索海翠 王麗 李成晨 劉計(jì)濤 安康 李小波

摘? 要：為明確鋅對(duì)馬鈴薯葉片光合特性及超微結(jié)構(gòu)的影響，以馬鈴薯品種‘粵引85-38為試驗(yàn)材料，在出苗后第40 天，葉面噴施5個(gè)不同濃度ZnSO47H2O溶液[0（T0）、3.5 mmol/L（T1）、7.0 mmol/L（T2）、14.0 mmol/L（T3）和28.0 mmol/L（T4）]。結(jié)果顯示，與缺鋅處理T0相比較，較低濃度T1和T2處理顯著提高了馬鈴薯葉片的SPAD值和凈光合速率（Pn），顯著增加了地上部鮮重、地上部干重、薯塊鮮重及葉片和薯塊鋅含量;但當(dāng)處理濃度達(dá)到T4時(shí)，馬鈴薯葉片SPAD值和Pn顯著降低，各指標(biāo)分別與T0處理差異不顯著，而最大熒光產(chǎn)量Fm，PSⅡ最大光合量子產(chǎn)量Fv/Fm，非光化學(xué)淬滅系數(shù)qP和化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ則顯著低于T0處理，但葉片和薯塊鋅含量則顯著升高。進(jìn)一步對(duì)葉片顯微和超微結(jié)構(gòu)研究顯示，T2處理下馬鈴薯葉片柵欄組織和海綿組織排列整齊，葉綠體形態(tài)結(jié)構(gòu)完好，而T0和T4處理降低了葉片表皮厚度，增加了細(xì)胞間隙。T0處理下淀粉粒增多，葉綠體膨脹短縮，基粒片層模糊不清;T4處理下細(xì)胞凹陷，葉綠體形狀改變。以上結(jié)果表明，在本研究中，T1～T2處理為較為適宜馬鈴薯生長(zhǎng)的鋅濃度。本研究從生理上揭示了鋅缺失和過(guò)量對(duì)馬鈴薯光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育的影響，為馬鈴薯田間葉面噴施鋅肥提供一定的理論參考。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;葉面施鋅;光合作用;超微結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：S532??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Effects of Leaf-Spraying Zinc Treatment on Photosynthetic Characteristics， Ultrastructure of Potato Leaves and Yield

SUO Haicui， WANG Li， LI Chengchen， LIU Jitao， AN Kang， LI Xiaobo*

Crops Research Institute， Guangdong Academy of Agricultural Sciences / Guangdong Province Key Laboratory of Crop Genetic Improvement， Guangzhou， Guangdong 510640， China

Abstract： In order to clarify the effects of zinc on the photosynthetic characteristics and ultrastructure of potato leaves， potato variety ‘Yueyin 85-38 was used. Five ZnSO47H2O solutions with different concentrations [0 （T0）， 3.5 mmol/L（T1）， 7.0 mmol/L（T2）， 14.0 mmol/L（T3） and 28.0 mmol/L（T4）] were sprayed on the leaves at the 40th day after seedling emergence. Compared with T0 treatment， low concentration treatments T1 and T2 significantly increased the leaf SPAD value and net photosynthetic rate （Pn）， and the aboveground fresh and dry weight， fresh tuber weight as well as leaf and tuber zinc content were also significantly increased. When the spraying concentration reached T4， however， the potato leaf SPAD and Pn were significantly reduced， which was not significantly different with that of T0， and the maximum fluorescence yield Fm， PS Ⅱ maximum photosynthetic quantum yield（Fv/Fm）， non photochemical quenching coefficient （qP） and chemical quenching coefficient （NPQ） were significantly lower than that of T0， while the leaf and tuber zinc content were increased significantly. Leaf microstructure and ultrastructure showed that under T2 treatment， palisade tissue and sponge tissue of potato leaves were neatly arranged， chloroplast morphology and structure were intact. While under T0 and T4 treatments， the uniformity of palisade tissue was decreased， and intercellular was increased. Under T0 treatment， starch granules increased， the chloroplast expanded and shrank， the granule lamella was obscure. Under T4 treatment， cell and chloroplast membrane structure was damaged. The zinc concentration of T1 and T2 was?? suitable for potato growth. The study revealed the physiological effects of zinc deficiency and excess on the photosynthesis of potato， and could provide theoretical reference for the application of zinc fertilizer on potato in the field.

