低鎂脅迫對不同品種檸檬生長、光合特性和鎂元素吸收的影響

杜玉霞，李 晶，劉紅明，付小猛，龍春瑞，高俊燕，李丹萍，李進學

（云南省農業科學院熱帶亞熱帶經濟作物研究所，云南 保山 678000）

檸檬［Citrus limon（L） Burm. f.］是蕓香科柑橘屬常綠小喬木，在世界柑橘種植業中占第3 位［1］。我國檸檬栽培品種以尤力克為主，主產區在云南、四川、廣東等地，其種植區的土壤類型主要是紅壤，缺鎂現象較嚴重［2］。檸檬果園土壤缺鎂會引起葉片黃化、植株矮小，從而影響檸檬產量和品質。生產中缺鎂主要發生在種植3 年后投產的檸檬園，據統計我國土壤缺鎂面積已達6%［3］，前期研究表明，云南省土壤pH 值整體呈酸性，果園土壤缺鎂比例達72.9%。

鎂是植物體必需的營養元素之一。柑橘的生長、光合作用、呼吸作用、糖酵解、三羧酸循環、硝酸鹽還原等過程的酶都需依靠鎂來激活［4］，故當鎂營養不足時，脂肪、蛋白質、碳水化合物的合成受阻，最終導致植物不能正常的生長發育。植物缺鎂除了出現葉片失綠等現象外，還表現在枝干細長柔弱、根數量減少、開花緩慢、花色不鮮亮、根莖比下降等方面［5］。根據凌麗俐等［6］對紐荷爾臍橙葉片葉綠素合成與熒光特性的研究表明，無論老葉或是新葉，葉片的光合能力會在嚴重缺鎂時降低；鎂作為葉綠素的核心構成成分參與到了植物的重要生理生化過程中，當植物缺鎂時就會出現葉片失綠從而影響葉片對光能的吸收和轉化、電子傳遞能力以及光合磷酸化［7］。不同品種柑橘對鎂的吸收有所差異，導致其耐缺鎂程度有所差異。韓佳等［8］研究表明缺鎂處理下，紅橘在鎂吸收速率上表現出較強抗缺鎂特性，枳橙、崇義野橘次之，枳和香橙最不耐鎂缺乏。不同柑橘種類耐缺鎂能力也不同，表現為:寬皮柑橘類＞甜橙類＞柚類，寬皮柑橘中椪柑比蕉柑更耐缺鎂，甜橙中華盛頓臍橙比納維林娜、紐荷爾臍橙更耐缺鎂；同一品種的普通溫柑比早熟溫州蜜柑更耐鎂缺乏［9］。

生產中發現，檸檬較其他柑橘更容易出現缺鎂現象，關于柑橘缺鎂的問題前人做了大量研究，但在檸檬上的研究較少。檸檬鎂的吸收受到土壤特性、外界鎂濃度的影響，果農們往往通過增施鎂肥、改良土壤等措施改善缺鎂現象。但是鎂元素的吸收還與檸檬品種有很大的關系，生產中不同品種缺鎂特性有所差異，但其耐缺鎂特性尚不清楚。尤力克、費米耐勞和塔西提是檸檬的3 個主栽品種，占總栽培面積的95%以上。以這3 個檸檬品種為材料，通過沙基培養的方式，研究在低鎂脅迫下不同品種檸檬在外部生長特點、光合生理和鎂吸收的差異，旨在解釋鎂脅迫對不同品種檸檬的影響，篩選出耐缺鎂的品種，為檸檬種植的品種布局、合理施肥提供理論依據，對檸檬產業的健康發展有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗開展地點為云南省農業科學院熱帶亞熱帶經濟作物研究所瑞麗檸檬綜合試驗站，選擇云南主栽的3 個檸檬品種:費米耐勞（F）、云檸一號尤力克（Y）、塔西提（T）為試驗材料，其砧木均為枳殼。枳殼種子于2014 年11 月播種，于2015 年11 月進行接穗的嫁接，2016 年11 月選取莖粗及高度相對一致且生長良好的嫁接苗，洗凈附土，重剪主根后移栽至盛有28 kg 的細砂的塑料盆缽中，在大棚中避雨栽培。

1.2 試驗設計

每個品種設置3 個供鎂濃度梯度，分別為:鎂缺乏0 mmol/L（Mg0:0 mg/L），鎂不足0.25 mmol/L（Mg6:6 mg/L），鎂正常1 mmol/L（Mg24:24 mg/L），共有9 個處理，每個處理3 次重復，每個重復5株。移栽后僅供應蒸餾水煉苗，待萌發出新葉時，用1/2 濃度 Hoagland 營養液和無鎂的 Aron 全濃度營養液澆灌，待長出7 ～8 片新葉時進行鎂營養梯度脅迫，試驗處理時間為1 年。

