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椪柑叶片硼毒害症状及光合生理响应研究

张峻 林伟杰 李歆博 占园园 张生才 李延

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椪柑叶片硼毒害症状及光合生理响应研究

    作者简介: 张峻 E-mail:1296505342@qq.com;
    通讯作者: 李延, E-mail:fauliyan@163.com
  • 基金项目: 国家农业(柑橘)产业技术体系专项经费(CARS-26-01A);福建农林大学科技创新专项基金(105/KF2015072)。

Symposium of boron toxicity and photosynthesis response study in leaves of Ponkan (Citrus reticulata Blanco)

    Corresponding author: LI Yan, E-mail:fauliyan@163.com
  • 摘要:   【目的】  准确及时诊断硼毒害,了解硼毒害对叶片造成的生理影响,为硼毒害的有效防治提供理论依据。  【方法】  通过田间调查和叶片养分含量测定,明确福建省安溪县椪柑叶片黄化和脱落是由硼中毒引起的。分别采集不同程度硼毒害椪柑叶片,测定叶片光合作用速率、叶绿素荧光特性和细胞膜透性。  【结果】  在正常、中度黄化和重度黄化叶片中,钾、镁、锌含量均处于椪柑适宜范围内,而中度黄化和重度黄化叶片的硼含量比正常叶片分别提高了11.11和19.71倍,显示硼毒害是造成椪柑叶片黄化的原因。椪柑叶片硼毒害症状有两种表现形式:一是症状由叶尖沿主脉向下发展,叶肉和叶脉均褪绿黄化,黄化部位可见棕褐色的坏死斑点;二是症状由叶缘向主脉发展,主脉保持绿色,叶片呈不规则的黄、绿斑驳黄化。硼毒害椪柑叶片的光合色素含量、有效光化学效率 (Fv'/Fm')、电子传递效率 (ETR)、有效量子产额 (ΦPS II) 和光化学淬灭系数 (qP) 随症状的加重而下降,而非光化学淬灭系数 (NPQ)、过剩激发能 (E) 和天线热耗散 (D) 则随症状的加重而提高,引起光合作用速率、淀粉和可溶性糖含量下降,硼毒胁迫下椪柑叶片细胞膜透性明显提高。  【结论】  过量喷施硼肥所造成的硼毒害会导致椪柑叶片黄化、异常落叶,硼毒害使椪柑光合作用受抑、光合产物合成受阻,细胞膜受到伤害。柑橘生产上应重视含硼叶面肥的合理使用,以免造成硼中毒现象。有关椪柑硼毒害的防治措施还有待进一步研究。
  • 图 1  不同黄化程度的椪柑叶片硼含量

    Figure 1.  Boron content in Ponkan leaves with differentdegrees of yellowing

    图 2  不同黄化程度椪柑叶片的钾、镁、锌含量

    Figure 2.  K, Mg and Zn contents in Ponkan leaves with different degrees of yellowing

    图 3  椪柑硼毒害症状

    Figure 3.  Boron toxicity symptoms of Ponkan

    图 4  硼毒害椪柑叶片的硼分布

    Figure 4.  Boron distribution in the leaves of Ponkan under boron toxicity

    图 5  硼毒害椪柑叶片淀粉和可溶性糖含量

    Figure 5.  Starch and soluble sugar contents in leaves of Ponkan under boron toxicity

    图 6  硼毒害椪柑叶片膜透性

    Figure 6.  Membrane permeability of leaves in Ponkan under boron toxicity

    表 1  硼毒害椪柑叶片光合色素含量

    Table 1.  Photosynthetic pigment contents in leaves of Ponkan under boron toxicity

    黄化程度
    Degree of yellowing
    光合色素含量Photosynthetic pigment content (mg/g)叶绿素a/b
    Chl. a/b
    叶绿素a Chl. a叶绿素b Chl. b类胡萝卜素Car叶绿素a+b Chl.(a+b)
    正常Normal7.25 ± 0.35 Aa1.98 ± 0.08 Aa1.82 ± 0.14 Aa9.23 ± 0.43 Aa3.66 ± 0.07 Aa
    中度Moderate1.85 ± 0.50 Bb0.67 ± 0.16 Bb0.51 ± 0.13 Bb2.52 ± 0.65 Bb2.72 ± 0.21 Ab
    重度Severe0.58 ± 0.09 Cc0.23 ± 0.06 Cc0.31 ± 0.10 Bb0.81 ± 0.12 Cc2.63 ± 0.70 Ab
    注(Note):同列数据后不同大、小写字母分别表示不同黄化程度叶片间在 0.01 和 0.05 水平差异显著 Values followed by different capital and small letters in a column mean significant difference among different degrees of yellowed leaves at the 0.01 and 0.05 levels, respectively.
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    表 2  硼毒害椪柑叶绿素荧光参数

    Table 2.  Parameters of chlorophyll fluorescence in leaves of Ponkan under boron toxicity

