缺素對柚木無性系幼苗生長和生理特性的影響

賈曉紅等

摘 要 采用溫室水培法開展柚木無性系幼苗缺素試驗。觀察幼苗在N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、B、Zn營養元素缺失條件下的表型特征；測定植株的生長指標[（苗高、地徑及根、莖、葉部分的生物量（干重）]和生理指標[根系活力和葉綠素熒光相關參數Y（II）、ETR值]。結果表明：各個缺素處理均對柚木幼苗的生長產生一定的影響，主要表現為葉片發黃，出現銹斑及壞死現象，植株長勢較弱，其中表現癥狀最快的是缺氮、缺鉀和缺鐵處理。不同缺素處理的柚木幼苗的苗高、地徑和生物量均低于全素（對照）處理，其中限制因子主要是氮、鉀、鈣和鐵。缺素導致柚木幼苗根系活力的下降，顯著影響柚木根系活力的營養元素為鈣和鐵，其次為氮和磷。各個缺素處理的有效光化學量子效率Y（II）和電子傳遞速率ETR值與對照處理有顯著差異，其中影響最為明顯的是缺磷和缺鐵處理。

關鍵詞 柚木無性系幼苗；缺素；形態特征；生理特性

中圖分類號 S792.99 文獻標識碼 A

Effects of Different Nutrient Deficiency on Growth and

Physiology of Tectona grandis Linn f. Clone Seedlings

JIA Xiaohong1，3， YU Xuebiao2， ZHOU Zaizhi3 *， LIANG Kunnan3， ZHANG Jinhao3

1 College of Agronomy， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

2 College of Environment and plant protection， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

3 Research Institute of Tropical Forestry， Chinese Academy of Forestry， Guangzhou， Guangdong 510520， China

Abstract A greenhouse hydroponic experiment was conducted to study the effects of different nutrient deficiency on Tectona grandis clone seedlings. We observed the seedling phenotypic characteristics and measured the growth indices（height growth， ground diameter， biomass（dry weigh）of the root， stem， leaf and biomass（dry weigh）of the plant）and physiological[the root activity， the relevant parameters of chlorophyll fluorescence Y（II）and ETR]under the lacing environments of nine mineral elements. nitrogen， phosphorus， potassium， calcium， magnesium， iron， manganese， boron， zinc. The results showed： All treatments of nutrient deficiency showed negative effect on the seedlings growth，such as leaf discoloration， brown， patches， necrosis and under-sized plant. The phenomenena were especially fast observed within the lack of nitrogen， potassium， iron seedlings. Nutrient deficiency seedlings showed significant decreases in seedling height growth， ground diameter and biomass compared with the complete nutrient mixture. And the main limiting nutritional elements were nitrogen， potassium， calcium and iron. Nutrient deficiency should lead to reduced root activity of teak seedlings. From the test results above， the limiting factor of teak root activity was the nutritional elements calcium and iron， and followed by nitrogen and phosphorus. Y（II）and ETR value of each nutrient deficiency treatment were significantly different with complete nutrient mixture， which affected most significantly were deficiency treatment phosphorus and iron.

Key words Tectona grandis Linn f. clone seedlings； Nutrient deficiency； Morphological characteristics； Physiology

