低镁胁迫对桑叶酶活性•矿质元素及光合特性的影响
作者： 刘忠贤 杨婧 周静 陈泉
摘要 ［目的］研究不同浓度梯度的镁处理下桑叶生长及生理生化特性的变化，为桑树施肥提供理论依据。［方法］用不同浓度梯度的含镁营养液，处理相同生长环境下粤椹大十幼苗，测定处理后桑叶酶活性、矿质元素含量及光合特性的变化。［结果］不同浓度的含镁营养液处理桑树后，酶活性呈不同的变化趋势，矿质元素的变化趋势为低浓度的营养液处理桑叶全N含量比高浓度处理显著降低，但其Ca、Mg含量均显著增加，桑叶的光合指标均表现为Mg24> Mg6> Mg0。［结论］镁元素是桑树正常生长发育过程中必不可少的元素，Mg24是保证桑树正常生长发育的最适浓度。
关键词 低镁；矿质元素；酶活性；光合特性
中图分类号 S 888 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2025）04-0136-04
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.04.028
开放科学（资源服务）标识码（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 Mg24>Mg6>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
基金项目 2023年茧丝绸发展项目（20230226151849301）；2023年重庆市产业技术体系项目（CQMAITS202311-8）。
作者简介
刘忠贤（1989—）， 女，山东济宁人，农艺师，硕士，从事桑树育种与栽培研究。
*通信作者，正高级农艺师，博士，从事桑树资源与育种栽培研究。
收稿日期 2024-06-24
桑树（Morus alba）属桑科，是一种多年生落叶乔本植物。桑树因其具备较高的经济价值、药用价值、生态价值而被人们广泛种植［1］。但我国土壤中有效镁含量偏低，约有54%的土壤需要不同程度地补充镁肥［2］，且南方地区红壤偏多，更易造成镁元素的流失［3-4］。桑园普遍施用 N、P、K 肥，有机肥施用量偏低，加之K+、Ca2+、H+、NH4+等离子与Mg2+发生拮抗作用，导致土壤中Mg2+含量被大量消耗，最终使得桑树缺镁现象普遍存在。因此，探讨镁胁迫对桑树生理特性的影响，对桑树产业的健康发展有重要意义。镁是植物生长必需元素，仅次于氮、磷、钾的第四大元素，是细胞中含量最多的游离二价阳离子［5］。镁是植物体内多种酶的活化剂，影响植物碳氮代谢、抗氧化系统等［6-11］。虎丽霞等［12］研究发现镁缺乏时芹菜叶片的过氧化物酶（POD）活性显著增强，超氧阴离子含量显著降低。陈伟立等［13］研究表明，砂糖橘植株缺镁会导致叶片叶绿素含量降低，过氧化氢（H 2O 2）、丙二醛（MDA）含量增加，过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性提高。曲俊儒等［14］研究表明低镁和高镁浓度均使蕨麻幼苗叶片中叶绿素含量及光合作用光化学效率显著降低，而适宜的镁元素供给可以有效提高植株光合作用效率，有利于植株生长发育。此外研究表明外界环境镁含量低时，植株对镁的吸收和积累也会减少，同时还会影响其他元素的吸收和在各组织或器官的积累［15-16］。目前，人们对植物镁胁迫的生理研究较多，但对镁胁迫下桑叶生理特性的报道较少。因此，笔者研究了镁胁迫下桑叶防御酶活性、矿质元素含量及光合特性的变化，旨在为桑树施肥技术研发提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
果桑品种粤椹大十幼苗，为重庆三峡农业科学院蚕桑研究所培育，2021年6月将红果二号种子播种，2021年12月移栽至营养钵，2022年5月取接穗嫁接至红果二号砧木上，正常管理。2023年3月，将幼苗从营养钵中取出，洗净附土后栽至盛有细砂的塑料盆中，用蒸馏水浇灌15 d。
1.2 试验设计
待幼苗萌发出新叶时，用 1/2 浓度 Hoagland 营养液和无镁的 Aron 全浓度营养液浇灌，待长出7～8片新叶时即开始进行镁营养梯度胁迫，设置3个供镁浓度梯度，分别为镁缺乏 0 mmol/L（Mg0），镁不足 0.25 mmol/L（Mg6），镁正常 1 mmol/L（Mg24），每个处理3株。分别在处理后0、5、10、15、25 d取样测定酶活性变化，试验处理后60 d进行光合作用测定，并进行拍照记录。
