紐荷爾臍橙幼樹對不同供磷水平的光合響應

摘 要：為探索不同供磷水平對紐荷爾臍橙[Newhall navel orange（Citrus sinensis Osbeck.）]幼樹光合特性的影響，給幼齡臍橙果園磷肥的合理施用量提供科學依據，以枳砧紐荷爾臍橙幼樹為材料，采用土培的方法研究了不同供磷水平條件下紐荷爾臍橙幼樹葉片的光合速率日變化規律；不同供磷水平與光合速率、蒸騰速率、水分利用率的關系；不同供磷水平對光合色素含量的影響。結果表明，紐荷爾臍橙Pn日變化基本規律并不因供磷水平的高低而改變。供磷水平25 mg·kg-1的條件下，葉片中Chl.a、Chl.b和Car.含量也最高，全天的Pn都維持在最高水平，這一供磷水平最有利于紐荷爾臍橙發揮光合效率。不同供磷水平與紐荷爾臍橙葉片Pn、Tr和WUE之間表現出極顯著的非線性一元二次回歸關系。供磷水平低于或高于25 mg·kg-1，紐荷爾臍橙幼樹葉片的Pn、Tr和WUE和Chl.a、Chl.b及Car.含量都極顯著地降低了；供磷水平大于45 mg·kg-1對Chl.a、Chl.b合成和Pn的抑制作用要比低于25 mg·kg-1供磷水平的強得多。

關鍵詞： 紐荷爾臍橙； 磷； 光合響應； 光合色素

中圖分類號：Ｓ６６6．4 文獻標志碼：Ａ 文章編號：１００９－９９８０（２０12）０2－0166－０5

Photosynthetic response to different phosphorus levels on young Newhall navel orange trees

FAN Wei-guo1，2，WANG Li-xin1，2

（1Guizhou Fruits Engineering Technology Research Centre， Guiyang， Guizhou 550025 China； 2Research Institute for Fruit Resources of Karst Mountain Region， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025 China）

Abstract: To explore the effect of different phosphorus levels on photosynthesis characteristics of young Newhall navel orange（Citrus sinensis Osbeck.） trees and provide scientific foundation for the phosphorus application in navel orange orchard， potted young Newhall navel orange trees grafted on trifoliate were used to study the photosynthesis rate （Pn） daily change law under the condition of different phosphorus levels. The relationship between phosphorus levels and Pn， transpiration rate （Tr） and water-use efficiency （WUE） was also observed. The effect of different phosphorus levels on the content of photosynthetic pigment was investigated as well. The results showed that Pn daily change law did not change with phosphorus levels. Under 25 mg·kg-1 phosphorus level， Pn was always the highest on the whole day， and the contents of Chl.a， Chl.b and Car. were also the highest， so the level was the most favorable for photosynthesis in Newhall navel orange . In addition， there was extremely notable nonlinear quadratic regression relationship between phosphorus levels and Pn， Tr and WUE. Under lower or higher than 25 mg·L-1 phosphorus level， the parameters including Pn， Tr， WUE and the contents of photosynthetic pigments all decreased. The inhibition on the synthesis of Chl.a， Chl.b and Pn was much stronger under higher than 45 mg·L-1 phosphorus level than under lower than 25 mg·L-1.

Key words: Newhall navel orange（Citrus sinensis Osbeck.）； Phosphorus； Photosynthesis response； Photosynthetic pigment