Keywords： potato （solanum tuberosum L.）; leaf-spraying zinc; photosynthesis; ultrastructure

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.07.020

鋅是植物體所必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素之一，作為六大類(lèi)功能酶中的輔助因子成分，能夠調(diào)節(jié)酶的活性，廣泛參與植物體多種生長(zhǎng)發(fā)育代謝過(guò)程，包括蛋白質(zhì)、核酸、碳水化合物和磷脂的合成與代謝、植物生長(zhǎng)激素的調(diào)控、應(yīng)對(duì)逆境脅迫以及光合作用等[1-3]。鋅對(duì)光合作用的影響主要有以下幾個(gè)方面：首先，鋅作為葉綠體的組成成分，對(duì)于光合色素的合成、維持葉綠體結(jié)構(gòu)和葉綠體膜系統(tǒng)的完整性具有重要作用[4]，缺鋅或鋅過(guò)量使玉米葉片葉綠素含量下降、葉綠體數(shù)量減少和結(jié)構(gòu)發(fā)育受阻[5];番茄葉綠體膜系統(tǒng)損傷，MDA水平增加[6]。其次，缺鋅或鋅脅迫可導(dǎo)致光合特性和熒光特性的改變，缺鋅會(huì)造成蘋(píng)果樹(shù)葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）下降，胞間CO2濃度（Ci）升高[7]，缺鋅使玉米葉片Pn、Tr、Gs和PSⅡ最大光合量子產(chǎn)量（Fv/Fm）下降[4-5]。在?？坪褪只蒲芯恐斜砻?，缺鋅降低了葉綠素SPAD值，降低了Pn、Gs，抑制了電子傳遞（ETR），升高了初始熒光Fo[8]。在高濃度鋅脅迫下，黑麥葉片的Fv/Fm和PSⅡ的實(shí)際光合量子產(chǎn)量ΦPSⅡ下降[9]。據(jù)報(bào)道，缺鋅引起的光合速率下降可能是Gs降低或碳酸酐酶活性下降引起的[4，10]。再次，鋅對(duì)葉片顯微結(jié)構(gòu)及超微結(jié)構(gòu)也有影響，如缺鋅玉米葉肉細(xì)胞膜皺縮，葉綠體數(shù)目減少，淀粉粒增多，葉綠體收縮膨脹變形，外膜消失[4，11]。研究表明，隨缺鋅程度加重，蘋(píng)果葉片厚度增加，葉肉細(xì)胞排列松散，葉綠體縮短膨脹，基粒片層排列雜亂甚至模糊不清，淀粉顆粒小且數(shù)目多[7，12]。

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）糧菜兼用，營(yíng)養(yǎng)全面，是世界第四大糧食作物。鋅是馬鈴薯生長(zhǎng)必不可少的微量元素之一，施鋅能提高馬鈴薯產(chǎn)量和干物質(zhì)含量[13-14]，同時(shí)能提高塊莖還原性糖、維生素C及鋅含量等[15-16]。但關(guān)于鋅對(duì)于馬鈴薯的光合作用，尤其是葉片光合特性和超微結(jié)構(gòu)方面的影響卻鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)以馬鈴薯品種‘粵引85-38為材料，進(jìn)行不同濃度鋅溶液噴施處理，通過(guò)研究鋅對(duì)馬鈴薯葉片熒光特性、超微結(jié)構(gòu)、塊莖產(chǎn)量及鋅含量等指標(biāo)的影響，探究鋅對(duì)光合作用影響的生理機(jī)制，為馬鈴薯田間安全噴施鋅肥提供理論基礎(chǔ)。

1? 材料與方法

1.1? 材料

試驗(yàn)在廣東省廣州市白云區(qū)廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地網(wǎng)棚中進(jìn)行。供試馬鈴薯品種為廣東省主栽品種‘粵引85-38，脫毒種薯由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所提供。試驗(yàn)采用砂培盆栽培養(yǎng)，分別選擇直徑為1～2 mm（12.14 kg/盆）和0.4～0.7 mm（4.27 kg/盆）的石英砂顆粒（購(gòu)自廣東半島石英砂廠）按3∶1比例混合均勻后裝入直徑25 cm，有效容積約為11 L的花盆。經(jīng)0.5%的高錳酸鉀消毒處理后的切刀將種薯切成重約25 g的薯塊，每個(gè)薯塊帶1～2個(gè)芽眼。隨后用混勻的50%多菌靈可濕性粉劑與滑石粉（比例為1∶20）進(jìn)行拌種，拌種晾干后的薯塊放入盆中，每盆一個(gè)薯塊，覆蓋石英砂厚度約2 cm，去離子水澆透。

出苗后，每3～4 d用不含ZnSO4的Hoagland培養(yǎng)液澆灌幼苗。出苗后40 d分別葉面均勻噴施4個(gè)濃度的ZnSO4·7H2O溶液[3.5 mmol/L（T1）、7.0 mmol/L（T2）、14.0 mmol/L（T3）和28.0 mmol/L（T4）]，以噴施去離子水作為缺鋅處理（T0）。試驗(yàn)處理采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。處理后10 d進(jìn)行葉綠素SPAD值、光合參數(shù)、熒光參數(shù)等的測(cè)定。生長(zhǎng)90 d收獲馬鈴薯地上部和薯塊，分別測(cè)定其干鮮重，同時(shí)測(cè)定葉片和薯塊中的鋅含量。

