缺铁胁迫对4种苹果砧木幼苗生理特性的影响

吴玉霞，焦晓峰，王宪璞，赵 越，何天明

(新疆农业大学林学与园艺学院，乌鲁木齐 830052)



缺铁胁迫对4种苹果砧木幼苗生理特性的影响

吴玉霞，焦晓峰，王宪璞，赵 越，何天明

(新疆农业大学林学与园艺学院，乌鲁木齐 830052)

【目的】在供试的苹果砧木中筛选出铁高效基因型，以矫治钙质土壤上苹果的缺铁黄化症。【方法】通过溶液培养，研究4种苹果砧木幼苗在缺铁胁迫下的与铁代谢相关的根际pH值、根系Fe3+还原酶活性、叶绿素含量和叶片铁含量等若干生理生化指标。【结果】在缺铁胁迫下，4种苹果砧木幼苗的根际酸化能力从低到高依次为：平邑甜茶<新疆野苹果<八棱海棠<黄太平。八棱海棠幼苗根系的Fe3+还原力最强，平邑甜茶和新疆野苹果次之，黄太平最弱。在缺铁胁迫下，黄太平叶片黄化程度最高，新疆野苹果和平邑甜茶次之，八棱海棠最低。营养液缺铁处理对八棱海棠叶片中有效铁含量的影响最小。【结论】在水培缺铁胁迫条件下，相对新疆野苹果、平邑甜茶和黄太平而言，八棱海棠表现出较强的抗缺铁特性，是一个较理想的铁高效苹果砧木基因型。

苹果砧木；缺铁胁迫；生理特性

0 引 言

【研究意义】铁是植物体内的必需微量元素，在植物体的多种代谢中都发挥着重要作用[1]。在钙质土壤上生长的包括苹果在内的许多果树作物，常因土壤铁失活而产生缺铁性失绿黄化症[2]。在苹果缺铁黄化症防治实践中，发现不同苹果砧木品种对缺铁胁迫的抗性存在差异，这使通过基因型选择来解决苹果黄化症成为可能。【前人研究进展】韩振海等[3]研究表明，在苹果属的不同砧木中，小金海棠表现出较高的抗缺铁特性，八棱海棠吸收和利用铁素能力稍弱，而山定子、青海花叶、新疆野苹果却极易发生失绿。张凌云等[4]在水培条件下对国内11种苹果砧木进行了抗缺铁性筛选，也发现小金海棠抗缺铁能力强，八棱海棠表现出中抗，而平邑甜茶、黄海棠和山定子抗缺铁能力较低。李振侠等[5]的研究表明，不同苹果砧木各器官的铁含量随着铁处理浓度的增加而会发生相应的改变。其当根系中铁含量高于枝叶中铁含量时，表明该砧木的抗性较强，而相反则较弱。【本研究切入点】新疆塔里木盆地绿洲地带，是我国苹果的优生区之一，其出产的冰糖心红富士苹果久负盛名。但由于当地土壤钙质化严重，土壤中有效态铁多属缺乏和极缺范畴，导致苹果缺铁黄化症时有发生[6]。为了促进当地苹果产业的可持续发展，研究筛选适合当地土壤生境的铁高效苹果砧木基因型。【拟解决的关键问题】研究采用水培的方法，对4种苹果砧木的实生苗进行营养液缺铁处理，筛选出铁高效的苹果砧木基因型，为进一步田间筛选提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

研究选用的4种苹果砧木材料分别为新疆野苹果(MalussieversiiRoem.)、八棱海棠(M. micromalus Makino)、平邑甜茶(M.hupehensisRehd)和黄太平(M.robustaRehd)。新疆野苹果种子采自新疆伊犁，八棱海棠实生苗引自新疆阿克苏核桃林场，平邑甜茶种子采自山东，黄太平种子采自新疆农业大学校园。2014年1月将采集到的各苹果砧木的种子进行低温(4℃)层积催芽，。待种子多数露白后进行开沟播种，育苗，当幼苗长到4片真叶时，挑选出生长均匀一致的幼苗备用。播种育苗水培实验在新疆农业大学校园内网室完成，指标的测定在新疆农业大学新疆特色果树研究中心完成。

