楊虹霞 龍春瑞 劉紅明③ 曾 榮 李進學 毛加梅 付小猛岳建強

(1云南省農(nóng)業(yè)科學院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所 云南保山678000;2大理大學農(nóng)學與生物科學學院 云南大理671003)

葉綠素是綠色植物進行光合作用的物質(zhì)基礎，是植物葉片的主要光合色素，葉綠素含量是反應植物葉片光合能力及植株營養(yǎng)狀況的重要指標［1-2］，其含量的測定對植物的光合生理和逆境生理研究具有重要意義。目前葉綠素含量的測定方法主要有2種，一種是分光光度計法［3-4］，另一種是SPAD （Soiland plant analyzer development）葉綠素儀測定法，前者耗時、程序復雜，取樣時必須損傷葉片；而后者簡單省時，不需損傷葉片，近年來被越來越多的科學工作者所采用［5］。利用葉綠素儀測定的SPAD值可間接反映葉片的葉綠素含量及氮素含量等，被廣泛應用于測定葉綠素含量和葉片氮素含量［6-7］。

氮元素是葉綠素主要組成部分（葉綠素a和葉綠素b）中的重要元素。研究表明，一定范圍內(nèi)，作物葉片葉綠素含量與氮素水平呈正相關［8-9］，利用葉綠素儀測定的SPAD值不僅能間接反映植物葉片葉綠素的含量及氮素含量，還可進一步預測作物的產(chǎn)量［10］。目前，應用葉綠素儀對荔枝［11］、蘋果［12］、葡萄［13］、板栗［14］等果樹SPAD值與葉綠素、氮素含量的相關性進行研究已取得不少成果。研究結果表明，大部分植物葉片SPAD值與其葉綠素含量有著顯著的正相關關系［15-19］，可利用測定的SPAD值代入已建立的數(shù)學模型預測葉片葉綠素含量，但不同作物或者是同一作物的不同品種，其數(shù)學模型存在較大差異［20］。目前，對檸檬SPAD值與葉綠素含量、葉片氮素含量的相關性進行分析還未見報道。本試驗以4個檸檬品種的葉片為材料，研究了葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量、葉片氮素含量與SPAD值最佳數(shù)學模型的關系，旨在為生產(chǎn)中利用SPAD葉綠素儀估測檸檬葉片營養(yǎng)狀況、確定檸檬最佳的施肥時期及施肥量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況

試驗于2016年在云南省農(nóng)業(yè)科學院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所瑞麗市科研基地進行。試驗前（2015年），取本地耕層 （0～30cm） 的土壤，均勻搗碎，混勻除雜，取樣進行分析化驗，結果為：pH 5.89，有機質(zhì)2.47%，堿解氮、速效磷、速效鉀分別為112.00、8.94、196.69 mg/kg；有效鈣、有效鎂、有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳分別為 1 516.18、105.61、1.48、3.14、85.17、12.79 mg/kg；平均土壤容重1.71 g/cm3，田間最大持水量27.75%［21］。所屬區(qū)域為南亞熱帶季風氣候類型，最近十年年平均氣溫18.4～21.0℃，最高氣溫和最低氣溫分別為38.8℃、-2.1℃，年積溫6 400～7 300℃；年日照2 281～2 453 h；年降雨量1 400～1 700 mm。

1.1.2 試驗材料

供試材料為4號檸檬（Citruslimon‘No.4’）、康體萊羅（Citrus limonCarelelo）、錫啦古沙（Citrus limonXilagusha）和云檸1號（Citrus limon‘Yunning No.1’） ，共4個檸檬品種，苗齡為嫁接7個月的脫毒苗，砧木為枳殼砧，于2015年11月移栽至檸檬品種園內(nèi)。

1.2 方法

1.2.1 SPAD值和氮素含量的測定

采用植物營養(yǎng)速測儀TYS-4N（浙江托普公司）測定葉片葉綠素相對含量（SPAD值） 和葉片氮素含量。利用上述儀器測定葉片的前中后3個不同的位置（葉片的底部、中部和頂部，測定時避開葉脈）的SPAD值和氮素含量，計算其平均值，每個處理測6株樹，每棵樹重復3次。

1.2.2 葉片葉綠素含量的測定

將已測定過SPAD值的葉片采回，用95%乙醇浸泡法測定葉綠素a和葉綠素b含量，避光浸泡24 h后應用紫外可見分光光度計（日本島津UV1800）測定吸光度，二者之和為總葉綠素含量。

