落葵(Basella alba L.)又名木耳菜，是落葵科落葵属1年生蔓性植物，叶片肥厚，富有弹性，近似圆形，与木耳的形态相似，耐高温高湿，营养价值高^[1]。落葵种植过程中，常因施肥不当而导致植株生长状况不佳，产量和品质下降。

一般情况下，可通过观察症状、分析栽培条件、测定生理指标等方法判断植物的缺素状况^[2]。缺素条件下不同植株的表型和生理指标存在较大差异^[3-5]。植物叶片中的叶绿素、可溶性蛋白质、游离氨基酸、丙二醛(malondialdehyde, MDA)的含量和过氧化物酶(peroxidase, POD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)的活性及膜透性常作为评价植株产量高低、抗逆性强弱和叶片衰老程度的指标^[6]。

目前已有植物缺素培养的报道^[7-10]，但对落葵缺素培养的研究尚未见报道。本研究采用营养液栽培的方式，分析落葵缺素条件下的表型特征、保护酶系统以及抗逆性特征，以期为落葵栽培时精准施肥提供依据。

1 材料与方法 1.1 材料

落葵品种为大叶落葵，其种子购于青县纯丰蔬菜良种繁育场。种子消毒后，于2016年5月20日进行穴盘育苗，5月30日移栽。

1.2 方法 1.2.1 缺素处理

试验共设5个处理：完全培养液(CK)、缺N、缺P、缺K、缺Fe。根据通用培养液的配方^[11]配置营养液(表 1)。从穴盘中挑选长势整齐的幼苗，用陶罐进行水培，用棉花固定植株。每个处理重复3次，每7 d更换1次营养液，并将营养液pH调至5.8，以防形成沉淀。培养25 d后，进行相关生理指标测定。

1.2.2 测定方法

参考文献[12]的方法测定各指标的含量。采用乙醇法测定叶片叶绿素含量；电导仪法测定叶片和根的膜透性；氮蓝四唑法测定SOD活性；愈创木酚法测定POD活性；紫外吸收法测定CAT活性；Folin-酚试剂法测定可溶性蛋白质含量；茚三酮显色法测定游离氨基酸含量；MDA-TBA法测定MDA含量。

1.3 数据分析

采用Excel和DPS软件对数据进行处理分析。

2 结果与分析 2.1 缺素培养下落葵的缺绿症状

各处理的陶罐盖大小一致，可作为落葵叶面积大小的参照。由图 1可知，不同缺素处理的落葵均出现一定程度的缺绿症状。与CK相比，缺N处理组老叶变黄且有褐斑，新叶缺绿，叶面积较小且叶片稀疏；缺P处理组老叶颜色较浅，与新叶颜色有差异；缺K处理组老叶和新叶的颜色均为暗黄，叶面积较小且稀疏；缺Fe处理组老叶和新叶均表现叶脉间缺绿症状。

2.2 缺素培养对落葵叶片叶绿素含量的影响

叶绿素是叶绿体能够吸收光能的色素，其含量与产量呈显著相关^[13]。由表 2可知，缺素处理组的叶绿素含量与CK有显著差异。其中，缺N和缺Fe处理组在叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量上与CK、缺P及缺K处理组存在极显著差异，但缺P和缺K处理组间差异不显著。与CK相比，缺素处理组的总叶绿素含量均有所降低，降低程度为：缺N>缺Fe>缺K>缺P。

2.3 缺素培养对落葵叶片可溶性蛋白质及游离氨基酸含量的影响

由表 3可知，缺素处理组可溶性蛋白质和游离氨基酸含量均明显小于CK，且差异极显著。各处理组可溶性蛋白质含量为：CK>缺P>缺K>缺N>缺Fe，其中缺P和缺K处理组间差异不显著；各处理组游离氨基酸含量为：CK>缺Fe>缺K>缺P>缺N，其中缺P和缺N处理组间差异不显著。

2.4 缺素培养对落葵叶片和根的膜透性的影响

在缺素逆境胁迫下，植物的抗逆性与膜透性有显著相关性^[14]。膜透性的变化反映植株逆境条件下受伤害的程度。由表 4可知，缺素处理组的相对透性平均值与CK相比均有所提高，且缺N、缺P、缺K处理组与CK差异均达显著水平。缺N、缺P和缺K处理组植株的根和叶片的伤害率与CK相比均有极显著差异，其中缺K处理组伤害率最大，且缺P和缺K处理组间存在极显著差异，说明相比其他缺素处理，缺K处理对落葵的叶片和根的伤害最大。

2.5 缺素培养对落葵叶片保护酶活性的影响

POD、CAT和SOD是植物保护酶系统的重要组成部分，逆境胁迫能引起保护酶系统的应答。由表 5可知，缺素处理组的3种保护酶活性与CK相比均明显降低，且差异极显著，其中缺Fe处理组3种酶活性均最小；各处理组POD活性为：缺K>缺P>缺N>缺Fe，其中缺N和缺P处理组间差异不显著，缺Fe处理组对POD影响最大；缺N、缺P和缺K处理组间SOD活性差异不显著；缺N处理组与缺P、缺K处理组间CAT活性差异不显著。综上所述，缺Fe处理对保护酶系统的伤害最大，缺N、缺P、缺K处理次之。

