硝酸鈣處理對甜瓜幼苗抗冷性的影響

鄭福 ，李珍珍 ，牛慶良 ，崔輝梅 ，黃丹楓

（1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子，832003；2.上海金山區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)；3.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院）

甜瓜（Cucumis meloL.）是喜溫作物，根系在低于8℃時停止生長，莖葉在低于8℃時即受冷害[1]。近幾年，上海地區(qū)甜瓜生產(chǎn)中盡管盲目提早種植的趨勢有所降低，但因反常天氣尤其是早春低溫和倒春寒造成的損失有所加重，如2010年3月7日上海地區(qū)-5℃低溫造成西瓜、甜瓜受凍，4月6日上海郊區(qū)5℃低溫造成甜瓜受冷害等。鈣作為植物生長發(fā)育必需的一種元素，除在防止膜損傷、維護(hù)細(xì)胞壁、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)等方面有重要作用外，在抗熱、抗旱和抗鹽性等方面的研究表明[2～5]，鈣在提高植物抗冷、抗寒性方面也有重要作用。本試驗以甜瓜幼苗為試材，研究了硝酸鈣溶液澆施和噴施對甜瓜幼苗抗冷性指標(biāo)的影響，以期為甜瓜育苗和栽培中采取合理的防寒措施提供理論依據(jù)和應(yīng)用方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為網(wǎng)紋甜瓜 （Cucumis melovar.reticulatusNaud.）品種：甜甜1號，泰國正大公司選育。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2009年3月在上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程訓(xùn)練中心Venlo行玻璃育苗溫室進(jìn)行。72孔穴盤基質(zhì)育苗，育苗基質(zhì)選用泥炭∶珍珠巖∶蛭石=1∶1∶1（體積比）配方，子葉展平前只使用雨水灌溉，子葉展平（播種后12 d）后營養(yǎng)液使用1/2山崎甜瓜營養(yǎng)液缺鈣（-Ca）配方，常規(guī)管理。

硝酸鈣溶液灌溉試驗設(shè)5個處理：對照灌溉按1/2山崎甜瓜營養(yǎng)液缺鈣 （-Ca）配方和雨水隔天使用處理，其余4個鈣處理按1/2山崎甜瓜營養(yǎng)液缺鈣（-Ca）配方分別和 5，10，15，20 mmol/L Ca （NO3）2隔天使用處理，分別用 I0，I5，I10，I15，I20 表示；每天灌溉量根據(jù)天氣、苗情等確定，各處理每天每次的灌溉量一致，3次重復(fù)，處理至幼苗2葉1心（播種后28 d，共處理16 d），開始進(jìn)行冷脅迫處理。

硝酸鈣噴施試驗設(shè)3個處理：取以上試驗中對照組所育甜瓜苗324株分為3組，在播種后23 d分別噴施蒸餾水（CK）、5，10 mmol/L Ca（NO3）2溶液，分別用S0，S5，S10表示，每處理 36株，3次重復(fù)，噴施后 5 d進(jìn)行冷處理。

以上處理完成后所有苗一起放入LRH 250-G光照培養(yǎng)箱進(jìn)行冷處理，由室溫（22.5℃）按每 1 h 1～1.5℃降溫，降至溫度穩(wěn)定在（7±0.5）℃。 各處理分別在冷處理0，24，48，72 h時取樣測定各項指標(biāo)。冷處理72 h后按照各處理剩余苗繼續(xù)進(jìn)行冷害癥狀觀察，按每1 h 1～1.5℃繼續(xù)降溫，分別在降至 5，3，1℃時保持 12 h，觀察冷害癥狀。

圖1 硝酸鈣處理對甜瓜幼苗葉面積和全株鮮質(zhì)量的影響

1.3 測定項目與方法

葉綠素含量測定采用比色法[6]，根系活力測定用TTC法[7]，電解質(zhì)滲漏率測定用相對電導(dǎo)率法，采用DDS-12A型電導(dǎo)儀，MDA含量測定按朱廣廉等的方法[8]，POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 硝酸鈣處理對甜瓜幼苗生長的影響

