外源褪黑素对梨叶片及果实矿质营养的影响*

赵亮亮，赵德英，闫 帅，胡 清，徐 锴，张少瑜，侯桂学，李 鑫

（1 中国农业科学院果树研究所，农业农村部园艺作物种质资源重点实验室，辽宁省落叶果树矿质营养与肥料高效利用重点实验室，辽宁兴城125100）（2 诸城市综合行政执法大队）

梨是我国第三大水果，在果农脱贫致富和乡村全面振兴中发挥着重要作用。玉露香梨是库尔勒香梨与雪花梨杂交育成的优质中熟梨新品种，其果实肉质鲜嫩、香甜多汁、营养丰富、皮薄核小，优良的品质受到了消费者的广泛好评[1]。

随着人们生活水平的提高，对高品质梨果的需求持续增长。矿质营养是果树生长发育、果实产量和果实品质的物质基础[2]，按照果树需求量的大小可划分成常量元素和微量元素，其中常量元素包括氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）和镁（Mg），微量元素包括硼（B）、铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）和钼（Mo）。各种矿质营养的含量和相互作用对果实的糖[3]、酸[4]、维生素C[5]等含量以及果实大小、硬度、着色度和贮藏能力[6]均产生影响，所以通过技术手段调控梨树的矿质营养分配及含量对梨果实品质和效益的提升具有重要的积极作用。

化学调控技术是通过应用植物生长调节物质改变植物内源激素系统，调节植物生长发育，使其朝着人们预期的方向和程度发生变化的技术[7]。该技术具有收效快、用量少、安全、操作简便、便于推广等优点。化学调控在农业生产上能够取代很多传统的栽培管理措施，简化农业生产步骤，将成为未来农业发展的主导技术之一。而植物生长调节剂是化学调控技术实行的根基。褪黑素（Melatonin，N-乙酰基-5-甲氧基色胺）作为一种新兴的植物生长调节剂，是一种由色氨酸为基质合成的吲哚类物质，作为多效性因子在植物中具有多种生物学功能，参与光合作用[8]、种子萌发[9]、果实膨大[10]、根系发育[11]以及渗透调节[12]等生理过程，同时对植物抵御环境胁迫[13]具有重要作用。目前已有研究证明褪黑素能够调控植物中的矿质营养含量及分配，Zhang 等[14]对褪黑素预处理的黄瓜幼苗进行了矿质营养测定分析，研究发现虽然过量的硝酸盐导致氮和钾的浓度增加，以及磷和镁的水平下降，但外源褪黑素具有相反的效果，能够改善盐胁迫中植物的生长。高青海等[15]研究表明，喷施外源褪黑素可以显著降低盐胁迫下甜瓜根系和叶片中Cl-、Na+含量，提高K+、Mg2+、Ca2+含量。Roy 等[16]对处于干旱胁迫条件下的紫花苜蓿进行了叶面喷施褪黑素处理，结果表明，外源褪黑素处理增加了干旱胁迫下紫花苜蓿的N、P、K、Ca 含量。

目前大部分研究集中在褪黑素对逆境胁迫下植物的影响，关于褪黑素对梨果实发育过程中叶片和果实矿质营养影响的报道较少。因此，本试验在露地条件下，对玉露香梨树进行叶面喷施褪黑素处理，分析不同时期梨树叶片和果实的矿质营养含量的差异显著性，以明确外源褪黑素处理对梨叶片和果实矿质营养的影响，为果实营养品质提升提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2021 年在中国农业科学院果树研究所梨栽培示范基地进行。以8 年生玉露香梨为试材，选取生长势和产量相近的梨树，每5 株为1 个处理，单株重复，进行混合取样。试验共设置3 个处理：喷施100 μmol/L 褪黑素（T1）、喷施200 μmol/L 褪黑素（T2），以喷施清水为对照（CK）。上述各处理所用溶液均以去离子水为溶剂，加入等量的乙醇（0.1%）和吐温80（0.1%）。喷施时间为盛花后40、55、70 d，在盛花后50、65、80、95、110、125、140 d 进行采样，共计7 次。采样时，在每株树东、西、南、北4 个方位树冠外围随机采集无病虫害、果面洁净的果实4～5 个，叶片8～10 片，置于冷藏箱中备用。

1.2 测定方法

将果实和叶片洗净后，果实切片，叶片剪碎，105 ℃杀青0.5 h，75 ℃烘干至恒重，粉碎后过80目筛，保存至自封袋中待测。取0.15 g 样品加入5 mL硫酸和少量去离子水过夜，逐次滴加H2O2，用消煮炉在220 ℃下消煮至澄清透明，过滤至50 mL 离心管中，用电感耦合等离子体发射光谱仪（iCAP 6200，英国赛默飞世尔科技公司）测定P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn 元素含量。N 含量采用凯氏定氮仪测定。

1.3 数据统计方法与分析

所有试验数据采用WPS Office 软件进行处理和分析，采用SPSS 数据分析软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 外源褪黑素处理对叶片和果实中常量元素含量的影响