1.2 方 法

1.2.1 溶液培养及缺铁胁迫处理

用自来水将生长一致且无病虫害的苹果砧木幼苗根部的泥土冲洗干净，用1/2剂量的完全营养液在黑色的玻璃瓶中培养14 d，再在完全营养液中培养10 d，其后对幼苗进行缺铁(0 μmol/L Fe-EDTA)胁迫作为处理，将加铁培养(100 μmol/L Fe-EDTA)作为对照。每5株作为一个重复小区，每处理重复3次。缺铁胁迫处理后每周更换一次营养液。

培养方法和完全营养液组成参考文献[7]。

1.2.2 指数测定

1.2.2.1 根际pH值

在缺铁胁迫处理的第7 d后，每天11:30用PHS-2C型精密pH计监测培养介质的根际pH值，将营养液初始pH调到6.30，测定时电极靠近根表，连续监测6 d，监测期间不换营养液。每品种处理和对照各重复测3次。

1.2.2.2 根系Fe3+还原酶活性的测定

参照宋亚娜等[8]的方法，随机抽取每个品种缺铁处理和加铁对照各3株幼苗，将其根系冲洗干净，放入饱和的CaSO4溶液中浸泡5 min，再用去离子水冲洗干净后将根系置于50 mL 0.1 mmol/L Fe(Ⅲ)-EDTA和0.4 mmol/L 2,2-联吡啶、不含Fe(Ⅱ)的营养液中。避光通气2 h，在520 nm的波长下进行比色(空白为没有加入幼苗根系的混合液)，Fe(Ⅱ)一联吡啶的摩尔吸光系数为8 650 mol/(L·cm)。其计算公式为：

1.2.2.3 叶绿素含量

参照邹琦[9]的方法进行测定。在缺铁胁迫后的10、15、20、25、30 d，随机采取新梢中上部叶片，测定各处理和对照苹果砧木幼苗叶片的叶绿素总量。

1.2.2.4 叶片全铁和有效铁含量

不同铁处理完毕后，将幼苗从营养液中取出，先用蒸馏水将整个植株反复冲洗，用剪刀将苹果砧木的叶片剪下。然后置于信封中，放入鼓风干燥箱中在105℃杀青30 min，再在75℃烘至恒重。叶片全铁含量采用干灰消煮法测定，有效铁含量采用稀盐酸浸提法测定[10]。

1.3 数据统计

所有数据均为3次重复的平均值，利用软件IBM SPSS Statistics 20进行统计分析，采用单因素方差分析LSD多重比较和t测验以测验成组平均数数据的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 缺铁胁迫对苹果砧木幼苗根际pH值动态变化的影响

研究表明，在不同供铁水平下，供试的4个砧木品种各处理之间根际pH动态曲线的变化不尽相同：加铁处理下，4种苹果砧木幼苗的根际pH值均呈升高趋势。缺铁处理的营养液根际pH值则呈下降趋势。以黄太平6 d内降幅最大，为1.12个单位，八棱海棠和新疆野苹果次之，分别为0.76和0.57个单位，而平邑甜茶的最低为0.34个单位。在缺铁胁迫下，4种苹果砧木幼苗的根际酸化能力从低到高依次为：平邑甜茶<新疆野苹果<八棱海棠<黄太平。图1

图1 缺铁胁迫下4种苹果砧木的根际pH值变化
Fig．1 Changes of the rhizosphere pH of four apple rootstocks under iron deficiency

2.2 缺铁处理对Fe3+还原酶活性的影响

研究表明，在加铁处理时，4种苹果砧木幼苗根系Fe3+还原酶活性4.75～8.32 moL/g·2 h之间，平均值为6.33 moL/g·2 h，各砧木在整体上差异不显著。缺铁胁迫下，4种苹果砧木幼苗的根系Fe3+还原酶活性与相应的加铁对照相比都呈现出升高趋势。八棱海棠根系Fe3+还原酶活性与加铁相比提高了2.2倍，平邑甜茶居中，为1.6倍，新疆野苹果和黄太平最低分别为1.3和1.2倍。经方差检测相互间的差异在整体上达到极显著水平。以上结果也表明：八棱海棠幼苗根系的Fe3+还原力最强，平邑甜茶和新疆野苹果次之，黄太平最弱。图2