    黄化程度
    Degree of yellowing
    有效光化学效率
    Fv'/Fm'
    有效量子产额
    ΦPSⅡ
    电子传递速率
    ETR
    光化学淬灭
    qP
    非光化学淬灭
    NPQ
    天线热耗散 (D)
    Antenna heat
    dissipation
    过剩激发能 (E)
    Excess excitation energy
    正常Normal0.60 ± 0.10 Aa0.52 ± 0.07 Aa3.22 ± 0.67 Aa0.84 ± 0.08 Aa0.27 ± 0.03 Bb0.40 ± 0.10 Bb0.08 ± 0.03 Bb
    中度Moderate0.50 ± 0.05 Aa0.35 ± 0.00 Bb2.98 ± 0.34 Aa0.76 ± 0.03 Aa0.32 ± 0.02 Bb0.50 ± 0.05 Bb0.11 ± 0.01 Aa
    重度Severe0.20 ± 0.09 Bb0.03 ± 0.02 Cc0.61 ± 0.22 Bb0.30 ± 0.18 Bb0.69 ± 0.12 Aa0.80 ± 0.09 Aa0.14 ± 0.08 Aa
    注(Note):同列数据后不同大、小写字母分别表示不同黄化程度叶片间在 0.01 和 0.05 水平差异显著 Values followed by different capital and small letters in a column mean significant difference among different degrees of yellowed leaves at the 0.01 and 0.05 levels, respectively.
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    表 3  硼毒害椪柑光合作用参数

    Table 3.  Photosynthetic parameters of Ponkan under boron toxicity

    黄化程度
    Degree of yellowing
    净光合速率Pn
    [μmol/(m2·s)]
    气孔导度Gs
    [mmol/(m2·s)]
    胞间CO2浓度Ci
    (μmol/mol)
    蒸腾速率Tr
    [mmol/(m2·s)]
    正常Normal7.13 ± 0.72 Aa23.67 ± 1.15 Aa286.00 ± 55.97 Bc7.13 ± 0.47 Aa
    中度Moderate1.73 ± 0.78 Bb15.33 ± 2.08 Bb422.67 ± 53.27 Ab 4.60 ± 0.62 ABb
    重度Severe0.27 ± 0.12 Bc14.00 ± 3.00 Bb522.67 ± 8.10 Aa 3.93 ± 1.33 Bb
    注(Note):同列数据后不同大、小写字母分别表示不同黄化叶片间在 0.01 和 0.05 水平差异显著 Values followed by different capital and small letters in a column mean significant difference among different degrees of yellowed leaves at the 0.01 and 0.05 levels, respectively.
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  • [1] 刘桂东, 姜存仓, 王运华, 等. 缺硼条件下两种不同砧木‘纽荷尔’脐橙矿质元素含量变化的比较[J]. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(1): 180–185. Liu G D, Jiang C C, Wang Y H, et al. Changes in mineral element contents of ‘Newhall’ navel orange (Citrus sinensis Osb.) grafted on two different rootstocks under boron deficiency[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2011, 17(1): 180–185. doi:  10.11674/zwyf.2011.01180
    [2] 唐玉琴, 彭良志, 淳长品, 等. 红壤甜橙园土壤和叶片营养元素相关性分析[J]. 园艺学报, 2013, 40(4): 623–632. Tang Y Q, Peng L Z, Chun C P, et al. Correlation analysis on nutrient element contents in orchard soils and sweet orange leaves in southern Jiangxi Province of China[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2013, 40(4): 623–632.
    [3] 张世祺, 程琛, 林伟杰, 等. 琯溪蜜柚园土壤和树体的硼素营养与果实粒化关系研究[J]. 果树学报, 2019, 36(4): 468–475. Zhang S Q, Cheng C, Lin W J, et al. Analysis of boron nutrition status in soils and trees and its relationship with fruit granulation in ‘Guanximiyou’ pomelo[J]. Journal of Fruit Science, 2019, 36(4): 468–475.
    [4] 王南南, 彭抒昂, 刘永忠. 柑橘硼营养研究现状与展望[J]. 华中农业大学学报, 2015, 34(4): 137–143. Wang N N, Peng S A, Liu Y Z. Advances on boron nutrition of citrus[J]. Journal of Huazhong Agricultural University, 2015, 34(4): 137–143.
    [5] 卢晓佩, 姜存仓, 董肖昌, 等. 硼胁迫下不同柑橘砧木叶片物质组成及结构的FTIR表征[J]. 光谱学与光谱分析, 2017, 37(5): 1380–1385. Lu X P, Jiang C C, Dong X C, et al. FTIR spectroscopic characterization of material composition and structure of leaves of different citrus rootstocks under boron stress[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2017, 37(5): 1380–1385.
    [6] Sheng O, Zhou G, Wei Q, et al. Effects of excess boron on growth, gas exchange, and boron status of four orange scion-rootstock combinations[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2010, 173(3): 469–476. doi:  10.1002/jpln.200800273
    [7] Huang J H, Qi Y P, Wen S X, et al. Illumina microRNA profiles reveal the involvement of miR397a in citrus adaptation to long-term boron toxicity via modulating secondary cell-wall biosynthesis[J]. Scientific Reports, 2016, 6: 1–14. doi:  10.1038/s41598-016-0001-8
    [8] Jin L F, Liu Y Z, Yin X X, et al. Transcript analysis of citrus miRNA397 and its targetLAC7 reveals a possible role in response to boron toxicity[J]. Acta Physiologiae Plantarum, 2016, 38(1): 1–7. doi:  10.1007/s11738-015-2023-4
    [9] Shah A, Wu X, Ullah A, et al. Deficiency and toxicity of boron: Alterations in growth, oxidative damage and uptake by citrange orange plants[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2017, 145: 575–582. doi:  10.1016/j.ecoenv.2017.08.003
    [10] Huang J H, Cai Z J, Wen S X, et al. Effects of boron toxicity on root and leaf anatomy in two citrus species differing in boron tolerance[J]. Trees, 2014, 28(6): 1653–1666. doi:  10.1007/s00468-014-1075-1
    [11] Shuang H, Ning T, Huanxin J, et al. CO2 assimilation, photosystem II photochemistry, carbohydrate metabolism and antioxidant system of citrus leaves in response to boron stress[J]. Plant Science, 2009, 176(1): 143–153. doi:  10.1016/j.plantsci.2008.10.004
    [12] DB35/T742–2007. 亚热带果树营养诊断样品采集技术规范[S]. 2007.

