外源褪黑素對梨葉片及果實礦質營養的影響*

趙亮亮，趙德英，閆 帥，胡 清，徐 鍇，張少瑜，侯桂學，李 鑫

（1 中國農業科學院果樹研究所，農業農村部園藝作物種質資源重點實驗室，遼寧省落葉果樹礦質營養與肥料高效利用重點實驗室，遼寧興城125100）（2 諸城市綜合行政執法大隊）

梨是我國第三大水果，在果農脫貧致富和鄉村全面振興中發揮著重要作用。玉露香梨是庫爾勒香梨與雪花梨雜交育成的優質中熟梨新品種，其果實肉質鮮嫩、香甜多汁、營養豐富、皮薄核小，優良的品質受到了消費者的廣泛好評[1]。

隨著人們生活水平的提高，對高品質梨果的需求持續增長。礦質營養是果樹生長發育、果實產量和果實品質的物質基礎[2]，按照果樹需求量的大小可劃分成常量元素和微量元素，其中常量元素包括氮（N）、磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）和鎂（Mg），微量元素包括硼（B）、銅（Cu）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）和鉬（Mo）。各種礦質營養的含量和相互作用對果實的糖[3]、酸[4]、維生素C[5]等含量以及果實大小、硬度、著色度和貯藏能力[6]均產生影響，所以通過技術手段調控梨樹的礦質營養分配及含量對梨果實品質和效益的提升具有重要的積極作用。

化學調控技術是通過應用植物生長調節物質改變植物內源激素系統，調節植物生長發育，使其朝著人們預期的方向和程度發生變化的技術[7]。該技術具有收效快、用量少、安全、操作簡便、便于推廣等優點。化學調控在農業生產上能夠取代很多傳統的栽培管理措施，簡化農業生產步驟，將成為未來農業發展的主導技術之一。而植物生長調節劑是化學調控技術實行的根基。褪黑素（Melatonin，N-乙酰基-5-甲氧基色胺）作為一種新興的植物生長調節劑，是一種由色氨酸為基質合成的吲哚類物質，作為多效性因子在植物中具有多種生物學功能，參與光合作用[8]、種子萌發[9]、果實膨大[10]、根系發育[11]以及滲透調節[12]等生理過程，同時對植物抵御環境脅迫[13]具有重要作用。目前已有研究證明褪黑素能夠調控植物中的礦質營養含量及分配，Zhang 等[14]對褪黑素預處理的黃瓜幼苗進行了礦質營養測定分析，研究發現雖然過量的硝酸鹽導致氮和鉀的濃度增加，以及磷和鎂的水平下降，但外源褪黑素具有相反的效果，能夠改善鹽脅迫中植物的生長。高青海等[15]研究表明，噴施外源褪黑素可以顯著降低鹽脅迫下甜瓜根系和葉片中Cl-、Na+含量，提高K+、Mg2+、Ca2+含量。Roy 等[16]對處于干旱脅迫條件下的紫花苜蓿進行了葉面噴施褪黑素處理，結果表明，外源褪黑素處理增加了干旱脅迫下紫花苜蓿的N、P、K、Ca 含量。

目前大部分研究集中在褪黑素對逆境脅迫下植物的影響，關于褪黑素對梨果實發育過程中葉片和果實礦質營養影響的報道較少。因此，本試驗在露地條件下，對玉露香梨樹進行葉面噴施褪黑素處理，分析不同時期梨樹葉片和果實的礦質營養含量的差異顯著性，以明確外源褪黑素處理對梨葉片和果實礦質營養的影響，為果實營養品質提升提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2021 年在中國農業科學院果樹研究所梨栽培示范基地進行。以8 年生玉露香梨為試材，選取生長勢和產量相近的梨樹，每5 株為1 個處理，單株重復，進行混合取樣。試驗共設置3 個處理：噴施100 μmol/L 褪黑素（T1）、噴施200 μmol/L 褪黑素（T2），以噴施清水為對照（CK）。上述各處理所用溶液均以去離子水為溶劑，加入等量的乙醇（0.1%）和吐溫80（0.1%）。噴施時間為盛花后40、55、70 d，在盛花后50、65、80、95、110、125、140 d 進行采樣，共計7 次。采樣時，在每株樹東、西、南、北4 個方位樹冠外圍隨機采集無病蟲害、果面潔凈的果實4～5 個，葉片8～10 片，置于冷藏箱中備用。

