低镁胁迫对不同品种柠檬生长、光合特性和镁元素吸收的影响

杜玉霞，李 晶，刘红明，付小猛，龙春瑞，高俊燕，李丹萍，李进学

（云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所，云南 保山 678000）

柠檬［Citrus limon（L） Burm. f.］是芸香科柑橘属常绿小乔木，在世界柑橘种植业中占第3 位［1］。我国柠檬栽培品种以尤力克为主，主产区在云南、四川、广东等地，其种植区的土壤类型主要是红壤，缺镁现象较严重［2］。柠檬果园土壤缺镁会引起叶片黄化、植株矮小，从而影响柠檬产量和品质。生产中缺镁主要发生在种植3 年后投产的柠檬园，据统计我国土壤缺镁面积已达6%［3］，前期研究表明，云南省土壤pH 值整体呈酸性，果园土壤缺镁比例达72.9%。

镁是植物体必需的营养元素之一。柑橘的生长、光合作用、呼吸作用、糖酵解、三羧酸循环、硝酸盐还原等过程的酶都需依靠镁来激活［4］，故当镁营养不足时，脂肪、蛋白质、碳水化合物的合成受阻，最终导致植物不能正常的生长发育。植物缺镁除了出现叶片失绿等现象外，还表现在枝干细长柔弱、根数量减少、开花缓慢、花色不鲜亮、根茎比下降等方面［5］。根据凌丽俐等［6］对纽荷尔脐橙叶片叶绿素合成与荧光特性的研究表明，无论老叶或是新叶，叶片的光合能力会在严重缺镁时降低；镁作为叶绿素的核心构成成分参与到了植物的重要生理生化过程中，当植物缺镁时就会出现叶片失绿从而影响叶片对光能的吸收和转化、电子传递能力以及光合磷酸化［7］。不同品种柑橘对镁的吸收有所差异，导致其耐缺镁程度有所差异。韩佳等［8］研究表明缺镁处理下，红橘在镁吸收速率上表现出较强抗缺镁特性，枳橙、崇义野橘次之，枳和香橙最不耐镁缺乏。不同柑橘种类耐缺镁能力也不同，表现为:宽皮柑橘类＞甜橙类＞柚类，宽皮柑橘中椪柑比蕉柑更耐缺镁，甜橙中华盛顿脐橙比纳维林娜、纽荷尔脐橙更耐缺镁；同一品种的普通温柑比早熟温州蜜柑更耐镁缺乏［9］。

生产中发现，柠檬较其他柑橘更容易出现缺镁现象，关于柑橘缺镁的问题前人做了大量研究，但在柠檬上的研究较少。柠檬镁的吸收受到土壤特性、外界镁浓度的影响，果农们往往通过增施镁肥、改良土壤等措施改善缺镁现象。但是镁元素的吸收还与柠檬品种有很大的关系，生产中不同品种缺镁特性有所差异，但其耐缺镁特性尚不清楚。尤力克、费米耐劳和塔西提是柠檬的3 个主栽品种，占总栽培面积的95%以上。以这3 个柠檬品种为材料，通过沙基培养的方式，研究在低镁胁迫下不同品种柠檬在外部生长特点、光合生理和镁吸收的差异，旨在解释镁胁迫对不同品种柠檬的影响，筛选出耐缺镁的品种，为柠檬种植的品种布局、合理施肥提供理论依据，对柠檬产业的健康发展有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验开展地点为云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所瑞丽柠檬综合试验站，选择云南主栽的3 个柠檬品种:费米耐劳（F）、云柠一号尤力克（Y）、塔西提（T）为试验材料，其砧木均为枳壳。枳壳种子于2014 年11 月播种，于2015 年11 月进行接穗的嫁接，2016 年11 月选取茎粗及高度相对一致且生长良好的嫁接苗，洗净附土，重剪主根后移栽至盛有28 kg 的细砂的塑料盆钵中，在大棚中避雨栽培。

1.2 试验设计

每个品种设置3 个供镁浓度梯度，分别为:镁缺乏0 mmol/L（Mg0:0 mg/L），镁不足0.25 mmol/L（Mg6:6 mg/L），镁正常1 mmol/L（Mg24:24 mg/L），共有9 个处理，每个处理3 次重复，每个重复5株。移栽后仅供应蒸馏水炼苗，待萌发出新叶时，用1/2 浓度 Hoagland 营养液和无镁的 Aron 全浓度营养液浇灌，待长出7 ～8 片新叶时进行镁营养梯度胁迫，试验处理时间为1 年。

