合色素和矿质养分元素间的相关性分析结果表明，叶绿素含量与镁、钙、锰这3 种元素的含量间均呈极显著负相关，而与铁含量间呈负相关；且镁、钙、锰这3 种元素的含量均高于其适宜范围值的上限，而铁元素含量处于其正常范围值内。因此推测，野生秋子梨叶片黄化症状可能是由综合营养失衡导致的，至于具体是哪种元素或哪几种元素共同作用的结果，对此还需进一步的研究和验证。