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.01.009

柚木（Tectona grandis Linn f.）原產于亞洲南部的印度，緬甸，泰國和中南半島等地[1-2]，屬馬鞭草科（Verbenaceae）半落葉大喬木，樹高可達40 m，樹干端直，單葉，形大，對生。柚木具有速生，紋理美觀，耐腐抗蟲和易于加工等優良特性，在國際上被譽為最重要的熱帶用材樹種之一，可制造高級家具、單板、膠合板，用于造船、車輛、枕木、電桿、儀器箱盒、鋼琴及風琴外殼等[3-8]。盡管我國引進柚木始于1820年，但規模種植始于60年代中后期，主要栽種在海南、廣東、廣西等紅壤或磚紅壤地區[9-10]。在柚木的營養診斷研究上，印度學者Kaul[11]，Gopikumar[12]和Sujatha[13]先后利用砂培法，開展了柚木實生苗苗期N、P、K、Fe、Cu、Mg、S、Zn、Mo缺素診斷試驗。國內主要集中在柚木的營養元素需求和配比研究上[14-16]，在缺素診斷研究上，尚未見報道。本文采用水培法，研究柚木無性系幼苗在不同缺素（即缺乏N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、B、Zn）條件下的表型癥狀，生長和生理特性，為柚木的營養診斷和施肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采用長勢良好，大小均一（平均苗高8.2 cm，地徑2.2 mm）的緬甸柚木無性系7559的6月齡幼苗，用去離子水洗凈根部，置于圓形黑色容器（上下口徑19 cm×高20 cm，容積5 L）內，用海綿固定幼苗，在中國林業科學研究院熱帶林業研究所溫室內進行懸浮培養。

1.2 試驗設計及指標測定

1.2.1 試驗設計和方法 試驗采用隨機區組設計，10個處理，每個處理3次重復，每個重復3株。10個處理分別是：①對照（CK，全素營養液）；②缺氮（-N）；③缺磷（-P）；④缺鉀（-K）；⑤缺鈣（-Ca）；⑥缺鎂（-Mg）；⑦缺鐵（-Fe）；⑧缺錳（-Mn）；⑨缺硼（-B）；⑩缺鋅（-Zn）。移苗后用1/2濃度量的全營養液（即霍格蘭大量元素及阿農微量元素1938 a配方[17]）培養1周。從第2周起，采用全濃度、按10個處理配置營養液（即不同缺素及對照）培養。容器內營養液以能淹沒柚木幼苗根系為宜，培養期間每天充氧氣1次，持續45 min，每隔1周換1次營養液，并及時清理掉水箱內青苔。定期用NaOH溶液或HCl調整箱內pH值至6.5，減少光照溫度等外因的干擾并注意保持溫室內的清潔衛生，通氣良好。試驗期間，溫室不使用人工光源，白天平均溫度應保持在23～38 ℃，平均濕度54%～78%。試驗持續4個月，期間記錄不同缺素處理幼苗葉片與頂芽的變化，測定幼苗的生長和生理指標。

1.2.2 取樣調查與指標測定 分別在移苗初期和試驗結束時，測量全部幼苗的苗高（H）、地徑（RCD），計算苗高（H）、地徑（RCD）的增量。試驗結束時，測定根、莖、葉以及整個植株的鮮重，并在70 ℃的烘箱中烘至恒重，分別稱取根、莖、葉以及整個植株干重。用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定根系活力[18]；選擇晴朗無風天氣，于10 ： 00～12 ： 00和20 ： 00～22 ： 00，采用PAM-2500便攜式調制葉綠素熒光儀測定柚木幼苗的PSII的有效光化學量子效率Y（II）值（Y（II）=（Fm′-F′）/Fm′）以及PSII的電子傳遞速率（ETR），每株測定3片功能一致的葉片。

1.3 數據處理

用Excel2007對數據進行整理統計，用SPSS18.0進行方差分析和Duncan多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同缺素處理下柚木幼苗的癥狀表現

不同缺素處理下柚木幼苗的表現癥狀如表1。

2.2 不同缺素處理對柚木幼苗生長的影響

由表2可以看出，不同缺素處理對柚木幼苗的苗高、地徑以及根、莖、葉的生物量（干重）有顯著影響。對照（全素）處理的苗高增長量最大，達到1.8 cm，顯著高于其他缺素處理。9個缺素處理中，-Fe處理的苗高增量最小，僅為0.5 cm，比對照降低了72.2%，其次為-B（0.6 cm）和-K（0.6 cm）處理，均比對照降低了66.7%。統計分析的結果顯示，各個缺素處理中-Fe處理與-Ca、-Mg和-Zn處理有顯著性差異。地徑增量中，對照（全素）顯著高于其他缺素處理，其值為1.6 mm。與對照相比，9個缺素處理中，影響地徑增量的主要是-Ca處理（0.4 mm），比對照降低了75%，與-Fe、-P、-B、-K差異不顯著，但與-N、-Mg、-Mn和-Zn處理差異性顯著。其次為-Fe處理（0.5 mm），比對照降低了68.8%。

