聶必林，田中平，巫利梅，如馬南木·尼合買提，呂海英,3

（1.新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830053；2.干旱區(qū)植物逆境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830054；3.新疆特殊環(huán)境物種保護(hù)與調(diào)控生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830054）

【研究意義】黑果枸杞（Lycium ruthenicum）系茄科（Solanceae）枸杞屬（Lycium）多年生落葉小灌木植物［1-2］，主要分布于我國(guó)西北地區(qū)，特別是柴達(dá)木盆地和塔里木盆地分布尤廣［3］。黑果枸杞是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，具有極高的藥用價(jià)值和生態(tài)學(xué)價(jià)值。其藥用價(jià)值主要體現(xiàn)于果實(shí)富含維生素、原花青素、枸杞多糖等生物活性物質(zhì)［4-6］，具有抗氧化［7］、抗機(jī)體衰老［8］、抗疲勞［9］等多種生理功能；其生態(tài)學(xué)價(jià)值主要體現(xiàn)于植株的獨(dú)特形態(tài)結(jié)構(gòu)，葉片屬肉質(zhì)化葉型，角質(zhì)膜增厚，根系屬根蘗型，主根發(fā)達(dá)，根毛濃密［10］。這些特征使黑果枸杞對(duì)鹽堿、干旱、土壤貧瘠等不良環(huán)境具有很強(qiáng)的耐受性，常作為荒漠干旱區(qū)治理鹽堿地土壤、防風(fēng)固沙、保持水土的優(yōu)選樹(shù)種［11-12］，是世界公認(rèn)的三大堿性土壤指示植物和先鋒植物之一［13］。

【前人研究進(jìn)展】鉬（Mo）是高等植物必須的微量元素之一，盡管多數(shù)植物對(duì)鉬的需求量極低，但鉬元素在植物體內(nèi)的生物學(xué)功能不可忽視。鉬作為固氮酶和硝酸還原酶（NR）等多種酶的固有成分［14］，通過(guò)影響酶的化學(xué)活性進(jìn)而影響植物內(nèi)部的碳代謝、氮代謝、激素代謝、谷胱甘肽循環(huán)、次生代謝和活性氧代謝等生理過(guò)程［15-17］。植物缺鉬導(dǎo)致氨基酸和蛋白質(zhì)合成減少，硝酸鹽過(guò)量積累，葉綠體結(jié)構(gòu)遭受破壞，光合色素與還原糖含量降低［18］，外在表現(xiàn)為植株矮小、生長(zhǎng)緩慢、葉片失綠，且有大小不一的黃色或橙黃色斑點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)葉緣萎蔫，葉片扭曲呈杯狀，老葉變厚、焦枯，直至死亡［19］，且這些癥狀通常先出現(xiàn)在較老葉片，然后逐步向新葉和生長(zhǎng)點(diǎn)發(fā)展。盡管缺鉬嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)，但鉬含量過(guò)高同樣也會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用，導(dǎo)致作物減產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降［20］?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】據(jù)報(bào)道，全球土壤中全鉬平均含量約為2.3 mg/kg［21］，而我國(guó)土壤的全鉬含量范圍在0.1～6.0 mg/kg，平均含鉬量約為1.7 mg/kg，明顯低于全球平均水平，還存在南方地區(qū)土壤含鉬量普遍高于北方地區(qū)的現(xiàn)象［22］，地處西北的新疆地區(qū)土壤缺鉬尤為嚴(yán)重［23］?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】鑒于新疆地區(qū)土壤缺鉬現(xiàn)狀和黑果枸杞的重要價(jià)值，本研究采用水培種植法，從生長(zhǎng)指標(biāo)、元素含量與分布、熒光特性的角度探究不同濃度梯度外源鉬肥對(duì)黑果枸杞幼苗生長(zhǎng)的影響，為黑果枸杞人工施肥提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試材料 供試黑果枸杞種子于2019 年9月采自庫(kù)爾勒市哈拉玉宮鄉(xiāng)，為多年生人工種植。地理坐標(biāo)41°42'26″ N、86°02'73″E，海拔892 m，屬暖溫帶大陸性干旱氣候。種子采集后人工去除果肉，漂洗干凈并自然風(fēng)干，保存于5 ℃冰箱中備用。

