黃瓜幼苗對硝酸鈣脅迫耐受性研究

鄭少文,邢國明,亢秀萍,孫勝,李森

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801)

由于設(shè)施內(nèi)部特殊的水分運(yùn)行規(guī)律，加之肥料施用不合理、地下水位上升等因素影響，容易造成設(shè)施內(nèi)土壤鹽分積累[1]，尤其是硝酸鹽含量增加，造成土壤次生鹽漬化。土壤次生鹽漬化不僅影響蔬菜的產(chǎn)量還影響蔬菜的質(zhì)量安全，會(huì)對人們的身體健康造成危害[2]。

我國北方設(shè)施土壤中的陽離子以Ca2+為主，占土壤鹽分陽離子總量的60%以上；陰離子以NO3-為主，約占陰離子總量的67%～76%[3]。硝酸鈣大量積累是引發(fā)北方設(shè)施作物生理障礙的主導(dǎo)因子。

目前關(guān)于黃瓜鹽脅迫的研究主要集中在Cl-、Na+對其的脅迫作用[4,5]，以及Ca2+對鹽脅迫下黃瓜生理特性及光合特性的影響[5]，而對NO3-及Ca2+本身對黃瓜的脅迫作用研究較少。

本試驗(yàn)以“津春四號”黃瓜幼苗為材料，通過溶液培養(yǎng)方法研究了不同濃度硝酸鈣溶液對其幼苗生長的影響，旨在為設(shè)施黃瓜抗鹽栽培及新品種選育提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

津春四號。

1.2 試驗(yàn)方法

選取籽粒飽滿的黃瓜種子，55℃熱水燙種5 min，30℃溫水浸種4 h，將種子取出置于鋪有雙層紗布的培養(yǎng)皿中，28℃恒溫暗光催芽24 h。選取發(fā)芽整齊一致的種子播于裝有石英砂的育苗盤中，待子葉展開后，開始澆灌1/3劑量的山崎黃瓜專用配方營養(yǎng)液[7]。幼苗二葉一心時(shí)，挑選整齊一致的植株定植于裝有35 L 山崎黃瓜專用配方營養(yǎng)液的水槽中，氣泵間歇通氣(30 min·h-1) 培養(yǎng)。

當(dāng)植株第三片真葉初展時(shí)，開始進(jìn)行硝酸鈣脅迫。試驗(yàn)以硝酸鈣濃度為3.5 mmol·L-1常規(guī)營養(yǎng)液作對照，分別設(shè)置硝酸鈣濃度為25、50、75、100 mmol·L-1的4個(gè)處理，每個(gè)處理進(jìn)行3次重復(fù)，每重復(fù)20株。

1.3 測定方法

1.3.1 生長指標(biāo)

生長指標(biāo)測定開始于硝酸鈣處理第10天，每個(gè)重復(fù)取10株幼苗測量株高(子葉節(jié)到生長點(diǎn))、莖粗(子葉節(jié)下1cm)、根長(根莖結(jié)合處到主根根尖)、地上部干鮮重、地下部干鮮重等生長指標(biāo)。

1.3.2 生理生化指標(biāo)

生理生化指標(biāo)于硝酸鈣脅迫后第0、3、6、9 天選取第2片真葉進(jìn)行測定。葉綠素含量采用丙酮乙醇混合液提取法[8]測定?？扇苄缘鞍撞捎每捡R斯亮藍(lán)染色法[8]測定。游離脯氨酸采用酸性茚三酮法[8]進(jìn)行測定。丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法[8]測定。電解質(zhì)滲透率采用電導(dǎo)法[8]測定。

采用Excel作圖，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

從表1看出，硝酸鈣脅迫9 d后，黃瓜幼苗的各生長參數(shù)指標(biāo)均有不同程度的降低，表明Ca(NO3)2脅迫對黃瓜幼苗生長具有抑制作用，且隨著Ca(NO3)2脅迫濃度的提高，植株生長受抑制程度逐漸增強(qiáng)。25～75 mmol·L-1，植株的株高、莖粗、根長同對照相比差異顯著。100 mmol·L-1Ca(NO3)2脅迫下，各形態(tài)指標(biāo)受到的影響最大，其株高、莖粗、根長與對照相比分別降低了17.5%、19%，39.8%，差異達(dá)到極顯著水平。Ca(NO3)2處理后黃瓜植株的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均顯著降低，根冠比有所升高。處理9 d后，鮮質(zhì)量與對照相比下降了55%。

表1 不同濃度硝 酸鈣脅迫對黃瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

注：數(shù)字后的字母表示Duncan's新復(fù)極差檢驗(yàn)結(jié)果，同行不同字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

Note:The letters after data indicate the result according to Duncan's Multiple Range Test. Different small letters within same row mean difference at P<0.05 level.