不同缺素處理對柚木幼苗的根、莖、葉部分及總生物量產生顯著影響。對照處理根、莖、葉以及總生物量值均最大，均高于9個缺素處理（表2和圖2），尤其是葉生物量和總生物量，對照顯著高于9個缺素處理，而9個缺素處理之間的葉生物量差異性不顯著；莖生物量中-N和-K處理的值最小，均為0.16 g/株，其次是-Mn處理（0.17 g/株），它們間差異不顯著，但與對照差異顯著，而其余缺素處理與對照差異不顯著；9個缺素處理中對根系生物量影響最大的為-Ca和-Fe處理，分別為0.12 g/株和0.13 g/株，分別比對照降低了60%和56.7%，與對照差異顯著，此外，與對照差異顯著的還有-Mn、-Zn、-Mg和-B處理，其余-N、-P和-K與對照差異不顯著。

2.3 不同缺素處理對柚木幼苗生理指標的影響

2.3.1 不同缺素處理對柚木幼苗根系活力高低的影響 植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，根的活力高低直接影響幼苗地上部分的生長、營養及生物量積累。方差分析結果表明，不同缺素處理之間柚木幼苗根系活力差異顯著，其中，對照處理的根活力最高，與-N、-P、-K、-Ca和-Fe元素處理有顯著差異，而與-Mg、-Mn、-B和-Zn差異不顯著（圖3）；柚木幼苗的根系活力對鈣元素最為敏感，在-Ca的情況下，根系活力受到嚴重抑制，其值比對照降低了94%；其次為-P和-N處理，分別比對照降低了83%和75%。

2.3.2 不同缺素處理對柚木幼苗葉綠素熒光參數的影響 光合作用與植物礦質營養有著密切的聯系，其各個環節均受到各種礦質元素的影響[19]。Y（II） （Chloroplast photosystem II photochemical quantum efficiency）是光化學反應的一個重要參數，反應PSII的有效光化學量子效率。方差分析表明，不同缺素處理的柚木幼苗PSII的有效光化學量子效率具有顯著差異，各種處理的Y（II）值大小順序依次為CK>-Zn>-B>-K>-Mg>-Mn>-Fe>-N>-P，對照（全素）處理的Y（II）值最高，達到0.39，顯著高于其他缺素處理；各缺素處理中-P處理（0.15）嚴重抑制Y（II）值，比全素水平降低了61.5%；其次為-N（0.19）和-Fe處理（0.22）（表3）。

ETR值（Fluorescence Quenching in average）表明植株的光合電子傳遞速率。從表3可以看出，不同缺素處理的PSII的電子傳遞速率（ETR）值具有顯著地差異。各缺素處理的ETR值大小順序依次為CK>-Mn>-Zn>-B>-K>-N>-Mg>-P>-Fe，對照處理的ETR值最高，為22.16，顯著高于-N、-P、-K、-Mg和-Fe元素的處理；各處理中柚木幼苗ETR值受到最明顯抑制的是-Fe處理（7.43），比對照處理降低了66.5%，其次為-P（8.54）和-Mg（10.54）處理。