1.2? 方法

1.2.1? 葉片和薯塊鋅含量測(cè)定? 馬鈴薯植株收獲后分為葉片和薯塊2部分，用去離子水沖洗干凈，于烘箱105 ℃殺青30 min，然后75 ℃烘干至恒重。將烘干樣品粉碎磨細(xì)，植物葉片和薯塊的鋅含量測(cè)定采用火焰原子吸收分光光度法[17]，測(cè)定儀器為ZA3300型原子吸收分光光度計(jì)，所選參數(shù)波長(zhǎng)為213.8 nm（日本HITACHI公司）。

1.2.2? SPAD值測(cè)定? 采用SPAD-520型手持便攜式葉綠素測(cè)定儀（日本Monlta公司）測(cè)定。選取各植株頂端完全展開(kāi)、成熟的第二片葉，在葉片主脈兩側(cè)從葉尖到葉基部均等測(cè)6個(gè)點(diǎn)，取其平均值，測(cè)定前用標(biāo)準(zhǔn)色板校正儀器基準(zhǔn)數(shù)值。

1.2.3? 光合參數(shù)測(cè)定? 采用CI-340手持式光合作用測(cè)定系統(tǒng)（美國(guó)CID公司），于晴朗上午10：00– 12：00，選取不同處理中馬鈴薯植株第3片葉測(cè)定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）。測(cè)定光強(qiáng)為1300 μmol/（m2·s）、CO2濃度為400 μL/L，葉片溫度在25 ℃～30 ℃之間。

1.2.4? 葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定? 采用PAM-2500型便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x（德國(guó)WALZ公司）對(duì)不同濃度處理的葉片測(cè)定光適應(yīng)下的最小熒光產(chǎn)量（Fo?）、穩(wěn)態(tài)熒光產(chǎn)量（Fs）及光下最大熒光產(chǎn)量（Fm?）;測(cè)定是在整株植株上進(jìn)行，使用葉夾DLC-8夾住葉片，關(guān)閉滑片，暗適應(yīng)30 min，測(cè)定葉片暗適應(yīng)下的初始熒光產(chǎn)量（Fo）及最大熒光產(chǎn)量（Fm）。PSⅡ的最大光合量子產(chǎn)量Fv/Fm=（Fm–Fo）/Fm。打開(kāi)滑片，測(cè)定光適應(yīng)下PSⅡ的實(shí)際光合量子產(chǎn)量ΦPSⅡ=（Fm?–Fs）/Fm?;光化學(xué)淬滅系數(shù)qP=（Fm?–Fs）/（Fm?–Fo?）;非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ=（Fm–Fm?）/Fm?。

1.2.5? 馬鈴薯葉片顯微和超微切片制作? （1）半薄切片制作。把不同濃度鋅處理的馬鈴薯葉片分別切成1 mm ×3 mm的小塊，采用戌二醛和鋨酸雙固定法制備電鏡樣品，采用徠卡超薄切片機(jī)切片（德國(guó)徠卡，EMUC7），切片厚度是800～1000 nm，切片用1%苯胺藍(lán)染色晾干后，在奧林巴斯光學(xué)顯微鏡（日本Olympus）下使用目鏡測(cè)微尺觀測(cè)上下表皮厚度、柵欄組織和海綿組織厚度。每個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)均為25視野范圍內(nèi)測(cè)定平均值。其中，柵欄組織和海綿組織的厚度比（柵/海）=柵欄組織厚度/海綿組織厚度。（2）超薄切片制作。制片方法同上，切片厚度為50～70 nm，切片經(jīng)醋酸雙氧鈾和檸檬酸鉛溶液復(fù)染干燥后上HITACHI透射電子顯微鏡（日本HITACHI，HT7700）觀察。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤的計(jì)算;采用DPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行單因素方差分析，數(shù)據(jù)的差異顯著性檢驗(yàn)釆用Duncans方法進(jìn)行多重比較。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同鋅溶液噴施處理對(duì)馬鈴薯葉片葉綠素SPAD值的影響

由圖1可知，隨著處理鋅濃度的增加，馬鈴薯葉片葉綠素SPAD值呈現(xiàn)先升高后降低的變化規(guī)律。與缺鋅處理T0相比較，T1和T2處理顯著提高了葉片葉綠素SPAD值，分別提高了4.97%和6.00%，而T3和T4處理與T0處理之間差異不顯著。但與T2處理相比較，T3和T4處理則顯著降低了葉片葉綠素SPAD值，分別降低了3.31%和4.78%。