图2 缺铁胁迫下4种苹果砧木根系Fe3+还原酶活性变化
Fig. 2 Effect of iron deficiency stress on Fe3+reductase activity of four apple rootstocks

2.3 缺铁胁迫对叶片叶绿素总含量的影响

研究表明，在缺铁胁迫下，各苹果砧木的叶绿素含量均呈现出下降趋势，而加铁处理的各苹果砧木却逐渐升高。随着缺铁胁迫处理时间的延长，两种处理间的差值逐渐拉大。在缺铁处理的第30 d，黄太平叶中的叶绿素含量与对照的差值最大为2.22 mg/g，新疆野苹果次之，其差值为2.03 mg/g，而平邑甜茶和八棱海棠与相应对照的差值分别为1.65和1.75 mg/g。各砧木缺铁处理株与相应对照间叶绿素总量的比值也不同，分别为：八棱海棠(0.36)>平邑甜茶(0.32)>新疆野苹果(0.17)>黄太平(0.13)。以上的分析结果表明，在缺铁条件下，黄太平黄化程度最高，新疆野苹果和平邑甜茶次之，而八棱海棠最低。图3

2.4 缺铁胁迫对各砧木叶片全铁和有效铁含量的影响

研究表明，4种苹果砧木品种缺铁处理叶中的全铁含量平均为165.58 mg/kg，而加铁处理叶中的全铁含量平均为171.11 mg/kg。方差分析结果表明，无论是缺铁处理还是加铁处理，4种苹果砧木幼苗叶片中的全铁含量在品种间均不存在显著性差异。但每一品种在处理与对照之间，全铁含量表现复杂：黄太平、新疆野苹果、平邑甜茶3品种缺铁处理总铁含量极显著低于加铁对照，八棱海棠缺铁处理反而比加铁对照全铁含量略高，但二者差异不显著。

方差分析表明，缺铁处理后，各砧木幼苗叶片有效铁含量均比加铁对照有极显著的降低。但各砧木幼苗叶片有效铁含量降低的幅度明显不同，其中缺铁处理对黄太平的效应最为明显，其叶片的有效铁含量与相应的加铁对照相比下降幅度最大，为48.55%，而八棱海棠的下降幅度最低，表现为26.94%，在4种供试苹果砧木中，营养液缺铁处理对八棱海棠叶片中有效铁含量的影响最小。表1

图3 缺铁胁迫下4种苹果砧木叶片叶绿素总含量变化
Fig. 3 Effect of iron deficiency stress on chlorophyll content in leaves of four apple rootstocks
表1 不同铁处理下4种苹果砧木幼苗叶片中铁含量
Table 1 Iron content in leaves of four cultivars of apple rootstock seedlings under different iron treatments

砧木Rootstock处理Treatment全铁含量Totalironcontent(mg/kg)有效铁含量Activeironcontent(mg/kg)黄太平Mrobusta缺铁Irondeficiency16133±193A3613±318A加铁Iron-adding17093±173B7619±626B新疆野苹果Msieversii缺铁Irondeficiency16546±208A4245±148A加铁Iron-adding17155±084B8055±283B平邑甜茶Mhupehensis缺铁Irondeficiency16743±055A5156±162A加铁Iron-adding17493±066B9123±168B八棱海棠Mmicromalus缺铁Irondeficiency17159±127a5605±306A加铁Iron-adding16938±059a7676±251B

注：用t测验检测每一品种全铁含量和有效铁含量在处理和对照间的差异显著性

Note: The different significance of total iron content and active iron content between treatment and CK was tested using studentttest

