全 文 ：　文章编号 :100028551 (2001) 0320157206
缺镁对龙眼光合产物生产和分配的影响 3
李　延1 　刘星辉2 　庄卫民1
(11 福建农业大学土地与环境学系　福建 福州　350002 ;2. 福建农业大学园艺系　福建 福州　350002)
摘 　要 :缺镁对龙眼 ( Dimocarpus Longana Lour. )光合产物的生产和分配有明显的影响。
缺镁胁迫下 ,龙眼叶片单位面积和单位重量的叶绿素、类胡萝卜素含量均降低 ,光合
速率下降 ,叶绿体亚显微结构发生明显的改变 ,叶绿体中可见有大量的淀粉粒。随着
缺镁胁迫程度的加重 ,14 C - 光合产物在标记叶中的滞留量增加 ,输出率降低。叶片
非还原糖、淀粉含量增加 ,茎秆、根系的非还原糖尤其是淀粉含量降低。本文还就缺
镁影响龙眼光合产物生产和分配的机理进行了讨论。
关键词 :龙眼 ;缺镁 ;光合产物 ;生产和分配
收稿日期 :2000210216
基金项目 :国家自然科学基金 (49771053) 、福建省自然科学基金 (F99020)和福建省高校测试基金 (JC990062)资助项目
作者简介 :李延 ,男 (1964～) ,福建南安人 ,博士 ,副教授 ,从事土地退化与复原以及植物营养生理方面的研究
龙眼 ( Dimocarpus Longana Lour)是中国著名的亚热带名优特产果树 ,缺镁是龙眼生产中普
遍存在的问题[1 ,2 ] 。缺镁会导致龙眼叶片黄化 ,严重时叶片大量脱落 ,树势衰竭 ,产量明显降
低[1 ] 。有关缺镁对龙眼光合产物生产和分配影响的研究未见报道。本实验采用溶液培养技术
研究缺镁对龙眼光合产物生产的影响 ,并首次采用14 C同位素示踪的方法研究缺镁胁迫下光合
产物的运转和分配 ,旨在为龙眼科学施用镁肥提供依据。
1 　材料与方法
111 　水培试验
试验于 1996～1997 年在福建农业大学进行。供试龙眼 ( Dimocarpus Longana Lour. ) 品种为
乌龙岭 ,种子洗净后播种于干净河沙中 ,以去离子水培养 180d ,选择生长一致的幼苗用于水
培。在以往研究的基础上[3 ] ,设正常供镁 (4mmolMg2 + ΠL ,CK) 、低镁 (014mmolMg2 + ΠL ,Mg1 ) 和缺
镁 (Mg2 ) 3 个处理。营养液镁源为 MgSO4 ·7H2O ,Mg1 和 Mg2 处理通过添加 Na2 SO4 使处理间
SO2 -4 浓度保持一致。每塑料桶装营养液 6L ,种植 2 株 ,10 次重复 ,营养液 pH610 ±011 ,培养期
间每天定时用小型气泵打气 ,每 2 d 调节 1 次 pH ,每 7d 更换 1 次营养液。幼苗移栽后 150d ,取
不同处理相同叶位的叶片进行测定 ,3～5 次重复。
112 　光合色素含量和光合速率
光合色素含量用混合液提取 ,722 分光光度计测定 ,类胡萝卜素 (Car)含量用波钦诺克介绍
的公式计算[4 ] 。净光合作用速率 ( Pn) 用美国 CID 公司生产的 CI2301PS 光合作用测定系统测
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定。碳水化合物含量用 315 - 二硝基水杨酸法比色测定[5 ] 。
113 　叶片亚显微结构观察
当 Mg2 处理出现缺镁症状时 ,取 CK和 Mg2 处理相同叶位的叶片中部 (去除中脉) 制样 ,先
用 4 %戊二醛预固定 ,再用 2 %锇酸固定 ,经乙醇系列脱水 ,环氧树脂包埋 ,超薄切片 ,醋酸双氧
铀和柠檬酸双重染色后 ,用 J E21010 型透射电镜观察、拍照。
114 　14 C2同化物的运转和分配
14 C2Na2 CO3 (放射性比活度 0166 mCiΠml)由中国原子能研究院同位素研究所提供 ,14 CO2 的
制备及饲喂参照陈祖仪的方法[6 ] 。每个处理 4 株 ,将各处理植株的第 2 张复叶装入硬质透明
聚乙烯袋中 ,密封。在 CO2 起始浓度为 012 %、14 CO2 比活度为 2614μCiΠL 的封闭系统中自然光
照饲喂 6h ,用 NaOH回收过量的14 CO2 。
于停止饲喂14 CO2 后的 24h 和 48h ,分别将植株在 105 ℃下杀青 15min ,全株分解成饲喂叶
(A) 、饲喂叶上方叶 (B) 、饲喂叶下方 2 叶 (C) 和下方其余叶 (D) 、茎 ( E) 及根系 ( F) 等 6 个部分。
样品经 80 ℃烘干后称重、磨碎 ,每个样品称 40mg ,置于特制的消化管中 ,按车玉萍等[7 ] 介绍的
方法消煮 ,吸收液为 2ml 乙醇胺 ,消煮冷却过夜后 ,取 011ml 吸收液加 5ml 亲水型闪烁液 (5g2
PPO + 0115gPOPOP + 700ml 二甲苯 + 400ml 乙二醇甲醚 + 550ml Triton X2100) ,摇匀 ,用 Beckman
LS29800 型闪烁计数器测量 ,并以其 H数法作样品淬灭校准测得放射活度 (dpm) 。
在各器官中分配的百分率 ( %) = RiΠΣRi ×100 ,其中 Ri 为某一器官的14 C 放射性比活度
(dpmΠg)ΣRi 为各器官14 C总放射性比活度 (dpmΠg ,包含标记叶) 。
115 　果糖 1 ,62二磷酸酯酶( FBPase)
