缺铁及不同铁源对水培大白菜生物量光合参数和矿质元素含量的影响.docx

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缺铁及不同铁源对水培大白菜生物量光合参数和矿质元素含量的影响

缺铁及不同铁源对水培大白菜生物量、光合参数和矿质元素含量的影响

　　摘要：

以大白菜（BrassicapekinensisL.）为试材，研究缺铁处理和硫酸亚铁、柠檬酸亚铁、柠檬酸铁、EDTA-Fe这4种相同铁元素浓度铁源对水培大白菜生物量、光合参数和氮、磷、钾、钙、镁、铁元素含量的影响。

结果表明，与缺铁处理相比，加入不同铁源可显著提高大白菜植株的干质量、净光合速率、气孔导度，细胞间CO2浓度显著降低；不同铁源处理时，大白菜老叶中的全氮含量显著升高，镁含量显著降低；硫酸亚铁、柠檬酸铁处理时，大白菜根中的铁元素含量升高，柠檬酸亚铁处理时，大白菜根和新叶中的铁元素含量升高；柠檬酸亚铁处理时，大白菜新叶和老叶的钙含量、新叶镁含量显著低于缺铁处理和其他铁源处理；不同铁源处理时，大白菜根中的磷含量相对最高，而缺铁处理时大白菜新叶中的磷含量相对最高。

　　关键词：

缺铁；大白菜；生物量；光合参数；矿质元素；柠檬酸亚铁

　　中图分类号：

S634.106文献标志码：

A文章编号：

1002-1302（2016）06-0275-03

　　收稿日期：

2016-01-14

　　基金项目：

山东省科技重大专项（新兴产业）（编号：

2015ZDXX0502B02）。

　　作者简介：

颜廷帅（1989―），男，山东临沂人，主要从事植物营养与新型肥料研究。

E-mail：

yanaiyanzhi@。

　　通信作者：

姜振升，硕士，农艺师，主要从事植物营养与新型肥料研究。

E-mail：

jzssdau@。

铁是植物必需的微量元素，参与植物光合作用和叶绿素合成，在植物氧化还原反应和电子传递过程中具有重要的作用[1]。

铁在土壤中虽然含量丰富，但植物体缺铁的现象仍然比较普遍，这是由于土壤中有效铁的含量很低，尤其在碱性土壤中，有效铁的浓度非常低[2]。

据统计，世界上约1/3的土壤为碱性土壤。

因此，土壤有效铁含量不足成为作物生长发育最大的限制因子之一[3]。

铁肥的施用可以改善土壤的缺铁状况。

最早的铁肥以无机铁源FeSO4?

7H2O和FeCl3为主[4]，后以有机态铁为铁源的营养液配方得到应用，但有机态铁性质不稳定在一定程度上限定了其应用[5]，对于以何种铁源作为铁肥仍存在争议。

本试验以大白菜（BrassicapekinensisL.）为供试材料，采用水培方式，设置缺铁和不同铁源处理，探究缺铁和不同铁源处理对大白菜生长、光合参数和矿质元素含量的影响，为铁肥的合理施用提供参考。

　　1材料与方法

　　1.1供试材料

　　3～4张叶片的大白菜幼苗，由营养钵催芽生长。

供试水为蒸馏水，铁含量小于0.0001mg/L。

　　1.2方法及处理

　　试验于2015年9月5日开始，采用水培法。

选取长势一致的15株大白菜幼苗，转入1/2Hoagland和Arnon全浓度溶液[6]进行培养，每天通气2h；待大白菜幼苗生长7d，将大白菜幼苗随机分为5组，每组3株，分别移入缺铁、含硫酸亚铁（Fe2+）、柠檬酸亚铁（Fe2+）、EDTA-Fe（Fe3+、Fe2+混合物）、柠檬酸铁（Fe3+）的Hoagland和Arnon（全浓度）溶液中继续培养18d，每天通气2h，每7d更换1次营养液，不同铁源处理的铁元素浓度均为2.8mg/L；取样测定。

　　1.3测定项目与方法

　　1.3.1光合参数大白菜收获前，用英国PPSystems公司生产的CIRAS-2便携式光合作用测定仪，于09：

00―11：

00采用固定光强800μmol/（m2?

s）测定每株大白菜功能叶片相同叶位的细胞间隙CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（E）、气孔导度（Gs）和净光合速率（Pn）等光合相关参数。

