缺鐵脅迫對4種蘋果砧木幼苗生理特性的影響

吳玉霞，焦曉峰，王憲璞，趙 越，何天明

(新疆農業大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052)

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缺鐵脅迫對4種蘋果砧木幼苗生理特性的影響

吳玉霞，焦曉峰，王憲璞，趙 越，何天明

(新疆農業大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052)

【目的】在供試的蘋果砧木中篩選出鐵高效基因型，以矯治鈣質土壤上蘋果的缺鐵黃化癥。【方法】通過溶液培養，研究4種蘋果砧木幼苗在缺鐵脅迫下的與鐵代謝相關的根際pH值、根系Fe3+還原酶活性、葉綠素含量和葉片鐵含量等若干生理生化指標。【結果】在缺鐵脅迫下，4種蘋果砧木幼苗的根際酸化能力從低到高依次為：平邑甜茶<新疆野蘋果<八棱海棠<黃太平。八棱海棠幼苗根系的Fe3+還原力最強，平邑甜茶和新疆野蘋果次之，黃太平最弱。在缺鐵脅迫下，黃太平葉片黃化程度最高，新疆野蘋果和平邑甜茶次之，八棱海棠最低。營養液缺鐵處理對八棱海棠葉片中有效鐵含量的影響最小。【結論】在水培缺鐵脅迫條件下，相對新疆野蘋果、平邑甜茶和黃太平而言，八棱海棠表現出較強的抗缺鐵特性，是一個較理想的鐵高效蘋果砧木基因型。

蘋果砧木；缺鐵脅迫；生理特性

0 引 言

【研究意義】鐵是植物體內的必需微量元素，在植物體的多種代謝中都發揮著重要作用[1]。在鈣質土壤上生長的包括蘋果在內的許多果樹作物，常因土壤鐵失活而產生缺鐵性失綠黃化癥[2]。在蘋果缺鐵黃化癥防治實踐中，發現不同蘋果砧木品種對缺鐵脅迫的抗性存在差異，這使通過基因型選擇來解決蘋果黃化癥成為可能。【前人研究進展】韓振海等[3]研究表明，在蘋果屬的不同砧木中，小金海棠表現出較高的抗缺鐵特性，八棱海棠吸收和利用鐵素能力稍弱，而山定子、青海花葉、新疆野蘋果卻極易發生失綠。張凌云等[4]在水培條件下對國內11種蘋果砧木進行了抗缺鐵性篩選，也發現小金海棠抗缺鐵能力強，八棱海棠表現出中抗，而平邑甜茶、黃海棠和山定子抗缺鐵能力較低。李振俠等[5]的研究表明，不同蘋果砧木各器官的鐵含量隨著鐵處理濃度的增加而會發生相應的改變。其當根系中鐵含量高于枝葉中鐵含量時，表明該砧木的抗性較強，而相反則較弱。【本研究切入點】新疆塔里木盆地綠洲地帶，是我國蘋果的優生區之一，其出產的冰糖心紅富士蘋果久負盛名。但由于當地土壤鈣質化嚴重，土壤中有效態鐵多屬缺乏和極缺范疇，導致蘋果缺鐵黃化癥時有發生[6]。為了促進當地蘋果產業的可持續發展，研究篩選適合當地土壤生境的鐵高效蘋果砧木基因型。【擬解決的關鍵問題】研究采用水培的方法，對4種蘋果砧木的實生苗進行營養液缺鐵處理，篩選出鐵高效的蘋果砧木基因型，為進一步田間篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究選用的4種蘋果砧木材料分別為新疆野蘋果(MalussieversiiRoem.)、八棱海棠(M. micromalus Makino)、平邑甜茶(M.hupehensisRehd)和黃太平(M.robustaRehd)。新疆野蘋果種子采自新疆伊犁，八棱海棠實生苗引自新疆阿克蘇核桃林場，平邑甜茶種子采自山東，黃太平種子采自新疆農業大學校園。2014年1月將采集到的各蘋果砧木的種子進行低溫(4℃)層積催芽，。待種子多數露白后進行開溝播種，育苗，當幼苗長到4片真葉時，挑選出生長均勻一致的幼苗備用。播種育苗水培實驗在新疆農業大學校園內網室完成，指標的測定在新疆農業大學新疆特色果樹研究中心完成。