根据陈景治的方法略加修改[8 ] 。0125 ml 酶液加 175ml 反应液 (100μmolΠL Tris2HCl ,5μmolΠL
GSH ,011μmolΠL EDTA2Na ,15μmolΠL MgCl2 ,pH810) 。加入 5μmolΠL FBP 钠盐开始反应 ,在 30 ℃保
温 1h ,加入 015ml 12 %三氯乙酸终止反应。用钼蓝法测定磷 ,离心去沉淀后吸 115ml 上清液加
入 115ml 磷试制 ,在 45 ℃保温 20min ,于 660nm 比色 ,根据 Pi 标准曲线计算 ,以底物被酶促水解
所释放的无机磷量代表酶活性 ,以μmol PiΠmgChl·h 表示。
2 　结果与分析
211 　光合产物的合成
21111 　光合色素含量 　由表 1 可见 ,缺镁明显降低龙眼叶片叶绿素 (Chl)和类胡萝卜素 (Car)
表 1 　缺镁对龙眼叶片光合色素含量和光合作用速率的影响
Tabel 1 　Effects of Mg deficiency on chlorophyll (Chl) ,carotenoid (Car) contents
and net photosynthetic rate (Pn) of longan leaves
处理
treatments
Chl Car
μgΠg FW μgΠcm2 μgΠg FW μgΠcm2 ChlaΠChlb Pn(μmolCO2Πm·s2)
Mg2 983. 5 ±31. 5C 11. 52 ±0. 89C 296. 7 ±22. 4C 3. 49 ±0. 76C 2. 93 ±0. 11Aa 2. 68Bc
Mg1 1422. 4 ±26. 3B 19. 52 ±0. 64B 387. 2 ±19. 1B 5. 13 ±0. 84B 2. 80 ±0. 08Ab 3. 37Ab
CK 3189. 7 ±88. 1A 40. 63 ±1. 11 764. 4 ±36. 3A 9. 60 ±1. 80A 2. 65 ±0. 13Bc 4. 59Aa
　　注 :表中不同大、小写字母分别代表 P < 0101 和 P < 0105 (下同)
Note :The different capital and small letters stand for P < 0101 and P < 0105 ,respectively ,the same as in following tables.
851 核　农　学　报 15 卷
含量 ,龙眼叶片单位鲜重和单位叶面积的 Chl 含量和 Car 含量 ,Mg1 处理较 CK 分别下降
55141 %、51197 %和 49135 %、46156 % ; Mg2 处理则分别较 CK 处理下降 6912 %、7112 %和
6112 %、6316 % ,差异均达极显著水平。
从表 1 还可以看出 ,缺镁使龙眼 ChlaΠChlb 比值提高 ,表明缺镁对 Chlb 合成的影响大于
Chla。Chlb 是 PS Ⅱ捕光色素的重要组成部分 ,它的减少不利于形成更多的捕光色素蛋白复合
体用于捕获光能。光合色素含量的降低还导致龙眼光合作用速率的明显下降 (表 1) 。
21112 　碳水化合物含量 　从表 2 可以看出 ,龙眼各器官不同种类的碳水化合物总量 ,Mg2 处理
均明显低于 CK处理 ,这是光合色素合成、CO2 同化受阻的必然结果。从碳水化合物含量看 ,
Mg2 处理还原糖含量略低于 CK处理 ,叶片非还原糖和淀粉含量高于 CK处理 ,而茎秆、根系的
非还原糖尤其是淀粉含量明显低于 CK处理。
表 2 　缺镁对龙眼各器官碳水化合物总量和含量的影响
Tabel 2 　The effect of Mg deficiency on the total amount and the
content of carbohydrates in longan organs
部位
parts
碳水化物总量
total amount of carbohydrates (gΠplant) 碳水化合物含量content of carbohydrates( %)
还原糖 RD 非还原糖 NRD 淀粉 starch 还原糖 RD 非还原糖 NRD 淀粉 starch
CK Mg2 CK Mg2 CK Mg2 CK Mg2 CK Mg2 CK Mg2
叶 leaf 1. 389 0. 439 0. 894 0. 276 1. 207 0. 560 9. 71 9. 19 6. 25 8. 65 8. 44 11. 79
茎 stem 0. 804 0. 289 0. 586 0. 195 1. 765 0. 417 9. 80 9. 24 7. 14 6. 22 21. 52 13. 33
根 root 0. 503 0. 292 0. 370 0. 214 0. 763 0. 365 8. 82 8. 80 6. 49 6. 16 13. 36 10. 99
　　注 :RD 代表还原糖 ,NRD 代表非还原糖
Note :RD represents reducing sugar ;NRD represents non2reducing sugar
图版 Ⅰ　缺镁对龙眼叶绿体亚显微结构的影响
Plate Ⅰ　Effect of Mg deficiency on chloroplast ultrastructure of longan
