應用10B示蹤技術研究楊樹幼苗對葉面硼的吸收和分配

付曉霞，彭俊東，冷 靜，蔡 雪，熊羚均，歐庸彬

(西南科技大學生命科學與工程學院，四川 綿陽 621010)

硼是維管植物生長發育所必需的微量元素之一[1]。植物體內的硼主要以硼酸酯鍵的形式與鼠李半乳糖醇結合，在細胞壁的果膠中建立交聯，從而決定著細胞壁的完整性和穩定性[2]。另外，硼在離子跨膜運輸、細胞分裂和伸長、碳水化合物的運輸、蛋白質和核酸的代謝、花粉的萌發和花粉管的伸長等方面有廣泛的影響[3]。缺硼植物的營養生長（葉片卷曲、頂稍枯死、根尖壞死）和生殖生長（蕾而不花、花而不實）均受限制[4]。最近的研究發現，缺硼條件下松樹木材密度、管胞直徑、細胞壁厚度和木質素含量減小，從而對木材的加工利用有重要影響[5]。北歐天然林區年度硼輸出大于硼輸入，土壤有效硼流失嚴重[6]。愛沙尼亞雜交楊（P.tremulaL.×P.tremuloidesMichx）人工林的土壤有效硼含量在10 年時間內下降了48%[7]。國內研究發現，缺硼導致桉樹（EucalyptusL.Herit）紅葉枯梢病、柑橘（Citrus reticulataBlanco）畸形果等癥狀，影響油橄欖（Olea europaeaL.）等的產量[8]。楊樹（PopulusL.）具有生長迅速、繁殖容易、適應性強等特點，是重要的工業原料林[9-10]。江西鄱陽、撫州及福建邵武等地的楊樹苗圃以及湖北潛江楊樹試驗林曾出現缺硼癥狀[11]。可見，楊樹人工林及其苗圃易缺硼，在經營培育中應采用基肥、追肥或葉面肥等方式施用硼肥。

高等植物將硼運輸到所需部位有2 種方式，即木質部運輸和韌皮部運輸；前者將根系吸收的硼經木質部運輸，該過程依賴于蒸騰作用；后者將可溶性的有機硼（硼-糖/糖醇化合物）經韌皮部從植物體內的“硼庫”運輸到需要的組織細胞中[12]。植物長距離運輸硼的主要通道是木質部，所以，木質部液流與硼的吸收和運輸有較大的關系。韌皮部運輸也稱為再轉運，其運輸能力在物種間呈多態性，與植物體內游離糖醇的種類和含量有關；與常綠樹種相比，落葉樹種中硼的韌皮部運輸能力較強[12]。最近，基于柑橘的研究表明，葉片中的硼可以與蔗糖形成復合物，進而伴隨著蔗糖的運輸從成熟葉片再分配到其它器官中[13]。楊樹對硼的吸收能力、分配模式及韌皮部再轉運能力尚不明確。因此，本研究擬通過控制條件下的室內試驗，采用砂培新疆楊（Populus albavar.pyramidalisBunge）為材料，在營養液中添加不同濃度的硼肥，比較分析新疆楊在不同硼水平下的吸收能力及其向不同部位的分配模式，并通過下部葉片飼喂富10B 硼酸，研究楊樹的韌皮部再轉運能力，為楊樹人工林的培育和經營提供參考。

1 材料和方法

1.1 植物材料培養

本研究以新疆楊為試驗材料，剪取直徑約0.5 cm的硬質枝條，去除葉片，用鋒利的刀片在側芽兩端約2 cm 處傾斜切斷，在預裝有濕潤河沙的苗床上扦插，20℃培養，每天噴霧澆水10 min。待枝條生根、發芽后，挑選健壯的樹苗，自來水沖洗后轉移到含有石英砂的黑色小花盆（7 cm×7 cm×7 cm）中。將小花盆放入育苗托盤（54 cm×28 cm×6 cm）中，每個托盤中放置8 盆。在育苗托盤中加入3 L 1/4 Hoagland 溶液（pH 值6.0），在溫度為20℃、光周期為16 h/8 h（光/暗）的玻璃溫室培養。培養期間，每天在育苗托盤中添加去離子水，使營養液體積保持在3 L 左右；每周更換新鮮的1/4 Hoagland 溶液。待砂培苗株高達到10 cm 左右，選取長勢一致的植株16 棵，剪除基部葉片，保留頂部5 片全展開葉，將營養液更換為硼酸濃度為5 μmol·L?1的1/2 Hoagland 溶液（除硼酸外，其它元素含量不變），繼續培養2 周，然后用于后續試驗。

