虹吸输铁对黄化苹果叶片光合参数及细胞器结构的影响

高一宁 时晓芳 侯延杰 薛进军

摘要：  该研究以红富士苹果品种为材料，通过虹吸输入铁肥的方式，设置输铁液（600倍FeS04·7H20）处理并以输离子水和不输液为对照，观察了处理后苹果树的复绿情况，测定了叶绿素含量、光合参数、进行了叶绿体、线粒体超微结构的电镜扫描。结果表明：输铁后10 d，树体复绿情况明显，复绿等级由2.01变为0.53，复绿的叶片叶绿素含量有显著增加，增幅达到200%。同时，净光合速率提高了68%、蒸腾速率提高了21%、气孔导度提高了49%，胞间CO2浓度降低了100%。输铁处理后的单个细胞叶绿体个数比对照有显著增加，且个体更饱满，淀粉粒和嗜锇颗粒有明显减少;基粒片层结构规律整齐，基质清晰，被膜结构完整，线粒体内嵴清晰度高，数量增多。在输铁处理后，苹果树体复绿明显，叶绿素合成能力恢复，叶绿体、线粒体被膜结构均得到修复，表明用虹吸的方法将铁肥输入树体对苹果缺铁黄化病有很好的疗效。-

關键词： 铁肥， 虹吸输液， 黄化， 苹果， 光合参数， 细胞器结构 -

中图分类号：  Q945.11

文献标识码：  A

文章编号：  1000-3142（2018）12-1660-07

Effects of Fe fertilizer siphon transfusion on -photosynthetic parameters and organelle structure -of iron chlorosis in apple trees

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GAO Yining1， SHI Xiaofang2， HOU Yanjie1， XUE Jinjun3*

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（ 1. Horticultural Research Institute， Guangxi Academy of Agriculture Science， Nanning 530007， China; 2. Viticulture and Wine Research Institute， -Guangxi Academy of Agriculture Science， Nanning 530007， China; 3. College of Agriculture， Guangxi University， Nanning 530003， China ）-

Abstract：

Taking Fuji Apple （Malus pumila） as the testing variety and effects of Fe fertilizer into apple through siphon， three treatments were set， including： infusion of Fe fertilizer（600 times FeSO4·7H2O） into apple tree through siphon， infusion of deionized water and CK （no treatment）. Retrieved green leaves were observed and chlorophyll content and photosynthetic parameters were measured. Ultra microstructure of chloroplast and mitochondria were observed by electron microscopic scanning. In Fe fertilizer treatment， greening levels changed from 2.01 to 0.53 and the chlorophyll contents were increased even by 200%. Meanwhile， net photosynthesis rate was increased by 68%， transpiration rate was increased by 21%， and stomatal conductance was increased by 49%， while the intercellular CO2 concentration was decreased by 100%. Compared to infusion of deionized water treatment and CK， in Fe fertilizer treatment， the chloroplast number was increased with larger size; and the number of starch granules and osmiophilic granules were decreased; grana lamellae structure was more clear， as well as the mitochondrial crista with more quantity. After Fe fertilizer applied， the yellow leaves retrieved green again obviously. And the synthesize of chlorophyll was improved， and the membrane structure of chloroplast and mitochondrion were recovered. In conclusion， Fe fertilizer infused into Fuji apple through siphon can correct chlorosis.-

Key words： Fe fertilizer， siphon transfusion， iron chlorosis， apple， photosynthetic parameters， organelle structure

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铁是植物生理活动中所必需的营养微量元素，在植物体的光合作用、固氮作用、呼吸作用等生理代谢过程的电子传递或酶促反应中发挥着重要的作用。植物缺铁黄化病是果树因缺铁影响叶绿素正常合成的生理型病害（苏律等，2016），在世界范围内都广泛存在，一直作为国际植物营养学界有待攻克的难题。我国的苹果产量居世界首位（常源升，2014），是黄化病的高发树种。苹果缺铁的主要表现为新抽嫩叶的脉间黄化，叶片顶端枯萎。长期缺铁会导致树体发育不良，树势弱小，严重时甚至导致树体死亡。其中，在石灰性土壤、盐碱性土壤上表现的尤为突出。国内外研究者尝试了各种补充铁营养的措施，包括叶面喷施、断根土施、根系輸液、树体注射等（Shena et al，2015），由于铁在自然界中易氧化和难移动，有的复绿效果不持久，有的操作复杂，费时费工，成本较大。因此，我们通过虹吸输液法（薛进军和吕鸣群，2009），使铁肥在蒸腾拉力作用下直接进入树体，达到省时、省工，同时又能有效矫正果树缺铁。本研究通过研究铁肥直接输入树体对缺铁黄化叶片光合参数和细胞器结构的影响，为解决果树黄化病提供理论依据。

