不同品种油茶叶片磷组分及果实经济性状对磷素的响应

马丽丽，张绿水，兰龙焱，张 强，文 洁，吴若鸿，袁生贵，胡明文，郭晓敏，张文元*

（1.江西农业大学 江西省森林培育重点实验室，江西 南昌 330045；2.甘肃林业职业技术学院 林业工程学院，甘肃 天水 741000；3.江西农业大学 国土资源与环境学院，江西 南昌 330045）

【研究意义】油茶（Camellia oleiferaAbel）为山茶科山茶属常绿小乔木或灌木，广泛分布于我国南方红壤地区，其中以湖南、江西、广西三地面积最大[1]。油茶是我国重要的木本油料树种，具有极高的经济价值和生态价值，与油橄榄、油棕、椰子并称为世界四大木本油料植物[2]。江西省推广种植的油茶优良无性系主要有：长林系列、赣无系列、赣系列与赣州油等[3-7]。选育出的优良无性系的推广不仅提高了油茶产量，促进了油茶产业的发展，而且对乡村振兴和扶贫攻坚具有重要意义[8-9]。【前人研究进展】磷是植物必需的大量元素之一，在生物遗传信息和能量传递中起着极其重要的作用。对于生长在酸性土壤中的植物来说，受到酸性土壤理化性质的限制，植物要吸收到足够的磷十分不容易，因此这些植物进化出适应酸性土壤低磷环境的生理生化特征[10-14]。叶片磷组分与植物的生活史策略密切相关，因为它们在功能上与生长繁殖和耐受胁迫的程度有关，存在磷限制时，植物会通过优化叶片中磷组分的分配来维持其生产力和生长，并减少对磷的需求以适应磷贫瘠的土壤[15-17]。在红壤中磷肥的利用率仅为10%左右，我国油茶林地土壤磷含量为0.06%～0.13%，而有效磷仅为1.75～54.88 mg/kg，且不同林地的磷含量差异很大，难以满足植物生长需求，磷成为南方红壤地区的养分限制因子。为满足油茶生长需求，生产上投入大量的磷肥，造成了磷素的浪费和水体富营养化。因此，对油茶林精准施肥以及筛选出耐低磷且产量高的油茶品种尤其重要，有关学者对油茶及磷素的研究多集中在施磷肥对油茶各个器官养分及产量的影响[18-20]，【本研究切入点】叶片磷组分与植物的生活史策略密切相关，在一定程度上能反映出胁迫耐受程度，但对有关油茶叶片磷组分的研究目前较少。【拟解决的关键问题】因此，在生产中，筛选比较耐低磷的油茶品种是提高油茶产量的关键所在。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验样地位于江西省林木育种中心油茶基地，其中油茶良种基因库占地17.13 hm2，油茶林种植密度为2 m×3 m。年平均气温17.4 ℃，年平均降水量1 300～1 600 mm，属于典型的亚热带季风气候，土壤类型为红壤，缓坡地，是油茶的适生区。样地土壤pH值为5.29，有机碳含量为22.99 g/kg，全氮含量为1.79 g/kg，全磷含量为1.14 g/kg，全钾含量为3.91 g/kg，有效磷含量为1.59 mg/kg，速效钾含量为85.57 mg/kg。

1.2 试验方法

1.2.1 试验材料与设计 本试验以8年生长林23、长林55、赣无2、赣无12 为研究对象，采用完全随机试验设计，供试肥料为含N量为46%的尿素，含K2O量为60%的氯化钾，含P2O5量58%的磷酸二氢钠。

单株施氮150 g，施钾200 g，每个处理氮钾肥添加按照同一水平，磷肥单株年施用量设置P0（0 g）、P1（34.55 g）、P2（69.11 g）和P3（103.66 g）4 个处理，进行3 次重复，每个重复3 株。将设置好的氮磷钾肥溶于3 L 水，混合均匀后撒施在每株树树冠投影范围内的土壤上。在2019年10月进行第1次施肥，2020年5月补施1次。