盡管缺鈣培養(yǎng)（對照）的苗在整個幼苗期并未表現(xiàn)出非常明顯的缺鈣癥狀（葉片葉脈間黃化，葉緣卷曲、枯焦等），但在生長指標(biāo)上落后于鈣溶液澆灌處理（圖 1），對照葉面積（I0）在冷處理前（2 葉 1心，已成苗）為69.5 cm2，低于各灌溉處理，低濃度鈣溶液澆灌的在葉面積增長上表現(xiàn)出優(yōu)勢，澆施5，10 mmol/L的處理（I5、I10）葉面積高于其他處理；所有鈣溶液灌溉處理的幼苗鮮質(zhì)量均高于對照，其中I10和I15處理的單株鮮質(zhì)量分別達(dá)到了2.74 g和2.79 g，分別比對照（2.62 g）提高了4.6%和6.5%。葉面積和鮮質(zhì)量隨鈣溶液濃度升高表現(xiàn)出一定下降趨勢，這是否與鈣中毒有關(guān)尚需進(jìn)一步研究，但從幼苗田間表現(xiàn)來看，并未出現(xiàn)中毒癥狀。鈣溶液噴施處理對葉面積和全株鮮質(zhì)量的增長有一定效果，但未達(dá)顯著水平，這可能與噴施處理時間短有關(guān)（測定時僅噴施處理后5 d）。

2.2 硝酸鈣處理對冷脅迫條件下甜瓜幼苗葉綠素含量和根系活力的影響

葉綠素含量與光合性能直接相關(guān)，進(jìn)而影響到植物體內(nèi)可溶性糖等的合成和細(xì)胞液滲透勢等與抗冷性直接相關(guān)的指標(biāo)。硝酸鈣溶液澆施處理的葉綠素含量明顯高于對照（圖2），I15處理葉綠素含量在冷處理前達(dá)3.579 mg/g，是對照（1.732 mg/g）的兩倍多。隨冷處理的進(jìn)行，各處理的葉綠素含量下降，冷脅迫72 h后均降至1.0 mg/g左右，已嚴(yán)重影響了甜瓜幼苗光合性能，但硝酸鈣澆施的各處理在冷脅迫72 h后葉綠素總量仍均高于缺鈣處理。

硝酸鈣溶液澆施對甜瓜幼苗根系活力的影響小于對葉綠素含量的影響，I15處理的幼苗根系活力最高（533.5 μg·g-1·h-1），比對照（469.0 μg·g-1·h-1）提高13.75%。冷脅迫條件下，根系活力變化與葉綠素含量變化趨勢相似，冷處理使甜瓜幼苗根系活力下降（圖2），隨脅迫時間加長，處理72 h后根系活力由500 μg·g-1·h-1左右降至 100 μg·g-1·h-1左右， 根系活力喪失嚴(yán)重，但硝酸鈣澆施各處理的根系活力仍均高于缺鈣處理（圖 3）。

硝酸鈣噴施5 d后對提高幼苗葉綠素含量和根系活力有一定效果（圖3），但差異不顯著。然而噴施處理明顯降低了幼苗在冷脅迫條件下根系活力和葉綠素含量的降低速度，盡管在冷處理72 h后噴施處理幼苗這兩項指標(biāo)與對照的差異再度減小，但在處理24，48 h時噴施處理均明顯高于對照，且10 mmol/L噴施（S10）優(yōu)于5 mmol/L（S5）處理，說明硝酸鈣噴施在提高甜瓜幼苗短時抗冷性上有一定效果。

2.3 硝酸鈣處理對冷脅迫條件下甜瓜幼苗電解質(zhì)滲漏率和丙二醛（MDA）含量的影響

圖3 硝酸鈣噴施和冷處理對甜瓜幼苗葉綠素含量和根系活力的影響

電解質(zhì)滲漏率可反映細(xì)胞膜透性的變化，丙二醛（MDA）含量可反映膜脂過氧化強(qiáng)弱。由圖4可見，冷脅迫使甜瓜幼苗膜透性迅速增大，電解質(zhì)滲漏率明顯增加；MDA含量亦隨冷脅迫時間的加長迅速升高，膜脂過氧化程度加重。但硝酸鈣澆施處理的幼苗在處理0～24 h過程中增加速度均明顯小于對照，且含量在整個處理過程中均低于對照，說明硝酸鈣澆施有助于緩解甜瓜幼苗在低溫條件下細(xì)胞膜的傷害，降低了膜脂過氧化程度，從而有助于提高幼苗抗冷性。而其中10 mmol/L處理（I10）在所有處理中表現(xiàn)最好，可能是一個適宜的澆施濃度。