1材料与方法

1.1 材料

试验于2016年在河北曲周县槐桥乡田间进行，试验时间为7月份（黄化病高发期），试材为2004年定植的红富士苹果品种（Malus pumila），土质属于石灰性土壤。各处理叶片的叶绿素含量测定和细胞器超微结构观察在中国农业大学进行。

1.2 方法-

1.2.1试验设计选田间生长一致的缺铁失绿苹果树，采用随机区组试验，单株小区，设置在树干上输入500 mL浓度为600倍的亚铁（FeSO4·7H2O）溶液为处理1，输入500 mL去离子水为处理2，不输液为对照，每处理5株树。-

1.2.2 观测内容田间处理的前后10 d，用周厚基和仝月澳（1988）的方法分别将试材苹果树的黄化程度进行分级。处理10 d后，取三种处理的新梢上部叶片测定叶绿素含量，同时进行细胞器结构的电镜观察。-

1.2.3 虹吸输液方法输液主要设备是电钻（钻头约0.5 cm）、橡皮管（外径略大于0.5 cm）、洗耳球和600 mL空塑料瓶。操作方法：先在树干基部打孔，孔深约5 cm，直径约0.5 cm。输液时，将装满铁肥溶液的塑料瓶挂在高于打孔处约1.5 m的树枝上，橡皮管的一端插入装满溶液的瓶底，橡皮管另一端移至基部打孔处，用洗耳球从管另一端吸取溶液，待形成虹吸效应时，迅速插入树干基部的孔中（不漏即可），即开始向树体输入亚铁溶液。-

1.2.4 测定方法-

1.2.4.1 叶绿素的测定取三种处理新梢中部叶片测定叶绿素含量：将叶样用80%丙酮浸提，至叶片全部褪绿后用95%乙醇定容，再用紫外分光光度计测定叶绿素含量（李志丹等，2011）。-

1.2.4.2 光合参数的测定处理后第10天，使用CIRAS-2便携式光合系统于上午9：00—11：00间测定各处理新梢上部叶片的Pn（净光合速率）、Tr（蒸腾速率）、Gs（气孔导度）、Ci（细胞间隙CO2浓度）。-

1.2.4.3 叶绿体超微结构的观察材料处理和电镜观察均在中国农业大学电镜平台完成。具体试验步骤参考Lianopoulou et al（2014）的方法。

1.3 数据处理

试验数据采用SPSS分析软件进行统计分析，结果用Duncans法进行多重比较。

2结果与分析

2.1 处理后复绿情况

输铁处理10 d后，由处理前的黄化等级2.01级恢复到0.53级，而输水处理和对照树没有复绿，黄化程度前后几乎无差异（表1）。由此可见，黄化已基本被矫正。

2.2 输铁对叶绿素含量的影响

由表2可知，输铁后，叶绿素a、叶和绿素b含量分别较对照叶片增加0.71 mg·g-1FW和0.37 mg·g-1FW，增幅分别达到182%和247%。叶绿素总量增加1.08 mg·g-1FW，增幅达到200%，输铁处理中叶绿素a、b含量相比对照均达到显著差异。而输水与对照的差异微小。可见，输铁处理的叶片中叶绿素含量有显著增加。

2.3 输铁对光合参数的影响

从表3可以看出，输铁处理前后的Pn（净光合速率）增加了68%，Tr（蒸腾速率）增加了21%，Gs（气孔导度）增加了49%，Ci（胞间CO2浓度） 减少了100%。输水处理的光合参数也略有增加，但增幅与输铁处理相比可以忽略。对照无明显增加。这表明叶片的光合参数的提高与叶绿素的增加呈正比。虹吸输铁能显著增加缺铁黄化叶片中的叶