　　1.3.2干质量将大白菜分为根、老叶、新叶3个部分，放于信封中置于干燥箱105℃杀青30min，75℃烘干至恒质量，称量根系和地上部的干质量。

样品备存，用于测定氮、磷、钾、钙、镁、铁元素含量。

　　1.3.3主要元素含量测定将烘干的大白菜干样磨碎，准确称取0.200g，用H2SO4-H2O2联合消煮法煮至澄清，氮、磷、钾含量分别采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法、火焰光度法测定[7]，钙、镁、铁含量采用ICP-AES法测定[8]。

　　1.4数据处理

　　试验数据采用MicrosoftExcel2007软件进行处理，采用SPSS16.0软件进行统计分析和差异显著性检验。

　　2结果与分析

　　2.1缺铁和不同铁源处理对水培大白菜生物量的影响

　　由表1可见，与缺铁处理相比，加入不同铁肥时，大白菜根系和地上部干质量均显著增加，不同铁源处理之间大白菜根系和地上部干质量无显著性差异；柠檬酸亚铁处理时，大白菜根系和地上部的干质量相对最大，较缺铁处理分别增加115.65%、176.98%。

　　2.2缺铁和不同铁源处理对水培大白菜光合作用的影响

　　由表2可见，与缺铁处理相比，不同铁源处理大白菜的净光合速率显著升高，其中，EDTA-Fe处理的大白菜净光合速率相对最高，较缺铁处理增加213.38%，与其他铁源处理的大白菜净光合速率无显著性差异；缺铁处理时，大白菜功能叶片胞间CO2浓度显著高于其他处理，这可能是由于缺铁导致光合电子传递受阻，进而抑制光合作用，造成CO2无法被吸收利用，使CO2在细胞间隙累积；不同铁源处理时大白菜的气孔导度均显著升高，其中，EDTA-Fe处理气孔导度相对最大，较缺铁处理增加了245.65%；大白菜细胞间隙CO2浓度较缺铁处理显著降低；柠檬酸亚铁处理时，大白菜的蒸腾速率相对最高，为3.10mmol/（m2?

s）。

另外，试验还表明，气孔导度值与净光合速率呈正相关，这与Wong等的研究结果[9]相同。

　　2.3缺铁和不同铁源处理对水培大白菜各组织元素含量和分布的影响　　2.3.1铁元素由表3可知，各处理大白菜，根中的铁含量相对最高，老叶次之，新叶最低；在根中，硫酸亚铁、柠檬酸亚铁、柠檬酸铁处理的铁含量较缺铁处理有显著上升，分别上升417.80%、226.67%、442.20%；在老叶中，各处理的铁含量无显著性差异；在新叶中，柠檬酸亚铁处理的铁含量显著高于其他处理，较缺铁处理增加了53.79%。

这说明硫酸亚铁、柠檬酸亚铁、柠檬酸铁促进了大白菜根系对铁的吸收，同时柠檬酸亚铁促进了铁向大白菜新叶运输；使用EDTA-Fe对大白菜根系铁的吸收和向地上部的转运无明显效果。

　　2.3.2氮、磷和钾元素由表4可知，不同铁源处理的大白菜全氮含量以新叶最高，老叶次之，根相对最低，缺铁处理大白菜根的氮含量高于老叶；在根中，硫酸亚铁处理的氮含量高于其他处理；在老叶中，不同铁源处理的氮含量均显著高于缺铁处理，其中硫酸亚铁处理最高；在新叶中，柠檬酸亚铁处理的氮含量较其他处理有显著降低。

由于氮是易移动的元素，缺氮情况下老叶中的氮会向新叶转移，导致老叶氮含量降低，缺铁抑制了大白菜对氮的吸收。

　　由表5可见，不同铁源处理的大白菜磷含量以根最高，新叶次之，老叶最低，缺铁处理的大白菜新叶中磷含量高于根；在根中，柠檬酸铁处理的磷含量高于其他处理；在新叶中，柠檬酸亚铁处理较缺铁处理的磷含量有显著降低；在老叶中，各处理的磷含量无显著性差异；缺铁情况下，新叶中磷含量最高，这是由于在缺铁情况下，磷向大白菜新叶的运输增加，对磷的吸收也增加。