1.2 方 法

1.2.1 溶液培養及缺鐵脅迫處理

用自來水將生長一致且無病蟲害的蘋果砧木幼苗根部的泥土沖洗干凈，用1/2劑量的完全營養液在黑色的玻璃瓶中培養14 d，再在完全營養液中培養10 d，其后對幼苗進行缺鐵(0 μmol/L Fe-EDTA)脅迫作為處理，將加鐵培養(100 μmol/L Fe-EDTA)作為對照。每5株作為一個重復小區，每處理重復3次。缺鐵脅迫處理后每周更換一次營養液。

培養方法和完全營養液組成參考文獻[7]。

1.2.2 指數測定

1.2.2.1 根際pH值

在缺鐵脅迫處理的第7 d后，每天11:30用PHS-2C型精密pH計監測培養介質的根際pH值，將營養液初始pH調到6.30，測定時電極靠近根表，連續監測6 d，監測期間不換營養液。每品種處理和對照各重復測3次。

1.2.2.2 根系Fe3+還原酶活性的測定

參照宋亞娜等[8]的方法，隨機抽取每個品種缺鐵處理和加鐵對照各3株幼苗，將其根系沖洗干凈，放入飽和的CaSO4溶液中浸泡5 min，再用去離子水沖洗干凈后將根系置于50 mL 0.1 mmol/L Fe(Ⅲ)-EDTA和0.4 mmol/L 2,2-聯吡啶、不含Fe(Ⅱ)的營養液中。避光通氣2 h，在520 nm的波長下進行比色(空白為沒有加入幼苗根系的混合液)，Fe(Ⅱ)一聯吡啶的摩爾吸光系數為8 650 mol/(L·cm)。其計算公式為：

1.2.2.3 葉綠素含量

參照鄒琦[9]的方法進行測定。在缺鐵脅迫后的10、15、20、25、30 d，隨機采取新梢中上部葉片，測定各處理和對照蘋果砧木幼苗葉片的葉綠素總量。

1.2.2.4 葉片全鐵和有效鐵含量

不同鐵處理完畢后，將幼苗從營養液中取出，先用蒸餾水將整個植株反復沖洗，用剪刀將蘋果砧木的葉片剪下。然后置于信封中，放入鼓風干燥箱中在105℃殺青30 min，再在75℃烘至恒重。葉片全鐵含量采用干灰消煮法測定，有效鐵含量采用稀鹽酸浸提法測定[10]。

1.3 數據統計

所有數據均為3次重復的平均值，利用軟件IBM SPSS Statistics 20進行統計分析，采用單因素方差分析LSD多重比較和t測驗以測驗成組平均數數據的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 缺鐵脅迫對蘋果砧木幼苗根際pH值動態變化的影響

研究表明，在不同供鐵水平下，供試的4個砧木品種各處理之間根際pH動態曲線的變化不盡相同：加鐵處理下，4種蘋果砧木幼苗的根際pH值均呈升高趨勢。缺鐵處理的營養液根際pH值則呈下降趨勢。以黃太平6 d內降幅最大，為1.12個單位，八棱海棠和新疆野蘋果次之，分別為0.76和0.57個單位，而平邑甜茶的最低為0.34個單位。在缺鐵脅迫下，4種蘋果砧木幼苗的根際酸化能力從低到高依次為：平邑甜茶<新疆野蘋果<八棱海棠<黃太平。圖1

圖1 缺鐵脅迫下4種蘋果砧木的根際pH值變化
Fig．1 Changes of the rhizosphere pH of four apple rootstocks under iron deficiency

2.2 缺鐵處理對Fe3+還原酶活性的影響

研究表明，在加鐵處理時，4種蘋果砧木幼苗根系Fe3+還原酶活性4.75～8.32 moL/g·2 h之間，平均值為6.33 moL/g·2 h，各砧木在整體上差異不顯著。缺鐵脅迫下，4種蘋果砧木幼苗的根系Fe3+還原酶活性與相應的加鐵對照相比都呈現出升高趨勢。八棱海棠根系Fe3+還原酶活性與加鐵相比提高了2.2倍，平邑甜茶居中，為1.6倍，新疆野蘋果和黃太平最低分別為1.3和1.2倍。經方差檢測相互間的差異在整體上達到極顯著水平。以上結果也表明：八棱海棠幼苗根系的Fe3+還原力最強，平邑甜茶和新疆野蘋果次之，黃太平最弱。圖2