3 讨 论

由于植物体内影响铁生理代谢的因素多而复杂，因此，难以用某一个指标来锁定铁高效基因型的筛选。在实际筛选时，多采用多指标综合评定的方法。张福锁等[7]认为根际酸化能力(主要是根系向外分泌H+所致)和根系Fe3+还原力的增强，是铁高效植物适应缺铁胁迫的主要生理机制，也是苗期筛选双子叶植物铁高效基因型最有希望的生理生化指标。研究结果表明，在供试的4种苹果砧木中，黄太平和八棱海棠的根际酸化能力明显强于新疆野苹果和平邑甜茶。八棱海棠幼苗根系的Fe3+还原力最强，平邑甜茶和新疆野苹果次之，黄太平最弱。由此，从上述两个指标初步判断，八棱海棠是一个铁高效的苹果砧木品种。

为了进一步确定苹果砧木的铁高效基因型，又引入了两个与铁代谢直接相关的生理指标：叶片叶绿素总量和叶片铁含量。研究结果显示，缺铁处理时，4种苹果砧木幼苗的叶绿素总量均出现下降趋势，而下降幅度各品种间差异较大：八棱海棠在缺铁胁迫30 d时与对照的比值最大为0.36，平邑甜茶次之，其值为0.29，而新疆野苹果和黄太平最小，其值分别为为0.17和0.13。这一结果表明，八棱海棠幼儿苗在受到缺铁胁迫后，其叶片潜在的光合能力要强于新疆野苹果、平邑甜茶和黄太平，表现出较强的抗缺铁性。随后对叶片铁素含量的分析再一次证明了这一点：黄太平、新疆野苹果、平邑甜茶3品种缺铁处理总铁含量极显著低于加铁对照，而八棱海棠缺铁处理反而比加铁对照全铁含量略高。在缺铁条件下，虽然4种苹果砧木的有效铁含量均显著低于相应的加铁对照，但各砧木幼苗叶片有效铁含量降低的幅度明显不同，其中八棱海棠的下降幅度最低，说明营养液缺铁处理对八棱海棠叶片中有效铁含量的影响最小。

4 结 论

在水培条件下，在研究所选用的4种苹果砧木中，相对新疆野苹果、平邑甜茶和黄太平而言，八棱海棠在其根际酸化能力、根系Fe3+还原酶活性及叶片的总叶绿素含量、有效铁含量等生理指标的测定上均表现出较强的抗缺铁特性，是一个较理想的铁高效的苹果砧木基因型。这一结果也印证了潘增光[11]、张凌云等[4]的研究结果。营养液环境和土壤环境在理化特性方面差异较大，实验在水培条件下的研究结果还需要在大田条件下进行进一步验证。

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Fund project:Special fund for Agro-scientific research in the public welfare sector of Ministry of Agriculture of P. R. China (20130309305)

Effects of Iron-deficient Stress on Physiological Characteristics of Four Apple Rootstock Cultivars

WU Yu-xia，JIAO Xiao-feng, WANG Xian-pu, ZHAO Yue, HE Tian-ming

(College of Forestry and Horticulture, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China)

【Objective】 To correct iron-deficient chlorosis of apple grown on calcareous soil, the study aims to select iron-efficient genetype by screening four apple rootstock cultivars. 【Method】 With nutrient solution culture, several physiological characteristics including rhizosphere pH, root Fe3+reductase activity, leaf chlorophyll content in leaves and leaf iron content of four apple rootstock cultivars were detected under iron-deficient stress. 【Result】 Under iron-deficient stress, the sequence of rhizosphere acidization of four apple rootstocks from low to high was:Malushupehensis

apple rootstock；iron deficiency stress；physiological characteristic

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.05.007

2016-01-29

国家公益性行业(农业)专项(20130309305)

吴玉霞(1973-)，女，河南淅川人，实验师，硕士，研究方向为果树矿质营养，(E-mail)wuxiabaijie@163.com

何天明(1970-)，男，甘肃陇西人，教授，博士，研究方向为梨的优质高效栽培，(E-mail)hetianming@eyou.com

S661.1

A

1001-4330(2016)05-0826-06