1.2 測定方法

將果實和葉片洗凈后，果實切片，葉片剪碎，105 ℃殺青0.5 h，75 ℃烘干至恒重，粉碎后過80目篩，保存至自封袋中待測。取0.15 g 樣品加入5 mL硫酸和少量去離子水過夜，逐次滴加H2O2，用消煮爐在220 ℃下消煮至澄清透明，過濾至50 mL 離心管中，用電感耦合等離子體發射光譜儀（iCAP 6200，英國賽默飛世爾科技公司）測定P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn 元素含量。N 含量采用凱氏定氮儀測定。

1.3 數據統計方法與分析

所有試驗數據采用WPS Office 軟件進行處理和分析，采用SPSS 數據分析軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 外源褪黑素處理對葉片和果實中常量元素含量的影響

由表1 可以看出，T1 處理葉片N 含量在盛花后50、125 d 均顯著高于CK，其他時期葉片N 含量與CK 差異均不顯著，在盛花后65 d，葉片N 含量達到最高，較CK 提高了6.2%；T1 處理果實N 含量除盛花后125、140 d 外，其他時期均顯著高于CK，在盛花后50 d，果實中的N 含量達到最高，較CK 提高了24.4%。T2 處理的N 含量也呈相似的增加趨勢。綜上所述，褪黑素處理明顯提高了梨葉片和果實的N 含量，其中100 μmol/L 褪黑素處理效果更好。

表1 褪黑素處理對梨葉片和果實中N 含量的影響 g/kg

由表2 可以看出，與CK 相比，在整個果實發育期間，T1 處理和T2 處理的葉片和果實中的P 含量均呈現波浪式升高和降低的趨勢，沒有顯著性和規律性的變化。在盛花后140 d，T1 處理葉片和果實中的P 含量均顯著低于CK，分別較CK 降低了22.6%和26.3%，T2 處理葉片和果實中的P 含量與CK 差異均不顯著。綜上所述，100 μmol/L 褪黑素處理顯著降低了梨果實成熟期葉片和果實中的P 含量。

表2 褪黑素處理對梨葉片和果實中P 含量的影響 g/kg

由表3 可以看出，T1 處理和T2 處理的葉片K含量在盛花后50、65、80、95、110 d 均低于CK，在盛花后110 d，T1 處理和T2 處理的葉片K 含量分別較CK 顯著降低了7.8%和14.8%。在除盛花后65 d 外的其他時期，T1 處理和T2 處理的果實K含量均低于CK，在盛花后140 d 分別為9.04、9.58 g/kg，與CK 相比，分別顯著降低了25.0%和20.5%。綜上所述，褪黑素處理明顯降低了梨葉片和果實中的K 含量。

表3 褪黑素處理對梨葉片和果實中K 含量的影響 g/kg

由表4 可知，在盛花后50、80、95、125 d，T1、T2 處理葉片和果實中的Ca 含量與CK 差異均不顯著。在盛花后65 d，T1 處理的葉片和果實Ca含量與CK 差異不顯著，而T2 處理的果實Ca 含量顯著高于CK，提高了109.7%。在盛花后110、140 d，T2 處理的葉片Ca 含量均顯著高于CK，分別提高了56.4%、15.7%。可見，200 μmol/L 褪黑素處理明顯提高了盛花后110 d 后梨葉片Ca 含量。

