低鎂脅迫對桑葉酶活性?礦質(zhì)元素及光合特性的影響

摘要 ［目的］研究不同濃度梯度的鎂處理下桑葉生長及生理生化特性的變化，為桑樹施肥提供理論依據(jù)。［方法］用不同濃度梯度的含鎂營養(yǎng)液，處理相同生長環(huán)境下粵椹大十幼苗，測定處理后桑葉酶活性、礦質(zhì)元素含量及光合特性的變化。［結(jié)果］不同濃度的含鎂營養(yǎng)液處理桑樹后，酶活性呈不同的變化趨勢，礦質(zhì)元素的變化趨勢為低濃度的營養(yǎng)液處理桑葉全N含量比高濃度處理顯著降低，但其Ca、Mg含量均顯著增加，桑葉的光合指標(biāo)均表現(xiàn)為Mg24gt; Mg6gt; Mg0。［結(jié)論］鎂元素是桑樹正常生長發(fā)育過程中必不可少的元素，Mg24是保證桑樹正常生長發(fā)育的最適濃度。

關(guān)鍵詞 低鎂；礦質(zhì)元素；酶活性；光合特性

中圖分類號 S 888" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A" 文章編號 0517-6611（2025）04-0136-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.04.028

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

The Effects of Low Magnesium Stress on Enzyme Activity，Mineral Elements，and Photosynthetic Characteristics of Mulberry Leaves

LIU Zhong xian1，YANG Jing2，ZHOU Jing1" et" al

（1.Chongqing Three Gorges Academy of Agricultural Sciences，Chongqing" 404155;2.Chongqing Three Gorges College，Chongqing 404155）

Abstract ［Objective］This article provides a theoretical basis for the fertilization of mulberry trees by studying the changes in growth and physiological and biochemical characteristics of mulberry leaves under different concentration gradients of magnesium treatment.［Method］Using magnesium containing nutrient solutions with different concentration gradients， Yueshenda 10 seedlings were treated in the same growth environment.The changes in enzyme activity，mineral element content，and photosynthetic characteristics of mulberry leaves were measured after treatment.［Result］After treating mulberry trees with different concentrations of magnesium containing nutrient solutions，enzyme activity showed different trends.The trend of mineral element changes was that the total N content of mulberry leaves was significantly reduced in low concentration nutrient solutions compared to high concentration treatments，but their Ca and Mg contents were significantly increased.The photosynthetic indicators of mulberry leaves were all Mg24gt;Mg6gt;Mg0.［Conclusion］ Magnesium is an essential element in the normal growth and development of mulberry trees.Mg24 is the most suitable concentration to ensure the normal growth and development of mulberry trees.

Key words Low magnesium;Mineral elements;Enzyme activity;Photosynthetic characteristics

基金項目 2023年繭絲綢發(fā)展項目（20230226151849301）；2023年重慶市產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（CQMAITS202311-8）。

作者簡介

劉忠賢（1989—）， 女，山東濟(jì)寧人，農(nóng)藝師，碩士，從事桑樹育種與栽培研究。

*通信作者，正高級農(nóng)藝師，博士，從事桑樹資源與育種栽培研究。

收稿日期 2024-06-24

桑樹（Morus alba）屬桑科，是一種多年生落葉喬本植物。桑樹因其具備較高的經(jīng)濟(jì)價值、藥用價值、生態(tài)價值而被人們廣泛種植^［1］。但我國土壤中有效鎂含量偏低，約有54%的土壤需要不同程度地補(bǔ)充鎂肥^［2］，且南方地區(qū)紅壤偏多，更易造成鎂元素的流失^［3-4］。桑園普遍施用 N、P、K 肥，有機(jī)肥施用量偏低，加之K+、Ca²⁺、H+、NH⁴⁺等離子與Mg²⁺發(fā)生拮抗作用，導(dǎo)致土壤中Mg²⁺含量被大量消耗，最終使得桑樹缺鎂現(xiàn)象普遍存在。因此，探討鎂脅迫對桑樹生理特性的影響，對桑樹產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有重要意義。鎂是植物生長必需元素，僅次于氮、磷、鉀的第四大元素，是細(xì)胞中含量最多的游離二價陽離子^［5］。鎂是植物體內(nèi)多種酶的活化劑，影響植物碳氮代謝、抗氧化系統(tǒng)等^［6-11］。虎麗霞等^［12］研究發(fā)現(xiàn)鎂缺乏時芹菜葉片的過氧化物酶（POD）活性顯著增強(qiáng)，超氧陰離子含量顯著降低。陳偉立等^［13］研究表明，砂糖橘植株缺鎂會導(dǎo)致葉片葉綠素含量降低，過氧化氫（H 2O 2）、丙二醛（MDA）含量增加，過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性提高。曲俊儒等^［14］研究表明低鎂和高鎂濃度均使蕨麻幼苗葉片中葉綠素含量及光合作用光化學(xué)效率顯著降低，而適宜的鎂元素供給可以有效提高植株光合作用效率，有利于植株生長發(fā)育。此外研究表明外界環(huán)境鎂含量低時，植株對鎂的吸收和積累也會減少，同時還會影響其他元素的吸收和在各組織或器官的積累^［15-16］。目前，人們對植物鎂脅迫的生理研究較多，但對鎂脅迫下桑葉生理特性的報道較少。因此，筆者研究了鎂脅迫下桑葉防御酶活性、礦質(zhì)元素含量及光合特性的變化，旨在為桑樹施肥技術(shù)研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