1.2 試驗設計

參考Wu 等[13]的方法，本試驗設置4 個處理，即NB（正常硼濃度營養液，1/2 Hoagland 溶液，其硼酸濃度為50 μmol·L?1）、NB+F（NB+葉面肥）、LB（低硼濃度營養液，1/2 Hoagland 溶液但硼酸濃度降低為5 μmol·L?1）、LB+F（LB+葉面肥），每種處理用4 棵樹苗。Hoagland 溶液中的硼酸為普通硼酸，其10B 豐度為19.78%；葉面肥中的硼酸為富10B 硼酸（遼寧鴻昊化學工業股份有限公司），其10B 豐度為95.23%。NB+F 和LB+F 的葉面肥飼喂方法：從基部往上第4、5 片葉，每周用47 mmol·L?1富10B硼酸浸泡3次，每隔5 min 浸泡1 次，每次浸泡20 s，連續處理4 周。作為對照，NB 和LB 的相應葉片，用等體積蒸餾水以相同的方式浸泡處理。處理5 周后收獲植株，分為根、莖、下部葉（從基部往上的6 片葉）、上部葉（除下部葉之外的其它所有葉片）等不同部位，用皮尺測量株高和根長，105℃殺青30 min、75℃烘干至恒質量，然后用萬分之一天平測量干質量，并采用烘干樣品測試硼含量。

1.3 硼含量測定及指標計算

用瑪瑙研缽將烘干樣品充分研磨，稱取約0.1 g樣品至四氟乙烯消解管，加入5 mL 混合酸（硝酸:高氯酸=2:1），置于石墨消解儀（南京瑞尼克科技），180℃消解45 min，待冷卻后往消解管中加入5 mL 去離子水，于185℃趕酸。用超純水定容至50 mL，然后用電感耦合等離子體-質譜儀（7700 series,Agilent Technologies）測定硼含量。標準品采用SGB-YYA23002I，10B 和11B 的標準曲線分別為y=426.09x+323.07（R2=0.999 9）和y=451.16x+915.75（R2=1）。根據Wu 等[13]的方法，用10Boff表示來自于葉面肥的10B，計算以下指標：

10B 豐度=樣品10B 積累量 ÷（樣品10B 積累量+樣品11B 積累量）×100%

10Boff百分數=（葉面施硼樣品10B 豐度?對照樣品10B 豐度）÷（富10B 硼酸中的10B 豐度?對照樣品10B 豐度）×100%

10Boff濃度（mg·kg?1）=（葉面施硼樣品10B 豐度×B 濃度）?（對照樣品10B 豐度×B 濃度）

10Boff積累量（μg·株?1）=（葉面施硼樣品10Boff濃度×樣品干質量）?（對照樣品10Boff濃度×樣品干質量）

10Boff分配率=（不同部位10Boff積累量 ÷ 植株10Boff總累積量）×100%

1.4 數據處理與分析

試驗數據利用Microsoft Excel 2019 軟件處理并作圖，用SPSS17.0 軟件進行方差分析及差異顯著性檢驗（Duncan test,P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 植物生長與干物質積累

與正常硼濃度營養液（NB）相比，低硼濃度營養液（LB）導致植株株高、總干質量及根、莖、下部葉、上部葉等干質量顯著下降，但根長差異不顯著（表1）。與LB 相比，LB+F 可顯著提高總干質量和根部干質量；對其它部位的干質量也有一定的促進作用，但差異不顯著。NB+F 與NB 相比，各項數據均差異不顯著。數據表明，施葉面硼肥可在一定程度上緩解根際硼虧缺對新疆楊生長的負面影響。

表1 營養液硼濃度及葉面硼肥對新疆楊生長情況的影響Table 1 Growth changesof P.alba var.pyramidalis to different boron fertilizer conditions

