殷文娟，吴玉霞，何天明，刘泽军，赵 越

（新疆农业大学 林学与园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

缺铁胁迫对3种梨砧木幼苗生理特性的影响

殷文娟，吴玉霞，何天明，刘泽军，赵 越

（新疆农业大学 林学与园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

为了筛选出适用于库尔勒香梨高效抗缺铁栽培的理想砧木品种，以大杜梨、杜梨和棉梨为试验试材，通过溶液培养，比较了缺铁胁迫对这3种梨砧木幼苗生理特性的影响情况。结果表明：在缺铁胁迫处理下，杜梨幼苗的根际酸化能力大于大杜梨和棉梨。缺铁处理的杜梨幼苗根系的Fe3＋的还原酶活性分别是相同处理下大杜梨和棉梨的2.0和4.7倍。棉梨对缺铁处理的反应最为敏感，其叶片在缺铁处理后的黄化程度最高；各处理下大杜梨和杜梨叶片的全铁含量（均在500 mg·kg－1·DW以上）均高于棉梨（450 mg·kg－1·DW以下）。缺铁处理不同程度地降低了各品种叶片的总铁含量，其中缺铁处理对棉梨的效应最为明显，其下降幅度达63 mg·kg－1·DW，达到显著水平。综合分析各个指标测定值后认为，3种供试梨砧木品种中，在水培条件下其抗缺铁性的大小顺序为：杜梨＞大杜梨＞棉梨。

大杜梨；杜梨；棉梨；缺铁胁迫；生理影响

铁是植物体内的必需微量元素，在植物的光合作用、呼吸作用等代谢中发挥着重要作用[1]。植物对铁的吸收和利用与根系所处的土壤特性密切相关，例如生长在钙质土壤下的库尔勒香梨（以下简称为“香梨”）极易产生缺铁性失绿黄化症[2]。另外，同一作物不同品种对缺铁胁迫的耐受性也有差异，如苹果砧木中的山定子Malus baccata(Linn.) Borkh.不抗缺铁，而小金海棠Malus xiaojinensisCheng et Jiang则表现出较高的抗缺铁性[3]。木梨Cydonia oblonga较杜梨Pyrus betulifoliaBunge cv. Duli和豆梨Pyrus calleryanaDecne.在盆栽条件下均表现出较高的耐缺铁性[4]。因此，利用不同砧木对缺铁胁迫抗性的差异进行基因型选择有望成为解决包括香梨在内的果树抗缺铁栽培的有效途径之一。

目前，香梨商业化栽培的主要砧木是杜梨，杜梨是20世纪70年代从内地引进新疆梨区的，因其耐盐碱，且种子量大，故曾一度解决了香梨规模化生产对大量砧木需求的难题，但在南疆钙质土壤下嫁接香梨后缺铁性黄化病的发生却较严重[5]。为此，徐庆岫曾设想利用新疆当地的梨作为砧木，以解决香梨缺铁性失绿黄化的生产难题[6]。基于此，文中以大杜梨Pyrus betulifoliacv. Daduli（杜梨的一个变种）、杜梨和棉梨Pyrus xinjiangcv. Mianli（新疆梨的一个土著品种）这3个品种的梨为砧木材料，通过溶液培养研究了不同供铁条件下3种梨砧木幼苗生理特性的差异，以期为筛选适用于香梨高效抗缺铁栽培的理想砧木品种（铁高效基因型）提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2013～2014年在新疆农业大学设施农业示范园区进行。以大杜梨、杜梨和棉梨作为梨砧木试验材料。大杜梨和杜梨的种子采自新疆巴州沙依东园艺场，棉梨的种子采自新疆农科院轮台国家果树资源圃。选择大小一致且饱满的种子，将灭菌的种子置于无菌河沙中，在4 ℃的环境中层积催芽。待种子露白后，播种于温室的营养土中，营养土的配比为草炭∶珍珠岩∶蛭石＝3∶1∶1。

1.2 方 法

1.2.1 溶液培养

选取高度一致、有5～7片叶的幼苗，将其置于1/2计量的营养液中培养两周，然后开始进行不同处理的溶液培养。营养液（mol·L－1）的组成分别为：K2SO40.75×10－3、Ca(NO3)22.00×10－3、MgSO40.65×10－3、KH2PO40.25×10－3、KCl 1.00×10－3、H3BO41×10－5、MnSO41×10－6、CuSO45×10－7、ZnSO41×10－6、(NH4)6Mo7O245×10－8、Fe-EDTA 1×10－4[7]。 对 供试的3种材料分别作缺铁（－Fe）和加铁（＋Fe）处理。每周换1次营养液，培养期间每天定时通气。试验在温室条件下进行，相对湿度为65%～85%。