果桑品種粵椹大十幼苗，為重慶三峽農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所培育，2021年6月將紅果二號種子播種，2021年12月移栽至營養(yǎng)缽，2022年5月取接穗嫁接至紅果二號砧木上，正常管理。2023年3月，將幼苗從營養(yǎng)缽中取出，洗凈附土后栽至盛有細(xì)砂的塑料盆中，用蒸餾水澆灌15 d。

1.2 試驗設(shè)計

待幼苗萌發(fā)出新葉時，用 1/2 濃度 Hoagland 營養(yǎng)液和無鎂的 Aron 全濃度營養(yǎng)液澆灌，待長出7～8片新葉時即開始進(jìn)行鎂營養(yǎng)梯度脅迫，設(shè)置3個供鎂濃度梯度，分別為鎂缺乏 0 mmol/L（Mg0），鎂不足 0.25 mmol/L（Mg6），鎂正常 1 mmol/L（Mg24），每個處理3株。分別在處理后0、5、10、15、25 d取樣測定酶活性變化，試驗處理后60 d進(jìn)行光合作用測定，并進(jìn)行拍照記錄。

1.3 測定項目與方法

選擇健康無損害的桑葉，利用NKY052型紫外可見分光光度計（尤尼柯（上海）儀器有限公司）測定過氧化氫酶（CAT）^［17］、超氧化物歧化酶（SOD）^［18］、過氧化物酶（POD）^［19］、多酚氧化酶（PPO）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）^［18］，具體步驟參照索萊寶試劑盒說明書（試劑盒購自北京索萊寶科技有限公司）。

采用H 2SO 4-H 2O 2消煮，并分別利用堿解擴(kuò)散法、鉬銻抗比色法和火焰光度計法測定全氮、全磷和全鉀的含量^［20］；采用干灰化法對樣品進(jìn)行處理，利用Evolut TION one Plus紫外可見分光光度計（武漢沃孚科技有限公司），采用原子吸收光譜法測定Ca、Mg含量^［21］。

利用便攜式光合儀器，選擇晴天無雨的09：00—11：00，每株樹4個方位各選定一片葉片，用于測定桑葉光合指標(biāo)（凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2007軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)，SPSS 26.0軟件進(jìn)行方差分析，Origin 2021軟件繪制圖形。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎂脅迫對桑樹葉片、根系生長的影響

桑葉在鎂脅迫處理下出現(xiàn)了不同的生理現(xiàn)象。Mg0處理的桑樹結(jié)葉量較少，成熟葉片的葉肉部分退綠嚴(yán)重，葉片光澤度減弱。Mg6處理下的桑葉成熟較慢，葉片大多偏嫩小，且葉色澤開始由淺綠變?yōu)辄S綠。Mg24 處理下，桑樹長勢較好，葉片肥厚，深綠，光滑，成熟葉片居多（圖1）。

鎂脅迫下桑樹幼苗根系生長形態(tài)見圖1，不同處理的主根與須根長度表現(xiàn)出一定程度的變化，Mg24處理根系生長較好，須根茂盛，呈淡黃色；Mg6、Mg0低鎂濃度脅迫抑制了根系的生長，隨著鎂濃度的降低，須根數(shù)量明顯降低，嚴(yán)重影響了根系對外界水分和無機(jī)營養(yǎng)的吸收。

2.2 鎂脅迫對桑葉還原性酶活性的影響

由圖2可知，0～25 d，Mg24處理下的桑葉SOD活性變化不大，Mg0則表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，Mg6在測定前期較高，在處理后15 d下降。且在處理后0～10 d時，桑葉SOD活性表現(xiàn)為Mg6gt;Mg0、Mg24，在處理后15～25 d，桑葉SOD活性則表現(xiàn)為Mg0gt;Mg6gt;Mg24。

Mg24處理下的桑葉POD活性在0～25 d呈直線下降趨勢，而Mg0處理下的桑葉POD活性波動較大，整體表現(xiàn)為上升—下降—上升—下降趨勢，Mg6處理0～10 d時葉片POD活性整體表現(xiàn)為Mg24gt; Mg6、Mg0，在15～25 d時則表現(xiàn)為Mg0gt; Mg6gt; Mg24。