2.2? 不同鋅溶液處理對(duì)馬鈴薯葉片氣體交換參數(shù)的影響

由圖2可知，隨著處理鋅濃度的增加，馬鈴薯葉片Pn呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，與T0處理相比較，T1、T2和T3處理顯著提高了馬鈴薯葉片的Pn，分別比T0增加了46.98%、56.28%和46.98%，但T4與T0處理之間葉片Pn差異不顯著;馬鈴薯葉片Tr也呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，缺鋅處理T0與低濃度T1、T2和T3之間差異不顯著，但與T0處理相比較，T4處理顯著降低了Tr，降低了45%;隨著處理鋅濃度的增加，馬鈴薯葉片的Gs與Pn、Tr相似，呈現(xiàn)出先升高后降的趨勢(shì)，與T0處理相比較，T2處理顯著提高了Tr，提高了55.83%，而T1、T3、T4與 T0間的Gs差異不顯著;不同的是，鋅濃度處理對(duì)馬鈴薯葉片Ci影響不大，不同鋅濃度處理間Ci的差異均不顯著。

2.3? 不同鋅溶液處理對(duì)馬鈴薯葉片熒光參數(shù)的影響

由表1可知，分別與缺鋅處理T0的葉片不同熒光參數(shù)相比較，T1、T2和T3處理葉片的Fo顯著降低，分別降低了10.53%、5.26% 和15.79%;T3和T4葉片F(xiàn)m顯著降低，分別降低了19.10%和10.82%;T4處理葉片的Fv/Fm顯著降低，降低了6.67%;T3和T4處理下qP顯著降低，均降低了10.71%;在NPQ上，與缺鋅處理T0相比較，除T2處理顯著提高了葉片NPQ，提高了25%外，其他各處理與T0之間在葉片NPQ上差異不顯著。

2.4? 不同鋅處理對(duì)馬鈴薯干鮮重的影響

不同濃度鋅溶液處理對(duì)馬鈴薯地上部鮮重、干重和薯塊鮮重的影響如圖3所示。與缺鋅處理T0相比，處理T1、T2和T4顯著提高了地上部鮮重，分別提高了147.23%、81.06%和101.4%，其中T1處理下地上部鮮重最高，達(dá)到83.02 g，顯著高于處理T2，但與處理T4差異不顯著，處理T3和T0之間地上部鮮重差異不顯著;此外，與缺鋅處理T0相比，T1處理顯著提高了馬鈴薯地上部干重，提高了100.81%，而其他各處理與T0處理間差異均不顯著。在薯塊鮮重上，缺鋅處理T0薯塊鮮重最低，與缺鋅處理T0相比，各施鋅處理均顯著提高了薯塊鮮重，T1、T2、T3和 T4處理分別比T0處理增加了54.03%、110.26%、107.83%%和72.28%，其中，T2、T3處理下薯塊鮮重最高，分別為74.56 g和73.7 g，但二者間差異不顯著，與T2處理相比，T1和T4處理下薯塊鮮重有所降低，但T4與T2處理差異不顯著，而T1與T2處理差異顯著。

2.5? 不同鋅處理對(duì)馬鈴薯葉片和塊莖鋅含量的影響

隨著噴施鋅濃度增加，葉片和塊莖的鋅含量呈逐漸增加趨勢(shì)，缺鋅處理T0的葉片和塊莖的鋅含量最低，其他各施鋅處理均顯著提高了葉片和塊莖的鋅含量，其中，T4處理下葉片和塊莖的鋅含量均達(dá)到最大值，分別為1144 mg/kg和54.3 mg/kg，顯著高于其他各處理（圖4）。對(duì)于葉片鋅含量，處理T2和T3鋅含量次之，二者之間差異不顯著，而T1處理葉片鋅含量顯著低于T2和T3，T0最低。而對(duì)于薯塊鋅含量，不同處理間鋅含量表現(xiàn)為：T4>T3>T2>T1>T0，且各處理間差異均達(dá)到顯著水平（圖4）。

2.6? 不同鋅處理對(duì)馬鈴薯葉片顯微和超微結(jié)構(gòu)的影響

綜合以上結(jié)果，可以看出，在5個(gè)不同鋅濃度處理中，處理T1和T2呈現(xiàn)出較高的葉綠素SPAD值、Pn以及產(chǎn)量表現(xiàn)。在本研究中，T1和T2濃度范圍（3.5～7.0 mmol/L）為馬鈴薯生長(zhǎng)較為適宜的鋅濃度。因此，以T2處理作為對(duì)照，T0和T4分別為缺鋅和過(guò)量鋅處理，進(jìn)一步研究鋅對(duì)馬鈴薯葉片顯微和超微結(jié)構(gòu)的影響。