2.2 硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗光合色素含量的影響

如圖1所示，黃瓜幼苗經(jīng)硝酸鈣脅迫后，幼苗體內(nèi)葉綠素含量均呈現(xiàn)先升高再下降的趨勢。在25和50 mmol·L-1硝酸鈣脅迫下，幼苗葉片中葉綠素含量高于對照，并且在50 mmol·L-1達(dá)到最大值，在75和100 mmol·L-1的硝酸鈣濃度下基本呈下降趨勢?？梢?，低濃度硝酸鈣脅迫不僅沒有使黃瓜葉片葉綠素含量降低，反而有一定的促進(jìn)作用。硝酸鈣脅迫后幼苗葉片中類胡蘿卜素含量先升高后降低。

圖1 硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗光合色素含量的影響Fig.1 Effects of different concentrations of Ca(NO3)2 on chlorophyll content of cucumber seedlings注：數(shù)字后的字母表示Duncan's新復(fù)極差檢驗(yàn)結(jié)果，同行不同字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。圖2～圖5同。Note:The letters after data indicate the result according to Duncan's Multiple Range Test. Different small letters within same row mean difference at P<0.05 level.The significance of the letter in Fig.2～Fig.5 is the same.

2.3 硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

2.3.1 硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗脯氨酸含量的影響

對不同脅迫處理間的差異顯著性進(jìn)行多重比較，結(jié)果(圖2)表明，與對照相比,4個(gè)不同濃度硝酸鈣處理均能提高黃瓜葉片的脯氨酸含量。硝酸鈣濃度在3.5～50 mmol·L-1之間時(shí)，隨硝酸鈣濃度的升高黃瓜幼苗組織內(nèi)游離脯氨酸含量均增加， 但不同處理之間差異不顯著。當(dāng)濃度達(dá)到100 mmol·L-1時(shí)，游離脯氨酸迅速積累，含量也達(dá)到最高，差異極顯著。

圖2 硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗脯氨酸含量的影響Fig.2 Effects of different concentrations of Ca(NO3)2 on proline content of cucumber seedlings

2.3.2 硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

可溶性蛋白與脯氨酸同屬于滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。由圖3可見，黃瓜幼苗中的可溶性蛋白在硝酸鈣濃度為3.5、25、50 mmol·L-1時(shí)緩慢增加，不同處理之間差異不顯著，這與硝酸鈣脅迫下脯氨酸含量變化結(jié)果相一致。處理濃度為50 mmol·L-1時(shí)可溶性蛋白含量最高。與對照相比，黃瓜幼苗隨著時(shí)間的延長，可溶性蛋白含量的升高幅度隨之加大。隨著硝酸鈣濃度進(jìn)一步提高，在100 mmol·L-1時(shí)黃瓜葉片蛋白質(zhì)含量有所下降。

圖3 硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗可溶性蛋白含量的影響Fig.3 Effects of different concentrations of Ca(NO3)2 on soluble protein content in leaves of cucumber seedlings

2.4 硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗膜質(zhì)過氧化程度的影響

2.4.1 硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗MDA含量的影響

MDA是植物在鹽脅迫下膜脂過氧化的終產(chǎn)物，其含量可以用來衡量膜脂過氧化的程度[9]。

如圖4所示，硝酸鈣脅迫后，黃瓜幼苗葉片中MDA含量均顯著高于對照，并且隨著時(shí)間的延長，MDA含量升高幅度增大，表明硝酸鈣脅迫造成黃瓜幼苗膜質(zhì)過氧化傷害，并且隨硝酸鈣處理濃度增大及處理時(shí)間的延長，膜質(zhì)過氧化水平加劇。100 mmol·L-1硝酸鈣脅迫下對幼苗傷害最大。

圖4 Ca(NO3)2脅迫對黃瓜幼苗MDA含量的影響Fig.4 Effects of different concentrations of Ca(NO3)2 on MDA content in leaves of cucumberSeedlings