1.3 测量指标与方法

分别在定植和胁迫结束时，测定植株的株高、冠幅、嫁接口粗度、分枝级数及总枝数，并对各生长指标的增长率进行计算。试验胁迫完成后，测定叶绿素、光合指标和镁含量。叶绿素（Chl）含量用乙醇提取法测定［10］；光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）采用 LCpro-SD 全自动便携式光合仪测定；对树体整株采取破坏性取样，分为新叶、中间叶、老叶、果实、茎、根系6 个部位，洗净后置于105℃烘箱中杀青15 min，75℃烘干至恒重，用粉碎机磨成粉，用HNO3-HClO4消煮-原子吸收法测定镁含量［11］。

1.4 数据分析

采用Excel 2010 软件对数据进行处理和绘图，采用 SPSS 20 统计分析软件对数据进行差异显著性检验［最小显著差异（LSD）法］。

2 结果与分析

2.1 镁胁迫下不同品种柠檬叶片形态比较

各处理在镁胁迫下柠檬的叶片都出现了不同程度的失绿，而且镁浓度越低，失绿现象越明显，老叶失绿比新叶严重。从各个品种来看，在供镁浓度为0 mg/L 时，费米耐劳和云柠一号老叶呈倒V 字型黄化，塔西提则无此现象。

2.2 镁胁迫下不同品种柠檬植株生长的差异

如表1，不同品种在镁胁迫下其植株生长情况有所差异。镁胁迫时3 个品种柠檬的冠幅、嫁接口上5 cm 茎粗都受到了抑制，其中费米耐劳和塔西提在镁胁迫时冠幅增长率显著降低，塔西提的嫁接口上5 cm 茎粗增长率显著降低；费米耐劳和云柠一号在镁胁迫时分枝级数增长率显著降低；云柠一号在镁胁迫时总枝数增长率显著降低。镁胁迫对株高和嫁接口下5 cm 茎粗的影响较小。总体看来，塔西提生长受到镁胁迫的影响较小。

2.3 镁胁迫下不同品种柠檬植株光合能力分析

从图1 可以看出，不同品种柠檬叶绿素含量、蒸腾速率（Tr）、光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）均随着供镁浓度的减少而下降，同一品种不同镁浓度间差异显著。塔西提叶绿素含量显著高于费米耐劳和云柠一号，镁胁迫时费米耐劳、云柠一号、塔西提的叶绿素含量分别下降11.35%～22.26%、13.21%～22.81%、8.76%～19.15%。费米耐劳的Pn 和Tr 下降幅度最大，Mg0 和Mg6 处理下，Pn 下降37.97%和25.88%，Tr 下降58.96%、27.06%；费米耐劳的Gs 显著高于其他品种，云柠一号的Gs 受镁胁迫影响较大，Mg0 和Mg6 处理下分别下降31.71%和20.67%。总体看来，3 个品种光合特性受镁胁迫的影响表现为:费米耐劳＞云柠一号＞塔西提。方差分析结果表明，品种和镁浓度都显著影响柠檬的光合生理，其中对气孔导度的影响较小。

表1 镁胁迫对不同品种柠檬株高、冠幅、茎粗、分枝级数、总枝数增长率的影响 （%）

图1 不同镁浓度对各品种柠檬光合指标的影响

2.4 镁胁迫下不同品种柠檬各部分镁含量分析

如图2、图3 所示，品种、供镁浓度均对柠檬各部分镁元素的含量有显著的影响，叶片与根的镁含量明显高于果实和茎的镁含量。镁胁迫时柠檬各部分的镁含量显著降低，叶片、果实、根、茎分别下降27.71%、20.42%、30.79%、45.19%。Mg24 处理云柠一号的叶片镁含量显著高于其他品种，Mg0处理费米耐劳、云柠一号、塔西提叶片的镁含量比Mg24 平均降低24.17%、34.27%、24.67%，Mg6 处理比Mg24 平均降低19.84%、23.81%、17.04%。塔西提果实镁含量显著低于其他品种，且在镁胁迫时下降幅度最高，Mg0 和Mg6 处理分别下降25.01%和18.44%；Mg24 处理费米耐劳的根部镁含量显著高于其他品种，且在镁胁迫时下降最多，Mg0 和Mg6 处理分别降低44.46%和43.14%。通过因素间的相关性分析表明，3 个品种各部分的镁含量与供镁水平都呈极显著正相关（表2）。