1.2.2 根际pH值的动态监测

在不同铁处理的第7天更换营养液后开始监测根际pH值的动态变化情况。将营养液的初始pH值调为6.30，每天上午11:00时用PHS-2C型精密pH计测定营养液的pH值，连续监测6 d，监测期间不更换营养液。

1.2.3 根系Fe3＋还原酶活性的测定

在不同铁处理的第25天测定不同品种梨根系的Fe3＋还原酶活性。每次随机选取3株幼苗参照文献[8]的方法进行测定，重复3次，取其平均值作为该处理的还原酶活性值。设Fe(Ⅱ)-联吡啶的摩尔吸收系数为8 650 mol/(L·cm－1)，反应时间（t）为2 h，按下列公式计算其还原酶活性：

1.2.4 叶绿素含量的测定

随机选取相同部位中上部的叶片，采用丙酮提取叶绿素，用分光光度法测定叶片的叶绿素含量[9]。

1.2.5 植物体内全铁含量的测定

不同铁处理完毕后，采收叶片，预处理并烘干、粉碎，采用干灰化法[10]测定全铁含量。

1.2.6 数据处理

所有数据均为3次重复的平均值，采用DPS统计软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同铁处理对3种梨砧木幼苗根际营养液pH值的影响

不同铁处理对3种梨砧木幼苗根际pH值的影响情况如图1所示。从加铁（＋Fe）和缺铁（－Fe）处理的第7天起，3种梨砧木幼苗根际营养液的pH值均呈上升趋势。由图1可知，加铁处理后梨砧木幼苗营养液的pH值平均上升了2.27个单位，且各品种间无显著差异。各缺铁处理的梨砧木幼苗营养液其pH值的上升幅度平均为1.27个单位，但各品种间差异显著，如大杜梨缺铁处理的营养液其pH值上升了1.42个单位，而棉梨则上升了0.85个单位。由此可见，缺铁处理与加铁处理的幼苗，相比而言，尽管营养液的pH值都有不同程度的上升，但因其根系能向外大量分泌H＋，所以能够保持营养液pH值的基本稳定。另就不同品种而言，缺铁处理的营养液其pH值上升幅度的大小顺序为：棉梨＞大杜梨＞杜梨。

图1 不同铁处理对3种梨砧木幼苗根际营养液pH值的影响Fig. 1 Effect of different iron treatments on pH value of rhizosphere nutrient solution of three cultivars of pear rootstock seedlings

2.2 不同铁处理对3种梨砧木幼苗根系Fe3＋还原酶活性的影响

本研究结果表明，在相同的供铁水平下，不同梨品种砧木幼苗根系的Fe3＋还原酶活性存在一定的差异（如图2所示）。在缺铁和加铁处理下，杜梨的Fe3＋还原酶活性均大于大杜梨和棉梨，在缺铁条件下这种效应更加明显。缺铁处理的杜梨幼苗根系的Fe3＋还原酶活性最大，处理 2 h 可达到 13.9 µmol·g－1，分别是相同处理下大杜梨和棉梨幼苗根系Fe3＋还原酶活性的2.0和4.7倍。综合3种砧木材料在缺铁胁迫条件下Fe3＋还原酶活性的表现情况，我们初步认为，杜梨幼苗根系对Fe3＋的还原能力明显强于大杜梨和棉梨。

图 2 不同铁处理对3种梨砧木幼苗根系Fe3＋还原酶活性的影响Fig. 2 Effect of different iron treatments on Fe3＋ reductase activity in root system of three cultivars of pear rootstock seedlings

2.3 不同铁处理对3种梨砧木幼苗叶片叶绿素含量的影响

不同铁处理对3种梨砧木幼苗叶片叶绿素含量的影响情况如图3所示。在不同铁处理后的第20～54天，缺铁处理的梨砧木幼苗叶片叶绿素含量总体均呈先升后降的趋势，其原因是生长期叶片逐渐趋于成熟，其叶绿素含量逐渐升高，缺铁胁迫产生的叶绿素含量的下降效应表现出一个滞后期，所以缺铁处理20 d内一般检测不到叶绿素含量下降的现象。

