高硼脅迫對紐荷爾臍橙幼苗離子組的影響*

陳 彬，胡 萍，，劉桂東，張 敏，闞學飛，華建青

(1.深圳市芭田生態工程股份有限公司 廣東深圳 518057； 2.贛南師范大學 江西贛州 341000)

植物主要依靠土壤中礦質元素的平衡供給和植物自身代謝的內穩態機制來維持正常生長，植物離子組的穩態由不同元素之間相互作用的巨大網絡控制，所以當某一種元素的含量發生變化時，會影響其他元素及體內代謝活動[1]。無論是缺硼還是硼過量，植物體內的正常代謝平衡均會受到破壞，其他礦質離子的吸收、運輸和利用也隨之受到影響[2]。Baxter等[3]研究了擬南芥在不同Fe營養條件下離子組的變化，發現存在Mn、Co、Zn、Mo、Cd的多變量的生物學特征，建立了統計模型，最終鑒定出Fe突變體并確定了缺Fe反應的機制。在茶樹Zn脅迫的離子組中，發現Zn過量降低了根系對P、S、Al的吸收，且使根、葉中的Cu和Zn含量下降，但同時促進了茶葉中黃酮類化合物的代謝[4]。硼脅迫對植物的生長及產量具有重要影響，同時對硼及其他元素的吸收也有顯著的作用[5]。但目前關于柑橘離子組的研究資料很少，對柑橘中高硼脅迫各個部位離子組間關系的研究更是鮮有報道[6]，因此本文主要探討柑橘離子組對高硼的響應，并明確離子之間的相互關系。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

從江西省贛州市贛縣江口鎮無病毒苗圃基地選取長勢一致的1年生紐荷爾臍橙幼苗為試材，砧木為枳橙。試驗中所選取的幼苗砧木莖粗6～8 mm，有兩次抽梢，上部抽梢葉片定義為上部葉(8～11片)，下部抽梢葉片定義為下部葉(8～11片)。移植時將全部幼苗從基質中移出，用自來水除去根和葉片上的土塊、雜質等，然后用一級水將幼苗沖洗干凈，最后移入盛有4 L營養液的黑色塑料桶中培養，每桶種植1株幼苗。在開始處理前，幼苗上部葉和下部葉中含B質量分數分別為(23.7 ± 2.7)mg/kg和(18.6 ± 1.6)mg/kg。

1.2 試驗設計和管理

采用營養液培養的方法，營養液配方參考Hoagland 等[7]的配方，并進行適當的調整，基礎營養液的組成為：3 mmol/L KNO3，2 mmol/L Ca(NO3)2，1 mmol/L MgSO4，0.5 mmol/L NH4H2PO4，9 μmol/L MnCl2，1.6 μmol/L ZnSO4，0.3 μmol/L CuSO4，0.1 μmol/L Na2MoO4，50 μmol/L Fe-EDTA，所用試劑均為分析純。試驗設適量硼(20 μmol/L，MB)、高硼(200 μmol/L，HB)2個處理，B以H3BO3的形式加入，每個處理5個重復，每個重復1株幼苗。幼苗用1/2完全營養液培養14 d后,再用完全營養液進行培養，營養液每5 d更換1次，每隔2 h通氣15 min。試驗在深圳市芭田生態工程股份有限公司玻璃溫室自然光照條件下進行，室內溫度保持在25～32 ℃，濕度保持在45%～80%。

1.3 樣品采集與處理

培養50 d后收樣，將植株分為根、砧木莖、上部接穗莖、下部接穗莖、上部葉、下部葉等6個部分，全部樣品用一級水沖洗干凈，并用吸水紙擦干，放入75 ℃烘箱中烘至恒重。用精度為0.01 g的電子天平稱量其干物質質量，再將樣品用研缽磨碎，過40 mm的篩后，放入干凈的離心管中保存。

