高一寧 時曉芳 侯延杰 薛進軍

摘要：? 該研究以紅富士蘋果品種為材料，通過虹吸輸入鐵肥的方式，設置輸鐵液（600倍FeS04·7H20）處理并以輸離子水和不輸液為對照，觀察了處理后蘋果樹的復綠情況，測定了葉綠素含量、光合參數、進行了葉綠體、線粒體超微結構的電鏡掃描。結果表明：輸鐵后10 d，樹體復綠情況明顯，復綠等級由2.01變?yōu)?.53，復綠的葉片葉綠素含量有顯著增加，增幅達到200%。同時，凈光合速率提高了68%、蒸騰速率提高了21%、氣孔導度提高了49%，胞間CO2濃度降低了100%。輸鐵處理后的單個細胞葉綠體個數比對照有顯著增加，且個體更飽滿，淀粉粒和嗜鋨顆粒有明顯減少;基粒片層結構規(guī)律整齊，基質清晰，被膜結構完整，線粒體內嵴清晰度高，數量增多。在輸鐵處理后，蘋果樹體復綠明顯，葉綠素合成能力恢復，葉綠體、線粒體被膜結構均得到修復，表明用虹吸的方法將鐵肥輸入樹體對蘋果缺鐵黃化病有很好的療效。-

關鍵詞： 鐵肥， 虹吸輸液， 黃化， 蘋果， 光合參數， 細胞器結構 -

中圖分類號：? Q945.11

文獻標識碼：? A

文章編號：? 1000-3142（2018）12-1660-07

Effects of Fe fertilizer siphon transfusion on -photosynthetic parameters and organelle structure -of iron chlorosis in apple trees

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GAO Yining1， SHI Xiaofang2， HOU Yanjie1， XUE Jinjun3*

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（ 1. Horticultural Research Institute， Guangxi Academy of Agriculture Science， Nanning 530007， China; 2. Viticulture and Wine Research Institute， -Guangxi Academy of Agriculture Science， Nanning 530007， China; 3. College of Agriculture， Guangxi University， Nanning 530003， China ）-

Abstract：

Taking Fuji Apple （Malus pumila） as the testing variety and effects of Fe fertilizer into apple through siphon， three treatments were set， including： infusion of Fe fertilizer（600 times FeSO4·7H2O） into apple tree through siphon， infusion of deionized water and CK （no treatment）. Retrieved green leaves were observed and chlorophyll content and photosynthetic parameters were measured. Ultra microstructure of chloroplast and mitochondria were observed by electron microscopic scanning. In Fe fertilizer treatment， greening levels changed from 2.01 to 0.53 and the chlorophyll contents were increased even by 200%. Meanwhile， net photosynthesis rate was increased by 68%， transpiration rate was increased by 21%， and stomatal conductance was increased by 49%， while the intercellular CO2 concentration was decreased by 100%. Compared to infusion of deionized water treatment and CK， in Fe fertilizer treatment， the chloroplast number was increased with larger size; and the number of starch granules and osmiophilic granules were decreased; grana lamellae structure was more clear， as well as the mitochondrial crista with more quantity. After Fe fertilizer applied， the yellow leaves retrieved green again obviously. And the synthesize of chlorophyll was improved， and the membrane structure of chloroplast and mitochondrion were recovered. In conclusion， Fe fertilizer infused into Fuji apple through siphon can correct chlorosis.-

Key words： Fe fertilizer， siphon transfusion， iron chlorosis， apple， photosynthetic parameters， organelle structure

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鐵是植物生理活動中所必需的營養(yǎng)微量元素，在植物體的光合作用、固氮作用、呼吸作用等生理代謝過程的電子傳遞或酶促反應中發(fā)揮著重要的作用。植物缺鐵黃化病是果樹因缺鐵影響葉綠素正常合成的生理型病害（蘇律等，2016），在世界范圍內都廣泛存在，一直作為國際植物營養(yǎng)學界有待攻克的難題。我國的蘋果產量居世界首位（常源升，2014），是黃化病的高發(fā)樹種。蘋果缺鐵的主要表現為新抽嫩葉的脈間黃化，葉片頂端枯萎。長期缺鐵會導致樹體發(fā)育不良，樹勢弱小，嚴重時甚至導致樹體死亡。其中，在石灰性土壤、鹽堿性土壤上表現的尤為突出。國內外研究者嘗試了各種補充鐵營養(yǎng)的措施，包括葉面噴施、斷根土施、根系輸液、樹體注射等（Shena et al，2015），由于鐵在自然界中易氧化和難移動，有的復綠效果不持久，有的操作復雜，費時費工，成本較大。因此，我們通過虹吸輸液法（薛進軍和呂鳴群，2009），使鐵肥在蒸騰拉力作用下直接進入樹體，達到省時、省工，同時又能有效矯正果樹缺鐵。本研究通過研究鐵肥直接輸入樹體對缺鐵黃化葉片光合參數和細胞器結構的影響，為解決果樹黃化病提供理論依據。