由表1 可以看出，T1 处理叶片N 含量在盛花后50、125 d 均显著高于CK，其他时期叶片N 含量与CK 差异均不显著，在盛花后65 d，叶片N 含量达到最高，较CK 提高了6.2%；T1 处理果实N 含量除盛花后125、140 d 外，其他时期均显著高于CK，在盛花后50 d，果实中的N 含量达到最高，较CK 提高了24.4%。T2 处理的N 含量也呈相似的增加趋势。综上所述，褪黑素处理明显提高了梨叶片和果实的N 含量，其中100 μmol/L 褪黑素处理效果更好。

表1 褪黑素处理对梨叶片和果实中N 含量的影响 g/kg

由表2 可以看出，与CK 相比，在整个果实发育期间，T1 处理和T2 处理的叶片和果实中的P 含量均呈现波浪式升高和降低的趋势，没有显著性和规律性的变化。在盛花后140 d，T1 处理叶片和果实中的P 含量均显著低于CK，分别较CK 降低了22.6%和26.3%，T2 处理叶片和果实中的P 含量与CK 差异均不显著。综上所述，100 μmol/L 褪黑素处理显著降低了梨果实成熟期叶片和果实中的P 含量。

表2 褪黑素处理对梨叶片和果实中P 含量的影响 g/kg

由表3 可以看出，T1 处理和T2 处理的叶片K含量在盛花后50、65、80、95、110 d 均低于CK，在盛花后110 d，T1 处理和T2 处理的叶片K 含量分别较CK 显著降低了7.8%和14.8%。在除盛花后65 d 外的其他时期，T1 处理和T2 处理的果实K含量均低于CK，在盛花后140 d 分别为9.04、9.58 g/kg，与CK 相比，分别显著降低了25.0%和20.5%。综上所述，褪黑素处理明显降低了梨叶片和果实中的K 含量。

表3 褪黑素处理对梨叶片和果实中K 含量的影响 g/kg

由表4 可知，在盛花后50、80、95、125 d，T1、T2 处理叶片和果实中的Ca 含量与CK 差异均不显著。在盛花后65 d，T1 处理的叶片和果实Ca含量与CK 差异不显著，而T2 处理的果实Ca 含量显著高于CK，提高了109.7%。在盛花后110、140 d，T2 处理的叶片Ca 含量均显著高于CK，分别提高了56.4%、15.7%。可见，200 μmol/L 褪黑素处理明显提高了盛花后110 d 后梨叶片Ca 含量。

表4 褪黑素处理对梨叶片和果实中Ca 含量的影响 g/kg

由表5 可以看出，T1 处理和T2 处理的叶片Mg含量在各时期均高于CK，在盛花后65 d，T1 处理达到最高，为4.43 g/kg，与CK 差异显著，较CK提高了58.2%；在盛花后110 d，T2 处理的叶片Mg含量达到3.53 g/kg，显著高于CK，较CK 提高了41.2%。除盛花后50 d 和盛花后140 d 外，其他时期T1 处理的果实Mg 含量均高于CK，并在盛花后80 d 达到最高，为2.10 g/kg，与CK 差异显著，较CK 提高了110.0%。除盛花后50、110、140 d 外，其他时期T2 处理的果实Mg 含量均高于CK，在盛花后65 d 达到最高，为1.87 g/kg，较CK 提高了87.0%。综上所述，褪黑素处理明显提高了梨叶片和果实的Mg 含量，其中100 μmol/L 褪黑素处理效果更好。

表5 褪黑素处理对梨叶片和果实中Mg 含量的影响 g/kg

2.2 外源褪黑素处理对叶片和果实中微量元素含量的影响

由表6 可知，在盛花后50、65、80、95 d，T2处理的叶片B 含量均显著低于CK，在盛花后110 d和盛花后125 d 与CK 差异不显著，但在盛花后140 d 反而显著高于CK，T1 处理也有相似的变化趋势。T1 处理的果实B 含量在各时期均高于CK，在盛花后80 d 达到最高，为14.5 mg/kg，较CK 显著提高了101.4%。综上所述，100 μmol/L 褪黑素处理明显提高了梨果实中的B 含量。

表6 褪黑素处理对梨叶片和果实中B 含量的影响 mg/kg

由表7 可以看出，T1 处理的叶片Cu 含量在各个时期均高于CK，在盛花后125 d 达到最高，为8.7 mg/kg，较CK 显著提高了17.6%，T2 处理表现出相似的变化趋势。在果实Cu 含量上，T1 处理和T2 处理在盛花后110 d 之前均高于CK；在盛花后80 d，T1 处理和T2 处理分别较CK 提高了83.1%和98.3%。综上所述，褪黑素处理明显提高了梨叶片和果实的Cu 含量。