從表2和圖5可以看出，與T2處理相比，缺鋅處理T0植株葉片上表皮厚度顯著變薄，表皮厚度由T2處理的1.63 μm減少到1.35 μm，但下表皮厚度沒(méi)有顯著差異。同樣，與T2處理相比，缺鋅處理T0柵欄組織變薄，厚度顯著減少了30.56 μm，柵/海比顯著降低了0.46，但海綿組織厚度卻顯著增加了8.93 μm，。與T2處理相比，鋅過(guò)量T4處理表皮細(xì)胞排列更為緊湊，上、下表皮厚度與海綿組織厚度差異不顯著，但柵欄組織厚度和柵/海比顯著降低。

細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)結(jié)果顯示，與T2處理相比，缺鋅T0處理馬鈴薯葉片細(xì)胞內(nèi)淀粉粒變小且增多，葉綠體體積變小、短縮，成近圓形，排列緊密，基粒片層排列雜亂且模糊不清;而過(guò)量鋅T4處理下，細(xì)胞凹陷，細(xì)胞膜、液泡膜結(jié)構(gòu)損壞，葉綠體游離于細(xì)胞液中，葉綠體膜結(jié)構(gòu)不清晰，葉綠體形狀不規(guī)則，基粒片層松散（圖5）。

3? 討論

在實(shí)際生產(chǎn)中，施用鋅肥能夠提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，如小麥中，進(jìn)行葉面噴施鋅肥提高了小麥產(chǎn)量和籽粒鋅含量[18-19]。馬振勇等[15]在馬鈴薯生育期進(jìn)行2次噴施鋅肥后，葉片中鋅濃度比不噴鋅處理分別高27.94和43.89 mg/kg，收獲后塊莖中的鋅濃度比不噴鋅高28.70%。本研究中，與不施鋅肥（T0）相比較，不同濃度施鋅處理能夠顯著提高馬鈴薯葉片和塊莖中的鋅濃度，在T1處理下，葉片和薯塊鋅濃度比缺鋅T0處理分別高321.19%和33.32%。此外，與T0不施鋅肥相比較，隨著鋅處理濃度增加，馬鈴薯產(chǎn)量逐漸增加，在T2處理下達(dá)到最大值，但當(dāng)鋅濃度高于T4處理（鋅濃度≥28mmol/L）時(shí)，馬鈴薯薯塊鮮重有所降低。前人研究表明，合理施用鋅肥可以提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量[13-14]，而過(guò)量施鋅則導(dǎo)致馬鈴薯減產(chǎn)[20-21]，與本研究結(jié)果一致。

前人研究鋅對(duì)植物光合作用的影響，多為單獨(dú)缺鋅或者鋅過(guò)量的影響[22-23]。本研究設(shè)置了一系列鋅濃度處理，從光合參數(shù)，熒光參數(shù)以及葉片顯微和細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)方面研究了從缺鋅到過(guò)量鋅處理對(duì)馬鈴薯光合作用的影響，是對(duì)前人研究的擴(kuò)展和補(bǔ)充。研究結(jié)果顯示，在5個(gè)不同鋅濃度處理中，處理T1和T2呈現(xiàn)出較好的葉綠素SPAD值、氣體交換參數(shù)、熒光參數(shù)以及產(chǎn)量表現(xiàn)。在本研究中，確定處理T1到T2濃度區(qū)間（3.5～7.0 mmol/L）為馬鈴薯生長(zhǎng)較為適宜的鋅濃度。與較為適宜處理濃度T2相比，缺鋅處理T0和高鋅處理T4下，馬鈴薯葉片葉綠素SPAD、Pn和Gs顯著下降，而Ci在各處理間差異不顯著，據(jù)報(bào)道，引起Pn下降的因素主要有2類(lèi)，一類(lèi)是氣孔因素，主要是受氣孔數(shù)量、氣孔孔徑和氣孔開(kāi)度等影響，通過(guò)降低Ci而減少光合作用的碳源[10，24] ;另一類(lèi)為非氣孔因素，主要是受內(nèi)部酶活性和光合組分控制[25-26]。在本研究中，不同濃度鋅處理對(duì)馬鈴薯葉片Ci影響不顯著，因此，缺鋅和高鋅處理引起的馬鈴薯葉片Pn下降為非氣孔因素，與前人在谷子[27]、辣椒[28]中的研究一致[27-29]。

