高岭石与方解石叶面处理诱导甜樱桃叶片生理变化的机制研究

《Plant Stress》：Kaolinite and calcite foliar treatments induce physiological changes in cherry tree leaves

本研究针对夏季高温胁迫下果树生理调控难题，创新性地开展高岭石与方解石叶面处理对甜樱桃叶片生理特性影响的研究。通过系统分析矿物颗粒悬浮液（5%-15%浓度）配合表面活性剂处理后的叶片表面特性、气孔导度（Gs）、叶温（Tleaf）及元素吸收规律，发现添加表面活性剂可显著改善颗粒分布均匀性，促进铝（Al）、硅（Si）等元素吸收，诱导气孔行为短期调控，为开发新型抗逆叶面制剂提供理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，高温、干旱等逆境胁迫对果树生产的威胁日益凸显。在地中海半干旱地区，夏季持续高温和低湿度环境常导致甜樱桃（Prunus avium）叶片光抑制、水分失衡及矿质营养代谢紊乱，严重影响果实品质和产量。传统灌溉和遮荫等农艺措施虽能缓解部分胁迫，但存在水资源消耗大、操作成本高等局限。近年来，叶面喷施高反射性矿物颗粒作为一种新兴的物理防护策略，在农业应用中展现出潜力。高岭石（Al₂Si₂O₅(OH)₄）和方解石（CaCO₃）等矿物颗粒可通过反射光辐射降低叶面温度，但其对叶片生理代谢的深层调控机制尚不明确。特别是颗粒在叶面的沉积模式、通过气孔或角质层的吸收途径，以及其对矿质元素平衡的潜在影响，仍是当前研究的薄弱环节。

为解析矿物颗粒叶面处理的生理效应，西班牙马德里理工大学研究团队以田间栽培的甜樱桃树为模型，开展系统的田间试验。研究设计涵盖高岭石与方解石颗粒悬浮液（5%、10%、15%浓度）配合表面活性剂（Genapol X-80）的复合处理，通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）表征叶面微观结构，结合接触角测量分析表面自由能；采用LI-600孔隙计监测气孔导度（G_s）和叶温（T_leaf）动态变化；利用叶绿素荧光仪测定光系统II（PSII）活性；并通过电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）定量叶片元素含量。所有数据采用混合模型进行统计分析，以明确处理效应及其互作关系。

关键技术方法

研究以田间3年生甜樱桃树为试材，采用完全随机区组设计，比较不同浓度高岭石/方解石悬浮液（添加0.1%表面活性剂或纯水）处理后的叶片响应。通过扫描电镜（SEM）观察颗粒沉积模式，接触角测量仪分析叶面润湿性，便携式孔隙计监测气孔导度（G_s）和叶温（T_leaf），叶绿素荧光仪测定PSII参数，并采用ICP-OES进行叶片元素定量。

3.1 叶面润湿性与表面自由能

研究发现樱桃叶片近轴面（adaxial）接触角小于90°，表现为亲水性；远轴面（abaxial）接触角大于90°，具疏水特性。表面自由能（γ_s）在27-28 mJ·m^-2范围内，其中Lifshitz-van der Waals（γ_s^LW）组分占主导，极性组分（γ_s^AB）贡献较低。远轴面因蜡质褶皱结构具有更高粗糙度，可能导致颗粒沉积差异性。

3.2 叶面微观结构

SEM显微图像显示樱桃叶为下气孔型（hypostomatous），气孔密度达593±84个/mm²。远轴面角质层褶皱显著，而近轴面光滑。TEM切片揭示角质层超微结构属Holloway分类的3型（外层无定形、内层网状），这种结构可能影响颗粒渗透路径。

3.3 颗粒沉积特征

添加表面活性剂的处理组在叶面形成均匀颗粒覆盖，而无表面活性剂处理出现聚集现象。保留率测定表明，15%高岭石和方解石在纯水悬浮液中保留率最高，但表面活性剂添加反而降低保留量，可能与液滴表面张力改变有关。

3.4 生理参数响应

叶面处理3天内，所有处理组叶温（T_leaf）显著降低，其中5%高岭石和10%方解石+表面活性剂处理效果最显著。气孔导度（G_s）在无表面活性剂处理中短期升高，而添加表面活性剂则引起G_s下降。叶绿素荧光参数（Fv/Fm、Fv/Fo）无显著变化，表明光合机构未受胁迫损伤。

3.5 叶片元素分析

高岭石处理显著提升叶片铝（Al）、硅（Si）浓度，且表面活性剂强化该效应。方解石处理仅15%浓度组叶片钙（Ca）含量显著增加。两种处理均引起钾（K）、镁（Mg）、铁（Fe）、锌（Zn）等元素浓度变化，而氮（N）、磷（P）含量稳定。锶（Sr）与钙（Ca）吸收呈现协同趋势，印证其作为钙吸收示踪元素的潜力。

本研究通过多尺度分析，揭示矿物颗粒叶面处理可通过物理覆盖（光反射降温）和化学渗透（元素吸收）双重途径调节叶片生理状态。表面活性剂的添加优化了颗粒分布均匀性，促进铝、硅等元素通过气孔途径吸收，但可能暂时抑制气孔开度。研究首次系统验证高岭石颗粒在叶面微环境中的溶解-吸收可能性，提出酸性pH条件下铝、硅离子缓释的潜在机制。研究结果为开发基于矿物颗粒的叶面抗逆制剂提供理论支撑，对应对气候变化下的果树安全生产具有重要实践意义。后续研究需聚焦颗粒尺寸、晶体结构与被处理作物物种特性的互作机制，以进一步提升叶面处理的靶向性与有效性。

（论文发表于《Plant Stress》）