1.1.2 鉬處理液配置 采用改良的霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液，其基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)元素配比如下：Ca（NO3）2·4H2O 945 mg/L、MgSO4·7H2O 493 mg/L、KH2PO4136 mg/L、NH4NO380 mg/L、KNO3506 mg/L、ZnSO4·7H2O 0.22 mg/L、CuSO4·5H2O 0.08 mg/L、FeSO4·7H2O 5.56 mg/L、MnCl2·4H2O 1.81 mg/L、H3BO32.86 mg/L。以改良的霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液為基礎(chǔ)，在預(yù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，配置含鉬濃度分別為0、5、10、20、40 μmol/L 的含鉬處理液，并依次記為CK、Mo5、Mo10、Mo20、Mo40。注：以（NH4）6Mo7O24·4H2O（M=1236）為鉬源，所有試劑均為分析純級(jí)別。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 幼苗培養(yǎng) 黑果枸杞幼苗培養(yǎng)于2019 年3月15 日開(kāi)始，在新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生地樓干旱區(qū)植物逆境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。挑選適量籽粒飽滿且大小均一的黑果枸杞種子，用75%的乙醇消毒5～10 min，蒸餾水沖洗3～5 次，在40 ℃水浴鍋中恒溫催芽24 h。選擇長(zhǎng)寬高為35 cm×25 cm×8 cm 的育苗盤5 個(gè)并消毒，在每個(gè)育苗盤中平整鋪2～3 cm 海綿，在海綿上均勻撒適量催芽處理后的種子，置于RXZ 智能型人工氣候箱（寧波江南儀器廠），設(shè)置晝夜溫度25/15 ℃，相對(duì)濕度80%～90%，晝夜相對(duì)光照度100%/0%，晝夜周期16 h/8 h。定時(shí)向育苗盤中噴灑蒸餾水，保證海綿全部濕潤(rùn)，待幼苗長(zhǎng)出2 片真葉時(shí)，改用噴灑1/2 改良霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液，待幼苗株高為3 cm左右時(shí)，進(jìn)行試驗(yàn)處理。

1.2.2 試驗(yàn)處理 采用水培種植法，設(shè)0（CK）、5、10、20、40 μmol/L 5 個(gè)鉬濃度梯度，每個(gè)處理3 次重復(fù)。挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的試驗(yàn)幼苗，均分為15 份，每份20 株。取長(zhǎng)寬高為40 cm×25 cm×10 cm 的種植托盤15 個(gè)，在每個(gè)種植托盤高6 cm處固定一塊厚度約為1 cm 的泡沫板，每個(gè)泡沫板上均勻打20 個(gè)直徑為2 cm 種植孔，將幼苗根莖分界部位用海綿輕輕包裹（剛好能填充整個(gè)種植孔且不擠壓幼苗根莖為宜），定植于種植孔內(nèi)。將定植后的托盤按隨機(jī)區(qū)域方式置于RXZ 智能型人工氣候箱，設(shè)置晝夜溫度25/15 ℃，相對(duì)濕度80%～90%，晝夜相對(duì)光照度100%/0%，晝夜周期16 h/8 h。定植當(dāng)日向每個(gè)托盤內(nèi)加入3 L 對(duì)應(yīng)濃度的含鉬處理液，每隔2 d 更換1 次，保證處理液濃度穩(wěn)定，培養(yǎng)3 個(gè)月后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，從每個(gè)種植托盤內(nèi)隨機(jī)選取3 株幼苗，去除表面雜物，去離子水沖洗干凈并吸干表面水分。將幼苗的根、莖、葉各部位分離，稱得各部位鮮重，計(jì)算出根冠比，根冠比=根鮮重/地上部分鮮重。接著用瀘工數(shù)顯卡尺（上海九量五金工具有限公司）測(cè)量幼苗根長(zhǎng)及株高。最后于105 ℃殺青30 min，75 ℃下烘干至恒重，稱得各部位干重。

1.3.2 微量元素含量測(cè)定 將同一鉬濃度處理下的所有黑果枸杞幼苗干物質(zhì)按根、莖、葉部位分別混合，送檢（中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所生態(tài)與環(huán)境分析測(cè)試中心，2019 年8 月2 日接收），測(cè)定各部位微量元素（鋅、鉬、鐵）含量。