3 討論與結論

植物生活需要各種必需的營養元素，不同背景元素有其本身特有的生理功能[20]。因此，缺乏不同的營養元素對柚木幼苗的生長指標和生理特性都會產生不同的影響。

由于N在植物生命活動中占有首要地位，是植物氨基酸、酰胺、蛋白質、核酸等的組成元素[21]，因此，缺N元素時柚木幼苗葉片葉綠素含量減少，以及形成氨基酸的糖類也減少，從而導致柚木植株矮小，葉片顏色失綠。本研究結果與賈瑞豐[22]的報道一致。而K元素雖不是細胞的組成成分，但卻是很多酶的活化劑，在植物體內蛋白質代謝，碳水化合物代謝及呼吸代謝中有重要功能[23]，柚木幼苗在缺乏K的環境下生長，蛋白質合成受阻，苗高和總生物量均顯著低于對照，此外，葉綠素被破壞，表現為葉緣焦枯，葉色變黃而逐漸壞死。Fe元素影響葉綠體構造形成，而葉綠體構造形成是葉綠素合成的先決條件[21]。缺Fe癥狀常先發生于嫩葉，當缺鐵過甚或過久時，老葉葉脈間也缺綠，全葉白化，這與印度學者Sujatha[13]對柚木缺Fe表型特征研究一致。

營養元素的缺失影響柚木幼苗根系活力，這與麥榮章等[24]的研究結果一致。其中鈣元素是主要限制因子，由于鈣是構成細胞壁的一種元素，細胞壁的胞間層是由果膠酸鈣組成的。缺鈣時，細胞壁形成受阻，影響細胞分裂，或者不能形成新細胞壁，出現多核細胞。Ericsson[25]也研究報道，鈣對于細胞壁和原生質膜穩定性具有重要作用。因此缺鈣時生長受抑制，嚴重時根尖潰爛壞死，從而根系活力最低。

葉綠素熒光誘導（fluorescence induction，FI）是目前植物生理學中研究光合作用應用最廣泛的方法之一，可以靈敏檢測激發能的傳遞、光系統原初光化學反應、電子傳遞及光合碳同化效率等光合作用的各個過程以及光合結構的狀態和效率，是研究葉片功能的靈敏探針[26]。本試驗研究表明磷元素的限制使柚木幼苗的PSII反映中心受損，阻礙了光合電子傳遞的過程，抑制光合作用的原初反應。同時ETR降低其光呼吸也降低，無法起到有效耗散過剩光能的光保護作用。這與郭延平和李紹長等[27-28]測得的實驗結果相一致。這個現象產生的原因可能與植物中核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶（Rubisco）活性以及CO2羧化、RuBP的再生、葉肉抗性增強及氣孔導度下降等有關[29]。

本試驗僅僅采用水培法對柚木無性系幼苗進行缺素培養，還應該嘗試其他的培養方法，如土培和砂培方法，以準確確定缺素的表現，達到快速診斷缺素癥狀、科學指導施肥的目的。

參考文獻

[1] 吳瓊輝， 古定球， 曾慶圣. 廣東發展柚木人工林的探討[J]. 廣東林業科技， 2004， 20（2）： 60-62.

[2] ehubert T H S. Seeds of woody plants in the United States. U. 5[M]. Department of Agriculture， Forest Service， 1974： 803-804.

[3] Troup R S. Silviculture of Indian trees[M]. Oxford： Clarendon Press， 1921.

[4] Kukachka B F. Properties of imported tropical woods[R]. Madison： USDA Forest Service， Forest Products Laboratory， 1970.

[5] Webb D B， Wood P J， Smith J P， et al. A guide to species selection for tropical and sub-tropical plantations[R]. Oxford： Oxford University， Common wealth Forestry Institute， Unit of Tropical Silviculture， 1984.

[6] 陳存及， 陳伙法. 闊葉樹種栽培[M]. 北京： 中國林業出版社， 2000， 315.

[7] 劉 鵬， 楊家駒， 盧鴻俊. 東南亞熱帶木材[M]. 北京： 中國林業出版社， 1993： 280.

[8] 周鐵鋒. 中國熱帶主要經濟樹木栽培技術[M]. 北京： 中國林業出版社， 2001： 288-291.