而加铁处理的各品种梨砧木幼苗的叶片叶绿素含量在测定日期内均高于相应的缺铁处理，并在一个相对较高的水平上波动，大约在8月22日即处理第39天之后，加铁处理的幼苗叶片其叶绿素含量达到了最高值。在缺铁处理26 d之后，缺铁对其叶绿素含量的影响效应在各品种中逐渐显现出来，其中大杜梨和杜梨的叶绿素水平均高于棉梨。由此可见，缺铁处理对叶片叶绿素的影响效应是十分明显的，且棉梨的反应最为敏感。

2.4 不同铁处理对3种梨砧木幼苗叶片全铁含量的影响

不同铁处理对3种梨砧木幼苗叶片中的全铁含量的影响情况如表1。由表1可知，缺铁处理不同程度地降低了3种梨砧木幼苗叶片中的总铁含量。但是，各品种幼苗叶片总铁含量的下降幅度间差异较大，其中缺铁处理对棉梨的效应最为明显，其总铁含量的下降幅度达到63 mg·kg－1·DW，显著性测验结果达到显著水平，大杜梨和杜梨均未达到统计学意义上的显著差异水平。方差分析结果表明，无论缺铁处理还是加铁处理，大杜梨、杜梨和棉梨叶片中的全铁含量均存在显著差异（P＜0.05）。其中，大杜梨和杜梨砧木幼苗叶片中的全铁含量均在500 mg·kg－1·DW以上，而各处理的棉梨叶片全铁含量却均在450 mg·kg－1·DW以下。由此可见，从砧木对缺铁胁迫的效应而论，大杜梨和杜梨比棉梨更优。

图3 不同铁处理对3种梨砧木幼苗叶片叶绿素含量的影响Fig. 3 Effect of different iron treatments on chlorophyll content in leaves of three cultivars of pear rootstock seedlings

表 1 不同铁处理下3种梨砧木幼苗叶片中的全铁含量†Table 1 Total iron content in leaves of three cultivars of pear rootstock seedlings under different iron treatments

3 结论与讨论

植物铁营养诊断方法受到植物种类、发育阶段、生态条件、环境条件等因素的影响。在对同一树种不同品种进行抗缺铁性的筛选中，合适的生理指标和实验手段的选择至关重要。如张福锁采用动态监测的根际pH值、叶绿素含量和根细胞原生质Fe3＋还原能力等指标作为苹果抗缺铁基因型差异的生理生化筛选指标[11]；而安华明在研究缺铁胁迫对川梨的生理影响中选用了叶绿素含量、光合速率、CAT和POD酶活性以及有效铁等指标作为其表征指标[12]；韩振海在筛选抗缺铁苹果砧木中则采用了水培、沙培和田间培养相结合的研究手段，以叶片中的铁含量、叶绿素含量作为筛选指标[3]；李含芬等人采用根系Fe3＋还原酶活性这一指标研究了缺铁胁迫对沙梨叶片缺铁黄化的影响情况[13]；廖阳在研究油茶锰胁迫时则采用了MDA含量、SOD与POD活性等生化指标[14]。

综合前人的研究成果，结合我们前期以小麦为试材的预备实验结果[15]，在本研究中选用了两个根系生理指标（根际pH值和根系Fe3＋还原酶活性）和两个叶片生理指标（叶绿素含量和总铁含量）对3种梨砧木进行了抗缺铁性的评价与筛选。从各指标之间的吻合度和相关度来看，这四个生理指标从不同角度不同水平综合反映了梨砧木铁素代谢的过程和特征，各指标之间存在较好的逻辑关系，指标选择的科学性和代表性保证了结果的可靠性。

缺铁可导致植物根系有机酸分泌量增加，使得根际pH值下降，根际中的Fe3＋被还原为Fe2＋，进而被根系吸收，因此，缺铁胁迫条件下植物根际的酸化能力可以视为植物铁高效基因型的筛选指标之一。本研究结果显示，3种梨砧木幼苗从处理的第7天起，其根际的pH值出现了明显的变化。缺铁处理的幼苗其根际pH值比加铁处理的幼苗上升缓慢，其中缺铁处理的杜梨幼苗其根际pH值的上升幅度最小，根际酸化能力最强，表明在缺铁条件下杜梨对环境中的Fe2＋有较好的吸收能力。Chaney等人早在1972年就曾证明了植物必须先通过根系生长介质中的Fe3＋被还原为Fe2＋才能吸收铁，植物根系对Fe3＋的还原能力已成为衡量植物从生长介质中获取铁能力的指标[16]。