按以下公式計算提取液中葉綠素含量：

葉綠素a含量（Ca）＝13.95×D 665-6.88× D 649

葉綠素b含量（Cb）＝24.96×D 649-7.32× D 665

總葉綠素含量（CT）＝Ca+Cb

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計及相關性分析分別由Microsoft Excel 2013和SPSS 13.0統(tǒng)計分析軟件完成。

2 結果與分析

2.1 4個檸檬品種葉片SPAD值與葉綠素含量的測定結果

由圖1可看出，不同檸檬品種葉綠素含量和SPAD值均差異顯著，其中4號檸檬的葉綠素a含量、葉綠素b、葉綠素總量和葉片SPAD值在4個品種中均為最高，與其他3個品種相比差異顯著；4個檸檬品種葉片葉綠素a除4號檸檬與康體萊羅相互間差異顯著外，其他2個品種相互間差異不顯著；葉綠素b除4號檸檬外，其余3個品種相互間差異不顯著。

圖1 4個檸檬品種葉片SPAD值與葉綠素含量的測定結果

2.2 4個檸檬品種葉片SPAD值與葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量及葉片氮素含量的相關性分析

2.2.1 4個檸檬品種葉片SPAD值與葉綠素a含量的相關性

由表1可知，4種檸檬葉片的SPAD值（x）與葉綠素a含量（y）（mg/g，下同）之間的相關性極顯著，相關系數(shù)均在0.9以上，其中康體萊羅的SPAD值與葉綠素a含量的相關性最大。4號檸檬相關性最好的函數(shù)關系模型是指數(shù)模型y＝28.159e0.5111（r＝0.920**），而康體萊羅、錫啦古沙和云檸1號相關性最好的函數(shù)關系模型均為多項式模型，依次分別為y＝-40.362x2+158.23x-84.154（r＝0.950**）、y＝-910.02x2+3 008.2x-2 423.7（r＝0.923**）、y＝-262.69x2+907.21x-710.91（r＝0.948**）。

2.2.2 4個檸檬品種葉片SPAD值與葉綠素b含量的相關性

由表2可知，4種檸檬葉片的SPAD值（x）與葉綠素b含量（y）之間的相關性極顯著，相關性最大的函數(shù)關系模型各不相同。4號檸檬相關性最好的函數(shù)關系模型是冪模型y＝108.99x1.0069（r＝0.944**），康體萊羅相關性最好的函數(shù)關系模型是多項式模型y＝-596.16x2+775.77x-181.83（r＝0.905**），錫啦古沙相關性最好的函數(shù)關系模型是冪模型y＝355.91x3.3134（r＝0.909**），云檸1號相關性最好的函數(shù)關系模型是冪模型y＝274.84x2.4027（r＝0.947**）。4種檸檬的相關系數(shù)均在0.89以上，其中云檸1號和4號檸檬的SPAD值與葉綠素b含量的整體相關性較其他兩者大。

2.2.3 4個檸檬品種葉片SPAD值與葉綠素總含量的相關性

由表3可知，4種檸檬葉片的SPAD值（x）與葉綠素總含量（y）之間的相關性極顯著，相關性最大的函數(shù)關系模型各不相同。4種檸檬葉片SPAD值與葉綠素總含量的相關系數(shù)均在0.9以上，其中錫啦古沙的SPAD值與葉綠素總含量的相關性最大。4號檸檬相關性最好的函數(shù)關系模型是指數(shù)模型y＝27.205e0.3895x（r＝0.928**），康體萊羅相關性最好的函數(shù)關系模型是多項式模型y＝-27.761x2+143.3x-114.27（r＝0.944**），錫啦古沙相關性最好的函數(shù)關系模型是冪模型y＝4.3766x3.3371（r＝0.961**），云檸1號相關性最好的函數(shù)關系模型是多項式模型y＝-129.64x2+608.17x-641.01（r＝0.950**）。

2.2.4 4個檸檬品種葉片SPAD值與葉片氮素含量的相關性

由表4可知，4種檸檬葉片的SPAD值（x）與葉片氮素總含量（y）之間的相關性極顯著，相關性最大的函數(shù)關系模型各不相同。4號檸檬相關性最好的函數(shù)關系模型是多項式模型y＝0.002 8x2-0.346 8x+15.637（r＝0.816**），康體萊羅相關性最好的函數(shù)關系模型是多項式模型y＝-0.005x2+0.725 9x-20.863（r＝0.816**），錫啦古沙相關性最好的函數(shù)關系模型是指數(shù)模型y＝1.795 6e0.0162x（r＝0.993**），云檸1號相關性最好的函數(shù)關系模型是多項式模型y＝-262.69x2+907.21x-710.91（r＝0.948**）。4種檸檬相關性最優(yōu)的函數(shù)關系模型，其相關系數(shù)均在0.8以上，其中錫啦古沙的SPAD值與葉綠素總含量的整體相關性最大。