C:叶绿体 ;SL :基粒片层 ;SV :淀粉泡
A( ×4000) ,B( ×30000)示 CK处理叶绿体亚显微结构 ;
C( ×3000) ,D( ×25000)示缺镁 (Mg2)处理叶绿体亚显微结构。
C:chloroplast ;SL :stroma lamellae ;SV :starch vacuole
A( ×4000) ,B( ×30000) :Chloroplast ultrastructure of longan under CK treatment .
C( ×3000) ,D( ×25000) :Chloroplast ultrastructure of longan under Mg2 treatment .
951　2 期 缺镁对龙眼光合产物生产和分配的影响
212 　光合产物运转
21211 　叶绿体亚显微结构 　正常龙眼叶绿体被膜清晰完整 ,基粒、基质片层多且排列紧密 ,基
质区电子透明度小 (图版 Ⅰ2A、B) 。缺镁叶绿体被膜模糊不清或消失 ,罕见有基粒垛 ,基质片
层少 ,排列紊乱 ,出现扭曲、膨胀甚至相互融合形成空泡 ,基质区电子透明度大 ,在叶绿体中可
见有大量的淀粉粒 (图版 Ⅰ2C、D) 。
21212 　14 C光合产物的输出 　从图 1 可见 ,缺镁龙眼标记叶14 C 光合产物的输出率明显降低。
标记后 24h ,Mg1 和 Mg2 处理的14 C光合产物输出率分别较 CK处理下降了 47198 %和 78117 % ,
标记后 48h ,则分别较 CK处理下降了 49185 %和 74156 %。比较 24h 和 48h 的14 C光合产物输出
率可以看出 ,饲喂14 CO2 后的 24h 是14 C 光合产物向外输出的主要时期 ,其输出量占 48h 内14 C
光合产物输出量的 64112 %～77151 %。
图 1 　缺镁对龙眼幼树饲喂叶
14 C光合产物输出率的影响
Fig. 1 　Effect of Mg deficiency on 14 C photosynthate
exported rate of labelled leaves of longan
表 3 结果表明 ,龙眼饲喂叶输出的14 C光
合产物在不同部位间的分配是标记叶 (A) >
上位叶 (B) > 茎 ( E) > 根 ( F) 及下位叶 (C >
D) 。说明光合同化产物具就近分配的特性。
与正常植株相比较 ,缺镁龙眼14 C 光合产物
在各部分间的分配百分率均降低 ,尤其是根
和下位叶的14 C 光合产物分配比率明显降
低。14 CO 饲喂后 48h ,Mg2 、Mg1 和 CK处理14 C
光合产物运往根 (F)和下位叶 (C + D) 的百分
率之和分别为 5164 %、10158 %和 24178 % ,这
是缺镁龙眼根系生长不良、根Π冠比下降和老
叶早衰、易脱落[15 ]的重要原因。
21213 　FBPase 活性 　同期测定 CK、Mg1 、Mg2 处理叶片的 FBPase 活性分别是 01799 ,01615 和
01526μmolPiΠmgchl·h ,与正常 (CK)植株相比较 ,Mg1 和 Mg2 处理的 FBPase 分别下降了 23103 %
和 34117 %。
表 3 　缺镁对14 C光合产物在龙眼幼树各部位间分配的影响
Tabel 3 　Effect of Mg deficiency on the distribution of 14 C photosynthate in longan ( %)
取样部位
sampling parts
饲喂后 24h
24h after labelling
饲喂后 48h
48h after labelling
CK Mg1 Mg2 CK Mg1 Mg2
A 56. 21 77. 22 90. 44 41. 39 70. 61 85. 09
B 12. 62 9. 84 3. 29 18. 35 11. 67 4. 40
C 4. 19 2. 79 1. 77 6. 98 3. 71 2. 51
D 5. 21 2. 14 0. 94 4. 72 2. 17 2. 09
E 11. 13 6. 45 2. 92 15. 47 7. 14 4. 87
F 10. 64 1. 56 0. 65 13. 08 4. 70 1. 04
061 核　农　学　报 15 卷
3 　讨 　论
迄今为止 ,有关缺镁对植物光合作用影响的机制尚不完全清楚[10 ] 。一般认为 ,缺镁植物
叶绿素含量降低是由于作为叶绿素组成成分的镁的含量不足导致叶绿素的生物合成受阻所
致[9 ] ,但近年来的研究表明 ,缺镁叶绿素含量降低与活性氧的伤害有关[10 ] 。
叶绿体是活性氧形成的主要场所 ,叶绿体产生 O-2 的部位是在类囊体膜 PS I 的还原
侧[11 ] 。缺镁胁迫下 ,龙眼光合色素含量降低 ,CO2 同化能力下降 (表 1) ,而光合产物的运转受
阻和积累 (图 1、表 3)又会对光合作用起反馈抑制 ,这样势必减少了 CO2 还原过程中消耗的电
子数量 ,使光合电子传递到 PSI还原端 O2 的可能性增大 ,发生 O2 的单电子还原而形成 O -2 和
H2O2 。PS I形成的 O -2 既可以进入类囊体膜外的基质并通过酶促和非酶促的歧化反应和 2H+