葉綠體是植物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器，葉綠素?zé)晒鈪?shù)在研究植物的光化學(xué)效率、光抑制與光破壞防御等方面具有重要作用。本研究結(jié)果表明，與T2處理相比較，缺鋅T0處理顯著降低了馬鈴薯葉片葉綠素SPAD值、光合速率Pn、氣孔導(dǎo)度Gs和非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ，顯著減少了地上部鮮重和薯塊鮮重。前人對(duì)蘋(píng)果的研究表明，隨缺鋅程度加重，葉片葉綠素SPAD值、光合速率顯著下降，F(xiàn)o上升，同時(shí)Fv/Fo、ΦPSⅡ、qP及Fv/Fm顯著下降[7，12]。此外，缺鋅對(duì)植物葉片的顯微結(jié)構(gòu)也具有一定的影響。研究表明，缺鋅導(dǎo)致了蘋(píng)果葉片厚度增加，柵欄組織細(xì)胞變寬，海綿組織細(xì)胞間空隙的增加[7，12];隨著缺鋅程度加重，山核桃葉片上下表皮厚度增加，柵欄組織、海綿組織厚度減少[30]。本研究結(jié)果顯示，缺鋅降低了馬鈴薯葉片上表皮厚度，降低柵欄組織厚度，海綿組織細(xì)胞間隙變大。可見(jiàn)缺鋅對(duì)不同物種的葉片上下表皮厚度影響不同，暗示不同物種葉片對(duì)缺鋅脅迫的響應(yīng)可能存在一定差異。此外，本研究結(jié)果也顯示了缺鋅對(duì)馬鈴薯葉片超微結(jié)構(gòu)的影響，缺鋅下葉片中的葉綠體縮短膨脹，排列緊密，基粒片層排列雜亂甚至模糊不清，淀粉顆粒小且數(shù)目多，與前人在玉米[4]，蘋(píng)果[12]中研究結(jié)果基本一致。表明缺鋅致使葉綠體發(fā)育不良，導(dǎo)致葉綠體結(jié)構(gòu)和功能異常。

當(dāng)鋅元素大量存在植物的生長(zhǎng)環(huán)境中，植物器官中鋅濃度超出植物對(duì)于鋅需求的最佳濃度，從而可能導(dǎo)致植物的毒性作用和代謝紊亂[31]。如在番茄幼苗中，高濃度鋅脅迫（≥50 ?mol/L）處理導(dǎo)致番茄幼苗Fm、Fv/Fm、Fv/Fo均有不同程度下降[22]。高鋅脅迫下，漢麻的Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP和ETR隨著鋅濃度的升高而呈下降趨勢(shì)[32]。本研究中，高鋅濃度處理（≥14 mmol/L–1）顯著降低了葉片SPAD值、Pn、Gs、Tr，同時(shí)也顯著降低了Fm、Fv/Fm、qP和NPQ。表明在不同物種中，高鋅脅迫都抑制了PSⅡ的光能捕獲和轉(zhuǎn)化效率。進(jìn)一步對(duì)細(xì)胞顯微和超微結(jié)構(gòu)研究表明，高鋅脅迫下細(xì)胞凹陷，液泡破裂，葉綠體形狀不規(guī)則，尤其是膜系統(tǒng)包括細(xì)胞膜、液泡膜、葉綠體膜和類(lèi)囊體膜受到損壞。前人研究表明，鋅毒害會(huì)導(dǎo)致過(guò)氧化反應(yīng)，破壞光合作用的電子傳遞過(guò)程，產(chǎn)生毒害的活性氧類(lèi)物質(zhì)（ROS），如：O2–和H2O2，增加了脂質(zhì)過(guò)氧化，從而破壞了膜透性[33]。如在番茄幼苗研究中發(fā)現(xiàn)，過(guò)量鋅脅迫下番茄幼苗葉片的丙二醛（MDA）含量增加[22]。此外，過(guò)量鋅脅迫下，抗氧化系統(tǒng)即超氧化物歧化酶、抗壞血酸過(guò)氧化物酶和谷胱甘肽還原酶被激活[34]，但本研究中抗氧化系統(tǒng)酶類(lèi)是否被激活還有待進(jìn)一步研究。研究證實(shí)缺鋅也會(huì)使植株產(chǎn)生活性氧類(lèi)物質(zhì)（ROS），導(dǎo)致內(nèi)囊體膜結(jié)構(gòu)損害[4]。但在玉米中研究發(fā)現(xiàn)，活性氧類(lèi)物質(zhì)的產(chǎn)生與品種鋅效率相關(guān)，鋅效率高的品種在缺鋅下過(guò)氧化物酶（POD）和超氧化物岐化酶（SOD）活性高于鋅效率低的品種，而POD和SOD對(duì)活性氧類(lèi)物質(zhì)導(dǎo)致的光氧化傷害具有保護(hù)作用，在一定程度上降低了高濃度鋅對(duì)細(xì)胞的毒害[23]。因此，推測(cè)這可能是本研究中缺鋅條件下馬鈴薯細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)相對(duì)完整的可能原因之一，需進(jìn)一步研究證實(shí)。綜上所述，在本研究中，鋅過(guò)量與鋅缺乏對(duì)光合作用造成的傷害的機(jī)理既有相同又略有不同，相同點(diǎn)在于均導(dǎo)致細(xì)胞間隙變大，柵/海比降低，葉綠體性狀改變，基粒片層松散等，而不同在于缺鋅主要是導(dǎo)致了葉綠體發(fā)育不良，致使葉綠體結(jié)構(gòu)和功能異常，而鋅過(guò)量對(duì)馬鈴薯光合作用的抑制主要是由于鋅過(guò)量引起的氧化反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞膜、液泡膜、葉綠體膜和類(lèi)囊體膜等膜結(jié)構(gòu)的破壞。最終，缺鋅和過(guò)量施鋅都抑制了馬鈴薯產(chǎn)量，但與缺鋅處理比較，鋅過(guò)量處理下的馬鈴薯具有較高的地上部和塊莖鮮重，表明馬鈴薯對(duì)于鋅毒害具有較強(qiáng)的耐性。

