洋紫荊葉綠素含量的分布特征及與葉片氮含量的關(guān)系

賈朋 錢磊 羅樹凱 鄭丹菁 李浩 陳婉穎 陳勇

摘要：文章為探討洋紫荊葉片SPAD值的分布特征及其與葉綠素及葉片氮含量之間的關(guān)系，采用SPAD-502.葉綠素計、分光光度法和微量凱氏定氮法分別測定了洋紫荊葉片的SPAD值、葉綠素含量和葉片氮含量。結(jié)果表明，洋紫荊同一葉片不同部位的SPAD值分布表現(xiàn)為葉基>葉中>葉尖，其中，葉基與葉尖存在顯著差異（P<0.05）;SPAD值的最佳測定部位為葉片中部;洋紫荊SPAD值與葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素含量均呈現(xiàn)極顯著（P<0.01）相關(guān)，可以采用線性模型預測其葉綠素含量;洋紫荊葉綠素總含量、SPAD值均和葉片氮含量存在極顯著（P<0.01）的正相關(guān)，葉綠素含量的相關(guān)系數(shù)的相關(guān)性更高一些;可以用SPAD值估算洋紫荊的葉片全氮含量并進行快速的氮素營養(yǎng)診斷。

關(guān)鍵詞：洋紫荊，葉片，SPAD值，葉綠素，氮含量

DOI：10.12169/zgcsly.2018.12.07.0001

洋紫荊（Bauhiniavariegate?L.）隸屬蘇木科、羊蹄甲屬（Bauhinia），是華南地區(qū)廣泛應(yīng)用的鄉(xiāng)土樹種[1]洋紫荊花朵形態(tài)好看，略帶香味，開花時節(jié)花團錦簇，先花后葉，極具觀賞價值，是廣州“花城花景”建設(shè)的主要觀花樹種，近年來受到較多的關(guān)注[2-3]在管護過程中，氮肥施用量過小會影響洋紫荊葉片中葉綠素的合成，出現(xiàn)葉色變淺甚至黃化，從而影響植株的生長發(fā)育;

施用量過大會使洋紫荊長期處于營養(yǎng)生長階段，減少花芽的形成，甚至造成燒苗，還會造成肥料的浪費和環(huán)境污染[4]。因此，協(xié)調(diào)植株氮素的供需平衡是洋紫荊管護的重要內(nèi)容之一，而這依賴于對植株尤其是葉片的氮素狀況進行快速、精準的診斷和評價[5-6]。

通過取樣實測氮含量是最準確的方法，但這種方法需要對植物進行破壞性取樣，并進行試驗分析，具有一定的滯后性”。葉片氮含量與葉綠素含量密切相關(guān)[8]，因此，可以通過葉片葉綠素含量對葉片氮含量進行營養(yǎng)診斷。SPAD葉綠素測儀可以通過比較葉片投射光的光密度差異得到.SPAD值，從而間接測定葉片的葉綠素相對含量[9-10]，因此，也可以通過SPAD值進行葉片氮素營養(yǎng)診斷。目前，SPAD葉綠素測儀葉片氮素營養(yǎng)診斷法已經(jīng)在農(nóng)業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用研究，主要集中在水稻[7]、小麥[5]、棉花[11]、甘藍[12]等經(jīng)濟作物上，在喬木尤其是園林樹種上的研究少見報道。為此，本文以洋紫荊為研究對象，研究其葉片SPAD值的空間分異特征，建立葉片的SAPD值與葉綠素含量和葉片氮含量之間的回歸模型，探討模型的適用建模條件，旨在通過葉片SPAD值預測其葉綠素含量及葉片影響狀況，以期為SPAD-502葉綠素計的應(yīng)用提供理論參考和有效建議。

1材料與方法

1.1試驗點概況及試驗材料

試驗于廣州華南農(nóng)業(yè)大學校內(nèi)進行，華南農(nóng)大地理坐標北緯23°06’、東經(jīng)113°18'。屬南亞熱帶季風氣候，年平均氣溫21.6°C，最冷月（1月）多年均值為13.3°C，最熱月（8月）多年均值為28.19°C。年降雨量1899.8mm，4～9月為雨季，占全年降水量的85%左右，10月份至翌年3月為旱季[13]。

于廣州華南農(nóng)業(yè)大學選取4個地點取樣，每個地點選取洋紫荊5株，每株樣本在各個方向均勻采集成熟葉片8片，所采集的葉片均為健康葉片。避免有病蟲害、過老、過嫩的葉片。現(xiàn)場測定葉片SPAD值，測定后裝進信封，置于冰盒中，帶回實驗室測定葉綠素含量和葉片含氮量。

1.2樣品測定及分析

采用便攜式SPAD-502葉綠素計對洋紫荊葉片SPAD值進行現(xiàn)場測定。將每片待測葉片按主脈長度等量劃分為葉尖（Apex）、葉中（Middle）和葉基（Base）3部分，再以主脈為中界將每個部分劃分為左（Left）、右（Right）兩區(qū)，一共劃分6個分區(qū)，參照柯嫻氡等[14]對葉片SPAD值的.測定方法進行測量。

葉綠素含量測定采用乙醇一丙酮混合液法[15]，測定葉片中的葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）和總?cè)~綠素的含量（ChlT）。葉片含氮量采用微量凱氏定氮法測定[16]。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

用Microsoft?Excel?2016對數(shù)據(jù)進行整理，用Sigmaplot14.0作圖，用SPSS?19.0對數(shù)據(jù)進行相關(guān)性檢驗、方差分析及Duncan多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1葉片SPAD值和葉綠素含量