因此，当生长介质中可供的铁元素较少时，根系Fe3＋还原酶活性的大小直接关系到植物体能获得铁元素的多少。本研究结果表明，杜梨根系中的Fe3＋还原酶活性最高，而棉梨的Fe3＋还原酶活性最低，说明杜梨比大杜梨和棉梨有更强的Fe3＋还原能力，更能有效利用环境中的铁元素。在对各处理幼苗叶片叶绿素含量的测定中发现，缺铁胁迫和正常供铁的大杜梨、杜梨幼苗其叶绿素含量的差异不大，而与棉梨的叶绿素含量间则存在显著差异。马春晖等人对杜梨、木梨和豆梨3种梨砧木在钙质土壤中的耐缺铁性的研究结果表明，杜梨的叶绿素含量最高，并且在高pH值的钙质土壤中，其铁含量比其他品种也要高[4]。本实验结果印证了这一结果。

综上所述，在水培条件下，在本研究选用的3种梨砧木中，相对于大杜梨和棉梨而言，杜梨在其根际酸化能力、根系Fe3＋还原酶活性以及叶片中的叶绿素含量、全铁含量等生理指标上均表现出较好的抗缺铁适应性。但如前所述，杜梨在南疆钙质土壤中抗缺铁性并不能满足当前库尔勒香梨生产的实际需求，因此，以杜梨为对照，在下一步研究中扩大抗缺铁砧木的筛选范围十分必要。新疆具有丰富的地方梨品种，在这些地方品种砧木资源中选择抗缺铁砧木大有希望。另外，目前水培和沙培与田间土壤条件的差异甚大，提高选择效率必须采用水培与田间筛选相结合的研究方法，同时应该关注不同砧木在嫁接主栽品种后的生理反应，这样的研究结果对生产才具有实际的指导意义。

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Effects of iron de fi ciency stress on physiological characteristics of three cultivars of pear rootstock seedlings

YIN Wen-juan, WU Yu-xia, HE Tian-ming, LIU Ze-jun, ZHAO Yue
(College of Forestry and Horticulture, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, Xinjiang, China)

In order to select out the ideal rootstock cultivars suitable for high resistant cultivation of Kuerle Fragrant Pear to iron de fi ciency, taking Daduli (Pyrus betulifoliacv. Daduli), Duli (P. betulifoliaBunge cv. Duli ) and Mianli (P.xinjiangcv．Mianli ) as materials, the effects of iron de fi ciency stress on physiological characteristics of three cultivars of pear rootstock seedlings were studied by solution culture. The results indicated that the acidi fi cation capacity of Duli seedlings was greater than that of Daduli and Mianli, under iron deficiency stress. Under iron deficiency stress, Fe3+reductase activity in root system of Duli seedlings was 2.0 times of Daduli and 4.7 times of Mianli, respectively. Mianli was the greatest sensitive to iron de fi ciency stress, and demonstrated the highest level of leaf chlorosis. In all treatments, total iron contents of Daduli and Duli leaves (over 500 mg·kg－1DW) were higher than that of Mianli (under 450 mg·kg－1DW).Iron de fi ciency stress reduced total iron content in leaves of tree cultivars at different level. Iron de fi cient stress exhibited the most signi fi cantly effects on Mianli, and total iron content in leaf declined 63 mg·kg－1DW. The results of comprehensive analysis indicated that the iron-de fi ciency resistance sequence of the three pear rootstocks was Duli＞ Daduli＞ Mianli．

Pyrus betulifoliacv. Daduli;P. betulifoliaBunge cv. Duli;P. xinjiangcv. Mianli; iron de fi ciency stress;physiological effect

S661.2

A

1003—8981(2015)02—0124—05

2014-05-24

国家自然科学基金项目（31160382）；新疆农业大学果树学新疆维吾尔自治区重点学科建设项目（201007）。

殷文娟，硕士研究生。

何天明，教授，博士。E-mail：hetianming@eyou.com

殷文娟,吴玉霞,何天明,等.缺铁胁迫对3种梨砧木幼苗生理特性的影响[J].经济林研究,2015,33(2):124－128.

10.14067/j.cnki.1003-8981.2015.02.022

http: //qks.csuft.edu.cn

[本文编校：伍敏涛]