磷對植物的光合磷酸化、能量代謝、碳水化合物的合成與運轉等重要生理過程具有十分重要的作用。在柑橘生產中，土壤缺磷或磷過量對其生長發育及樹體養分平衡和產量品質都會產生諸多不利影響 [1-2]。我國柑橘栽培區域廣泛，不同產區土壤條件十分復雜，由于成土母質、土壤營養障礙和不合理施肥等原因，很多柑橘園土壤中的磷含量過低或過高，這在我國紅黃壤地區和西南喀斯特山地尤其普遍[2-7]。研究不同供磷水平對柑橘光合特性的影響程度，對于確定柑橘園土壤適宜的施磷量具有重要科學意義。在以往的研究中，有關磷對柑橘光合作用的影響研究已有一些報道，郭延平等[8-9]、陳屏昭等[10-12]分別報道了缺磷脅迫、供磷過量降低了臍橙和溫州蜜柑的光合速率、光化學速率及電子傳遞效率，缺磷脅迫加重了光抑制和非輻射能量的耗散[8-12]；Fernando等[13]報道了缺磷脅迫降低了枳橙和酸橙的光合色素含量及光合速率，同時這2種柑橘砧木不能利用亞磷酸鹽作為磷源。以往的研究多側重于揭示磷養分脅迫條件下抑制柑橘光合作用的生理機理等方面。迄今國內外關于供磷水平達到多大范圍更能發揮柑橘的光合效率的研究報道不多。我們以枳砧紐荷爾臍橙幼樹為材料，采用土培的方法研究了不同供磷水平對其光合特性的影響，旨在探索最有利于臍橙光合作用的供磷水平范圍，為臍橙栽培中合理的磷肥施用量確定提供科學理論依據。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗于2007—2008年在貴州省果樹工程技術研究中心試驗基地進行。試驗品種為枳砧紐荷爾臍橙1~2 a生幼樹。土培試驗的原始土取至貴陽市花溪區小碧鄉，為頁巖母質發育的非耕作黃壤，取土深度3.5 m以下，其有機質含量為0.49%，堿解氮27.67 mg·kg-1，有效磷4.73 mg·kg-1，速效鉀10.53 mg·kg-1，交換性鈣513.45 mg·kg-1，交換性鎂80.69 mg·kg-1，有效性硼、錳、鐵、鋅、銅元素分別為0.26、18.80、5.12、0.74、0.63 mg·kg-1，pH值4.13。土培試驗的氮、磷、鉀養分調整所用的肥料為貴州赤水天然氣化工集團有限公司生產的N含量46.30％的（NH2）2 CO，俄羅斯烏拉爾國際鉀肥集團有限公司生產的K2O含量≥50％的K2SO4（經測定其中的 K2O含量為51.30％），貴州開磷集團有限公司生產的Ca（H2PO4）2·H2O（一級品，經測定其中的 P2O5含量為16.03％）。

1.2 試驗設計

試驗設7個不同供磷水平處理，土壤有效磷分別為5、25、45、65、85、105、125 mg·kg-1。每個處理15株，重復3次。

1.3 方法

2007年1月將培養土自然風干后，篩除直徑1.0 cm以上的砂粒。以試驗原始土的堿解氮含量27.67 mg·kg-1和速效鉀含量10.53 mg·kg-1為基礎，用尿素和農用硫酸鉀分別對每kg原始培養土補充122.33 mg速效氮和114.47 mg速效鉀，將其速效氮和速效鉀分別統一調整為150 mg·kg-1和125 mg·kg-1，用P2O5含量16.03％的Ca（H2PO4）2·H2O將培養土的有效磷補充到各個處理的供磷水平，再用5％的NaOH將pH值調至6.3，噴水濕潤堆放45 d后風干，重新檢測各處理土壤的速效氮、速效鉀、有效磷、交換性鈣及交換性鎂的含量。結果為各處理土壤的速效氮和速效鉀含量分別為（150±1.94）mg·kg-1和（120±1.31）mg·kg-1，差異＜5%；各處理的土壤有效磷均有所降低，分別為4.31、23.52、41.71、60.05 、79.02、99.31、117.54 mg·kg-1；各處理的土壤交換性鈣及交換性鎂含量也比調整pH值前有明顯降低，其中交換性鈣含量在465.60~467.38 mg·kg-1，交換性鎂含量在70.03~72.18 mg·kg-1，處理間差異不明顯，因此不再對各處理土壤的鈣、鎂元素再進行添加調整。在土培試驗植苗前，根據調整pH值后的7個處理土壤中有效磷降低量的多少再次用P2O5含量16.03％的Ca（H2PO4）2·H2O將培養土的有效磷補充到各個處理的供磷水平，然后將培養土按10∶1體積比例與珍珠巖混勻，裝入70 L容積的塑料箱，每箱裝50 kg，栽種1 a長勢及大小一致的紐荷爾臍橙嫁接苗，置于避雨透光通風大棚內培養，定期澆水管理，為避免肥料流失，澆水量以箱底部不滲出為限。各處理每年施Hongland and Arnon配方[14]的缺磷營養液2次。2008年8月培養結束。