表1 4個檸檬品種葉片SPAD值與葉綠素a含量幾種數(shù)學模型的相關性

表2 4個檸檬品種葉片SPAD值與葉綠素b含量幾種數(shù)學模型的相關性

表3 4個檸檬品種葉片SPAD值與葉綠素總含量幾種數(shù)學模型的相關性

表4 4個檸檬品種葉片SPAD值與葉片氮素含量幾種數(shù)學模型的相關性

3 討論與結論

SPAD葉綠素儀測定結果受品種、測定葉位、發(fā)育時期、生長環(huán)境、生物與非生物脅迫等多個因素的影響［2，22］。因此，選擇多個品種來研究SPAD值與葉綠素及氮素含量的關系可較好地反應其關系，而且能更精確地對相應品種進行葉片氮素診斷、作物生長評價和F1代單株的品質(zhì)篩選［23-24］。

SPAD值與葉綠素含量的非線性關系已被大量研究工作驗證并闡述［25］。這種非線性關系的形成可能與葉綠素的不均勻分布和葉片表面的光反射、散射效應及SPAD計發(fā)射光源中的微分散射有關［26］。在本試驗中，4號檸檬葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量與SPAD值間5種數(shù)學模型的相關系數(shù)均達到0.9以上，其最優(yōu)函數(shù)模型是指數(shù)模型。康體萊羅的5種數(shù)學模型的相關系數(shù)在0.89以上，葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量與SPAD值的最優(yōu)函數(shù)模型是多項式模型。錫啦古沙的5種數(shù)學模型的相關系數(shù)均達到0.9以上，葉綠素a含量與SPAD值的最優(yōu)函數(shù)模型是多項式模型，與前人的研究結果［27］一致。葉綠素b含量與SPAD值的最優(yōu)函數(shù)模型是冪模型，葉綠素總含量與SPAD值的最優(yōu)函數(shù)模型是指數(shù)模型。云檸1號的5種數(shù)學模型的相關系數(shù)均達到0.9以上，葉綠素a含量、葉綠素總量與SPAD值的最優(yōu)函數(shù)模型是多項式模型，葉綠素b含量與SPAD值的最優(yōu)函數(shù)模型是冪函數(shù)。

本試驗通過對4個品種檸檬葉片葉綠素、氮素含量與SPAD值間的相關性進行比較分析后發(fā)現(xiàn)，SPAD值與葉綠素含量均呈極顯著正相關，SPAD值與氮素含量也呈極顯著正相關。4個檸檬品種葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量、氮素含量與SPAD值間的相關系數(shù)除康體萊羅（其在最優(yōu)函數(shù)關系模型下相關系數(shù)也達0.8以上）外均達0.8以上，其中錫啦古沙的最優(yōu)函數(shù)模型是指數(shù)模型，其他3種檸檬的最優(yōu)函數(shù)模型均為多項式模型。在分析的3種色素（CT、Ca、Cb）中，與SPAD值相關性最大的是Ca，這可能與Ca含量較高及SPAD葉綠素儀的發(fā)射光為650 nm的紅光有關，這與盧曉萍等［28］在小檗科植物上的研究結果一致。

本試驗中4個檸檬品種葉片SPAD值與葉綠素含量各指標間存在極顯著相關，最優(yōu)函數(shù)模型也有所差別，說明品種是影響檸檬葉片葉綠素含量和SPAD值的因素之一。由此可見，依據(jù)SPAD值預測葉綠素含量時應考慮不同品種對其產(chǎn)生的影響。4號檸檬葉片的CT、Ca、Cb和SPAD值最高，該品種可能具有較高的光合潛能，不同檸檬品種葉綠素含量與光合效率、產(chǎn)量、品質(zhì)間的關系有待進一步研究。

本研究建立了SPAD值和葉綠素含量之間的數(shù)學關系模型，在田間直接測定即可快速獲得檸檬葉片葉綠素含量，避免了實驗室復雜的提取及測定工作，同時又避免了對植株的損害，為不同品種檸檬葉綠素含量的快速測定提供了新的途徑，也為今后的栽培管理提供了有效數(shù)據(jù)。本研究結果表明，利用SPAD葉綠素儀快速、無損地測定活體檸檬葉片的葉綠素含量是可行的，可為確定檸檬最佳施肥時期及施肥量提供理論依據(jù)。