2.2 不同部位硼濃度和積累量

與NB 相比，LB 處理下新疆楊上部葉硼濃度顯著下降，下部葉硼濃度差異不顯著，根、莖硼濃度顯著增加；根、莖、下部葉、上部葉的硼積累量均顯著下降（表2）。LB 處理下，上部葉的硼積累量占整株植物硼積累總量的29.9%，顯著低于NB 條件下的38.0%（P<0.05）。與LB 相比，LB+F 可顯著提高葉片硼濃度和硼積累量，但對根和莖的硼積累量影響不明顯。NB+F 與NB 相比，除莖部硼濃度顯著上升外，其它各項數據均差異不顯著。

表2 營養液硼濃度及葉面硼肥對新疆楊不同部位硼濃度和積累量的影響Table 2 Effects of different boron fertilizer conditionson boron concentration and accumulation of P.alba var.pyramidalis

2.3 不同部位10B 和11B 濃度

與NB 相比，LB 處理下新疆楊上部葉和下部葉的10B 濃度無顯著變化，而11B 濃度顯著下降，根和莖的10B 和11B 濃度均顯著上升（表3）。與LB 相比，LB+F 可顯著提高上部葉和下部葉的10B 濃度，但對根和莖的10B 濃度影響不明顯；11B 濃度在上部葉中顯著上升，在下部葉中無顯著變化，在根和莖中顯著下降。與NB 相比，NB+F 下部葉的10B 濃度增加了81%，但標準差較大，差異不顯著，莖10B 濃度顯著上升，根和上部葉10B 濃度無明顯變化；莖11B 濃度顯著上升，而下部葉和上部葉11B 濃度顯著下降。

表3 營養液硼濃度及葉面硼肥對新疆楊不同部位10B 和11B 硼濃度的影響Table 3 Effects of different boron fertilizer conditions on 10B and 11B concentration of P.alba var.pyramidalis

2.4 不同部位10B 豐度

NB 條件下，各部位的10B 豐度約為22.4%；LB條件下，根和莖的10B 豐度約為24.2%，葉片的10B豐度約為29.5%；均高于自然豐度19.78%（圖1A）。與LB 相比，LB+F 處理下植株各部位的10B 豐度均顯著增加，表明葉面吸收的硼可以從下部成熟葉片轉運到根、莖、上部幼嫩葉片等部位。與NB 相比，NB+F 處理的下部葉的10B 豐度顯著增加，而其它部位無顯著變化。

圖1 營養液硼濃度及葉面硼肥對新疆楊不同部位10B 豐度及10Boff 比例、濃度和積累量的影響Fig.1 Effects of different boron fertilizer conditionson 10B abundance,and the percentage,concentration,and accumulation of 10B obtained from foliar fertilization in P.alba var.pyramidalis

2.5 從葉面肥中獲得的10B 及其分配

10Boff（來自于葉面肥的10B）占樣品10B 含量的百分比，在LB+F 和NB+F 下部葉中分別為42.2%和30.6%，均顯著高于其它部位（圖1B）。10Boff濃度和積累量呈相同的趨勢（圖1C、D）：在LB+F 的下部葉中均最高，其次是LB+F 的上部葉，二者與其它部位及NB+F 的各個部位均差異顯著；LB+F 的10Boff積累總量為81.3 μg·株?1，高于NB+F 的10Boff積累量（12.7 μg·株?1）（圖1D）。圖2A 表明：LB+F 條件下，大部分10Boff被保留在下部葉片（61.99%），另有31.68%被分配給上部葉，5.27%被分配到根中，1.06%被分配到莖部。NB+F 條件下，60.7%的10Boff被保留在下部葉片，22.3%被分配給上部葉，13.5%被分配到根中，3.5%被分配莖部（圖2B）。

圖2 10Boff 在新疆楊不同部位的分配Fig.2 Allocation of 10Boff in different parts of P.alba var.pyramidalis