2.6 缺素培养对落葵叶片MDA含量的影响

MDA是植株细胞膜脂过氧化作用的产物之一，其含量常作为植物对逆境条件反应强弱的指标。由图 2可知，各处理组MDA含量为：缺K>缺N>缺Fe>缺P>CK。缺素处理组MDA含量与CK相比明显增加，且差异极显著，说明缺素加快了落葵的衰老速度。其中，缺N和缺K处理组间差异不显著；缺P和缺Fe处理组间差异不显著。

3 讨论与结论 3.1 落葵的缺素症状特征分析

植物必须通过根系汲取所需矿质元素才能正常生长。本研究表明，缺素处理下，落葵均出现不同程度的缺绿症状。缺N处理组落葵上部分叶片浅绿，下半部分叶片呈黄色或黄褐色且出现褐色坏死斑，茎纤细，该症状可能是因为缺N导致遗传信息表达和翻译无法正常进行，植物代谢受阻，不能正常生长。缺P处理组上半部分叶片暗绿，下半部分叶片变浅或发黄且出现褐色坏死斑，茎细长，这可能是因为P是植物细胞内重要化合物的必需组分，包括呼吸作用和光合作用中的糖-磷中间体及组成植物膜的磷脂^[15]。缺K处理组叶面小且萎黄，这可能是因为K⁺对调节植物细胞渗透势有重要作用，并且能激活许多参与呼吸作用和光合作用的酶。缺Fe处理组叶脉间缺绿，最先表现在嫩叶上，这可能是因为Fe不易从老叶中转移出来，新叶和老叶的对比验证说明N、P、K元素容易迁移，而Fe元素不容易迁移。本研究的缺素症状与韩配配等^[16]的研究结果基本一致。

3.2 缺素培养的落葵叶片叶绿素含量分析

本研究表明，缺N、缺Fe处理组叶绿素含量较低，表现出明显的缺绿症状，与安华明等^[17]的研究结果一致。这可能由于N元素是叶绿素主要组成元素之一，Fe元素参与叶绿素-蛋白质复合物的合成，因此缺N和缺Fe导致叶绿素合成代谢受阻。铁硫蛋白作为光合作用电子传递链的组成部分，在缺Fe的情况下，电子传递链受阻，导致净光合作用减弱^[18]。

3.3 缺素培养的落葵叶片可溶性蛋白质及游离氨基酸含量分析

内质网是细胞内蛋白质和脂质合成的主要场所，是细胞重要的膜结构^[19]。生物膜组成离不开P元素，而N元素是氨基酸组成的必需元素。本研究表明，缺P、缺N处理组可溶性蛋白质及游离氨基酸含量均显著减少，这与王寅等^[20]的研究结果基本一致。缺Fe处理组的可溶性蛋白质含量最低，但游离氨基酸含量却是其他缺素组的2~3倍，说明缺Fe导致游离氨基酸大量堆积，蛋白质合成受阻，这与帅晓艳等^[21]的研究结果一致。

3.4 缺素培养的落葵叶片和根的膜透性分析

本研究表明，缺K处理对落葵叶片和根的膜透性影响最大，可能是由于K⁺是维持跨膜电位稳定的重要离子^[22]，缺K会使生物膜两侧电化学梯度稳定性受影响，使得膜内外物质运输紊乱，导致膜透性受到极大影响，间接影响生物膜参与的代谢活动^[23]。由于生物膜两侧环境失衡，膜对膜内物质的保护能力减弱，膜脂氧化产物增加，产生大量活性自由基^[24]，自由基的大量积累，会加速细胞衰老与死亡^[25]。

3.5 缺素培养的落葵叶片保护酶活性分析

活性自由基会激起植物保护酶系统的应答，植物通过增加保护酶活性来适应一定程度的胁迫^[26]。本研究表明，缺N、缺P、缺K处理组保护酶活性均降低，可能是因为活性酶的主要成分是蛋白质，而蛋白质的合成需要DNA转录翻译，缺N和缺P会造成酶合成途径受阻，导致保护酶活性降低；蛋白质在核糖体上进行合成，大量的核糖体附着在内质网膜上，缺K使得膜系统受到破坏，间接影响蛋白质合成，导致保护酶活性减弱。其中，缺Fe处理对保护酶系统伤害最大，可能是因为铁硫蛋白参与提供机体自由能的柠檬酸循环^[27]，缺铁处理导致ATP合成受阻，影响细胞的蛋白质合成，造成保护酶活性大幅降低。这与苏中军等^[4]的研究结果基本一致。因此，缺素培养下落葵的保护酶活性明显降低，导致抗逆境能力减弱。

3.6 缺素培养的落葵叶片MDA含量分析

MDA的产生会加剧细胞膜的损伤^[28-29]。本研究表明，缺K处理组的MDA含量最高，说明细胞膜的受伤害程度最大，落葵的抗逆境最弱。

综上所述，缺素条件使落葵光合产物减少，加速植物的衰老，导致保护酶合成受阻，抗逆境系统受到破坏，抗逆境能力减弱。因此，在N肥和P肥充足的情况下，要合理地追施K肥和补充Fe²⁺的供给。