1.3 测定项目与方法
选择健康无损害的桑叶，利用NKY052型紫外可见分光光度计（尤尼柯（上海）仪器有限公司）测定过氧化氢酶（CAT）［17］、超氧化物歧化酶（SOD）［18］、过氧化物酶（POD）［19］、多酚氧化酶（PPO）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）［18］，具体步骤参照索莱宝试剂盒说明书（试剂盒购自北京索莱宝科技有限公司）。
采用H 2SO 4-H 2O 2消煮，并分别利用碱解扩散法、钼锑抗比色法和火焰光度计法测定全氮、全磷和全钾的含量［20］；采用干灰化法对样品进行处理，利用Evolut TION one Plus紫外可见分光光度计（武汉沃孚科技有限公司），采用原子吸收光谱法测定Ca、Mg含量［21］。
利用便携式光合仪器，选择晴天无雨的09：00—11：00，每株树4个方位各选定一片叶片，用于测定桑叶光合指标（净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率）。
1.4 数据统计分析
采用Excel 2007软件统计数据，SPSS 26.0软件进行方差分析，Origin 2021软件绘制图形。
2 结果与分析
2.1 镁胁迫对桑树叶片、根系生长的影响
桑叶在镁胁迫处理下出现了不同的生理现象。Mg0处理的桑树结叶量较少，成熟叶片的叶肉部分退绿严重，叶片光泽度减弱。Mg6处理下的桑叶成熟较慢，叶片大多偏嫩小，且叶色泽开始由浅绿变为黄绿。Mg24 处理下，桑树长势较好，叶片肥厚，深绿，光滑，成熟叶片居多（图1）。
镁胁迫下桑树幼苗根系生长形态见图1，不同处理的主根与须根长度表现出一定程度的变化，Mg24处理根系生长较好，须根茂盛，呈淡黄色；Mg6、Mg0低镁浓度胁迫抑制了根系的生长，随着镁浓度的降低，须根数量明显降低，严重影响了根系对外界水分和无机营养的吸收。
2.2 镁胁迫对桑叶还原性酶活性的影响
由图2可知，0～25 d，Mg24处理下的桑叶SOD活性变化不大，Mg0则表现出先上升后下降的趋势，Mg6在测定前期较高，在处理后15 d下降。且在处理后0～10 d时，桑叶SOD活性表现为Mg6>Mg0、Mg24，在处理后15～25 d，桑叶SOD活性则表现为Mg0>Mg6>Mg24。
Mg24处理下的桑叶POD活性在0～25 d呈直线下降趋势，而Mg0处理下的桑叶POD活性波动较大，整体表现为上升—下降—上升—下降趋势，Mg6处理0～10 d时叶片POD活性整体表现为Mg24> Mg6、Mg0，在15～25 d时则表现为Mg0> Mg6> Mg24。
Mg24处理下叶片PPO活性先缓慢上升后立即下降，Mg0处理下PPO活性波动较大，先立即下降后快速上升，随即又呈现出直线下降趋势，Mg6处理也呈相似的规律，除处理后5 d，其余测定时间内，均表现为Mg0处理的桑叶PPO活性最高。
Mg0、Mg24处理对PAL活性也有影响，但Mg6处理下植株叶片在0～15 d PAL活性变化较平缓，25 d急剧升高。
Mg24处理下叶片CAT活性立即上升后缓慢下降，Mg0、Mg6处理下的桑叶CAT活性均呈上升-下降-上升的趋势，除处理后25 d，其余测定时间内，均表现为Mg24处理后的桑叶CAT活性最高。
2.3 镁胁迫对桑叶矿质元素的影响
由表1可知，镁胁迫处理下的不同时间点，桑叶矿质元素含量均有所不同。处理后5 d，Mg0处理下的桑叶全N含量最低，比Mg24显著低82.5%，但Ca、Mg含量比Mg24显著高17.94%、27.85%，各处理下的全P、全K含量差异不显著。
处理后10 d，全P含量表现为Mg24> Mg6> Mg0，全N、Ca含量表现为Mg24> Mg0> Mg6，全K、Mg含量表现为Mg0> Mg24> Mg6。各处理全P、Ca、Mg含量均较处理后5 d降低。Mg0的全N含量相较于5 d提高348.32%，但与Mg24差异不显著，Mg0处理全P、Ca、Mg含量相较于处理后5 d分别降低了33.33%、62.48%、40.68%，全K含量则有所提高。
处理后25 d，桑叶Ca含量表现为Mg24> Mg6> Mg0，而全N、全P、全K含量表现为Mg6> Mg24> Mg0。且各处理的全N含量相较于处理后10 d分别提高了6.16%、42.80%、20.88%，而全P、全K含量虽然比处理后10 d有所提高，但在处理后25 d时，各处理之间差异不显著，Ca、Mg含量相较于处理后5 d均有所降低。