    DB35/T742–2007. Technical specification for sampling of nutritional diagnosis of subtropical fruit trees[S]. 2007.
    [13] 郝建军, 康宗利, 于洋. 植物生理学实验技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007. 65–68.

    Hao J J, Kang Z L, Yu Y. Plant physiological experiment[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2007.65–68.
    [14] 孙德智, 韩晓日, 彭靖, 等. 外源水杨酸和一氧化氮对盐胁迫番茄幼苗光系统Ⅱ功能及激发能分配利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(1): 170–178. Sun D Z Han X R, Peng J, et al. Effects of exogenous salicylic acid and nitric oxide on PSⅡ function and distribution and utilization of excitation energy in tomato seedlings under NaCl stress[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(1): 170–178. doi:  10.11674/zwyf.17123
    [15] 王学奎. 植物生理生化实验原理和技术 (第二版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006: 202–203.

    Wang X K. Principle and technology of plant physiological and biochemical experiment (2nd Edition)[M]. Beijing: Higher Education Press, 2006, 202–203.
    [16] 张蜀秋, 韩玉珍, 李云. 植物生理学实验技术教程[M]. 北京: 科学出版社, 2011. 203–204.

    Zhang S Q, Han Y Z, Li Y. Plant physiology experiment technique tutorial[M]. Beijing: Science Press, 2011.203–204.
    [17] Sang W, Huang Z R, Qi Y P, et al. An investigation of boron-toxicity in leaves of two citrus species differing in boron-tolerance using comparative proteomics[J]. Journal of Proteomics, 2015, 123: 128–146. doi:  10.1016/j.jprot.2015.04.007
    [18] Martínez C M R, Martínez A B, Quiñones A, et al. Physiological and molecular responses to excess boron in citrus macrophylla W[J]. PLoS ONE, 2015, 10(7): e0134372.
    [19] Wu X, Lu X, Riaz M, et al. Boron deficiency and toxicity altered the subcellular structure and cell wall composition architecture in two citrus rootstocks[J]. Scientia Horticulturae, 2018, 238: 147–154. doi:  10.1016/j.scienta.2018.04.057
    [20] 俞立达. 柑桔叶尖黄化病研究[J]. 园艺学报, 1982, 9(2): 1–4. Yu L D. Studies on chlorosis of citrus leaf apex[J]. Acta Horticulturae Sinica, 1982, 9(2): 1–4.
    [21] 张广越, 彭良志, 淳长品, 等. 脐橙叶片镁、硼含量变化与缺素黄化的关系[J]. 园艺学报, 2010, 37(8): 1317–1324. Zhang G Y, Peng L Z, Chun C P, et al. Seasonal changes in leaf magnesium and boron contents and their relationships to leaf yellowing of navel orange (Citrus sinensis Osbeck)[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2010, 37(8): 1317–1324.
    [22] 凌丽俐, 彭良志, 淳长品, 等. 赣南纽荷尔脐橙叶片黄化与营养元素丰缺的相关性[J]. 中国农业科学, 2010, 43(17): 3602–3607. Ling L L, Peng L Z, Chun C P, et al. Relationship between leaf yellowing degree and nutrimental elements levels in navel orange (Citrus sinensis Osbeck) leaves in southern Jiangxi Province of China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2010, 43(17): 3602–3607. doi:  10.3864/j.issn.0578-1752.2010.17.014
    [23] 庄伊美. 柑桔营养诊断指导施肥的实践[J]. 浙江柑橘, 1996, (2): 8–11. Zhuang Y M. Fertilization practice of citrus based on nutrition diagnosis[J]. Zhejiang Ganju, 1996, (2): 8–11.
    [24] Marco L, Theoni M, Ioannis E P, et al. Boron toxicity in higher plants: An update[J]. Planta, 2019, 250: 1011–1032. doi:  10.1007/s00425-019-03220-4
    [25] 刘春光, 何小娇. 过量硼对植物的毒害及高硼土壤植物修复研究进展[J]. 农业环境科学学报, 2012, 31(2): 230–236. Liu C G, He X J. Boron toxicity in plant and phytoremediation of boron-laden soils[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2012, 31(2): 230–236.
    [26] 简水仙, 李松伟, 邓烈, 等. 影响柑桔光合作用的内外因素研究综述[J]. 中国南方果树, 2011, 40(4): 32–36. Jian S X, Li S W, Deng L, et al. Progress of internal and external factors inflencing photosynthesis of citrus[J]. South China Fruits, 2011, 40(4): 32–36.