1.3 測量指標與方法

分別在定植和脅迫結束時，測定植株的株高、冠幅、嫁接口粗度、分枝級數及總枝數，并對各生長指標的增長率進行計算。試驗脅迫完成后，測定葉綠素、光合指標和鎂含量。葉綠素（Chl）含量用乙醇提取法測定［10］；光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）采用 LCpro-SD 全自動便攜式光合儀測定；對樹體整株采取破壞性取樣，分為新葉、中間葉、老葉、果實、莖、根系6 個部位，洗凈后置于105℃烘箱中殺青15 min，75℃烘干至恒重，用粉碎機磨成粉，用HNO3-HClO4消煮-原子吸收法測定鎂含量［11］。

1.4 數據分析

采用Excel 2010 軟件對數據進行處理和繪圖，采用 SPSS 20 統計分析軟件對數據進行差異顯著性檢驗［最小顯著差異（LSD）法］。

2 結果與分析

2.1 鎂脅迫下不同品種檸檬葉片形態比較

各處理在鎂脅迫下檸檬的葉片都出現了不同程度的失綠，而且鎂濃度越低，失綠現象越明顯，老葉失綠比新葉嚴重。從各個品種來看，在供鎂濃度為0 mg/L 時，費米耐勞和云檸一號老葉呈倒V 字型黃化，塔西提則無此現象。

2.2 鎂脅迫下不同品種檸檬植株生長的差異

如表1，不同品種在鎂脅迫下其植株生長情況有所差異。鎂脅迫時3 個品種檸檬的冠幅、嫁接口上5 cm 莖粗都受到了抑制，其中費米耐勞和塔西提在鎂脅迫時冠幅增長率顯著降低，塔西提的嫁接口上5 cm 莖粗增長率顯著降低；費米耐勞和云檸一號在鎂脅迫時分枝級數增長率顯著降低；云檸一號在鎂脅迫時總枝數增長率顯著降低。鎂脅迫對株高和嫁接口下5 cm 莖粗的影響較小?？傮w看來，塔西提生長受到鎂脅迫的影響較小。

2.3 鎂脅迫下不同品種檸檬植株光合能力分析

從圖1 可以看出，不同品種檸檬葉綠素含量、蒸騰速率（Tr）、光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）均隨著供鎂濃度的減少而下降，同一品種不同鎂濃度間差異顯著。塔西提葉綠素含量顯著高于費米耐勞和云檸一號，鎂脅迫時費米耐勞、云檸一號、塔西提的葉綠素含量分別下降11.35%～22.26%、13.21%～22.81%、8.76%～19.15%。費米耐勞的Pn 和Tr 下降幅度最大，Mg0 和Mg6 處理下，Pn 下降37.97%和25.88%，Tr 下降58.96%、27.06%；費米耐勞的Gs 顯著高于其他品種，云檸一號的Gs 受鎂脅迫影響較大，Mg0 和Mg6 處理下分別下降31.71%和20.67%?？傮w看來，3 個品種光合特性受鎂脅迫的影響表現為:費米耐勞＞云檸一號＞塔西提。方差分析結果表明，品種和鎂濃度都顯著影響檸檬的光合生理，其中對氣孔導度的影響較小。

表1 鎂脅迫對不同品種檸檬株高、冠幅、莖粗、分枝級數、總枝數增長率的影響 （%）

圖1 不同鎂濃度對各品種檸檬光合指標的影響

2.4 鎂脅迫下不同品種檸檬各部分鎂含量分析

如圖2、圖3 所示，品種、供鎂濃度均對檸檬各部分鎂元素的含量有顯著的影響，葉片與根的鎂含量明顯高于果實和莖的鎂含量。鎂脅迫時檸檬各部分的鎂含量顯著降低，葉片、果實、根、莖分別下降27.71%、20.42%、30.79%、45.19%。Mg24 處理云檸一號的葉片鎂含量顯著高于其他品種，Mg0處理費米耐勞、云檸一號、塔西提葉片的鎂含量比Mg24 平均降低24.17%、34.27%、24.67%，Mg6 處理比Mg24 平均降低19.84%、23.81%、17.04%。塔西提果實鎂含量顯著低于其他品種，且在鎂脅迫時下降幅度最高，Mg0 和Mg6 處理分別下降25.01%和18.44%；Mg24 處理費米耐勞的根部鎂含量顯著高于其他品種，且在鎂脅迫時下降最多，Mg0 和Mg6 處理分別降低44.46%和43.14%。通過因素間的相關性分析表明，3 個品種各部分的鎂含量與供鎂水平都呈極顯著正相關（表2）。