绿素含量，从而对叶片的光合基本参数产生正面影响。

2.4 虹吸输铁对细胞器结构影响

从表4可以看出，输铁处理的单个细胞叶绿体个数比输水处理多83%，比对照多92%;输铁处理的叶绿体长径平均比输水处理多16%，比对照多22%;而输铁处理的单个细胞淀粉粒个数平均比输水处理少50%，比对照少43%;输铁处理的单个细胞嗜锇颗粒个数平均比输水处理少41%，比对照少39%。

电镜观察显示，输铁后复绿苹果叶片中的叶绿体轮廓清晰 （图1），内部基粒片层数量多，排列规律整齐，片层结构清晰，有少量的噬锇颗粒。输水处理和对照的叶绿体形状呈不规则，边缘形状模糊，基质浑浊，片层结构已经瓦解，嗜锇颗粒、淀粉粒数均增多。对照与输水处理的叶绿体结构相似。受到缺铁胁迫的叶肉细胞中叶绿体出现萎缩（图2），颜色变深变浑浊，线粒体出现破裂分解，而输铁复绿的叶肉细胞中的叶绿体以单层排列在细胞膜的内侧，叶绿体、线粒体均形态饱满，且轮廓清晰，结构完整。

由圖3可知，观察到线粒体为椭圆形。输铁处理的线粒体轮廓清晰，嵴清晰度高，数量较多，被膜结构完整。输水处理和对照的线粒体膜结构已出现分解，外膜已浑浊不清。

3讨论与结论

叶绿素含量是影响植物光合能力的重要因素

（刘泽军等，2014），叶绿素含量减少直接导致光合能力的下降（陆志峰等，2016），而铁与叶绿素之间存在着密切关系，叶绿素合成必须要铁的参与，其表现为铁的含量直接影响合成叶绿素前体——亚铁原卟啉所需酶的活性，缺铁则限制了叶绿素的合成（吴平等，2001）。叶绿素的降低也进一步表示了光合系统被破坏，通过所测光合参数指标的降低来体现。本研究发现，经过虹吸输铁后，黄化苹果叶片中叶绿素a、b含量均有显著增加，由此可知输铁肥可以补充亚铁原卟啉的合成所需的铁，从而促进叶绿体的合成。

叶绿体和线粒体是为植物的生长发育提供能量的重要细胞器（吴妤等，2013）。叶绿体被膜含有ATP 酶、腺苷酸激酶，为光合作用提供条件;类囊体膜亦称光合膜，是光能向化学能转化的场所。线粒体是合成ATP并将能量供给细胞的工厂。有人在水稻（Li et al，2012）和拟南芥（Weise  et al，2015）研究中发现，叶绿体畸形或数目减少会抑制光合速率。而在缺铁条件下，肖家欣等（2010）研究发现，枳壳砧木叶片细胞叶绿体及线粒体均出现明显的解体，类囊体片层模糊。刘磊超等（2015）发现在缺硼胁迫下，植物细胞会发生解构，胞内细胞器萎缩消失。本研究发现，在缺铁胁迫下，有细胞发生形变和细胞器分解;叶绿体、线粒体的膜结构被破坏，轮廓模糊;基粒片层结构解体，基质混浊，这些现象与刘磊超等（2015）、肖家欣等（2010）的发现一致。淀粉粒是叶绿体为生理活动贮藏的能量，嗜锇颗粒是类囊体降解产物脂质聚集的结果，它们的堆集说明了叶绿体的代谢受到抑制（姚宇洁和姜存仓，2017）。本研究发现，缺铁时，叶绿体内嗜锇颗粒及淀粉粒增多，这与姚宇洁和姜存仓（2017）和邱强等（2017）在缺铁柑橘、大豆上观察到的现象相同。虹吸输铁使叶肉细胞内叶绿体恢复饱满，同时修复了叶绿体、线粒体的被膜结构，提高了光反应以及光合产物的运输效率，使代谢循环正常，从而使淀粉粒和嗜锇颗粒数量显著减少，由此反映了植物对光能吸收、转化能力的恢复。

本研究结果表明，在虹吸输铁后，苹果树体复绿明显，叶绿素合成能力恢复，叶绿体、线粒体被膜结构均得到修复，说明采用虹吸的方法将铁肥直接输入树体是矫正苹果缺铁黄化病的有效途径。

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