Mg24處理下葉片PPO活性先緩慢上升后立即下降，Mg0處理下PPO活性波動較大，先立即下降后快速上升，隨即又呈現(xiàn)出直線下降趨勢，Mg6處理也呈相似的規(guī)律，除處理后5 d，其余測定時間內(nèi)，均表現(xiàn)為Mg0處理的桑葉PPO活性最高。

Mg0、Mg24處理對PAL活性也有影響，但Mg6處理下植株葉片在0～15 d PAL活性變化較平緩，25 d急劇升高。

Mg24處理下葉片CAT活性立即上升后緩慢下降，Mg0、Mg6處理下的桑葉CAT活性均呈上升-下降-上升的趨勢，除處理后25 d，其余測定時間內(nèi)，均表現(xiàn)為Mg24處理后的桑葉CAT活性最高。

2.3 鎂脅迫對桑葉礦質(zhì)元素的影響

由表1可知，鎂脅迫處理下的不同時間點，桑葉礦質(zhì)元素含量均有所不同。處理后5 d，Mg0處理下的桑葉全N含量最低，比Mg24顯著低82.5%，但Ca、Mg含量比Mg24顯著高17.94%、27.85%，各處理下的全P、全K含量差異不顯著。

處理后10 d，全P含量表現(xiàn)為Mg24gt; Mg6gt; Mg0，全N、Ca含量表現(xiàn)為Mg24gt; Mg0gt; Mg6，全K、Mg含量表現(xiàn)為Mg0gt; Mg24gt; Mg6。各處理全P、Ca、Mg含量均較處理后5 d降低。Mg0的全N含量相較于5 d提高348.32%，但與Mg24差異不顯著，Mg0處理全P、Ca、Mg含量相較于處理后5 d分別降低了33.33%、62.48%、40.68%，全K含量則有所提高。

處理后25 d，桑葉Ca含量表現(xiàn)為Mg24gt; Mg6gt; Mg0，而全N、全P、全K含量表現(xiàn)為Mg6gt; Mg24gt; Mg0。且各處理的全N含量相較于處理后10 d分別提高了6.16%、42.80%、20.88%，而全P、全K含量雖然比處理后10 d有所提高，但在處理后25 d時，各處理之間差異不顯著，Ca、Mg含量相較于處理后5 d均有所降低。

2.4 鎂脅迫對桑葉光合特性的影響

由表2可知，Mg0處理的桑葉光合指標(biāo)（凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率）均表現(xiàn)為Mg24gt; Mg6gt; Mg0；Mg0處理的桑葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率分別比Mg24低51.81%、57.78%、57.83%、45.81%；Mg6處理的桑葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度與Mg24處理差異不顯著。

3 討論

營養(yǎng)液中鎂元素缺乏和鎂元素不足時，桑樹葉片的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)為結(jié)葉量較少，成熟較慢，葉片偏小，成熟葉片的葉肉部分退綠嚴(yán)重，葉片光澤度減弱，這可能與鎂是桑葉正常生長發(fā)育進(jìn)程中的必需元素有關(guān)。而葉肉退綠，主要與鎂元素參與葉綠素的合成有關(guān)，在鎂元素缺乏時葉綠素的合成進(jìn)程受阻。桑葉SOD活性表現(xiàn)為先上升后下降，而POD活性波動較大，整體表現(xiàn)為上升—下降—上升—下降的趨勢，PPO活性波動較大，先立即下降后快速上升，隨即又呈直線下降趨勢，CAT活性均呈上升—下降—上升的趨勢，鎂在還原性酶還原過程中有一定的作用，但具體如何參與桑葉還原性酶的還原過程有待進(jìn)一步研究。在用鎂缺乏的營養(yǎng)液對桑樹進(jìn)行處理5 d后，桑葉全氮含量顯著降低，表明鎂與桑葉中含氮化合物的合成呈正相關(guān)，鎂不足時，可促進(jìn)葉片對K、P、Ca等元素的吸收。鎂不足和鎂缺乏時，葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率均呈顯著下降趨勢，這主要與鎂元素參與合成葉片光合作用的葉綠素及在光合作用過程中有重要作用有關(guān)。

4 結(jié)論

鎂元素在植物生長發(fā)育過程中具有極其重要的作用，能夠保護(hù)光合膜，增強(qiáng)農(nóng)作物的光合作用，而植物缺鎂會導(dǎo)致葉綠體結(jié)構(gòu)遭到破壞，類囊體數(shù)目降低，各種酶的合成及活化過程受阻，影響植物體內(nèi)光合作用的正常進(jìn)行，為了使桑樹能夠正常的生長發(fā)育，在缺鎂的土壤環(huán)境中需增施鎂元素，才能確保桑樹正常開花結(jié)果。

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