圖2 缺鐵脅迫下4種蘋果砧木根系Fe3+還原酶活性變化
Fig. 2 Effect of iron deficiency stress on Fe3+reductase activity of four apple rootstocks

2.3 缺鐵脅迫對葉片葉綠素總含量的影響

研究表明，在缺鐵脅迫下，各蘋果砧木的葉綠素含量均呈現出下降趨勢，而加鐵處理的各蘋果砧木卻逐漸升高。隨著缺鐵脅迫處理時間的延長，兩種處理間的差值逐漸拉大。在缺鐵處理的第30 d，黃太平葉中的葉綠素含量與對照的差值最大為2.22 mg/g，新疆野蘋果次之，其差值為2.03 mg/g，而平邑甜茶和八棱海棠與相應對照的差值分別為1.65和1.75 mg/g。各砧木缺鐵處理株與相應對照間葉綠素總量的比值也不同，分別為：八棱海棠(0.36)>平邑甜茶(0.32)>新疆野蘋果(0.17)>黃太平(0.13)。以上的分析結果表明，在缺鐵條件下，黃太平黃化程度最高，新疆野蘋果和平邑甜茶次之，而八棱海棠最低。圖3

2.4 缺鐵脅迫對各砧木葉片全鐵和有效鐵含量的影響

研究表明，4種蘋果砧木品種缺鐵處理葉中的全鐵含量平均為165.58 mg/kg，而加鐵處理葉中的全鐵含量平均為171.11 mg/kg。方差分析結果表明，無論是缺鐵處理還是加鐵處理，4種蘋果砧木幼苗葉片中的全鐵含量在品種間均不存在顯著性差異。但每一品種在處理與對照之間，全鐵含量表現復雜：黃太平、新疆野蘋果、平邑甜茶3品種缺鐵處理總鐵含量極顯著低于加鐵對照，八棱海棠缺鐵處理反而比加鐵對照全鐵含量略高，但二者差異不顯著。

方差分析表明，缺鐵處理后，各砧木幼苗葉片有效鐵含量均比加鐵對照有極顯著的降低。但各砧木幼苗葉片有效鐵含量降低的幅度明顯不同，其中缺鐵處理對黃太平的效應最為明顯，其葉片的有效鐵含量與相應的加鐵對照相比下降幅度最大，為48.55%，而八棱海棠的下降幅度最低，表現為26.94%，在4種供試蘋果砧木中，營養液缺鐵處理對八棱海棠葉片中有效鐵含量的影響最小。表1

圖3 缺鐵脅迫下4種蘋果砧木葉片葉綠素總含量變化
Fig. 3 Effect of iron deficiency stress on chlorophyll content in leaves of four apple rootstocks
表1 不同鐵處理下4種蘋果砧木幼苗葉片中鐵含量
Table 1 Iron content in leaves of four cultivars of apple rootstock seedlings under different iron treatments

砧木Rootstock處理Treatment全鐵含量Totalironcontent(mg/kg)有效鐵含量Activeironcontent(mg/kg)黃太平Mrobusta缺鐵Irondeficiency16133±193A3613±318A加鐵Iron-adding17093±173B7619±626B新疆野蘋果Msieversii缺鐵Irondeficiency16546±208A4245±148A加鐵Iron-adding17155±084B8055±283B平邑甜茶Mhupehensis缺鐵Irondeficiency16743±055A5156±162A加鐵Iron-adding17493±066B9123±168B八棱海棠Mmicromalus缺鐵Irondeficiency17159±127a5605±306A加鐵Iron-adding16938±059a7676±251B

注：用t測驗檢測每一品種全鐵含量和有效鐵含量在處理和對照間的差異顯著性

Note: The different significance of total iron content and active iron content between treatment and CK was tested using studentttest