4? 結(jié)論

適宜的鋅濃度（3.5～7.0 mmol/L）能提高馬鈴薯葉片光合效率，增加馬鈴薯產(chǎn)量，而缺鋅和過(guò)量鋅（≥14 mmol/L）都抑制了馬鈴薯葉片的光合效率，而2種處理對(duì)光合作用造成的傷害的機(jī)理既有相同又略有不同，缺鋅下馬鈴薯葉綠體發(fā)育不良，導(dǎo)致葉綠體結(jié)構(gòu)和功能異常，而過(guò)量鋅脅迫下馬鈴薯細(xì)胞膜和葉綠體膜等膜結(jié)構(gòu)受到破壞。最終，缺鋅和過(guò)量施鋅都影響了馬鈴薯產(chǎn)量，但與缺鋅相比較，鋅過(guò)量處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響相對(duì)較小。本研究結(jié)果可對(duì)生產(chǎn)上馬鈴薯葉面噴施液體鋅肥提供一定的理論參考。但由于本研究只分析了鋅處理對(duì)馬鈴薯葉片光合生理變化、葉片顯微和細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)于光合作用中光合酶的活性，及過(guò)氧化酶系統(tǒng)中酶的活性等還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1]? Keram K S， Sharma B L， Sharma G D， et al. Impact of zinc application on its translocation into various plant parts of wheat and its effect on chemical composition and quality of grain[J]. Scientific Research and Essays， 2013， 8（45）： 2218-2226.

[2]? Abdoli M， Esfandiari E， Alilloo A， et al. Study of genetic diversity in different wheat species with various genomes based on morphological characteristics and zinc use efficiency under two zinc deficient growing conditions[J]. Acta Agriculturae Slovenica， 2019（113）： 147-161.

[3]? Broadley M R， White P J， Hammond J P， et al. Zinc in plants[J]. New Phytologist， 2007， 173（4）： 677-702.

[4]? Zhang J Y， Wang S F， Song S H， et al. Transcriptomic and proteomic analyses reveal new insight into chlorophyll synthesis and chloroplast structure of maize leaves under zinc deficiency stress[J]. Journal of Proteomics， 2019， 199： 123-134.

[5]? Edson M M， Hugo A R， Julio C L N ， et al. Zinc deficiency affects physiological and anatomical characteristics in maize leaves[J]. Journal of Plant Physiology， 2015（183）： 138-143.

[6]? Cherif J， Derbel N， Nakkach M， et al. Analysis of in vivo chlorophyll fluorescence spectra to monitor physiological state of tomato plants growing under zinc stress[J]. Journal of Photochemistry and Photobiology B： Biology， 2010， 101（3）： 332-339.

[7]? Fu C X， Li M， Zhang Y， et al. Morphology， photosynthesis， and internal structure alterations in field apple leaves under hidden and acute zinc deficiency[J]. Scientia Horticulturae， 2015（193）： 47-54.

[8]? Zhao K， Wu Y Y. Effects of Zn deficiency and bicarbonate on the growth and photosynthetic characteristics of four plant species[J]. PLoS One， 2017， 12（1）： e0169812.

[9]? Bonnet M， Camares O， Veisseire P. Effect of zinc and influence of Acremonium lolii on growth parameters， chlorophyll a fluorescence and antioxidant enzyme activities of ryegrass （Lolium perenne L. cv Apollo）[J]. Journal of Experimental Botany， 2000， 51（346）： 945-953.

[10]????? Sharma P N， Tripathi A， Bisht S S. Zinc requirement for stomatal opening in cauliflower[J]. Plant Physiology， 1995， 107（3）： 751-756.

[11]????? 王盛鋒， 高麗麗， 劉自飛， 等. 不同土壤水分供應(yīng)下鋅對(duì)玉米葉片超微結(jié)構(gòu)的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2013， 21（8）： 959-965.

[12]????? 付春霞. 鋅對(duì)蘋(píng)果葉片結(jié)構(gòu)發(fā)育， 光合及熒光特性的影響[D]. 泰安： 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2014.