　　由表6可知，各处理大白菜的钾含量以老叶最高，新叶次之，根最低；在根中，硫酸亚铁、柠檬酸铁处理的钾含量显著高于其他处理；在老叶中，各处理的钾含量无显著性差异；在新叶中，硫酸亚铁处理的钾含量相对最高，柠檬酸亚铁处理的钾含量最低。

　　2.3.3钙、镁元素由表7可知，各处理大白菜的钙含量以老叶最高；在根中，各处理的钙含量无显著性差异；在老叶、新叶中，柠檬酸亚铁处理的钙含量显著低于其他处理，柠檬酸亚铁抑制了钙向地上部的运输和分配。

　　由表8可知，各处理大白菜的镁含量以老叶最高，新叶次之，根最低；在根中，硫酸亚铁、柠檬酸铁处理的镁含量较其他处理有显著上升；在老叶中，不同铁源处理的镁含量较缺铁处理有显著降低；在新叶中，柠檬酸亚铁处理的镁含量较其他处理有显著降低，柠檬酸亚铁抑制了镁向地上部的运输和分配。

　　3结论与讨论

　　铁的缺乏影响植物体的生长和代谢，缺铁植物叶绿体片层结构发生变化，严重时叶绿体解体，光合电子传递链中断，净光合速率下降，同化产物的形成受阻[10]。

本试验缺铁大白菜表现出典型的缺铁黄化现象，净光合速率和生物量显著降低，与前人的研究结论[10]一致。

　　氮、磷、钾被称为肥料三要素，植物对氮、磷、钾的需要量较多，而土壤中含量较少，需要大量补充，而不同铁源的加入对氮、磷、钾在植物体内的含量和分布产生影响。

氮是植物生长发育需求量最大的营养元素，既是构成植物有机体的结构物质，也是植物生理代谢过程中起催化作用的物质[11]。

试验结果表明，缺铁处理大白菜老叶中的氮含量显著低于铁处理，这是由于缺铁抑制了大白菜对氮的吸收，而氮是可以重复利用的元素，氮含量不足情况下大白菜老叶中的氮会向新叶转移，从而造成老叶中氮含量显著降低。

有研究表明，植物体对铁、磷元素的吸收存在拮抗效应[12]。

本试验中，缺铁处理大白菜新叶中的磷含量相对最高，这表明在缺铁情况下磷向新叶的运输增加，大白菜对磷的吸收增加。

钾元素参与植物生长发育中许多重要的生理生化过程，在维持细胞膨压、调节酶的活性等过程中具有重要的作用，并且促进了光合作用的进程和光合产物的运输[13]。

本试验中，硫酸亚铁和柠檬酸铁处理的大白菜根中钾含量显著高于其他处理，表明加入这2种铁肥促进了大白菜对钾的吸收；而柠檬酸亚铁处理的大白菜新叶中钾含量显著低于缺铁处理，表明加入柠檬酸亚铁可能抑制了钾元素向地上部的转运。

　　镁和钙是植物所必需的中量元素，镁在光合作用、酶的活化和蛋白质合成等进程中具有重要作用[14]。

钙能稳定细胞壁和细胞膜的结构，存在于液泡中的钙具有渗透调节作用，细胞的正常有丝分裂需要少量钙的参与，钙作为第二信使在细胞转导中具有重要作用[15-16]。

钙含量不足容易引起大白菜干烧心[17]。

缺铁情况下，大白菜老叶中的镁含量有显著下降，可能是由于缺铁情况下叶绿素合成受阻，光合速率下降[18]。

缺铁情况下，柠檬酸亚铁处理老叶和新叶中的镁和钙含量有显著降低，这说明加入柠檬酸亚铁可能抑制了大白菜对钙和镁向地上部的转运。

　　总之，加入不同铁源，显著增加了大白菜的生物量和光合效率，促进了大白菜对氮的吸收，抑制了大白菜对磷的吸收；柠檬酸亚铁处理大白菜使其对铁的吸收效率相对最高，但抑制了对钾、钙、镁向地上部的转运；与其他铁源处理大白菜相比，EDTA-Fe处理的大白菜对铁的吸收相对最弱。

硫酸亚铁、柠檬酸铁处理对大白菜的生长、生物量和元素含量均有正向影响，然而考虑到土壤施肥过程中，硫酸亚铁遇空气易氧化，造成土壤中铁的有效浓度降低，因此，综合考虑，大白菜以柠檬酸铁作为铁肥相对较好。

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