光合生理指標測定： 2008年7月28—30日， 分別用美國產Li-6400便攜式光合測定系統對不同處理及重復的光合速率（Pn）日變化、氣孔導度（Cond.）、蒸騰速率（Tr.）進行測定，同時在上午10:00用改良浸提比色法[15]測定葉綠素a（Chl.a）、葉綠素b（Chl.b）和類胡蘿卜素（Car.）的含量。計算葉綠素總量（Chl.a + Chl.b）和水分利用率（WUE）。水分利用率按Pn/ Tr計算。

1.4 數據處理分析

試驗數據采用Excel和SPSS分析軟件進行統計和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同供磷水平條件下紐荷爾臍橙幼樹的光合速率日變化規律

由圖1顯示，一天中紐荷爾臍橙Pn最大的時間是上午10:00，中午12:00至14:00時Pn明顯降低了。不同供磷水平處理的Pn日變化都具有典型的“光合午休”特性，這是臍橙光合特性的一般規律表現[16]，從Pn日變化來看，供磷水平25 mg·kg-1的處理全天的Pn都維持在最高水平上，說明在這種供磷水平最有利于紐荷爾臍橙發揮光合效率。

2.2 不同供磷水平對紐荷爾臍橙幼樹光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）和水分利用率（WUE）的影響及其相互關系

表1顯示了上午10:00 不同供磷水平處理之間Pn、Tr和WUE的差異，結果表明，不同供磷水平對紐荷爾臍橙幼樹葉片Pn、Tr和WUE的影響變化趨勢是一致的。相關分析結果表明，不同供磷水平與Pn、Tr和WUE之間表現出拋物線型的非線性一元二次回歸關系，其回歸方程分別為y=-0.001x2+0.061 4 x+7.835 8（r2=0.705 4**），y=-9E-05x2+0.003 5x+1.580 2（r2=0.698 6**）和y=-0.000 5x2+0.047x+4.575 8（r2=0.781 1**），相關系數都達到極顯著水平。供磷水平25 mg·kg-1的處理Pn、Tr和WUE都最大，分別為（7.87±0.08） μmol·m-2·s-1、（1.85±0.02） μmol·m-2·s-1和4.14±0.06，極顯著高于其他處理；供磷水平45 mg·kg-1的處理次之，但卻極顯著高于供磷水平5、65 mg·kg-1以上的處理。供磷水平125 mg·kg-1的處理Pn、Tr和WUE都最小，（2.53±0.05） μmol·m-2·s-1， （0.77±0.01） μmol·m-2·s-1和2.28±0.02。表明供磷水平低于和超過25 mg·kg-1對紐荷爾臍橙幼樹的Pn、Tr和WUE會生產極顯著的抑制作用。