圖2 鎂脅迫對不同品種檸檬葉片鎂含量的影響

圖3 鎂脅迫對不同品種檸檬果實、莖、根鎂含量的影響

表2 供鎂濃度與各部分鎂含量間相關性分析

3 討論

3.1 不同品種檸檬植株生長對鎂脅迫的響應

鎂是組成植物體的重要成分，其豐缺程度影響著植株的生長發育［12］。本研究結果表明鎂脅迫對檸檬植株的冠幅、總枝數、分枝級數有顯著的影響，缺鎂會抑制植株的生長，這與Yang 等［13］、彭昊陽［14］、Maathuis［15］的研究結果一致。本研究表明不同品種對鎂脅迫的響應有所差異，主要表現為:在鎂脅迫時，塔西提的株高、莖粗、總枝數、分枝級數下降幅度小于費米耐勞和云檸一號，增長率主體表現為:塔西提＞云檸一號＞費米耐勞。但是各品種株高無顯著差異，這主要是檸檬抽梢的時間和枝條抽生的方向不同，結果以后枝條下垂，導致株高變化不明顯，同時也是各處理株高、冠幅、分枝級數和總枝數變異系數較大的原因。各處理嫁接口下5 cm 增長率無顯著差異，主要是各品種檸檬砧木相同，且檸檬生長的時間相對較短，如繼續觀察試驗，可能會表現出明顯差異。有研究指出，鎂對柑橘根的影響最小，莖次之，葉片的影響較大［16］，鎂脅迫處理顯著降低了橘橙春見的株高，均以對照相比，變化幅度最大［17］；韓佳等［18］研究表明在缺鎂處理下，紅橘主根、根數、根表面積以及根體積等各根系指標中，均無顯著變化。不同種類和品種對缺鎂的敏感性有差異［19］，不同鎂水平下，云檸一號、塔西提、費米耐勞也表現出不同的差異水平，這與品種自身遺傳學特性有關，其機理有待進一步深入研究。

3.2 鎂脅迫下不同品種檸檬光合生理的差異

鎂是葉綠體正常結構所必需的營養元素［20］，因此缺鎂時植物葉綠素不能形成，葉片失綠致使光合作用無法進行［21］。本研究認為，不同檸檬品種葉片葉綠素、蒸騰速率和凈光合速率有顯著差異，隨著鎂水平的下降而下降，同一品種不同處理間差異顯著。缺鎂會顯著抑制光合作用能力及凈 CO2同化力，會直接影響 Rubisco （核酮糖-1，5－二磷酸羧化酶）的活性［22-24］。凌麗俐等［25］研究表明缺鎂降低了錦橙的光合作用，楊剛華［26］研究表明缺鎂處理顯著降低了各柑橘砧木的凈光合速率、氣孔導度。本研究結果顯示，不同品種檸檬在相同的缺鎂處理下光合特性指標下降的幅度不同，從小到大為:塔西提、云檸一號、費米耐勞。下降幅度越小說明該品種受鎂脅迫抑制越小。不同柑橘品種在缺鎂條件下光合能力變化不同，韓佳等［18］研究表明崇義野橘、紅橘具有較高的抗缺鎂能力，其凈光合速率和氣孔導度的變化較低，但是其光合代謝差異的機制有待研究。

3.3 鎂脅迫對不同品種檸檬鎂吸收的影響

柑橘葉片鎂素含量的適宜范圍為0.3%～0.7%，但不同相橘品種或品系存在差異［27］。韓佳等［18］、莊伊美［19］研究表明不同柑橘品種鎂吸收能力有所差異。不同柑橘品種、砧木品種對柑橘養分吸收存在差異［28-30］，不同砧穗組合的根系生理功能存在差異，對養分吸收及運輸能力有強弱之別［18，31］。本研究結果看出，鎂脅迫時各品種檸檬的鎂含量都顯著降低，各品種在不同部位下降的幅度有所差異，云檸一號、費米耐勞、塔西提分別在葉片、根、果實下降幅度較大，說明不同品種各部位的鎂轉運及吸收能力不同，鎂的轉運是長距離運輸的過程，其吸收與利用要經過木質部和韌皮部的裝卸，不同品種不同器官間的鎂含量的差異與鎂運輸有何聯系有待研究?？傮w看來鎂正常時，云檸一號的鎂含量顯著高于費米耐勞和塔西提，說明其維持正常生長發育所需的鎂元素高于其他品種。鎂脅迫下云檸一號的減少幅度大于費米耐勞和塔西提，說明云檸一號抗缺鎂能力弱，在缺鎂條件下不能從外界吸收更多的鎂元素。而塔西提則不同，在低鎂環境下仍維持較高的鎂含量，說明它能在鎂不足時吸收更多的鎂元素來維持正常生長，具有較強的耐缺鎂特性。不同品種檸檬鎂吸收的差異與自身遺傳學特性有關，也可能是不同砧穗間的互作關系的差異引起的［32-33］，還可能是不同品種植株體生理代謝失調的差異導致體內鎂轉運體的差異［34-35］，其機制有待進一步研究。

4 結論

鎂脅迫下，檸檬會在生長及品質上有所響應，表現為植株生長受到抑制，冠幅減小、總枝數和分枝級數減少；不同品種檸檬光合能力受到抑制，表現為葉綠素含量減少，蒸騰速率、凈光合速率、氣孔導度下降；鎂脅迫下檸檬各部位的鎂含量都減少。但是不同品種受到的抑制有所差異，綜合來看，表現為塔西提最耐鎂缺乏，云檸一號、費米耐勞不耐鎂缺乏。不同柑橘品種鎂代謝規律有較大差異，這是品種的本身屬性，由基因型決定的，生產中應該根據品種的耐缺鎂特性的差異，進行品種的區域布局，合理補充鎂肥，實現檸檬的高效優質生產。