    [27] Aftab T, Khan M M A, Idrees M, et al. Boron induced oxidative stress, antioxidant defence response and changes in artemisinin content in Artemisia annua L.[J]. Journal of Agronomy & Crop Science, 2010, 196(6): 423–430.
    [28] Kato M, Shimizu S. Chlorophyll metabolism in higher plants Ⅵ. involvement of peroxidase in chlorophyll degradation[J]. Plant & Cell Physiology, 1985, 26(7): 1291–1301.
    [29] 马为民, 施定基, 王全喜. 用基因工程提高光合同化 CO2 效率的一个关键酶——果糖–1,6–二磷酸酶[J]. 生物化学与生物物理进展, 2003, 30(3): 446. Ma W M, Shi D J, Wang Q X. A key enzyme for improving the efficiency of photo-contracted CO2 by genetic engineering—Fructose-1,6-bisphosphatase[J]. Progress in Biochemistry and Biophysics, 2003, 30(3): 446. doi:  10.3321/j.issn:1000-3282.2003.03.034
    [30] Aftab T, Khan M M A, Idrees M, et al. Methyl jasmonate counteracts boron toxicity by preventing oxidative stress and regulating antioxidant enzyme activities and artemisinin biosynthesis in Artemisia annua L.[J]. Protoplasma, 2011, 248(3): 601–612. doi:  10.1007/s00709-010-0218-5
  • [1] 刘桂东胡萍张婧卉周高峰曾钰钟八莲姜存仓 . 缺硼对脐橙幼苗硼分配及叶片细胞壁组分硼含量的影响. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(1): 179-186. doi: 10.11674/zwyf.17107
    [2] 邱超胡承孝谭启玲孙学成郑苍松苏少康胡育化赵四清陈健民 . 钙、 硼对常山胡柚叶片养分、 果实产量及品质的影响. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(2): 459-467. doi: 10.11674/zwyf.14381
    [3] 王艳丽王京刘国顺丁松爽张璐 . 磷施用量对烤烟根系生理及叶片光合特性的影响. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(2): 410-417. doi: 10.11674/zwyf.14437
    [4] 杨虎戈长水应武杨京平李金文何俊俊 . 遮荫对水稻冠层叶片SPAD值及光合、 形态特性参数的影响. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(3): 580-587. doi: 10.11674/zwyf.2014.0308
    [5] 江厚龙王瑞贾峰张均张正扬 . 不同海拔下烤烟叶片全展后光合特性研究. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(6): 1483-1493. doi: 10.11674/zwyf.2013.0625
    [6] 李中勇张媛韩龙慧徐继忠 . 氮钙互作对设施栽培油桃叶片光合特性及叶绿素荧光参数的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(4): 893-900. doi: 10.11674/zwyf.2013.0415
    [7] 焦晓燕王劲松武爱莲赵瑞芬王立革董二伟 . 缺硼对绿豆叶片光合特性和碳水化合物含量的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(3): 615-622. doi: 10.11674/zwyf.2013.0311
    [8] 赵志军刘子英高一宁崔美香刘贵巧薛进军 . 铁肥虹吸输液对缺铁失绿苹果叶片光合生理指标和荧光参数的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(4): 878-884. doi: 10.11674/zwyf.2013.0413
    [9] 李学刚宋宪亮孙学振陈二影张美玲赵庆龙刘峰 . 控释氮肥对棉花叶片光合特性及产量的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(3): 656-662. doi: 10.11674/zwyf.2010.0320
    [10] 李耕高辉远刘鹏杨吉顺董树亭张吉旺王敬锋 . 氮素对玉米灌浆期叶片光合性能的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(3): 536-542. doi: 10.11674/zwyf.2010.0304
    [11] 曹翠玲毛圆辉曹朋涛刘建朝杨向娜 . 低磷胁迫对豇豆幼苗叶片光合特性及根系生理特性的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(6): 1373-1378. doi: 10.11674/zwyf.2010.0611
    [12] 张立新李生秀 . 长期水分胁迫下氮、钾对夏玉米叶片光合特性的影响 . 植物营养与肥料学报, 2009, 15(1): 82-90. doi: 10.11674/zwyf.2009.0112
    [13] 姚元涛刘谦张丽霞王日为 . 山东棕壤茶园幼龄茶树叶片黄化病因诊断与防治研究 . 植物营养与肥料学报, 2009, 15(1): 219-224. doi: 10.11674/zwyf.2009.0132
    [14] 姜存仓王运华刘桂东夏颖彭抒昂钟八莲曾庆銮 . 赣南脐橙叶片黄化及施硼效应研究. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(3): 656-661. doi: 10.11674/zwyf.2009.0325
    [15] 林咸永章永松蔡妙珍张英鹏李刚杨肖娥 . 磷、钾营养对柑桔果实产量、品质和贮藏性的影响. 植物营养与肥料学报, 2006, 12(1): 82-88. doi: 10.11674/zwyf.2006.0114
    [16] 施木田陈如凯 . 锌硼营养对苦瓜叶片碳氮代谢的影响. 植物营养与肥料学报, 2004, 10(2): 198-201. doi: 10.11674/zwyf.2004.0217
    [17] 郭延平陈屏昭张良诚张上隆 . 不同供磷水平对温州蜜柑叶片光合作用的影响. 植物营养与肥料学报, 2002, 8(2): 186-191. doi: 10.11674/zwyf.2002.0211
    [18] 柯玉琴潘廷国 . NaCl胁迫对甘薯叶片水分代谢、光合速率、ABA含量的影响. 植物营养与肥料学报, 2001, 7(3): 337-343. doi: 10.11674/zwyf.2001.0315
    [19] 朱建华刘武定曹享云耿明建 . 缺硼对棉花不同品种苗期叶片POD、SOD同工酶的影响. 植物营养与肥料学报, 2001, 7(3): 331-336. doi: 10.11674/zwyf.2001.0314
    [20] 关义新林葆凌碧莹 . 光氮互作对玉米叶片光合色素及其荧光特性与能量转换的影响. 植物营养与肥料学报, 2000, 6(2): 152-158. doi: 10.11674/zwyf.2000.0205
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-13
  • 网络出版日期:  2020-11-16
  • 刊出日期:  2020-10-25