1.3.3 熒光參數(shù)測(cè)定 利用葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定儀（Junior-PAM）進(jìn)行熒光參數(shù)測(cè)定。從每個(gè)種植托盤內(nèi)隨機(jī)選擇3 株幼苗，充分暗適應(yīng)20 min后測(cè)定初始熒光（Fo），然后施加0.8 s 強(qiáng)度為6 000 μmol/m2·s 的飽和脈沖光，測(cè)得暗適應(yīng)下的最大熒光產(chǎn)量（Fm），利用Fv=Fm-Fo計(jì)算可變熒光產(chǎn)量，依此獲得充分暗適應(yīng)的最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）。于當(dāng)日使用強(qiáng)度6 000 μmol/m2·s的飽和脈沖光將葉片活化約30 min 后，測(cè)定出光下最大熒光（Fm′）和實(shí)際光化學(xué)效率（ΦpsⅡ）［24］。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2019 分析整理，用ANOVELSD法進(jìn)行多重比較，用origin8.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鉬對(duì)黑果枸杞幼苗生長(zhǎng)的影響

由圖1 可知，隨鉬處理濃度升高，黑果枸杞幼苗根部和莖部生物量（鮮重和干重）均呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在Mo10 處理，根部各處理間均差異顯著，莖部Mo5 和Mo10處理差異不顯著，但與其他處理間差異顯著。就葉片而言，生物量呈現(xiàn)兩個(gè)峰值，Mo5 處理時(shí)有最大值，Mo10 處理時(shí)略有降低，Mo20 處理時(shí)部分回升，Mo40 處理時(shí)顯著低于CK。說(shuō)明適合黑果枸杞幼苗生物量積累的綜合鉬濃度在5～20 μmol/L，但不同器官生物量積累的最適鉬濃度有一定差異。黑果枸杞幼苗的根冠比也隨鉬處理濃度升高呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)（圖1 C），Mo10 處理時(shí)根冠比最大，與Mo20處理間差異不顯著，說(shuō)明適合黑果枸杞幼苗生長(zhǎng)的鉬濃度在10～20 μmol/L。黑果枸杞幼苗的根長(zhǎng)和株高與生物量的變化趨勢(shì)一致（圖1 D），隨鉬處理濃度升高先升后降，均在Mo10 達(dá)到峰值，與其他處理差異顯著，進(jìn)一步說(shuō)明鉬濃度為10 μmol/L 對(duì)黑果枸杞幼苗促進(jìn)效果更佳。

圖1 不同施鉬濃度對(duì)黑果枸杞幼苗生長(zhǎng)的影響Fig.1 Effects of different molybdenum concentrations on the growth of Lycium ruthenicum seedlings

2.2 施鉬對(duì)黑果枸杞幼苗微量元素含量的影響

圖2 顯示，隨處理鉬濃度升高，黑果枸杞幼苗（整株）Mo 元素含量逐漸增加，Zn 元素含量逐漸降低，F(xiàn)e 元素含量先增加后保持穩(wěn)定，以Mo10 為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。說(shuō)明施鉬能夠促進(jìn)黑果枸杞幼苗對(duì)Mo 元素的吸收利用，鉬濃度越高促進(jìn)效果越強(qiáng)；對(duì)Zn 元素的吸收利用有抑制作用，鉬濃度越高抑制越強(qiáng)；對(duì)Fe 元素的吸收利用有促進(jìn)作用，但促進(jìn)存在飽和點(diǎn)。對(duì)各部位進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，隨鉬處理濃度升高，黑果枸杞幼苗根部、莖部、葉片中Mo 元素含量均呈逐漸升高趨勢(shì)，且升高速率表現(xiàn)為根部＞莖部＞葉片；Zn 元素含量在根部（CK 除外）、莖部和葉片中都隨施鉬濃度升高逐漸降低；Fe 元素含量在根部隨施鉬濃度升高呈現(xiàn)先升高后保持穩(wěn)定的趨勢(shì)，且以Mo10 處理為拐點(diǎn)，在莖部和葉片中Fe 元素含量與施鉬濃度之間線性關(guān)系不明顯，與CK 相比，各處理葉片中的Fe 元素含量均有所降低。以上結(jié)果說(shuō)明施鉬促進(jìn)黑果枸杞幼苗各部位對(duì)Mo 元素吸收及利用效率；施鉬對(duì)黑果枸杞幼苗各部位Zn 元素的吸收及轉(zhuǎn)移利用有抑制作用；低濃度施鉬引起Fe 元素含量增加是由根部對(duì)Fe 元素的吸收效率快速升高所致，而莖部和葉片中Fe 元素的利用效率并沒(méi)有增加，而是隨鉬濃度升高而降低。