2.3 不同供磷水平對紐荷爾臍橙幼樹葉片光合色素含量的影響及其相互關系

不同供磷水平對紐荷爾臍橙幼樹葉片中Chl.a、Chl.b、Chl.a+b含量的影響趨勢基本一致。相關分析結果表明，供磷水平與Chl.a， Chl.b和Car.含量之間也表現出拋物線型的非線性一元二次回歸關系，其回歸方程分別為y=-3E-05x2-0.001 5x+1.182 4 （r2=0.744 6**），y=-2E-06x2-0.001 2x+0.364 5（r2=0.561 7**）， y=-2E-05x2+0.000 4x+0.310 8（r2=0.715 8**），相關系數都達到極顯著水平。由表2所示，葉片中Chl.a、Chl.b、Chl.a+b及Car.含量最大的是供磷水平25 mg·kg-1處理，分別達到（1.28±0.03） mg·g-1，（0.39±0.01） mg·g-1，（1.67±0.02） mg·g-1和（0.36±0.01） mg·g-1，與其他處理有極顯著差異；供磷水平45 mg·kg-1處理的Chl.a、Chl.b、 Chla+b及Car.含量極顯著高于5 mg·kg-1和65 mg·kg-1以上的供磷水平處理。供磷水平125 mg·kg-1的處理Chl.a、Chl.b、 Chla+b及Car.含量最低，分別為（0.56±0.01） mg·g-1，（0.18±0.01） mg·g-1，（0.75±0.01） mg·g-1和（0.15±0.02） mg·g-1。說明供磷水平低于或大于25 mg·kg-1后對葉片的Chl.a、Chl.b和Car合成都具有抑制作用，而且供磷水平大于45 mg·kg-1后對Chl.a、Chl.b合成的抑制作用要比供磷水平低于25 mg·kg-1的要強得多，這也是供磷水平增大后Pn下降的重要原因。

3 討 論

磷是參與光合磷酸化、碳同化與碳水化合物的運轉、卡爾文循環及多種生理代謝調節的重要元素，對光合作用具有極其重要的影響。缺磷脅迫會導致柑橘葉片的初始熒光、最大熒光、PSⅡ光化學效率及表觀電子傳遞速率降低，進而加重葉片光合作用的光抑制使Pn下降，這在溫州蜜柑上已有報道[10，12]。在本研究中，5 mg·kg-1低水平供磷處理的紐荷爾臍橙幼樹葉片中Chl.a、Chl.b含量極顯著低于25 mg·kg-1和45 mg·kg-1供磷水平處理的，這在適應低磷脅迫過程中可能有積極的生理作用。從理論上說，通過降低Chl.a、Chl.b的含量可以減少葉綠素對光能的捕獲，從而限制光合速率、光合磷酸化和光合電子傳遞，減少ATP的合成和NADP+的還原，達到緩解對磷需求的目的。因此，5 mg·kg-1低水平供磷處理的Pn顯著下降可以視為紐荷爾臍橙幼樹適應低磷脅迫的主動響應結果。

磷是RuBPCase 的競爭性抑制劑之一， 大量供磷后植物葉片中的無機磷累積量較多，從而抑制RuBPCase 的活性， 使凈光合速率下降[17]；陳屏昭等[11]的研究表明，過量供磷不僅使溫州蜜柑葉片的RuBPCase活性降低，而且表觀電子傳遞速率減小，光呼吸（Pr）增大，光抑制增強，最終導致其Pn降低，在本研究中供磷水平超過25 mg·kg-1后紐荷爾臍橙幼樹葉片的Pn顯著下降可能與上述原因有關。

N、Mg、Fe、Zn等元素直接影響葉綠素合成和穩定[18]。我們在研究不同供磷水平對紐荷爾臍橙葉片的礦質營養元素含量影響中發現， 供磷水平低于或超過25 mg·kg-1后葉片中N、Fe、Zn等元素的含量都明顯降低了（另文報道），這種情況必然會抑制葉綠素的合成和電子的傳遞，直接導致Pn下降。因此本研究中土壤供磷水平低于或超過25 mg·kg-1后紐荷爾臍橙幼樹葉片的Pn降低還與此有關。

從生產的角度看，在紐荷爾臍橙幼齡果園的施肥管理中施磷量應控制在適宜水平范圍，建議將土壤的有效磷控制在25 mg·kg-1左右。

4 結 論

在不同的土壤供磷水平條件下紐荷爾臍橙幼樹的Pn日變化都表現出典型的“光合午休”特性，這一特性未因供磷水平的高低而改變。供磷水平過低過高都會降低紐荷爾臍橙幼樹的Pn。在供磷水平25 mg·kg-1條件下，全天各時刻的Pn最高；低于或高于此供磷水平，紐荷爾臍橙幼樹全天各時刻的Pn都極顯著降低，而且供磷水平超過45 mg·kg-1后對其Pn的抑制作用更強。

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