表4 褪黑素處理對梨葉片和果實中Ca 含量的影響 g/kg

由表5 可以看出，T1 處理和T2 處理的葉片Mg含量在各時期均高于CK，在盛花后65 d，T1 處理達到最高，為4.43 g/kg，與CK 差異顯著，較CK提高了58.2%；在盛花后110 d，T2 處理的葉片Mg含量達到3.53 g/kg，顯著高于CK，較CK 提高了41.2%。除盛花后50 d 和盛花后140 d 外，其他時期T1 處理的果實Mg 含量均高于CK，并在盛花后80 d 達到最高，為2.10 g/kg，與CK 差異顯著，較CK 提高了110.0%。除盛花后50、110、140 d 外，其他時期T2 處理的果實Mg 含量均高于CK，在盛花后65 d 達到最高，為1.87 g/kg，較CK 提高了87.0%。綜上所述，褪黑素處理明顯提高了梨葉片和果實的Mg 含量，其中100 μmol/L 褪黑素處理效果更好。

表5 褪黑素處理對梨葉片和果實中Mg 含量的影響 g/kg

2.2 外源褪黑素處理對葉片和果實中微量元素含量的影響

由表6 可知，在盛花后50、65、80、95 d，T2處理的葉片B 含量均顯著低于CK，在盛花后110 d和盛花后125 d 與CK 差異不顯著，但在盛花后140 d 反而顯著高于CK，T1 處理也有相似的變化趨勢。T1 處理的果實B 含量在各時期均高于CK，在盛花后80 d 達到最高，為14.5 mg/kg，較CK 顯著提高了101.4%。綜上所述，100 μmol/L 褪黑素處理明顯提高了梨果實中的B 含量。

表6 褪黑素處理對梨葉片和果實中B 含量的影響 mg/kg

由表7 可以看出，T1 處理的葉片Cu 含量在各個時期均高于CK，在盛花后125 d 達到最高，為8.7 mg/kg，較CK 顯著提高了17.6%，T2 處理表現出相似的變化趨勢。在果實Cu 含量上，T1 處理和T2 處理在盛花后110 d 之前均高于CK；在盛花后80 d，T1 處理和T2 處理分別較CK 提高了83.1%和98.3%。綜上所述，褪黑素處理明顯提高了梨葉片和果實的Cu 含量。

表7 褪黑素處理對梨葉片和果實中Cu 含量的影響 mg/kg

由表8 可以看出，T1 處理和T2 處理的葉片Fe含量在除盛花后125 d 外的其他時期均低于CK，在盛花后140 d，T1 處理和T2 處理與CK 差異顯著，分別為253.1、226.4 mg/kg，分別較CK 降低了37.7%和44.3%。對于果實Fe 含量，T1 處理在各個時期均低于CK，T2 處理在除盛花后95 d 的其他時期也均低于CK，在盛花后80 d，T1、T2 處理與CK 差異顯著，分別比CK 降低了31.8%和39.7%。綜上所述，褪黑素處理明顯降低了梨葉片和果實中的Fe含量。

表8 褪黑素處理對梨葉片和果實中Fe 含量的影響 mg/kg

由表9 可知，T1 處理的葉片Mn 含量在除盛花后140 d 外的其他時期均顯著低于CK，T2 處理在除盛花后50 d 和盛花后125 d 外的其他時期葉片中Mn 含量也均顯著低于CK，在盛花后110 d，T1、T2 處理分別較CK 降低了7.8%、14.6%。對于果實Mn 含量，T1、T2 處理在盛花后65 d 之后均低于CK，但差異均不顯著。綜上所述，褪黑素處理明顯降低了梨葉片和果實中的Mn 含量。