1.2.2 样品采集与处理 在果实成熟期（霜降前后）取样，叶片取当年生枝上第3～4 片叶，每株树分4 个方向各取2 片，每处理取36 片左右。将取回的新鲜叶片带回实验室置于105 ℃条件下杀青15 min 后于65 ℃下烘干至恒重，用粉碎机粉碎，过筛，测定磷组分。

对每个试验单株果实进行采摘，单独装袋并用电子称称量，以每处理单株平均值作为该处理的单株产量。油茶果实采摘回来后，置于110 ℃的烘箱中烘干，将果壳和籽仁分开，用电子称称得果壳和干籽重，计算干出籽率。然后将干籽剥壳，取出种仁，计算干出仁率。

1.2.3 指标测定与方法 叶片磷分级[21-22]：采用三氯乙酸连续浸提法。第一步，称取研磨后干燥的样品0.4 g于50 mL离心管中，用25 mL 0.3 mol/L冷TCA浸提1 h（在4 ℃冰箱中操作，期间每10 min摇晃1次），离心后取上清液，一部分用于无机磷组分的测定，另一部分吸取部分滤液进行蒸发干燥后，在360 ℃下用H2SO4-H2O2消煮，用于测定糖磷组分。第二步，将第一步所剩余的残渣用25 mL 0.15 mol/L 的热TCA 浸提1 h（在90 ℃水浴锅中浸提1 h，期间每10 min 摇晃1 次），吸取部分滤液蒸发干燥后，在360 ℃下用H2SO4-H2O2消煮，用于测定核酸磷组分，后续的测定方法同全磷方法[33]。残余磷组分为叶片全磷含量与各磷组分的差值。

种仁含油率测定：将种仁烘干粉碎后，称取大约20 g 于特定试管中，利用核磁共振含油量测定仪搜索频率，用纯油设定高标，空白设定低标，测定样品含油率并记录结果。

其中涉及公式有：

1.3 数据处理与分析

使用Excel 2010整理数据，用SPSS 22.0对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 磷添加对不同品种油茶叶片磷组分的影响

在果实成熟期，磷添加对4 个品种油茶的叶片磷组分有显著影响，且不同品种之间有显著差异（P＜0.05），见表1。P0处理下长林23的无机磷含量显著高于其他处理，长林55与赣无12的无机磷含量随磷水平升高呈现先上升后下降的规律，而磷添加对赣无2 的无机磷含量无显著影响。长林23 的糖磷含量随磷素水平的升高呈现“V”型变化，赣无2的糖磷含量在P3处理下最高，显著高于P0和P2处理，但磷添加对长林55和赣无12的糖磷含量无显著影响。磷添加对长林23、长林55和赣无2的叶片核酸磷无显著影响，但赣无12的核酸磷含量随磷素水平的升高呈现先上升后下降的规律。长林23的残余磷含量随磷素水平的升高呈现先上升后下降的规律，P3处理下赣无12的残余磷含量显著高于P0和P2处理，而磷添加对长林55与赣无2的残余磷含量无显著影响。总体来说，磷添加会促进叶片中无机磷和糖磷的累积，但对核酸磷的影响较小。

表1 磷添加对不同品种油茶叶片磷组分的影响Tab.1 Effect of P addition on foliar phosphorus fraction of different varieties of C. oleifera

不同品种之间比较，P0 处理下，长林23 的无机磷显著高于长林55、赣无2 和赣无12，但添加磷素之后，赣无12的无机磷含量显著高于其他3个品种，赣无2的糖磷含量显著高于其他3个品种，而长林23的糖磷含量最低。P0和P1处理下，4个品种的核酸磷含量无显著差异；在P2处理下，赣无12的核酸磷含量显著高于长林55和赣无2，与长林23之间无显著差异；P3处理下，赣无2的核酸磷含量显著高于赣无12，与长林55、长林23 之间无显著差异。P0 处理下，长林55 和赣无2 显著高于长林23 和赣无12，P1、P2 和P3 处理下，长林23 的残余磷含量显著高于其他3 个品种。该结果说明不同品种油茶的叶片磷组分的分配不同。