表7 褪黑素处理对梨叶片和果实中Cu 含量的影响 mg/kg

由表8 可以看出，T1 处理和T2 处理的叶片Fe含量在除盛花后125 d 外的其他时期均低于CK，在盛花后140 d，T1 处理和T2 处理与CK 差异显著，分别为253.1、226.4 mg/kg，分别较CK 降低了37.7%和44.3%。对于果实Fe 含量，T1 处理在各个时期均低于CK，T2 处理在除盛花后95 d 的其他时期也均低于CK，在盛花后80 d，T1、T2 处理与CK 差异显著，分别比CK 降低了31.8%和39.7%。综上所述，褪黑素处理明显降低了梨叶片和果实中的Fe含量。

表8 褪黑素处理对梨叶片和果实中Fe 含量的影响 mg/kg

由表9 可知，T1 处理的叶片Mn 含量在除盛花后140 d 外的其他时期均显著低于CK，T2 处理在除盛花后50 d 和盛花后125 d 外的其他时期叶片中Mn 含量也均显著低于CK，在盛花后110 d，T1、T2 处理分别较CK 降低了7.8%、14.6%。对于果实Mn 含量，T1、T2 处理在盛花后65 d 之后均低于CK，但差异均不显著。综上所述，褪黑素处理明显降低了梨叶片和果实中的Mn 含量。

由表10 可知，与CK 相比，在整个果实发育期间，T1 处理和T2 处理的叶片和果实中的Zn 含量均呈现波浪式升高和降低的趋势，没有显著性和规律性的变化。

表10 褪黑素处理对梨叶片和果实中Zn 含量的影响 mg/kg

3 讨论

植物生长调节剂能够影响植物的矿质营养状况，进而调控植物的生长发育。一些植物生长调节剂能够调控逆境中植物的矿质营养含量及分配。Al-Harthi 等[17]研究表明，用赤霉素（GA）和茉莉酸（JA）处理西葫芦种子，提高了其幼苗的K+、Mg2+含量及K+/Na+比率，缓解了盐分胁迫造成的危害。San-Francisco 等[18]对胁迫条件下生长的辣椒进行了生长素（AX）处理，结果表明，生长素降低了其叶片K 含量，增加了Ca 含量。目前已有植物生长调节剂对矿质营养调控机理的相关研究，Séguéla 等[19]研究表明，细胞分裂素（CK）抑制编码铁转运蛋白（IRT1）和铁还原酶（FRO2）的拟南芥基因的表达，从而影响拟南芥中Fe 含量状况。同时相关研究表明，AX 和CK 能够在控制根系对N 的获取方面发挥直接作用[20]。

褪黑素能够影响植物的矿质营养状况，进而调控植物的生长发育。Liang 等[21]对重度干旱胁迫下的苹果植株长期进行外源褪黑素施用处理，发现褪黑素提高了植株中的N 含量，并表明100 μmol/L 褪黑素对促进矿质营养吸收具有更显著的作用。本试验也有相似的结果，我们发现褪黑素处理提高了梨叶片和果实中的N 含量，并且100 μmol/L 褪黑素处理效果更好。N 可以提高叶片中叶绿素的含量和光合作用效率，从而促进植物的生长发育和果实品质的形成[22]。因此，人们对提高果树叶片中N 含量的方法极为关注。施氮肥是常用的增氮手段，但是有报道称土壤中可用的高N 含量并不能导致梨树对N 吸收的增加，也不能增加叶片中的N 浓度[23]，这也就表明了土壤施氮肥的局限性，而喷施外源褪黑素可以作为提高梨树N 含量的有效措施。在葡萄的相关研究中，Xia 等[24]研究发现，褪黑素处理增加了夏黑葡萄果实中N、K、Cu、Fe 和Zn 的浓度，其中100 μmol/L 浓度的褪黑素效果更好。本试验中褪黑素处理的梨叶片和果实中的N、Cu 含量也呈现出相似变化，但褪黑素处理降低了梨叶片和果实中的K、Fe、Mn 含量，同时本试验并未发现褪黑素处理对梨叶片和果实中的Zn 含量有影响，这可能是树种不同导致。本试验中褪黑素处理还提高了梨叶片和果实中的Mg 含量，Zhang 等[14]认为Mg 是植物叶绿素合成的关键成分，与光合作用紧密相关，褪黑素可以通过上调Mg 的积累，减缓叶绿素的降解，促进植物在逆境环境下的生长。研究认为梨树对B 要求很高，B 缺乏会导致坐果和产量减少，以及果实小、畸形、开裂和木栓化等问题[25]。本试验发现喷施外源褪黑素能够增加梨果实中的B 含量，这将对果实的品质产生重大影响。

4 结论

本试验对玉露香梨进行叶面喷施褪黑素处理，分析了不同时期梨树叶片和果实的矿质营养含量的差异显著性，发现褪黑素能够提高梨树整个果实发育过程中叶片的N、Mg、Cu 含量和果实的N、Mg、Cu、B 含量，降低叶片和果实中的K、Fe、Mn含量。综合经济效益等因素，100 μmol/L 褪黑素处理能够更好地调控梨树的矿质营养。因此，可以通过喷施适宜浓度的外源褪黑素来调控梨树叶片和果实矿质营养的分配及含量，从而为提高果实的营养品质提供新途径。