[9] 鄺炳朝. 我國柚木栽培的回顧和展望[C]∥中國林業科學研究院熱帶林業研究所建所三十周年紀念文集. 廣州， 1992： 69-72.

[10] 潘志剛， 游應天. 中國主要外引樹種引種栽培[M]. 北京： 北京科學技術出版社， 1994.

[11] Kaul O N， Gupta A C， Negi J D S. Diagnosis of mineral deficiencies in teak seedlings[J]. India For， 1972， 98（3）： 173-177.

[12] Gopikumar K， Varghese. Sand culture standees of teak（Tectona grandis）in relation to nutritional deficiency symptoms， growth and vigor[J]. Journal of Tropical Forest Science， 2004， 16（1）： 46-61.

[13] Sujatha M P. Significance of micronutrient on the growth of teak seedlings[J]. In： Quality timber product of Teak from sustainable forest management. Proceedingsof the international conference on quality timber product of Teak from sustainable forest management Peechi， India， 2003， 12（2-5）December： 491-494.

[14] 周再知. 酸性土壤柚木鈣素營養研究[D]. 中國林業科學研究院， 2009.

[15] 周再知， 徐大平， 梁坤南， 等. 鈣離子及pH值對柚木組培苗生長和礦質營養吸收的影響[J]. 中南林業科技大學學報， 2009， 29（3）： 1-5.

[16] 周再知， 徐大平， 梁坤南， 等. 鈣與硼、 氮配施對酸性土壤上柚木無性系苗期生長的影響[J]. 林業科學， 2010， 46（5）： 102-107.

[17] 陳 琳. 西南樺苗期營養診斷與氮素施肥[D]. 北京： 中國林業科學研究院， 2010.

[18] 李合生. 植物生理生化實驗技術與原理[M]. 高等教育出版社， 2000： 121-123.

[19] 陳建明， 俞曉平， 程家安. 葉綠素熒光動力學及其在植物抗逆生理研究中的應用[J]. 浙江農業學報， 2006， 18（1）： 51-55.

[20] 楊曾獎， 周文龍. 桉樹苗期缺素癥狀的研究[J]. 林業科學研究， 1992， 5（6）： 646-650.

[21] 潘瑞熾. 植物生理學[M]. 北京： 高等教育出版社， 2003.

[22] 賈瑞豐. 紅厚殼苗期營養診斷和施肥試驗的研究[D]. 中國林業科學研究院， 2011.

[23] Jeyanny V， AbRasip A G， Wan Rasidah K， et al. Effects of macronutrient deficiencies on the growth and vigor of Khayaivorensisseedlings[J]. Journal of Tropical Forest Science， 2009， 21（2）： 73-80.

[24] 麥榮章， 李 麗， 甘林葉. 不同營養液和缺素處理對春石解幾個生長指標的影響[J]. 栽培生理， 2006： 347-354.

[25] Ericsson T. Growth and shoot： root ratio of seedlings in relation to nutrient availability[J]. Plant and Soil， 1995， 168-169： 205-214.

[26] Van Kooten O. The use of chlorophyll fluorescence nomenclature in plant stress physiology[J]. Photosyn Res， 1990， 25： 147-150.

[27] 郭延平， 陳屏昭， 張良誠， 等. 不同供磷水平對溫州蜜柑葉片光合作用的影響[J]. 植物營養與肥料學報， 2002， 8（2）： 186-191.

[28] 李紹長， 胡昌浩， 龔 江， 等. 低磷脅迫對磷不同利用效率玉米葉綠素熒光參數的影響[J]. 作物學報， 2004， 30（4）： 365-370.

[29] Lauer M J， Pallardv S G， Blevins D G. Whole leaf carbonex2 change characteristics of phosphate deficient soybeans[J]. Plant Physio， 1989， 91（3）： 848-854.

責任編輯：凌青根