椪柑叶片硼毒害症状及光合生理响应研究

    作者简介:张峻 E-mail:1296505342@qq.com
    通讯作者: 李延, fauliyan@163.com
  • 1. 福建农林大学资源与环境学院/福建省土壤环境健康与调控重点实验室,福建福州 350002
  • 2. 国家现代农业产业技术体系芦柑综合试验站,福建泉州 362600
  • 基金项目: 国家农业(柑橘)产业技术体系专项经费(CARS-26-01A);福建农林大学科技创新专项基金(105/KF2015072)。
  • 摘要:   【目的】  准确及时诊断硼毒害,了解硼毒害对叶片造成的生理影响,为硼毒害的有效防治提供理论依据。  【方法】  通过田间调查和叶片养分含量测定,明确福建省安溪县椪柑叶片黄化和脱落是由硼中毒引起的。分别采集不同程度硼毒害椪柑叶片,测定叶片光合作用速率、叶绿素荧光特性和细胞膜透性。  【结果】  在正常、中度黄化和重度黄化叶片中,钾、镁、锌含量均处于椪柑适宜范围内,而中度黄化和重度黄化叶片的硼含量比正常叶片分别提高了11.11和19.71倍,显示硼毒害是造成椪柑叶片黄化的原因。椪柑叶片硼毒害症状有两种表现形式:一是症状由叶尖沿主脉向下发展,叶肉和叶脉均褪绿黄化,黄化部位可见棕褐色的坏死斑点;二是症状由叶缘向主脉发展,主脉保持绿色,叶片呈不规则的黄、绿斑驳黄化。硼毒害椪柑叶片的光合色素含量、有效光化学效率 (Fv'/Fm')、电子传递效率 (ETR)、有效量子产额 (ΦPS II) 和光化学淬灭系数 (qP) 随症状的加重而下降,而非光化学淬灭系数 (NPQ)、过剩激发能 (E) 和天线热耗散 (D) 则随症状的加重而提高,引起光合作用速率、淀粉和可溶性糖含量下降,硼毒胁迫下椪柑叶片细胞膜透性明显提高。  【结论】  过量喷施硼肥所造成的硼毒害会导致椪柑叶片黄化、异常落叶,硼毒害使椪柑光合作用受抑、光合产物合成受阻,细胞膜受到伤害。柑橘生产上应重视含硼叶面肥的合理使用,以免造成硼中毒现象。有关椪柑硼毒害的防治措施还有待进一步研究。

    English Abstract

    • 硼是植物生长的必需营养元素,柑橘对缺硼反应敏感,缺硼导致柑橘叶片黄化、叶脉木栓化、落花落果、果实品质劣变[1]。我国自20世纪80年代推广柑橘施用硼肥以来,施用硼肥已成为柑橘栽培常规的农事操作,长期施硼导致的土壤和树体硼富集已成为柑橘生产的新问题。有研究表明,江西省安远县甜橙园土壤有效硼含量 > 0.6 mg/kg的比例为30.61%,叶片硼含量 > 100 mg/kg的果园比例达42.42%[2],琯溪蜜柚园土壤有效硼含量 > 1.0 mg/kg的果园占比为22.80%,叶片硼含量 > 50 mg/kg的果园占比达74.84%[3]。迄今,柑橘硼素营养研究主要集中在缺硼对柑橘生长和生理代谢的影响[4],有关柑橘硼毒害的研究较少见诸文献,且相关研究都是采用室内水培或砂培试验。卢晓佩等[5]研究发现,400 μmol/L硼处理导致枳壳砧木实生苗出现明显的硼中毒,表现为叶片黄化,严重时叶片脱落,枝梢焦枯,叶片、茎和根干重显著降低。柑橘对硼毒害胁迫的响应会因砧木种类、柑橘品种不同而异,硼毒害对纽荷尔脐橙的危害表现为枳壳砧木大于‘卡里佐枳橙’砧木[6],雪柑对硼毒害的耐性明显高于酸柚[7],高硼胁迫下雪柑miR397转录增强,参与能量、碳水化合物和活性氧代谢相关酶的表达上调,可能是其耐硼毒的原因[8]。硼毒害导致柑橘叶片过氧化物酶 (POD)、过氧化氢酶 (CAT)、超氧化物歧化酶 (SOD) 和抗坏血酸过氧化物酶 (APX) 活性降低,丙二醛 (MDA) 含量上升[9],类囊体结构受损[10],光合色素含量、光合速率及1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶 (Rubisco)、果糖-1,6-二磷酸酶 (FBPase) 活性下降[11]。椪柑是宽皮柑橘的优良品种,也是我国柑橘在国际市场上最具竞争力的品种之一,本研究是在田间条件下,开展椪柑叶片硼毒害的诊断,探究硼毒害对光合生理的影响,旨在为椪柑合理施用硼肥提供依据。