生成 H2O2 ,又可以在过剩的光强下 ,参与 PS Ⅱ捕光叶绿复合蛋白 (LHCP Ⅱ) 的紫黄质 (Vioaxan2
thin)转化为玉米黄质 ( Zeaxanthin) 的过程 ,并将来自 PSI 的 O -2 在 SOD 催化下转化为 H2O2 [11 ] 。
H2O2 的累积会促进叶绿素的降解[12 ] ,其可能原因一方面是由于高水平的 H2O2 诱导酶特异性
过氧化物酶 (PPOD)的从头合成[13 ] ,PPOD 使酚氧化形成酚自由基从而攻击叶绿素[14 ] ;另一方
面是由于 H2O2 与 O -2 相互反应形成致命的°OH ,直接引发脂质过氧化。研究表明[15 ] ,缺镁胁
迫下 ,龙眼叶片的 Chl 含量与 H2O2 含量呈显著负相关[y = 63132 - 01205x(Chl 含量) ,r = - 01973 3 ] ,似可认为 ,活性氧累积导致叶绿素分解是造成缺镁龙眼叶绿素含量降低、光合速率下降
的重要原因。
缺镁胁迫下 ,龙眼光合产物的运转受阻除与缺镁植株生长量降低 (即库限制) 以及韧皮部
发育不良[16 ]有关外 ,还与 FBPase 活性降低有关。FBPase 被认为是还原戊糖磷酸途径中的重要
调节酶 ,它对光合环的运转和光合产物的转化以及输出起着调节作用[17 ] 。
致谢 :本研究同位素实验在南京农业大学理学院同位素室完成 ,承蒙陈祖仪教授的指导 ,在此表示衷心感谢。
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EFFECTS OF MAGNESIUM DEFICIENCY ON THE YIELD
AND DISTRIBUTION OF PHOTOSYNTHATE OF LONGAN
( Dimocarpus longanaLOUR)
LI Yan1 　LIU Xing2Hui2 　ZHUANG Wei2ming1
(11Department of Land and Environment Sicence Fujian Agricultural University ;
2. Department of Horticulture , Fujian Agricultural University , Fuzhou , Fujian prov . 350002)
ABSTRACT :The effects of magnesium deficiency on the yield and distribution of photosynthate in
longan( Dimocarpus Longana Lour) young seedling were studied using hydroponic experiment.
Under magnesium deficiency stress , not only the contents of chlorophyll and carotenoid per unit
area and per unit fresh weight in leaves were reduced , but also the rate of photosynthesis was re2
duced. Magnesium deficiency had markedly effects on chloroplast ultrastructure of longan. The
chloroplast suffering from magnesium deficiency was distinguished by an accumulation of starch
vacuoles. Magnesium deficiency stress increased the proportion of 14 C2photosynthate remaining in
labelled leaves and decreased the rate of 14 C2photosynthate exportation. The inhibition of 14 C2pho2
tosynthate exportation in magnesium deficient plant coincided with the increase of sucrose , starch
concentration in leaves ,and with the decrease of sucrose , starch concentration in shoots and roots
as compared with normal plant. Discussion was made on the responsive mechanism of longan pho2
tosynthate production and distribution to magnesium deficiency.
Key words :longan ; magnesium deficiency;photosynthate ;production and distribution.
261 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2001 ,15 (3) :157～162