洋紫荊的葉片SPAD值和葉綠素含量見表1，洋紫荊葉片SPAD值波動范圍為27.9～41.0，葉綠素a含量為1.100～1.802mg/gFW，葉綠素b含量為0.621～1.633mg/gFW，總?cè)~綠素含量為1.527～3.436mg/gFW?？梢钥闯觯~片SPAD值的變異系數(shù)最小，葉綠素b的變異系數(shù)最高。葉綠素實測值的平均變異系數(shù)為17.31%，明顯高于葉片SPAD值的變異系數(shù)，表明葉片SPAD值測量結(jié)果更加穩(wěn)定。

2.2不同葉片部位的SPAD值

洋紫荊葉片不同部位的SPAD值比較如圖1所示。洋紫荊葉片不同部位的SPAD值表現(xiàn)為葉基（34.4）>葉中（33.6）>葉尖（32.9）。方差分析可知葉基SPAD值顯著（P<0.05）高于葉尖。葉片SPAD值分布呈現(xiàn)出從葉尖到葉基逐漸增大的規(guī)律，葉中均值和葉片均值最為接近，能夠代表葉片SPAD值的平均水平。

葉片SPAD值在洋紫荊葉片左右兩區(qū)表現(xiàn)為左區(qū)（34.0）>右區(qū)（33.2），葉尖、葉中和葉基SPAD值均表現(xiàn)出左區(qū)高于右區(qū)，但這種差異只在葉基部達到顯著（P<0.05）水平。

2.3葉片SPAD值與葉綠素含量的相關(guān)性，

葉綠素值和SPAD值均可以反應(yīng)葉片葉綠素含量的多少，但前者是絕對含量，后者是相對含量。為了更加準確地分析葉片SPAD值和葉綠素含量之間的函數(shù)關(guān)系，采用線性模型、對數(shù)模型、冪指數(shù)模型和指數(shù)模型進行回歸分析（表2）。4種模型在葉片SPAD值和葉綠素含量之間的相關(guān)性均達到了極顯著水平（P<0.01），且方程的相關(guān)系數(shù)（R2）均高于0.7，表明葉片SPAD能較好地表達葉綠素含量的變化趨勢，且4種方程均能較好地擬合兩者之間的關(guān)系。葉片SPAD值和葉綠素a含量的數(shù)學模型中，對數(shù)模型的R2最高，表明他們之間的關(guān)系最適合用對數(shù)模型描述，線性模型次之。而在葉片SPAD值與葉綠素b以及總?cè)~綠素含量之間更適合用線性模型擬合，其他3種模型的R2稍低。

2.4葉片SPAD值、葉綠素含量與葉片氮含量的相關(guān)性

洋紫荊葉片氮含量的波動范圍為15.257～28.514mg/g（表1）。葉片SPAD值、葉綠素總含量與葉片氮含量之間均呈現(xiàn)顯著（P<0.01）正相關(guān)，葉綠素總含量與氮含量的相關(guān)系數(shù)（R2）略高?；貧w分析表明（圖2），葉片SPAD值和葉片氮含量之間的回歸方程為：y=6.9437x+4.2487（R2=0.7953**）。

3結(jié)論與討論

洋紫荊SPAD值在葉片不同部位分布表現(xiàn)為：葉基>葉中>葉尖，這與鐘全林等[17]對刨花楠和華東潤楠的研究結(jié)果相一致。葉基的葉綠素含量顯著（P<0.05）高于葉尖，說明林木葉片的葉肉組織發(fā)育過程是由葉片基部向葉尖逐步發(fā)育，葉尖葉肉組織的成熟程度相對較低[14]。葉片各個部位的葉綠素含量均能較好地反映總體葉綠素含量，但以中部葉片的相關(guān)性最佳。因此，采用SPAD儀測量葉片中部為最佳選擇。

王瑞等[18]在油茶葉片研究中發(fā)現(xiàn)，可以通過回歸方程利用SPAD值預測葉綠素a和總?cè)~綠素含量，不能預測葉綠素b含量。本研究中，SPAD值和葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量之間的擬合方程均達到了顯著性（P<0.01）水平。洋紫荊葉片SPAD值與葉綠素b以及總?cè)~綠素含量采用線性模型擬合效果最佳，而葉片SPAD值和葉綠素a含量的最佳回歸方程為對數(shù)模型，線性模型的擬合系數(shù)稍低。考慮到實際操作性，建議均采用線性模型進行預測葉片葉綠素含量。

SPAD葉綠素計的發(fā)明為植物氮素營養(yǎng)診斷提供了快速而有效的方法，該方法問世以來，已經(jīng)在小麥[5]、水稻[7、高山杜鵑[19]等植物的營養(yǎng)診斷中取得了良好效果，為其科學追肥提供了支撐。本研究中，洋紫荊葉綠素總含量、葉片SPAD值均和葉片氮含量間存在極顯著的正相關(guān)，葉綠素含量的相關(guān)系數(shù)的相關(guān)性更高一些。從本質(zhì)上來說，SPAD無損測定葉片氮含量的方法還是依據(jù)和應(yīng)用了葉綠素和氮含量之間的關(guān)系，只不過是用一種能夠快速檢測相對葉綠素含量的儀.器代替了化學試驗方法測定葉片葉綠素含量而已。本研究表明葉片SPAD值的高低可以作為判斷洋紫荊葉片氮素養(yǎng)分水平的標尺。SPAD葉綠素計無損、快速的測定優(yōu)勢可以對葉片進行實地測定和長期監(jiān)測，這在今后洋紫荊的管護中有著十分重要的作用。

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