2.2 对油茶果实经济性状的影响

磷添加对不同品种油茶果实经济性状有显著影响（表2）。P0、P3 处理下长林23 的干出籽率与单株产量显著高于P1 和P2 处理，而P3 处理的干出仁率、种仁含油率、鲜果含油率和单株含油量显著高于其他处理。P1 处理下长林55 干出籽率、干出仁率、种仁含油率、鲜果含油率、单株产量与单株含油量显著高于P0、P2、P3处理。P2处理下赣无2的干出籽率显著高于其他处理，单株产量和单株含油量在P3处理时最高，与P2处理之间不存在显著差异，但显著高于P0和P1处理。P2处理下赣无12的干出籽率、干出仁率、种仁含油率、鲜果含油率最高，磷添加对赣无12的单株产量无显著影响，P3处理下的单株含油量最高。不同品种的产量与单株含油量之间比较，由高到低的品种依次为赣无2，长林55，长林23，赣无12。

表2 磷添加对油茶果经济性状的影响Tab.2 Effects of P addition on economic characters of C. oleifera fruit

2.3 不同品种油茶适宜磷水平的筛选

本研究采用主成分分析的方法对4 个品种的果实经济性状指标（干出籽率、干出仁率、种仁含油率、鲜果含油率、单株产量、单株含油量）进行主成分分析，计算出特征值的方差贡献率和累积贡献率，按照特征值大于1 的原则提取了3 个主成分，主成分分析的结果如表3 所示。3 个主成分对应的方差贡献率分别为43.054%，31.438%，17.308%，3 个主成分的累积贡献率为91.800%，基本包含了所测指标的全部信息。

表3 4个油茶品种果实经济性状指标主成分分析Tab.3 Principal component analysis of fruit economic characters of 4 C. oleifera varieties

4 个油茶品种果实经济性状指标3 个主成分的因子载荷矩阵见表4。由表可知，第1 主成分中干出籽率、单株含油量、单株产量、鲜果含油率具有较高的载荷值，第2主成分中干出仁率具有较高的载荷值，第3主成分中种仁含油率具有较高的载荷值。

表4 4个油茶品种果实经济性状指标主成分的因子载荷矩阵Tab. 4 Factor load matrix of principal components of fruit economic characters of 4 C. oleifera varieties

根据表4计算出3个主成分公式：

将数据标准化处理后得到主成分公式：

z=0.43y1+31y2+0.17y3，（z为综合主成分的得分，y1为第一主成分得分，y2为第二主成分得分，y3为第三主成分得分。）

基于主成分分析对不同品种油茶耐低磷能力的综合评价见表5，长林23与赣无2的整体排序优于长林55 和赣无12。长林23 在P3 处理下综合得分最高，长林55 在P1 处理下综合得分最高，赣无2 在P0 处理下综合得分最高，赣无12在P2处理下综合得分最高。

表5 4 个油茶品种果实性状指标各主成分和综合评价得分Tab.5 Principal components and comprehensive evaluation scores of fruit character indexes of 4 C. oleifera varieties

2.4 不同品种油茶叶片及磷组分含量与果实经济性状指标之间的相关性分析

对4个品种油茶叶片磷组分含量与果实经济性状指标的相关性分析如下（表6），长林23的无机磷含量与干出籽率有显著的正相关关系（P＜0.05）；糖磷含量与干出籽率、种仁含油率、鲜果含油率、单株含油量有极显著的正相关关系（P＜0.01），与单株产量有显著的正相关关系。核酸磷含量与果实经济性状指标之间无相关性；残余磷含量与干出籽率、种仁含油率、鲜果含油率有极显著的负相关关系。长林55的叶片磷组分含量与果实经济性状指标间无相关性。赣无2的无机磷含量、核酸磷含量与果实经济性状指标间无相关性；糖磷与鲜果含油率有显著的负相关关系；残余磷与单株产量和单株含油量有显著的负相关关系。赣无12的核酸磷含量与种仁含油率有显著的正相关关系。

表6 4个品种油茶叶片磷组分含量与果实经济性状指标之间的相关性分析Tab. 6 Correlation analysis between the contents of leaf and phosphorus components and the indexes of fruit economic characters of 4 C. oleifera varieties