硝酸鈣噴施處理對延緩甜瓜幼苗在冷脅迫條件下電解質(zhì)滲漏率和MDA含量的升高有效果（圖5），較高濃度的處理S10亦優(yōu)于低濃度處理S5。

圖4 硝酸鈣灌溉和冷處理對甜瓜幼苗電解質(zhì)滲漏率（左）和MDA含量（右）的影響

2.4 硝酸鈣處理對冷脅迫條件下甜瓜幼苗過氧化物酶（POD）活性的影響

過氧化物酶（POD）等植物體內(nèi)的保護(hù)酶與抗逆性密切相關(guān)，且對外界不良環(huán)境非常敏感。與有關(guān)辣椒[4]、煙草[10]的報道中POD活性在冷脅迫下會首先上升及關(guān)于黃瓜[11]、水稻[12]測定結(jié)果中顯示的隨冷脅迫時間下降不同，圖6結(jié)果顯示，甜瓜幼苗在進(jìn)行24 h冷脅迫處理后，POD活性變化較小，但隨著脅迫時間延長，POD活性下降明顯，在處理時間超過48 h后下降速度更快。硝酸鈣澆施和噴施處理的甜瓜幼苗在降低POD活性下降幅度方面均優(yōu)于對照，在處理48 h時，澆施處理I5、I10、I15、I20的POD活性分別比對照高出 11.6%，20.8%，14.1%和 4.9%， 冷脅迫 72 h 時仍分別比對照高出 10.9%，17.7%，14.7%和 13.8%； 噴施處理S5和S10在處理48，72 h時，POD活性分別比對照高出 3.51%，6.72%和 5.39%，8.92%。 綜合來看，I10、S10優(yōu)于其他處理。

圖5 硝酸鈣噴施和冷處理對甜瓜幼苗質(zhì)膜透性和MDA含量的影響

2.5 冷害癥狀觀察

甜瓜一般在溫度低于7.4℃，且持續(xù)一段時間后才開始表現(xiàn)出冷害癥狀，如葉色變淡、發(fā)紫，萎蔫，葉緣出現(xiàn)水漬狀等。繼續(xù)降溫進(jìn)行脅迫的試驗觀察結(jié)果（表1）表明，缺鈣處理甜瓜幼苗在7℃冷處理72 h后已開始出現(xiàn)葉色變淡癥狀，5℃處理12 h后植株出現(xiàn)萎蔫，3℃時開始觀測到少量葉緣出現(xiàn)紫色，1℃時約有20%葉片邊緣可觀測到水漬狀的出現(xiàn)，與之相比，硝酸鈣處理的幼苗以上冷害癥狀發(fā)生晚，但各硝酸鈣處理間的冷害癥狀未表現(xiàn)出明顯區(qū)別。

3 小結(jié)與討論

試驗結(jié)果表明，硝酸鈣澆施和噴施處理有助于提高甜瓜幼苗在冷脅迫條件下葉綠素、根系活力、POD活性，降低電解質(zhì)滲漏率和MDA含量，提高幼苗抗冷性，延緩冷害癥狀的發(fā)生。10～15 mmol/L澆施處理優(yōu)于其他處理，是一個適宜的使用濃度。與較多研究中采 用 CaCl2處理[2，5，10，11，13]不 同 ，因 為 甜 瓜 對 Cl－高 度 敏感，是典型的忌氯植物，生產(chǎn)中在進(jìn)行處理時一定要注意選用 Ca（NO3）2，以免造成損失。

鈣除具有防止膜損傷和滲漏，維護(hù)細(xì)胞壁、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能等作用外[14]，另一重要功能在于Ca2+作為細(xì)胞內(nèi)功能調(diào)節(jié)第二信使，在與鈣調(diào)素（CaM）結(jié)合后調(diào)節(jié)多種酶的活性和生理過程，能夠穩(wěn)定膜雙脂層的基本結(jié)構(gòu)，保護(hù)膜的完整性[15]。植物遭受低溫刺激后，胞內(nèi)Ca2+濃度會迅速升高，形成Ca-CaM信號系統(tǒng)，調(diào)節(jié)相關(guān)基因表達(dá)，推動生理生化變化，而外源鈣的使用可能主要在這一方面發(fā)揮作用，葉面噴施、短時浸蘸鈣溶液在提高植物抗逆性方面亦能起到明顯效果，試驗結(jié)果表明，10 mmol/L Ca（NO3）2噴施處理能明顯提高甜瓜幼苗抗冷性，但具體適宜濃度、高濃度鈣溶液帶來的鈣毒害等問題尚需繼續(xù)研究。

圖6 硝酸鈣灌溉（左）和噴施處理（右）甜瓜幼苗POD活性在冷脅迫條件下的變化

表1 不同鈣處理甜瓜幼苗低溫下冷害癥狀的發(fā)生

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