1材料與方法

1.1 材料

試驗于2016年在河北曲周縣槐橋鄉(xiāng)田間進行，試驗時間為7月份（黃化病高發(fā)期），試材為2004年定植的紅富士蘋果品種（Malus pumila），土質屬于石灰性土壤。各處理葉片的葉綠素含量測定和細胞器超微結構觀察在中國農業(yè)大學進行。

1.2 方法-

1.2.1試驗設計選田間生長一致的缺鐵失綠蘋果樹，采用隨機區(qū)組試驗，單株小區(qū)，設置在樹干上輸入500 mL濃度為600倍的亞鐵（FeSO4·7H2O）溶液為處理1，輸入500 mL去離子水為處理2，不輸液為對照，每處理5株樹。-

1.2.2 觀測內容田間處理的前后10 d，用周厚基和仝月澳（1988）的方法分別將試材蘋果樹的黃化程度進行分級。處理10 d后，取三種處理的新梢上部葉片測定葉綠素含量，同時進行細胞器結構的電鏡觀察。-

1.2.3 虹吸輸液方法輸液主要設備是電鉆（鉆頭約0.5 cm）、橡皮管（外徑略大于0.5 cm）、洗耳球和600 mL空塑料瓶。操作方法：先在樹干基部打孔，孔深約5 cm，直徑約0.5 cm。輸液時，將裝滿鐵肥溶液的塑料瓶掛在高于打孔處約1.5 m的樹枝上，橡皮管的一端插入裝滿溶液的瓶底，橡皮管另一端移至基部打孔處，用洗耳球從管另一端吸取溶液，待形成虹吸效應時，迅速插入樹干基部的孔中（不漏即可），即開始向樹體輸入亞鐵溶液。-

1.2.4 測定方法-

1.2.4.1 葉綠素的測定取三種處理新梢中部葉片測定葉綠素含量：將葉樣用80%丙酮浸提，至葉片全部褪綠后用95%乙醇定容，再用紫外分光光度計測定葉綠素含量（李志丹等，2011）。-

1.2.4.2 光合參數的測定處理后第10天，使用CIRAS-2便攜式光合系統(tǒng)于上午9：00—11：00間測定各處理新梢上部葉片的Pn（凈光合速率）、Tr（蒸騰速率）、Gs（氣孔導度）、Ci（細胞間隙CO2濃度）。-

1.2.4.3 葉綠體超微結構的觀察材料處理和電鏡觀察均在中國農業(yè)大學電鏡平臺完成。具體試驗步驟參考Lianopoulou et al（2014）的方法。

1.3 數據處理

試驗數據采用SPSS分析軟件進行統(tǒng)計分析，結果用Duncans法進行多重比較。

2結果與分析

2.1 處理后復綠情況

輸鐵處理10 d后，由處理前的黃化等級2.01級恢復到0.53級，而輸水處理和對照樹沒有復綠，黃化程度前后幾乎無差異（表1）。由此可見，黃化已基本被矯正。

2.2 輸鐵對葉綠素含量的影響

由表2可知，輸鐵后，葉綠素a、葉和綠素b含量分別較對照葉片增加0.71 mg·g-1FW和0.37 mg·g-1FW，增幅分別達到182%和247%。葉綠素總量增加1.08 mg·g-1FW，增幅達到200%，輸鐵處理中葉綠素a、b含量相比對照均達到顯著差異。而輸水與對照的差異微小?？梢?，輸鐵處理的葉片中葉綠素含量有顯著增加。

2.3 輸鐵對光合參數的影響

從表3可以看出，輸鐵處理前后的Pn（凈光合速率）增加了68%，Tr（蒸騰速率）增加了21%，Gs（氣孔導度）增加了49%，Ci（胞間CO2濃度） 減少了100%。輸水處理的光合參數也略有增加，但增幅與輸鐵處理相比可以忽略。對照無明顯增加。這表明葉片的光合參數的提高與葉綠素的增加呈正比。虹吸輸鐵能顯著增加缺鐵黃化葉片中的葉