圖2 不同施鉬濃度對(duì)黑果枸杞幼苗微量元素含量的影響Fig.2 Effects of different molybdenum concentrations on trace elements content of Lycium ruthenicum seedlings

2.3 施鉬對(duì)黑果枸杞幼苗葉片熒光參數(shù)的影響

由圖3 可知，隨鉬處理濃度升高，黑果枸杞幼苗Fo呈先降后升的變化趨勢(shì)，在Mo10 處理時(shí)有最小值，且Mo5、Mo10、Mo20 處理間差異不顯著；Fm與Fo變化趨勢(shì)正好相反，表現(xiàn)為先升后降，并在Mo10時(shí)最大，且Mo10同其他處理相比，差異均達(dá)到顯著水平；Fv/Fm及ΦpsⅡ同F(xiàn)m變化趨勢(shì)一致，表現(xiàn)為隨鉬處理濃度升高而先升后降，分別在Mo5 和Mo10 處理最大，F(xiàn)v/Fm在Mo5 和Mo10 處理間差異不顯著，ΦpsⅡ在Mo5、Mo10、Mo20 處理間差異不顯著。具體而言，Mo5、Mo10、Mo20 處理時(shí)Fv/Fm同CK 相比分別提高1.72%、1.74%、0.19%，Mo40 處理時(shí)降低0.78%，而ΦpsⅡ同CK 相比依次顯著提高2.68%、3.62%、2.14%、1.89%。以上結(jié)果表明，黑果枸杞幼苗的光合作用潛力隨施鉬濃度升高表現(xiàn)為兩重性，低中濃度施鉬對(duì)幼苗的光合作用潛力有不同程度促進(jìn)，過(guò)高濃度的施鉬則產(chǎn)生抑制作用，施鉬濃度在5～20 μmol/L 幼苗光合作用潛力更佳。

圖3 不同施鉬濃度對(duì)黑果枸杞幼苗葉片熒光參數(shù)的影響Fig.3 Effects of different molybdenum concentrations on the fluorescence parameters of leaves of Lycium ruthenicum seedlings

3 討論

植物響應(yīng)環(huán)境變化最直接的表現(xiàn)是外部形態(tài)改變、內(nèi)部元素和有機(jī)物含量及分布的變化［25］，本試驗(yàn)從黑果枸杞幼苗生物量、根莖長(zhǎng)、微量元素水平及分布狀況、葉片熒光參數(shù)變化方面研究了施鉬對(duì)黑果枸杞幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在為黑果枸杞人工施鉬提供一定參考。

生物量、根長(zhǎng)及株高是反映植株生長(zhǎng)狀態(tài)最直觀的外部生長(zhǎng)指標(biāo)［26］。本研究發(fā)現(xiàn)，隨施鉬濃度升高，黑果枸杞幼苗各部位生物量、根長(zhǎng)及株高均呈先升后降的變化趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在Mo10或Mo20 處理，且Mo40 處理時(shí)顯著低于CK，說(shuō)明施鉬對(duì)黑果枸杞幼苗各部位生物量積累及根莖生長(zhǎng)具有雙重作用，低中濃度時(shí)促進(jìn)，濃度過(guò)高時(shí)則產(chǎn)生部分抑制效果，施鉬濃度在5～20 μmol/L時(shí)對(duì)黑果枸杞幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的綜合促進(jìn)效果更佳。分析原因，可能是鉬素作為硝酸還原酶和黃嘌呤脫氫酶等酶的重要組成成分，參與氮代謝、嘌呤代謝等多種基礎(chǔ)代謝［27-28］，這些基礎(chǔ)代謝水平?jīng)Q定著黑果枸杞幼苗長(zhǎng)勢(shì)，當(dāng)施鉬濃度適當(dāng)時(shí)能明顯促進(jìn)，濃度過(guò)高時(shí)造成鉬在黑果枸杞幼苗內(nèi)部大量積累，產(chǎn)生毒害作用，表現(xiàn)為長(zhǎng)勢(shì)變?nèi)酢?/p>