[13]????? 王延明. 鋅肥用量及施用方法對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量形成及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響[D]. 蘭州： 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2014.

[14]????? 侯叔音. 不同鋅肥對(duì)旱作馬鈴薯產(chǎn)量形成及鋅素吸收和積累的影響[D]. 蘭州： 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2013.

[15]????? 馬振勇， 杜虎林， 劉榮國(guó)， 等. 施鋅肥對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)積累生理特性及塊莖營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境， 2017， 31（1）： 148-153.

[16]????? 李? 凱， 張國(guó)輝， 郭志乾， 等. 葉面噴施鐵鋅錳微肥對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)品質(zhì)與產(chǎn)量的影響[J]. 作物研究， 2018， 32（1）： 28-34.

[17]????? 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2000： 279-281.

[18]????? Shariatipour N， Seyed-Siamak A， Mohammad M V， et al. Foliar applied zinc increases yield， zinc concentration， and germination in wheat genotypes[J]. Agronomy Journal， 2019， 112 （2）： 961-974.

[19]????? Li M， Wang S X， Tian X H， et al. Improving nutritional quality of wheat grain through foliar Zinc combined with macronutrients[J]. Agronomy Journal， 2018， 110（1）： 38-46.

[20]????? 吉? 勇， 樂(lè)? 春， 陳庭珠， 等. 不同濃度鋅處理對(duì)馬鈴薯性狀的影響[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技， 2016（5）： 89-90， 92.

[21]????? 劉新穩(wěn)， 孫亮慶， 張麗娟， 等. 不同施鋅量對(duì)馬鈴薯植株鋅的吸收、積累及薯塊產(chǎn)量的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2018， 30（6）： 35-38.

[22]????? 孫? 卓， 李亞迪， 紀(jì)建偉. 番茄幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)鋅脅迫的響應(yīng)[J]. 北方園藝， 2016（24）： 41-44.

[23]????? Khatun M A， Hossain M M， Bari M A， et al. Zinc defi-ciency tolerance in maize is associated with the up-regulation of Zn transporter genes and antioxidant activities[J]. Plant Biology， 2018， 20 （4）： 765-770.

[24]????? 井大煒. 楊樹(shù)苗葉片光合特性和抗氧化酶對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)， 2014， 28（3）： 532- 539.

[25]????? 吳炫柯， 李永健， 李楊瑞. 不同木薯品種氣體交換特性及光合酶活性的變化[J]. 亞熱帶農(nóng)業(yè)研究， 2006， 2（3）： 179-183.

[26]????? Rehman H， Aziz T， Farooq M， et al. Zinc nutrition in rice production systems： a review[J]. Plant Soil， 2012， 361 （1-2）： 203-226.

[27]????? 張偉莉， 張麗光， 楊慧杰， 等. 闊世瑪對(duì)谷子幼苗葉片光合特性及可溶性物質(zhì)含量的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)， 2020， 34（6）： 1294-1301.

[28]????? 楊萬(wàn)基， 蔣欣梅， 高? 歡， 等. 28-高蕓苔素內(nèi)酯對(duì)低溫弱光脅迫辣椒幼苗光合和熒光特性的影響[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2018， 49（4）： 741-747.

[29]????? Chen W， Yang X， He Z， et al. Differential changes in photosynthetic capacity， 77K chlorophyll fluorescence and chloroplast ultrastructure between Zn-efficient and Zn-inefficient rice genotypes （Oryza sativa） under low zinc stress[J]. Physiologia Plantarum， 2007， 132（1）： 89-101.

[30]????? Kim T， Wetzstein H Y. Cytological and ultrastructural evaluations of zinc deficiency in leaves[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science American Society for Horticultural Science， 2003， 128（2）： 171-175.

[31]????? 李? 娟， 陳杰忠， 黃永敬， 等. Zn營(yíng)養(yǎng)在果樹(shù)生理代謝中的作用研究進(jìn)展[J]. 果樹(shù)學(xué)報(bào)， 2011， 28（4）： 668-673.

[32]????? 保琦蓓， 唐? 寅， 田光明. 鋅脅迫對(duì)漢麻光合特性及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2016， 44（28）： 85-88， 108.

[33]????? Dietz K J， Ismail T， Anja K L. Redox- and reactive oxygen species-dependent signaling into and out of the photosynthesizing chloroplast[J]. Plant Physiology， 2016， 171（3）： 1541-1550.

[34]????? Jain R， Srivastava S， Solomon S， et al. Impact of excess zinc on growth parameters， cell division， nutrient accumula-tion， photosynthetic pigments and oxidative stress of sugarcane （Saccharum spp.）[J]. Acta Physiologiae Plantarum， 2010， 32（5）： 979-986.

責(zé)任編輯：白? 凈