1.4 元素含量測定

稱取磨碎的樣品根0.3 g、莖0.2 g、葉0.2 g，放在瓷坩堝中，在電爐中預先炭化后，轉入馬弗爐中緩慢升溫至500 ℃干灰化5 h，冷卻后用10 mL 5%(體積分數)HNO3溶解，用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS，Agilent 7900，USA)測定P、K、Ca、Mg、B、Mn、Fe、Cu、Zn、Mo等元素的含量。

1.5 數據分析

運用IBM SPSS Statistics 20統計分析軟件對臍橙幼苗離子組含量進行主成分分析，采用Pearson相關系數進行雙因素相關性分析，顯著性水平(T檢驗)均設置為0.05，并用Excel 2010軟件作圖。同時將數據用IBM SPSS Statistics 20進行標準化，再用Multiple Experiment Viewer 4.9.0制作熱圖。

2 結果與分析

2.1 離子組主成分分析

如圖1和圖2所示，試驗對適硼和高硼植株不同部位的離子組進行主成分分析(PCA)，發現適硼和高硼對臍橙幼苗離子主成分的影響很相似。

PCA結果顯示：第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)的累積貢獻率為83.32%，其中PC1能夠解釋總體數據43.77%的變異，清晰地區分了根和地上部(包括莖和葉)2個部分的樣本；PC2解釋了總數據39.55%的變異，將地上部分為砧木莖、接穗莖和葉片等3個部分，但各部位硼處理的差異不明顯。

根據PCA載荷圖可以發現，10種元素中P、Mn、Fe、Zn、Mo在PC1的貢獻率較高，說明這些元素的含量在根離子組中占主導作用；K、Ca、B、Mg、Cu在PC2中有較大貢獻，這些元素在葉片中含量較高，而各離子在莖中均勻分布。每組元素之間的松散程度不同，代表它們的相關性不一致。

2.2 熱圖聚類分析

熱圖聚類分析可以反映高硼處理下各離子在不同部位的變化情況，見圖3。高硼條件下，B元素在葉片中的含量比其他部位都高，且上部葉中的含量大于下部葉的；Mn含量在上部葉和上部接穗莖中變化較大；Fe元素是5種微量元素中含量最高的一種，且Fe在根部含量最高；Cu元素在根部含量最低；Zn元素在莖部變化較大，Mo元素在根部的含量顯著高于其他部位。在根中，10種離子在適硼和高硼條件下變化一致；在砧木莖中，Cu、Fe、Mn含量在適硼條件下較高，B元素則在高硼條件下最高，其他元素無顯著的變化；在上部接穗莖中，Mn含量在適硼條件下較多，而B和Fe在高硼條件下較多；在下部接穗莖中，Mn、Zn含量在適硼條件下高，B、Fe、Cu含量在高硼條件下相對較高；在上部葉和下部葉中，Mn、Fe、Cu在適硼條件下含量較高，而B在高硼條件下含量較高；從整體來看，P、K、Ca、Mg在根部的含量相對較高，但在高硼脅迫下無顯著變化，而各部位中微量元素B、Fe、Mn、Cu、Mo的含量變化顯著，但無一致的規律。

2.3 不同部位不同元素含量間的相關性分析

從圖4可以看出，紐荷爾臍橙各個部位對高硼脅迫的反應不同，由于砧木莖在適硼和高硼條件下，B與其他元素的相關性未達到顯著性差異，所以未在圖中展示。在上部葉中，適硼條件下B與Cu相互協同(相關系數為0.918)，但在高硼脅迫下B與Cu的相關關系減弱，并轉變為拮抗的關系(相關系數為-0.369)。同樣，在下部葉中，適硼條件下B與Mg呈正相關關系，相關系數為0.952，而在高硼脅迫下B與Mg沒有顯著的影響，但是B與K呈顯著正相關(相關系數為0.996)。在上部接穗莖中，B與Mg呈顯著的正相關關系，高硼處理使B與Mg的協同作用加強(相關系數由0.952增至0.974)。在下部接穗莖中，適硼條件下，B與K、Mn呈顯著的負相關關系(相關系數分別為-0.931、-0.955)，但在高硼處理中B與K、Mn沒有顯著的相關性。在根中，與適硼處理相比，高硼脅迫使B和Fe呈顯著的負相關關系(相關系數為-0.984)。