      • 福建省安溪县祥华镇太华林场有限公司的椪柑果园地处丘陵山地 (25º20'N、117º69' E),土壤类型为红壤,种植有2年生的椪柑1万多株,株行距3 m × 4 m。2017年8月底,果场6000多株椪柑出现叶片黄化,严重时叶片大量脱落。现场调查结合农事记录查阅显示,症状出现前该片果园的农事措施有喷施阿维菌素、代森锰锌、阿维螺螨酯和硼肥 (商品名“速乐硼”,含硼20%),从农药使用方法和叶片黄化、异常落叶出现的时间分析,可以排除因农药不合理使用而造成药害的可能。该6000多株椪柑分别于4月24日、7月5日和7月26日喷施速乐硼,喷施浓度均为0.05%。因出现叶片黄化,果场中其余的椪柑树没有喷施第3次速乐硼,现场观察其黄化症状明显较轻,故初步判断为叶片硼毒害所致。

      • 为进一步明确椪柑黄化的原因及对果树光合生理的影响,2017年9月初,选择重度黄化园 (喷施3次速乐硼)、中度黄化园 (喷施2次速乐硼) 以及相邻树龄相同的正常椪柑园作为研究对象,分别在3个园区进行叶片样品的采集,采集的叶片为当年生春梢营养枝从上往下第2~3片叶,每株树采集东南西北4个方向各2片叶,每100片叶混合为一个样品,3~4次重复,样品用于养分含量的测定[12]。同时,在每个园区选择春梢营养枝的第3片叶进行光合作用速率、叶绿素荧光参数、光合色素含量、淀粉及可溶性糖含量和膜透性的测定,其中光合作用速率、叶绿素荧光参数的测定重复15次,其余项目重复3次。

      • 样品采用干灰化处理,钾用火焰光度计 (上海精密科学仪器有限公司)、镁和锌用原子吸收分光光度计 (北京瑞利分析仪器公司生产) 测定;硼用姜黄素比色—UV-1801型紫外分光光度计 (北京瑞利分析仪器公司生产) 测定。

      • 采用混合提取剂提取[13],用UV-1801型紫外分光光度计测定叶绿素a (Chl. a)、叶绿素b (Chl. b)、类胡萝卜素 (Car) 的含量。

      • 田间用CIRAS-2型便携式光合仪 (英国PP Systems公司生产) 测定净光合速率 (Pn),测定时间为上午8:00—12:00,通过内置可调CO2供气系统和人工光源,将测定条件设置为CO2浓度 (350 ± 10) µL/L,有效光合辐射 (PAR) 1000 µmol/(m2∙s),仪器同时读取气孔导度 (Gs) 和胞间CO2浓度 (Ci)。

      • 在田间用植物效率分析仪 (Handy PEA,英国Hansatech公司生产) 测定荧光参数,由仪器直接导出的荧光参数有:Fv'/Fm' (有效光化学效率)、ΦPS II (有效量子产额)、ETR (电子传递效率)、qP (光化学淬灭系数)、NPQ (非光化学淬灭系数),其他叶绿素荧光参数根据公式计算[14]

        D (天线热耗散Antenna heat dissipation)=1− Fv'/Fm';

        E (过剩激发能Excess excitation energy)=(1−qP) × (Fv'/Fm')

      • 采用蒽酮比色法[15]测定。

      • 采用电导法[16]测定。

      • 采用SPSS 19.0单因素方差分析,Ducan’ s多重检验方法分析试验数据。

      • 测定结果表明,叶片黄化程度越重的椪柑叶片的硼含量越高 (图1),正常、中度黄化、重度黄化叶片的硼含量分别为51.47、571.92、1014.48 mg/kg,其中中度黄化、重度黄化叶片的硼含量分别是正常叶片的11.11、19.71倍,差异均达极显著水平。由于柑橘不同品种[7,17]、不同砧穗组合[6]对硼毒害的敏感性不同,因此无法确定柑橘硼毒害的临界值,已有研究表明,酸柚、纽荷尔脐橙、枳和枳橙出现明显硼毒害症状时的叶片硼含量分别是524.75[10]、345.8[18]、467.55和416.33 mg/kg[19],而中度黄化、重度黄化椪柑叶片的硼含量均高于上述数值,进一步证实了硼毒害是导致椪柑叶片黄化的原因。

        图  1  不同黄化程度的椪柑叶片硼含量

        Figure 1.  Boron content in Ponkan leaves with differentdegrees of yellowing

        缺钾[20]、缺镁[21]、缺锌[22]是酸性红壤上柑橘叶片黄化的原因,为排除钾、镁、锌缺乏的可能,对正常、中度黄化、重度黄化叶片的这3种元素含量进行测定 (图2)。结果表明,3个园区叶片的钾、镁、锌含量 (分别为2.13%~2.47%、0.26%~0.30%、21.84~37.56 mg/kg) 均处于椪柑营养元素的需求范围 (分别为1.0%~1.8%、0.25%~0.38%、20~50 mg/kg)[23]。重度黄化叶片的钾含量显著高于中度黄化叶片和正常叶片,且中度黄化叶片与正常叶片的钾含量没有明显差异;中度黄化、重度黄化叶片的镁、锌含量虽低于正常叶片,但均没有表现出随黄化程度增加而降低,相反,重度黄化叶片的镁含量显著高于中度黄化叶片,说明该果园椪柑叶片黄化并非是钾、镁、锌缺乏所致。

        图  2  不同黄化程度椪柑叶片的钾、镁、锌含量

        Figure 2.  K, Mg and Zn contents in Ponkan leaves with different degrees of yellowing