3 討 論

由于植物體內影響鐵生理代謝的因素多而復雜，因此，難以用某一個指標來鎖定鐵高效基因型的篩選。在實際篩選時，多采用多指標綜合評定的方法。張福鎖等[7]認為根際酸化能力(主要是根系向外分泌H+所致)和根系Fe3+還原力的增強，是鐵高效植物適應缺鐵脅迫的主要生理機制，也是苗期篩選雙子葉植物鐵高效基因型最有希望的生理生化指標。研究結果表明，在供試的4種蘋果砧木中，黃太平和八棱海棠的根際酸化能力明顯強于新疆野蘋果和平邑甜茶。八棱海棠幼苗根系的Fe3+還原力最強，平邑甜茶和新疆野蘋果次之，黃太平最弱。由此，從上述兩個指標初步判斷，八棱海棠是一個鐵高效的蘋果砧木品種。

為了進一步確定蘋果砧木的鐵高效基因型，又引入了兩個與鐵代謝直接相關的生理指標：葉片葉綠素總量和葉片鐵含量。研究結果顯示，缺鐵處理時，4種蘋果砧木幼苗的葉綠素總量均出現下降趨勢，而下降幅度各品種間差異較大：八棱海棠在缺鐵脅迫30 d時與對照的比值最大為0.36，平邑甜茶次之，其值為0.29，而新疆野蘋果和黃太平最小，其值分別為為0.17和0.13。這一結果表明，八棱海棠幼兒苗在受到缺鐵脅迫后，其葉片潛在的光合能力要強于新疆野蘋果、平邑甜茶和黃太平，表現出較強的抗缺鐵性。隨后對葉片鐵素含量的分析再一次證明了這一點：黃太平、新疆野蘋果、平邑甜茶3品種缺鐵處理總鐵含量極顯著低于加鐵對照，而八棱海棠缺鐵處理反而比加鐵對照全鐵含量略高。在缺鐵條件下，雖然4種蘋果砧木的有效鐵含量均顯著低于相應的加鐵對照，但各砧木幼苗葉片有效鐵含量降低的幅度明顯不同，其中八棱海棠的下降幅度最低，說明營養液缺鐵處理對八棱海棠葉片中有效鐵含量的影響最小。

4 結 論

在水培條件下，在研究所選用的4種蘋果砧木中，相對新疆野蘋果、平邑甜茶和黃太平而言，八棱海棠在其根際酸化能力、根系Fe3+還原酶活性及葉片的總葉綠素含量、有效鐵含量等生理指標的測定上均表現出較強的抗缺鐵特性，是一個較理想的鐵高效的蘋果砧木基因型。這一結果也印證了潘增光[11]、張凌云等[4]的研究結果。營養液環境和土壤環境在理化特性方面差異較大，實驗在水培條件下的研究結果還需要在大田條件下進行進一步驗證。

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Fund project:Special fund for Agro-scientific research in the public welfare sector of Ministry of Agriculture of P. R. China (20130309305)

Effects of Iron-deficient Stress on Physiological Characteristics of Four Apple Rootstock Cultivars

WU Yu-xia，JIAO Xiao-feng, WANG Xian-pu, ZHAO Yue, HE Tian-ming

(College of Forestry and Horticulture, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China)

【Objective】 To correct iron-deficient chlorosis of apple grown on calcareous soil, the study aims to select iron-efficient genetype by screening four apple rootstock cultivars. 【Method】 With nutrient solution culture, several physiological characteristics including rhizosphere pH, root Fe3+reductase activity, leaf chlorophyll content in leaves and leaf iron content of four apple rootstock cultivars were detected under iron-deficient stress. 【Result】 Under iron-deficient stress, the sequence of rhizosphere acidization of four apple rootstocks from low to high was:Malushupehensis

apple rootstock；iron deficiency stress；physiological characteristic

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.05.007

2016-01-29

國家公益性行業(農業)專項(20130309305)

吳玉霞(1973-)，女，河南淅川人，實驗師，碩士，研究方向為果樹礦質營養，(E-mail)wuxiabaijie@163.com

何天明(1970-)，男，甘肅隴西人，教授，博士，研究方向為梨的優質高效栽培，(E-mail)hetianming@eyou.com

S661.1

A

1001-4330(2016)05-0826-06