2.4.2 硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗質(zhì)膜透性的影響

由圖5可見，在25、50 mmol·L-1硝酸鈣脅迫下，黃瓜幼苗葉片電解質(zhì)滲透率緩慢升高，與對照差異不顯著。100 mmol·L-1硝酸鈣脅迫下，電解質(zhì)滲透率明顯升高，在處理3 d、6 d、9 d后，相對電導(dǎo)率分別為對照的1.58倍、1.76倍，2.5倍。這表明在硝酸鈣脅迫下，幼苗質(zhì)膜透性隨硝酸鈣處理濃度的增大而持續(xù)增加，且隨著處理時(shí)間的增加呈上升趨勢。

3 結(jié)果與討論

通過對各個(gè)指標(biāo)的分析發(fā)現(xiàn)，75 mmol·L-1的硝酸鈣濃度是黃瓜耐受硝酸鈣的一個(gè)臨界值，在此濃度下，黃瓜幼苗受到比較明顯的傷害，但仍能維持其生長發(fā)育。硝酸鈣濃度為100 mmol·L-1的營養(yǎng)液中，幼苗出現(xiàn)枯黃、萎蔫甚至死苗。后續(xù)試驗(yàn)中，脯氨酸含量和可溶性蛋白含量升高緩慢，這表明硝酸鈣脅迫主要是通過細(xì)胞失水使黃瓜發(fā)生生理干旱，影響黃瓜生長。

圖5 Ca(NO3)2脅迫對黃瓜幼苗相對電導(dǎo)率的影響Fig.5 Effects of different concentrations of Ca(NO3)2 on relative electric conductivity of cucumber seedlings

Ca(NO3)2處理后黃瓜植株的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均顯著降低，與前人研究的較高濃度NaCl降低黃瓜幼苗的地上部和根系干重的結(jié)論[10]相同。

在50 mmol·L-1前，光合色素的含量逐漸增加，在50 mmol·L-1后，光合色素的含量逐漸降低。本結(jié)論表明，在一定濃度范圍內(nèi)硝酸鈣有利于維持黃瓜的葉綠素含量。與前人研究的Ca2+對水稻[11]、玉米[12]葉綠素含量的結(jié)論相同。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李玉奇.設(shè)施鹽漬化土壤離子互作及生態(tài)修復(fù)研究[D].上海：上海交通大學(xué),2010：1-124.

[2]張金錦,段增強(qiáng).設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化的成因、危害及其分類與分級標(biāo)準(zhǔn)的研究進(jìn)展[J].土壤,2011,43(3):361-366.

[3]楊曉玉,胡淳淳,王秀峰,等.硝酸鹽脅迫對黃瓜幼苗生長及鎂、鐵、銅、錳、鋅含量的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2008(8):61-6.

[4]劉鳳蘭,杜新民,秦愛萍.黃瓜幼苗對NaCl脅迫的生理響應(yīng)[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)2013,29(22):178-182.

[5]黃韞宇,張海軍,邢燕霞,等.NaCl脅迫對黃瓜種子萌發(fā)的影響及DNA甲基化的MSAP分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,46(8):1646-1656.

[6]張雪艷,李堃,馬麗娟,等.Ca2+調(diào)控對黃瓜幼苗耐鹽性生理指標(biāo)的影響[J].北方園藝2013(13):5-8.

[7]李邵,薛緒掌.齊飛,等.不同營養(yǎng)液濃度對溫室盆栽黃瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2011,17(6):1409-1416.

[8]鄒琦.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000:159-160.

[9]徐玉偉,郭世榮,程玉靜,等．Ca(NO3)2對鹽脅迫下黃瓜幼苗生長及膜質(zhì)過氧化的影響[J].中國蔬菜,2010(4):14-18.

[10]高洪波，周志男，呂桂云，等．NaCl脅迫下外源1-氨基丁酸對黃瓜幼苗生長和活性氧代謝的影響[J]．西北植物學(xué)報(bào)，2007，27(10)：2046-2051．

[11]朱曉軍，楊勁松，梁永超，等.鹽脅迫下鈣對水稻幼茼光合作用及相關(guān)生理特性的影響[J]．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，37(10)：1497-1503．

[12]王玉風(fēng)，王慶祥，商麗威.鈣對NaCl脅迫下玉米幼苗保護(hù)酶活性等生理特性的影響[J]．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2008，26(3)：119-123.