元素分布及含量變化反映植株對(duì)各元素的吸收、轉(zhuǎn)移及利用效率［29］，在外部生長(zhǎng)指標(biāo)參數(shù)的基礎(chǔ)上測(cè)定各部位微量元素（Mo、Zn、Fe）含量及分布變化是對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的有效補(bǔ)充。本研究結(jié)果表明，施鉬明顯促進(jìn)了黑果枸杞幼苗對(duì)Mo元素的吸收；施鉬對(duì)Zn 元素的吸收有抑制作用，濃度越高抑制作用越明顯；施鉬在根部對(duì)Fe 元素的吸收先促進(jìn)后保持穩(wěn)定，在莖部和葉片中有部分抑制作用。說(shuō)明黑果枸杞幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中，Mo與Zn 呈現(xiàn)相互拮抗關(guān)系，Mo 與Fe 在不同部位存在協(xié)同和拮抗雙重關(guān)系［27］，這與劉紅恩［30］的研究結(jié)果基本一致。原因可能是當(dāng)環(huán)境中鉬濃度升高，Mo 元素通過(guò)擴(kuò)散、質(zhì)流方式或在鉬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的參與下快速轉(zhuǎn)運(yùn)到黑果枸杞幼苗根系及其他部位［31］，而Mo 與Fe、Zn 元素一方面發(fā)生維茨效應(yīng)，一定程度上促進(jìn)了根部對(duì)Fe、Zn 元素的吸收，另一方面又與原生質(zhì)膜上的結(jié)合位點(diǎn)和內(nèi)部負(fù)電勢(shì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)作用，抑制Fe、Zn 元素的吸收以及從根部向其他部位的轉(zhuǎn)移，實(shí)際吸收量為促進(jìn)和抑制作用之和。

葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)是研究植物在某一時(shí)間段光合作用能力的快速、無(wú)損傷探針［32］，其參數(shù)變化與光合作用過(guò)程密切相關(guān)［33］，可作為評(píng)價(jià)植株光合作用潛力的重要指標(biāo)，是對(duì)形態(tài)參數(shù)和微量元素含量及分布的進(jìn)一步補(bǔ)充。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)o隨施鉬濃度升高呈現(xiàn)先下降后上升趨的勢(shì)，Mo10 處理時(shí)有最小值，并與Mo5、Mo20 處理間差異不顯著，這說(shuō)明黑果枸杞葉片中葉綠素的含量施鉬濃度升高先升后降，且施鉬濃度為5、10、20 μmol/L 時(shí)差異不顯著；Fm、Fv/Fm及ΦpsⅡ的變化趨勢(shì)與Fo相反，表現(xiàn)為隨鉬濃度升高先升后降，峰值出現(xiàn)在Mo5 或Mo10 處理，這說(shuō)明黑果枸杞幼苗葉片中光合色素吸收的光能中，以熱和熒光形式散失的能量先升高后降低，PS Ⅱ的原初光能轉(zhuǎn)化效率和原初光能捕獲效率也隨施鉬濃度升高先升后降。以上結(jié)果表明，黑果枸杞幼苗的光合作用潛力隨施鉬濃度升高呈先升后降的變化趨勢(shì)，以施鉬濃度為5～20 μmol/L 間時(shí)的光合作用潛力更佳。分析原因，可能是鉬在植物體內(nèi)作為亞硫酸鹽氧化酶的金屬組分，缺乏時(shí)影響硫酸鹽的代謝，抑制含巰基物質(zhì)的形成，從而抑制ALA 脫水酶（ALAD）、膽色素原脫氨酶（PBGD）活性，導(dǎo)致氨基酮戊酸（ALA）的轉(zhuǎn)化受阻，葉綠素前體合成受阻，葉綠素合成受到影響［31］，濃度過(guò)高時(shí)又引起鉬素中毒效應(yīng)。

4 結(jié)論

綜上所述，黑果枸杞幼苗的生物量、根長(zhǎng)及株高，微量元素（Mo、Zn、Fe）水平，葉綠素?zé)晒鈪?shù)（Fo、Fm、Fv/Fm、ΦpsⅡ）均隨施鉬濃度升高表現(xiàn)為兩重性，適當(dāng)?shù)椭袧舛却龠M(jìn)，濃度過(guò)高時(shí)產(chǎn)生抑制作用，適合黑果枸杞幼苗生長(zhǎng)的鉬濃度范圍為5～20 μmol/L，以10 μmol/L 最佳。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可利用這一結(jié)論合理施鉬，為黑果枸杞在小漿果產(chǎn)業(yè)及荒漠化鹽堿地治理提供一定理論參考。