图2 镁胁迫对不同品种柠檬叶片镁含量的影响

图3 镁胁迫对不同品种柠檬果实、茎、根镁含量的影响

表2 供镁浓度与各部分镁含量间相关性分析

3 讨论

3.1 不同品种柠檬植株生长对镁胁迫的响应

镁是组成植物体的重要成分，其丰缺程度影响着植株的生长发育［12］。本研究结果表明镁胁迫对柠檬植株的冠幅、总枝数、分枝级数有显著的影响，缺镁会抑制植株的生长，这与Yang 等［13］、彭昊阳［14］、Maathuis［15］的研究结果一致。本研究表明不同品种对镁胁迫的响应有所差异，主要表现为:在镁胁迫时，塔西提的株高、茎粗、总枝数、分枝级数下降幅度小于费米耐劳和云柠一号，增长率主体表现为:塔西提＞云柠一号＞费米耐劳。但是各品种株高无显著差异，这主要是柠檬抽梢的时间和枝条抽生的方向不同，结果以后枝条下垂，导致株高变化不明显，同时也是各处理株高、冠幅、分枝级数和总枝数变异系数较大的原因。各处理嫁接口下5 cm 增长率无显著差异，主要是各品种柠檬砧木相同，且柠檬生长的时间相对较短，如继续观察试验，可能会表现出明显差异。有研究指出，镁对柑橘根的影响最小，茎次之，叶片的影响较大［16］，镁胁迫处理显著降低了橘橙春见的株高，均以对照相比，变化幅度最大［17］；韩佳等［18］研究表明在缺镁处理下，红橘主根、根数、根表面积以及根体积等各根系指标中，均无显著变化。不同种类和品种对缺镁的敏感性有差异［19］，不同镁水平下，云柠一号、塔西提、费米耐劳也表现出不同的差异水平，这与品种自身遗传学特性有关，其机理有待进一步深入研究。

3.2 镁胁迫下不同品种柠檬光合生理的差异

镁是叶绿体正常结构所必需的营养元素［20］，因此缺镁时植物叶绿素不能形成，叶片失绿致使光合作用无法进行［21］。本研究认为，不同柠檬品种叶片叶绿素、蒸腾速率和净光合速率有显著差异，随着镁水平的下降而下降，同一品种不同处理间差异显著。缺镁会显著抑制光合作用能力及净 CO2同化力，会直接影响 Rubisco （核酮糖-1，5－二磷酸羧化酶）的活性［22-24］。凌丽俐等［25］研究表明缺镁降低了锦橙的光合作用，杨刚华［26］研究表明缺镁处理显著降低了各柑橘砧木的净光合速率、气孔导度。本研究结果显示，不同品种柠檬在相同的缺镁处理下光合特性指标下降的幅度不同，从小到大为:塔西提、云柠一号、费米耐劳。下降幅度越小说明该品种受镁胁迫抑制越小。不同柑橘品种在缺镁条件下光合能力变化不同，韩佳等［18］研究表明崇义野橘、红橘具有较高的抗缺镁能力，其净光合速率和气孔导度的变化较低，但是其光合代谢差异的机制有待研究。

3.3 镁胁迫对不同品种柠檬镁吸收的影响

柑橘叶片镁素含量的适宜范围为0.3%～0.7%，但不同相橘品种或品系存在差异［27］。韩佳等［18］、庄伊美［19］研究表明不同柑橘品种镁吸收能力有所差异。不同柑橘品种、砧木品种对柑橘养分吸收存在差异［28-30］，不同砧穗组合的根系生理功能存在差异，对养分吸收及运输能力有强弱之别［18，31］。本研究结果看出，镁胁迫时各品种柠檬的镁含量都显著降低，各品种在不同部位下降的幅度有所差异，云柠一号、费米耐劳、塔西提分别在叶片、根、果实下降幅度较大，说明不同品种各部位的镁转运及吸收能力不同，镁的转运是长距离运输的过程，其吸收与利用要经过木质部和韧皮部的装卸，不同品种不同器官间的镁含量的差异与镁运输有何联系有待研究。总体看来镁正常时，云柠一号的镁含量显著高于费米耐劳和塔西提，说明其维持正常生长发育所需的镁元素高于其他品种。镁胁迫下云柠一号的减少幅度大于费米耐劳和塔西提，说明云柠一号抗缺镁能力弱，在缺镁条件下不能从外界吸收更多的镁元素。而塔西提则不同，在低镁环境下仍维持较高的镁含量，说明它能在镁不足时吸收更多的镁元素来维持正常生长，具有较强的耐缺镁特性。不同品种柠檬镁吸收的差异与自身遗传学特性有关，也可能是不同砧穗间的互作关系的差异引起的［32-33］，还可能是不同品种植株体生理代谢失调的差异导致体内镁转运体的差异［34-35］，其机制有待进一步研究。

4 结论

镁胁迫下，柠檬会在生长及品质上有所响应，表现为植株生长受到抑制，冠幅减小、总枝数和分枝级数减少；不同品种柠檬光合能力受到抑制，表现为叶绿素含量减少，蒸腾速率、净光合速率、气孔导度下降；镁胁迫下柠檬各部位的镁含量都减少。但是不同品种受到的抑制有所差异，综合来看，表现为塔西提最耐镁缺乏，云柠一号、费米耐劳不耐镁缺乏。不同柑橘品种镁代谢规律有较大差异，这是品种的本身属性，由基因型决定的，生产中应该根据品种的耐缺镁特性的差异，进行品种的区域布局，合理补充镁肥，实现柠檬的高效优质生产。