3 討論

離子組除了反映營養元素之間的穩態關系，也可以非常敏感地反映植物的各種生理狀態，因此不同的離子組含量譜可以對應植物受各種外界環境刺激下的生理狀態[1]。對24種蔬菜的離子組分析發現，不同物種、不同器官、不同環境的離子組間的關系各不相同[8]。蔡圣冠[9]對酸土中大麥鋁毒的處理發現，酸土脅迫使根系P含量顯著增加，但阻礙了磷向地上部的運輸，且酸鋁脅迫干擾P、K、Zn與其他元素的關系，打破了離子的平衡。對不同Cu營養條件下苜蓿的生理反應研究發現，Cu過量時，細根中Zn、Fe、Co的含量較高，且Cu與Zn、Fe均呈正相關關系；葉中Mg、Ca、Na的含量較高，Mo、K分布均勻，但Cu與Fe相互拮抗；莖中Co、Cu積累量增加，Fe、Mo的含量下降[10]。唐鐸騰等[11]發現雌雄青楊幼苗對缺磷脅迫的反應具有明顯的差異，離子明顯分為三組，第一組為S、Mg、Ca，第二組為Mn、Fe、Zn，第三組為P、K、Na，其中第一組與其他兩組為拮抗的關系，而另外兩組呈協同的關系。在探究甘藍型油菜硼營養時發現，加硼和低硼條件下，地上部B與Ca、Cu、P、Zn之間均呈顯著的正相關關系；加硼條件下B與Mg呈顯著正相關關系，低硼條件下兩者相關性減弱；低硼條件下B與Fe呈顯著正相關關系，加硼條件下兩者無明顯的關系[12]。多數文獻只專注硼脅迫對硼或幾種元素的研究，很少有關于整株植物(尤其是柑橘)中各個部位對離子組的響應研究。試驗發現，紐荷爾臍橙在高硼脅迫營養液中培養50 d后，植株的整個離子組可以分成兩組，一組為B、K、Ca、Mg、Cu，在葉片中分布較多；另一組為P、Mn、Zn、Fe、Mo，在根中分布最多；莖中各元素分布相對均勻。并且高硼使各部位中Mn、Fe、Cu、Zn、Mo的含量均有顯著變化，但根據PCA發現，各個部位在圖中分布很分散，說明不同部位的離子組對高硼脅迫的反應不同。通過相關性分析發現，高硼脅迫抑制了上部葉對Cu元素和根對Fe元素的吸收，促進了下部葉對K而上部接穗莖對Mg的吸收，但對砧木莖中離子的吸收無顯著的影響。從整體來看，高硼對臍橙的礦質元素P、K、Ca、Mg的影響都較小，在適硼和高硼下B、Mn、Fe、Cu、Zn、Mo的變化較大且無明顯的規律。

4 結語

(1)通過PCA發現，10種元素可以分為兩組，B、K、Ca、Mg、Cu為第一組，P、Mn、Fe、Zn、Mo為第二組；第一組主要在葉中分布，第二組主要在根中分布，莖中各元素均勻分布。

(2)Fe是臍橙幼苗中含量最高的微量元素，B在葉片中含量最高，Fe、Mo在根部含量最高，Cu在根部含量最低。高硼脅迫下在臍橙各部位中的P、K、Ca、Mg含量變化不明顯，但微量元素B、Mn、Fe、Cu、Zn、Mo的含量變化顯著，其中接穗莖中的Fe含量顯著增加，而葉片中的Cu含量顯著下降。

(3)通過相關性分析，從不同部位來看，高硼脅迫抑制了Cu元素在上部葉和Fe元素在根部的吸收，促進了K元素在下部葉、Mg元素在上部接穗莖的吸收，但對砧木莖中離子的吸收無顯著的影響。