綠素含量，從而對葉片的光合基本參數產生正面影響。

2.4 虹吸輸鐵對細胞器結構影響

從表4可以看出，輸鐵處理的單個細胞葉綠體個數比輸水處理多83%，比對照多92%;輸鐵處理的葉綠體長徑平均比輸水處理多16%，比對照多22%;而輸鐵處理的單個細胞淀粉粒個數平均比輸水處理少50%，比對照少43%;輸鐵處理的單個細胞嗜鋨顆粒個數平均比輸水處理少41%，比對照少39%。

電鏡觀察顯示，輸鐵后復綠蘋果葉片中的葉綠體輪廓清晰 （圖1），內部基粒片層數量多，排列規(guī)律整齊，片層結構清晰，有少量的噬鋨顆粒。輸水處理和對照的葉綠體形狀呈不規(guī)則，邊緣形狀模糊，基質渾濁，片層結構已經瓦解，嗜鋨顆粒、淀粉粒數均增多。對照與輸水處理的葉綠體結構相似。受到缺鐵脅迫的葉肉細胞中葉綠體出現萎縮（圖2），顏色變深變渾濁，線粒體出現破裂分解，而輸鐵復綠的葉肉細胞中的葉綠體以單層排列在細胞膜的內側，葉綠體、線粒體均形態(tài)飽滿，且輪廓清晰，結構完整。

由圖3可知，觀察到線粒體為橢圓形。輸鐵處理的線粒體輪廓清晰，嵴清晰度高，數量較多，被膜結構完整。輸水處理和對照的線粒體膜結構已出現分解，外膜已渾濁不清。

3討論與結論

葉綠素含量是影響植物光合能力的重要因素

（劉澤軍等，2014），葉綠素含量減少直接導致光合能力的下降（陸志峰等，2016），而鐵與葉綠素之間存在著密切關系，葉綠素合成必須要鐵的參與，其表現為鐵的含量直接影響合成葉綠素前體——亞鐵原卟啉所需酶的活性，缺鐵則限制了葉綠素的合成（吳平等，2001）。葉綠素的降低也進一步表示了光合系統(tǒng)被破壞，通過所測光合參數指標的降低來體現。本研究發(fā)現，經過虹吸輸鐵后，黃化蘋果葉片中葉綠素a、b含量均有顯著增加，由此可知輸鐵肥可以補充亞鐵原卟啉的合成所需的鐵，從而促進葉綠體的合成。

葉綠體和線粒體是為植物的生長發(fā)育提供能量的重要細胞器（吳妤等，2013）。葉綠體被膜含有ATP 酶、腺苷酸激酶，為光合作用提供條件;類囊體膜亦稱光合膜，是光能向化學能轉化的場所。線粒體是合成ATP并將能量供給細胞的工廠。有人在水稻（Li et al，2012）和擬南芥（Weise? et al，2015）研究中發(fā)現，葉綠體畸形或數目減少會抑制光合速率。而在缺鐵條件下，肖家欣等（2010）研究發(fā)現，枳殼砧木葉片細胞葉綠體及線粒體均出現明顯的解體，類囊體片層模糊。劉磊超等（2015）發(fā)現在缺硼脅迫下，植物細胞會發(fā)生解構，胞內細胞器萎縮消失。本研究發(fā)現，在缺鐵脅迫下，有細胞發(fā)生形變和細胞器分解;葉綠體、線粒體的膜結構被破壞，輪廓模糊;基粒片層結構解體，基質混濁，這些現象與劉磊超等（2015）、肖家欣等（2010）的發(fā)現一致。淀粉粒是葉綠體為生理活動貯藏的能量，嗜鋨顆粒是類囊體降解產物脂質聚集的結果，它們的堆集說明了葉綠體的代謝受到抑制（姚宇潔和姜存?zhèn)}，2017）。本研究發(fā)現，缺鐵時，葉綠體內嗜鋨顆粒及淀粉粒增多，這與姚宇潔和姜存?zhèn)}（2017）和邱強等（2017）在缺鐵柑橘、大豆上觀察到的現象相同。虹吸輸鐵使葉肉細胞內葉綠體恢復飽滿，同時修復了葉綠體、線粒體的被膜結構，提高了光反應以及光合產物的運輸效率，使代謝循環(huán)正常，從而使淀粉粒和嗜鋨顆粒數量顯著減少，由此反映了植物對光能吸收、轉化能力的恢復。

本研究結果表明，在虹吸輸鐵后，蘋果樹體復綠明顯，葉綠素合成能力恢復，葉綠體、線粒體被膜結構均得到修復，說明采用虹吸的方法將鐵肥直接輸入樹體是矯正蘋果缺鐵黃化病的有效途徑。

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