芒果品種資源葉片δ13C與若干生理指標的相關性分析

周毅剛++王松標++武紅霞++姚全勝++許文天++馬小衛

摘 要 為了分析芒果品種植株葉片碳穩定性同位素（δ13C）與葉片若干生理指標的相互關系，測定64個芒果品種的δ13C值，及葉片中氮、磷、鉀、水分、葉綠素和脯氨酸的含量。結果表明：芒果葉片δ13值與葉片含水量、葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和脯氨酸含量的相關性均不顯著；芒果葉片氮、磷、鉀含量均與δ13C值呈顯著的正相關（P<0.05）；多元逐步回歸分析結果表明，葉片氮含量是引起品種間δ13C差異的主要因素。

關鍵詞 芒果 ；穩定性同位素 ；生理指標

分類號 S667.7

季節性干旱在一定程度上限制了當前芒果產業的發展；現代農業產業發展的標準也要求在優質高產的同時，節約用水、減少化肥和農藥的使用量。水分利用效率（Water use efficiency， WUE）是一個復雜的、多基因控制的數量性狀，與許多潛在的、相互關聯的性狀有關[1]。因此，選育高WUE的芒果品種對芒果產業健康發展具有重要意義。筆者前期的研究結果發現，芒果品種間的WUE差異顯著，其生理基礎是什么？植物碳穩定性同位素（δ13C）分析結果準確，當前C3植物WUE分析的常用手段，但δ13C分析需要價格昂貴的儀器設備，不利于選育種大批量的分析。本研究選用與高WUE相關性強的生理指標作為δ13C的替代指標，以評價不同芒果品種間的WUE，此研究具有一定的理論意義和實踐意義。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為種植于農業部熱帶果樹種質廣東湛江芒果資源圃的64個芒果品種（表1），于2012年11月15日采樣，每樹種選擇3株生長成熟、長勢良好的個體，選取待測植物中有代表性的5～8片向陽且健康的功能葉，用于測定δ13C值和生理指標。

1.2 方法

1.2.1 δ13C的測定

將采集的葉片用去離子水洗凈、晾干，置于70℃烘箱中72 h，使樣品完全干燥，粉碎過100目篩。過篩后的葉片經高溫燃燒成CO2，用MAT-251型質譜儀測定樣品的13C/12C（在中國林業科學院測定），每樣品重復數同取樣株數，每重復為各植株3片葉片的混合樣。δ13C的計算公式如下：

δ13C（‰）=（Rp-Rs）/Rs

其中Rp、Rs分別表示植物組織樣品和標準化石PDB的13C/12C。

1.2.2 葉片氮、磷、鉀含量的測定

每處理選取待測植物的功能葉，在70℃條件下烘干至恒重，然后粉碎。N采用凱氏定氮法測定；全P采用礬鉬黃法測定；全K采用原子吸收光譜法（PE-2100原子吸收光度計）測定[2]。

1.2.3 葉片含水量、葉綠素和脯氨酸（Pro）含量的測定

葉片含水量采用烘干稱重法。葉綠素含量的測定采用96%的乙醇浸泡提取，根據Arnon[3]的方法計算總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b的含量。Pro含量的測定參照茚三酮比色法[4]。

1.3 數據分析

利用SPSS 16.0軟件對實驗數據進行相關性分析和逐步回歸分析，采用Sigmaplot 10.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 芒果品種葉片δ13C值與生理指標之間的關系

由圖1可以看出，芒果品種葉片δ13C值與葉片全氮、全磷、全鉀含量呈顯著正相關，相關系數r分別為 0.404、0.378、0.293（P<0.05）；而與葉片含水量、葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和脯氨酸含量的關系均不顯著，相關系數r分別為0.007、-0.099、-0.176、-0.023（P<0.05）。這表明芒果品種間葉片δ13C值受葉片全氮、全磷、全鉀的影響較大。

2.2 芒果品種葉片δ13C值與生理指標的回歸分析

從圖1的相關性分析可以看出，芒果的WUE受葉片N、P、K的影響，因此應用多元逐步回歸分析方法篩選出對品種間WUE差異貢獻最大的因子，以建立最優回歸方程。

δ13C=-29.799+0.114N，經方差分析P=0.000 3。說明變量與自變量的相關性達到了極顯著水平，表明回歸方程具有一定的意義。從進入逐步回歸分析模擬方程的因子及相關系數顯著性來看，引起芒果品種間WUE差異的主要因子是葉片N含量。

3 討論與結論

WUE是植物相對于蒸騰散失水分的光合生產率，受自身形態結構、CO2同化方式及氣孔行為的影響。本試驗分析了葉片中N、P、K及葉綠素、脯氨酸、水分含量與芒果葉片δ13C之間的關系。結果表明，葉片含水量和脯氨酸含量與葉片δ13C值均不存在相關性；葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量和葉片δ13C值存在一定的相關性，但均未達顯著水平；芒果品種葉片中N、P、K含量與δ13C表現出顯著的正相關性，表明芒果品種間WUE的差異受葉片營養狀況影響較大。

由于植物光合能力與N、P、K的有效性有著密切的關系[5]。在C3植物中，葉片中的N大部分參與組成與碳同化相關聯的核酮糖1，5-二磷酸羧化酶（Rubisco）及其它生物化學結構，在相同的蒸騰速率條件下，葉片中高的N含量必將提高葉綠素和Rubisco含量，引起單位葉面積光合能力的提高，進而使羧化位點CO2濃度的降低，最終導致δ13C的提高[6-7]。磷是核酸、核苷酸和輔酶等的組成成分，在植物新陳代謝過程中起到重要作用。鉀元素可以提高葉肉細胞滲透勢，減少氣孔阻力，促進光合電子傳遞及光合磷酸化，提高Rubisco的含量和活性，從而提高Pn[8-9]。根據本試驗結果，芒果品種間δ13C的變化可能是由于葉片中N、P、K含量差異引起光合速率的差異造成的。應用多元逐步回歸分析方法，葉片中N含量對品種間WUE差異貢獻最大。因此，在評價不同芒果品種WUE時，特別是在評價幼苗期芒果WUE時，葉片N含量有可能成為測定植物δ13C的一個替代方法。endprint

具有高WUE的木本植物有奢侈用水和保守用水2種水分利用方式[10]。奢侈用水方式是植物通過高蒸騰和高光合維持高WUE；保守用水方式是植物在維持一定的光合作用下，通過調節氣孔導度降低水分散失，從而達到高WUE。根據當前芒果產業發展的需要來說，保守用水高WUE的品種才是芒果選育種的目標。由于本試驗沒有分析芒果不同品種間耗水量，還不清楚芒果高WUE品種的水分利用方式。耗水量和氣孔導度有直接的關系[11-12]，因此氣孔因素和光合因素對芒果WUE的影響將是下一步的研究重點。

參考文獻

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