        田间调查发现,椪柑叶片硼毒害的症状有2种表现形式:一种是黄化始见于叶尖,之后症状由叶尖沿主脉向下发展,叶肉和叶脉均褪绿黄化,黄化部位可见棕褐色的坏死斑点 (图3a);另一种也是黄化始见于叶尖,但症状由叶缘向主脉发展,起初叶片的侧脉保持绿色,叶肉黄化,呈现反差明显、黄绿相间的斑驳状,之后叶片的部分侧脉黄化,相邻黄斑融合,黄化斑块变大、颜色加深,但主脉始终保持绿色,叶片呈不规则的黄、绿斑驳状黄化 (图3b)。从同一株树看,开张角度大的枝梢和叶片,其黄化程度要重于直立枝梢和开张角度小的叶片 (图3c),新叶的黄化程度较老叶严重 (图3d)。随着毒害时间的延长,黄化程度加剧,叶片大量脱落,枝梢褐变,形成枯枝 (图3e)。翌年7月对该果园进行再次调查看到,新生的叶片叶色正常,但老叶仍有硼毒害的黄化症状,果实膨大受阻、果小 (图3f),说明硼毒害对椪柑生长的危害大、影响时间长。

        图  3  椪柑硼毒害症状

        Figure 3.  Boron toxicity symptoms of Ponkan

        两种椪柑叶片硼毒害的症状均表现为叶的上半部 (叶尖部位) 较下半部 (靠叶柄部位) 明显,即硼毒害的症状集中于叶片的上半部。为究其原因,将黄化椪柑叶片按长度方向均分为上、下二部分,分别测定硼的含量。结果 (图4) 显示,中度黄化、重度黄化叶片的硼含量均是叶片上半部极显著高于叶片下半部,说明叶片硼毒害症状的表现形式与硼在叶片内的分布有关。蒸腾作用对硼的运输和硼在植物体内的分布起着决定性的作用,高硼胁迫下植物叶片可借助蒸腾和“吐水”方式向体外排出硼[24],这可能是硼较多分布在叶片上半部的原因。

        图  4  硼毒害椪柑叶片的硼分布

        Figure 4.  Boron distribution in the leaves of Ponkan under boron toxicity

      • 硼毒害导致椪柑叶片光合色素含量降低 (表1),与正常叶片相比,中度黄化和重度黄化叶片的Chl.a、Chl.b分别下降74.48%、66.16%和92.00%、88.38%,Car分别下降71.98%和82.97%,差异均达显著水平。中度黄化和重度黄化叶片的Chl.a/b比值显著低于正常叶片,表明硼毒害对椪柑Chl.a的影响大于Chl.b。

        表 1  硼毒害椪柑叶片光合色素含量

        Table 1.  Photosynthetic pigment contents in leaves of Ponkan under boron toxicity

        黄化程度
        Degree of yellowing
        光合色素含量Photosynthetic pigment content (mg/g)叶绿素a/b
        Chl. a/b
        叶绿素a Chl. a叶绿素b Chl. b类胡萝卜素Car叶绿素a+b Chl.(a+b)
        正常Normal7.25 ± 0.35 Aa1.98 ± 0.08 Aa1.82 ± 0.14 Aa9.23 ± 0.43 Aa3.66 ± 0.07 Aa
        中度Moderate1.85 ± 0.50 Bb0.67 ± 0.16 Bb0.51 ± 0.13 Bb2.52 ± 0.65 Bb2.72 ± 0.21 Ab
        重度Severe0.58 ± 0.09 Cc0.23 ± 0.06 Cc0.31 ± 0.10 Bb0.81 ± 0.12 Cc2.63 ± 0.70 Ab
        注(Note):同列数据后不同大、小写字母分别表示不同黄化程度叶片间在 0.01 和 0.05 水平差异显著 Values followed by different capital and small letters in a column mean significant difference among different degrees of yellowed leaves at the 0.01 and 0.05 levels, respectively.
      • 中度黄化叶片的有效光化学效率 (Fv'/Fm')、电子传递效率 (ETR) 和光化学淬灭系数 (qP)、非光化学淬灭系数 (NPQ)、天线热耗散 (D) 与正常叶片无显著差异,但有效量子产额 (ΦPSⅡ) 显著下降,过剩激发能 (E) 显著提高;而重度黄化叶片的Fv'/Fm'、ΦPSⅡ、ETR和qP均较正常叶片显著下降,而NPQ、D、E均较正常叶片显著上升 (表2),说明随着硼毒害的加剧,椪柑叶片的光化学抑制加剧,叶片吸收的光能更多以热耗散的形式损失。

        表 2  硼毒害椪柑叶绿素荧光参数

        Table 2.  Parameters of chlorophyll fluorescence in leaves of Ponkan under boron toxicity

        黄化程度
        Degree of yellowing
        有效光化学效率
        Fv'/Fm'
        有效量子产额
        ΦPSⅡ
        电子传递速率
        ETR
        光化学淬灭
        qP
        非光化学淬灭
        NPQ
        天线热耗散 (D)
        Antenna heat
        dissipation
        过剩激发能 (E)
        Excess excitation energy
        正常Normal0.60 ± 0.10 Aa0.52 ± 0.07 Aa3.22 ± 0.67 Aa0.84 ± 0.08 Aa0.27 ± 0.03 Bb0.40 ± 0.10 Bb0.08 ± 0.03 Bb
        中度Moderate0.50 ± 0.05 Aa0.35 ± 0.00 Bb2.98 ± 0.34 Aa0.76 ± 0.03 Aa0.32 ± 0.02 Bb0.50 ± 0.05 Bb0.11 ± 0.01 Aa
        重度Severe0.20 ± 0.09 Bb0.03 ± 0.02 Cc0.61 ± 0.22 Bb0.30 ± 0.18 Bb0.69 ± 0.12 Aa0.80 ± 0.09 Aa0.14 ± 0.08 Aa
        注(Note):同列数据后不同大、小写字母分别表示不同黄化程度叶片间在 0.01 和 0.05 水平差异显著 Values followed by different capital and small letters in a column mean significant difference among different degrees of yellowed leaves at the 0.01 and 0.05 levels, respectively.
      • 硼毒害导致椪柑叶片气孔导度 (Gs)、蒸腾速率 (Tr) 下降,胞间CO2浓度 (Ci) 提高,光合速率 (Pn) 下降 (表3)。与正常椪柑叶片比较,中度黄化和重度黄化叶片的Pn、Gs、Tr分别降低75.73%、35.23%、35.48%和96.21%、40.85%、44.88%,Ci分别提高47.79%和82.75%,除中度黄化叶片的蒸腾速率与正常叶片差异显著外,其他均达到极显著水平。