3 討論

楊樹需硼量大，是硼富集植物，由于長期連作并收獲所有生物量，楊樹苗圃土壤有效硼消耗迅速，容易出現硼虧缺現象，但其硼濃度閾值尚不明確[11,14]。根據文獻，草本作物中，油菜（Brassica napusL.）在硼濃度為0.25 μmol·L?1的營養液中水培，植株生長緩慢，葉片卷曲，表現出明顯的缺硼癥狀[15]；木本植物中，枳橙（Poncirus trifoliata(L.) Raf.'Citrange'）在硼濃度為3 μmol·L?1的營養液中水培，其根長、株高顯著降低，幼嫩葉片的生長受到嚴重限制[13]。因此，本研究將營養液硼酸濃度降低至5 μmol·L?1（LB 處理），在為期1 個月的試驗過程中沒有觀察到類似于生長緩慢、葉片卷曲等明顯的硼虧缺癥狀，但與足量硼對照（NB，50 μmol·L?1）相比，LB 生物量下降，硼積累量下降，表明5 μmol·L?1低硼處理對砂培新疆楊樹苗的生長具有負面影響。試驗結束時，LB 樹苗的硼積累總量為117.7 μg·株?1，NB 為248.9 μg·株?1；砂培試驗要求每周更換營養液，營養液提供給樹苗的硼供應量從扦插育苗到試驗處理之前為243 μg·株?1；試驗處理開始之后LB 的營養液硼供應量為81 μg·株?1，NB 為810 μg·株?1。因此，LB 處理植株硼濃度的變化在各部位表現不一致（上部葉硼濃度下降，下部葉差異不顯著，根、莖顯著增加），可能與育苗期間充足的硼供應量有關，也可能與低硼條件下植株對硼的分配策略有關。后續試驗應進一步降低LB 處理的硼濃度，并適當延長硼饑餓預處理時間。

與LB 相比，LB+F 植株各部位10B 豐度均顯著增加，表明葉片吸收的硼肥可被分配到其它部位。LB+F 的10Boff為81.3 μg·株?1，其中，61.99%保留在下部葉片，31.68%分配給上部幼嫩葉片，5.27%分配到根中，1.06%分配到莖部。與本研究相似，臍橙（Citrus sinensis(L.) Osbeck）/枳橙（接穗/砧木）嫁接植株葉片吸收的10B 也主要保留在下部葉片，分配給上部葉片的比例約為17%，分配到根系的比例更低[16]。另外，飼喂10B 20 d 后，棉花（Gossypium hirsutumL.）葉片吸收的硼仍大量積累在下部葉片中，向植株其它部位的轉運非常緩慢[17]。與本研究不同，枳橙從葉面肥中所獲得的10B 優先分配給根系（37.3%），其次是上部分葉（30.4%）和莖部（19.6%），保留在下部葉中的10Boff僅占12.7%[13]。可見，不同植物種類，10Boff的分配模式具有明顯差異。

本研究中，與LB 相比，LB+F 根系硼濃度顯著下降；與NB 相比，NB+F 根系和葉片硼濃度也呈降低趨勢，但差異不顯著。與本研究相似，低硼處理（3.7 μmol·L?1）下的臍橙/枳橙（接穗/砧木）嫁接植株，在飼喂葉面硼肥之后，根系的硼濃度顯著降低[16]。在土壤有效硼含量為0.7～2.1 mg·kg?1的多個田間試驗點獲得相似的結果：飼喂葉面硼肥后，棉花葉片硼含量增加，而根和莖硼含量顯著降低[18]。飼喂葉面硼肥導致其它部位硼含量的變化，特別是根系硼含量的降低，可能是因為葉面肥抑制了根系的硼吸收能力[16]。另外，與LB 相比，LB+F 的11B 濃度在上部葉中上升，在根和莖中下降；與NB 相比，NB+F 的11B 濃度在葉片中顯著下降，在莖中顯著上升，暗示不同部位硼含量的變化還可能是因為植株的硼分配策略發生了變化。

4 結論

根際短期低硼條件下，新疆楊砂培植株的生長未出現肉眼可見的缺硼癥狀，但其生物量下降、硼積累量減少，特別是往幼嫩部位的硼分配率降低，表明植株的生長已遭受低硼脅迫。通過成熟葉片飼喂硼肥，可緩減根際硼虧缺對植株生長造成的影響。葉片對葉面硼肥的吸收能力受根際硼肥濃度的影響，根際硼肥不足時葉片吸收能力較強。成熟葉片吸收的硼肥可通過韌皮部再轉運，重新分配給以幼嫩葉片為主的部位。