3 讨论与结论

3.1 讨论

磷是植物生长非常重要的元素之一，缺磷时，植物会表现出相应的症状，在长期的适应与进化过程中，植物形成了不同的磷吸收策略[24]。不同的植物具有不同的磷吸收和利用策略，物种间的差异最终带来植物磷组分分配的差异。本研究中，4 个品种油茶的磷组分之间存在显著差异，这与严理[25]对中国南亚热带造林树种叶片磷组分特征及分配模式的研究一致。磷添加对磷组分的含量均有影响，4个品种磷组分的变化规律也不一样，适宜的磷添加会促进叶片中无机磷和糖磷的累积，提高残余磷的含量，但对核酸磷的影响较小。研究表明，当植物面临的养分限制更严重时，会具有更高的回收率[26]。植物叶片中的无机磷被认为是应对磷限制的重要磷库，在低磷胁迫下，磷高效植株通过提高下部叶酸性磷酸酶活性加强酯磷和核酸态磷的分解，分解的磷被上部新生叶片再利用，以提高后期磷素的再利用能力[17,27]。Wieneke 等[28]的研究表明，低磷胁迫下，高粱磷高效品种叶片中（三氯乙酸TCA）可溶性磷含量迅速下降，在该组分完全耗尽前，TCA 不溶性磷组分也显著降低，根中总磷含量基本保持不变，不溶性组分有明显的变化。本研究中，磷添加对4 个油茶品种的磷组分含量有影响，但磷添加对长林55的糖磷含量和核酸磷含量无显著影响。研究[29]表明，施肥试验使叶片无机磷呈指数增长，过量的无机磷储存在液泡中。糖磷的浓度是由酶介导的，糖磷随酶丰度的增加而增加[30]，磷添加不影响长林55 的糖磷含量且对核酸磷含量也无显著影响，这可能与长林55 受到自身的遗传特性以及受到土壤养分的限制有关。

研究表明，施磷肥对油茶产量的增加有显著的作用，且不同品种之间油茶的产量也存在差异。赣无系，单株鲜果产量随着施磷量的提高呈递增趋势，而单株产油量以及经济性状随磷水平的提高呈现先增大后减小的现象，单株年施磷量在47.15 g/kg 时达到最大。本研究中，赣无2 的干出仁率、产量和单株含油量在P2 和P3 处理下最高，赣无12 在P2 处理下的干出籽率、干出仁率、种仁含油率、鲜果含油率最高，在P3处理下的单株含油量最高，但整体来说赣无12的产量最低，与罗汉东等[31]的研究不同，这主要与油茶自身的遗传特性有关。长林23在P0和P3处理下的干出籽率和产量最高，在P3处理下的干出仁率、种仁含油率、鲜果含油率和单株含油量最高，长林55在P1处理（单株施磷量34.55 g）下的干出籽率、干出仁率、种仁含油率、鲜果含油率、产量和单株含油量最高，而叶片磷组分含量对长林23的果实经济性状指标影响最大，长林55 的叶片磷组分含量对果实经济性状指标无显著影响。后续有必要研究叶片磷吸收效率与磷功能基因的关系以及磷酸酶与磷组分的关系，筛选磷高效基因型油茶，提高油茶体内磷素的利用能力，以克服南方红壤磷素缺乏的养分限制因子的不利影响。

3.2 结论

在合理添加氮肥和钾肥的基础上，适宜的磷添加会增加无机磷、糖磷和残余磷的含量，对核酸磷的含量影响不显著，但不同品种的磷组分分配也存在差异。4个品种中，长林23与赣无2比较耐低磷环境，赣无2 的产量最高，在栽培时，应优选赣无2。长林23、赣无2、赣无12 的叶片磷组分含量对果实经济性状指标的影响较大，因此在油茶施肥和养分管理过程中，应根据不同油茶品种调整施肥比例，科学合理增施磷肥，以克服南方红壤磷素缺乏的养分限制因子的不利影响，提高油茶产量。