        表 3  硼毒害椪柑光合作用参数

        Table 3.  Photosynthetic parameters of Ponkan under boron toxicity

        黄化程度
        Degree of yellowing
        净光合速率Pn
        [μmol/(m2·s)]
        气孔导度Gs
        [mmol/(m2·s)]
        胞间CO2浓度Ci
        (μmol/mol)
        蒸腾速率Tr
        [mmol/(m2·s)]
        正常Normal7.13 ± 0.72 Aa23.67 ± 1.15 Aa286.00 ± 55.97 Bc7.13 ± 0.47 Aa
        中度Moderate1.73 ± 0.78 Bb15.33 ± 2.08 Bb422.67 ± 53.27 Ab 4.60 ± 0.62 ABb
        重度Severe0.27 ± 0.12 Bc14.00 ± 3.00 Bb522.67 ± 8.10 Aa 3.93 ± 1.33 Bb
        注(Note):同列数据后不同大、小写字母分别表示不同黄化叶片间在 0.01 和 0.05 水平差异显著 Values followed by different capital and small letters in a column mean significant difference among different degrees of yellowed leaves at the 0.01 and 0.05 levels, respectively.
      • 硼毒害导致椪柑叶片光合产物含量降低 (图5),与正常叶片相比,中度黄化和重度黄化叶片的淀粉、可溶性糖含量分别下降19.06%、11.34%和33.04%、23.74%,差异均达极显著。

        图  5  硼毒害椪柑叶片淀粉和可溶性糖含量

        Figure 5.  Starch and soluble sugar contents in leaves of Ponkan under boron toxicity

      • 硼中毒使椪柑叶片的电导率显著升高,且上升幅度随毒害程度的加重而增加 (图6),与正常叶片比较,中度黄化和重度黄化叶片的电导率分别提高38.40%和80.09%,说明硼毒害会造成叶片细胞膜的伤害。

        图  6  硼毒害椪柑叶片膜透性

        Figure 6.  Membrane permeability of leaves in Ponkan under boron toxicity

      • 硼属于微量元素,其缺乏和过剩的含量范围很窄[25],过量喷施硼肥会造成椪柑硼含量的显著提高 (图1),导致椪柑叶片黄化、坏死 (图3)。叶片的光合作用是产量和品质形成的基础,果树干物质90%以上都来自于叶片的光合产物[26],硼毒害使椪柑的光合作用速率显著下降 (表3),光合产物合成受阻 (图5)。硼毒胁迫降低椪柑光合作用的原因,既有气孔因素 (气孔导度降低),也有非气孔因素 (胞间CO2浓度提高),与正常叶片比较,中度黄化和重度黄化叶片Ci提高的幅度 (分别为47.79%和82.75%) 大于Gs降低的幅度 (分别为35.23%和40.85%),说明非气孔因素是造成硼毒害椪柑光合速率下降的主要原因。硼毒胁迫导致椪柑光合作用受阻的可能原因是:1) 光能利用率降低,导致活性氧累积,引发光合色素分解和脂质过氧化。有研究表明,硼毒害使构成叶绿体捕光复合物 (LHC) 的Chl. a/b结合蛋白下调[27],进而影响光能的捕获[17],硼毒胁迫下,椪柑叶片的电子传递效率 (ETR)、光化学淬灭系数 (qP) 下降,非光化学淬灭系数 (NPQ) 提高 (表2),减少了光合CO2还原所消耗的电子数量,使PSⅠ还原端O2接受光合电子的可能性增大,导致O2的单电子还原形成O2,并转化为H2O2,O2和H2O2通过Fenton反应和Haber-Weiss反应 [28],引发椪柑叶片膜伤害 (图6),进而导致光合色素含量的降低 (表1)。2) 光合酶活性降低,使光合固定CO2的能力下降。碳酸酐酶 (CA)、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶 (Rubisco) 是决定光合碳同化速率的关键酶,果糖-1,6-二磷酸酶 (FBPase) 是调控光合和PO43–循环的关键酶,对光合产物淀粉的合成有重要的作用[29]。已有研究发现,硼毒害会降低黄花蒿叶片的CA活性[30]、柑橘叶片的Rubisco和FBPase活性[11]

      • 过量喷施硼肥所造成的硼毒害会导致椪柑叶片黄化、异常落叶,硼毒害使椪柑光合作用受抑、光合产物合成受阻、细胞膜受到伤害。柑橘生产上应重视含硼叶面肥的合理使用,以免造成硼中毒。有关椪柑硼毒害的防治措施还有待进一步研究。

    参考文献 (30)

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