由表10 可知，與CK 相比，在整個果實發育期間，T1 處理和T2 處理的葉片和果實中的Zn 含量均呈現波浪式升高和降低的趨勢，沒有顯著性和規律性的變化。

表10 褪黑素處理對梨葉片和果實中Zn 含量的影響 mg/kg

3 討論

植物生長調節劑能夠影響植物的礦質營養狀況，進而調控植物的生長發育。一些植物生長調節劑能夠調控逆境中植物的礦質營養含量及分配。Al-Harthi 等[17]研究表明，用赤霉素（GA）和茉莉酸（JA）處理西葫蘆種子，提高了其幼苗的K+、Mg2+含量及K+/Na+比率，緩解了鹽分脅迫造成的危害。San-Francisco 等[18]對脅迫條件下生長的辣椒進行了生長素（AX）處理，結果表明，生長素降低了其葉片K 含量，增加了Ca 含量。目前已有植物生長調節劑對礦質營養調控機理的相關研究，Séguéla 等[19]研究表明，細胞分裂素（CK）抑制編碼鐵轉運蛋白（IRT1）和鐵還原酶（FRO2）的擬南芥基因的表達，從而影響擬南芥中Fe 含量狀況。同時相關研究表明，AX 和CK 能夠在控制根系對N 的獲取方面發揮直接作用[20]。

褪黑素能夠影響植物的礦質營養狀況，進而調控植物的生長發育。Liang 等[21]對重度干旱脅迫下的蘋果植株長期進行外源褪黑素施用處理，發現褪黑素提高了植株中的N 含量，并表明100 μmol/L 褪黑素對促進礦質營養吸收具有更顯著的作用。本試驗也有相似的結果，我們發現褪黑素處理提高了梨葉片和果實中的N 含量，并且100 μmol/L 褪黑素處理效果更好。N 可以提高葉片中葉綠素的含量和光合作用效率，從而促進植物的生長發育和果實品質的形成[22]。因此，人們對提高果樹葉片中N 含量的方法極為關注。施氮肥是常用的增氮手段，但是有報道稱土壤中可用的高N 含量并不能導致梨樹對N 吸收的增加，也不能增加葉片中的N 濃度[23]，這也就表明了土壤施氮肥的局限性，而噴施外源褪黑素可以作為提高梨樹N 含量的有效措施。在葡萄的相關研究中，Xia 等[24]研究發現，褪黑素處理增加了夏黑葡萄果實中N、K、Cu、Fe 和Zn 的濃度，其中100 μmol/L 濃度的褪黑素效果更好。本試驗中褪黑素處理的梨葉片和果實中的N、Cu 含量也呈現出相似變化，但褪黑素處理降低了梨葉片和果實中的K、Fe、Mn 含量，同時本試驗并未發現褪黑素處理對梨葉片和果實中的Zn 含量有影響，這可能是樹種不同導致。本試驗中褪黑素處理還提高了梨葉片和果實中的Mg 含量，Zhang 等[14]認為Mg 是植物葉綠素合成的關鍵成分，與光合作用緊密相關，褪黑素可以通過上調Mg 的積累，減緩葉綠素的降解，促進植物在逆境環境下的生長。研究認為梨樹對B 要求很高，B 缺乏會導致坐果和產量減少，以及果實小、畸形、開裂和木栓化等問題[25]。本試驗發現噴施外源褪黑素能夠增加梨果實中的B 含量，這將對果實的品質產生重大影響。

4 結論

本試驗對玉露香梨進行葉面噴施褪黑素處理，分析了不同時期梨樹葉片和果實的礦質營養含量的差異顯著性，發現褪黑素能夠提高梨樹整個果實發育過程中葉片的N、Mg、Cu 含量和果實的N、Mg、Cu、B 含量，降低葉片和果實中的K、Fe、Mn含量。綜合經濟效益等因素，100 μmol/L 褪黑素處理能夠更好地調控梨樹的礦質營養。因此，可以通過噴施適宜濃度的外源褪黑素來調控梨樹葉片和果實礦質營養的分配及含量，從而為提高果實的營養品質提供新途徑。