鎂對(duì)厚皮甜瓜坐果節(jié)位葉片葉綠素?zé)晒馓匦院突钚匝跚宄到y(tǒng)的影響

朱立保， 劉海河,*， 張彥萍, 張利云, 王 正

(1河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河北保定 071001； 2河北工程大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北邯鄲 056038)

鎂對(duì)厚皮甜瓜坐果節(jié)位葉片葉綠素?zé)晒馓匦院突钚匝跚宄到y(tǒng)的影響

朱立保1， 劉海河1,2*， 張彥萍2, 張利云1, 王 正2

(1河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河北保定 071001； 2河北工程大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北邯鄲 056038)

厚皮甜瓜; 坐果節(jié)位葉片; 鎂; 葉綠素?zé)晒馓匦? 活性氧清除系統(tǒng)

厚皮甜瓜(Cucumismelovar.cantaloupensisL.)是我國(guó)設(shè)施栽培中的一種重要經(jīng)濟(jì)作物。在其高效栽培生產(chǎn)中，果實(shí)膨大至成熟期間常發(fā)生葉片早衰問題[1]，且不同節(jié)位葉片老化速度差異顯著，以側(cè)蔓坐果節(jié)位功能葉片衰老最快，至果實(shí)成熟時(shí)，葉片出現(xiàn)嚴(yán)重黃化干枯。坐果節(jié)位葉片衰老預(yù)示著植物光合系統(tǒng)受到破壞及同化能力的喪失，這在很大程度上限制了甜瓜產(chǎn)量潛能的發(fā)揮[2]。因此，探究延緩坐果節(jié)位葉片衰老的方法與機(jī)理，對(duì)于改善厚皮甜瓜果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義。

鎂是組成葉綠素分子結(jié)構(gòu)的中心元素，也是合成磷脂的必要成分，在植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中具有十分重要的作用。一些研究表明，葉片中鎂素含量的高低與葉片衰老相關(guān)密切。葉面噴施適宜濃度的鎂能夠顯著提高葡萄葉片葉綠素含量和光合作用參數(shù)[3]；提高大豆葉片中的可溶性糖和蛋白質(zhì)含量，降低脯氨酸和MDA含量，降低膜脂過氧化程度[4]；也能增加烤煙的干物質(zhì)積累量、 葉綠素?zé)晒鈪?shù)中的量子產(chǎn)量、 光合電子傳遞速率及過剩激發(fā)能的耗散等，從而增強(qiáng)其對(duì)強(qiáng)光的保護(hù)性調(diào)節(jié)能力[5]。低鎂脅迫會(huì)降低龍眼幼苗葉片光合色素含量、 光吸收能力和光合效率[6]。但目前關(guān)于鎂對(duì)厚皮甜瓜葉片衰老及果實(shí)生長(zhǎng)的影響尚未見報(bào)道。

本試驗(yàn)研究了葉面噴施不同濃度的硫酸鎂對(duì)厚皮甜瓜坐果節(jié)位葉片葉綠素含量、 葉綠素?zé)晒馓匦浴?活性氧清除系統(tǒng)以及果實(shí)等指標(biāo)的影響，以期為延緩厚皮甜瓜葉片衰老、 改善果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)提供施肥方法和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為厚皮甜瓜品種‘迎春(F1)’，由河北農(nóng)業(yè)大學(xué)栽培和育種研究室提供。供試藥劑為MgSO4·7H2O，分析純。

試驗(yàn)于2013年在保定市清苑縣張登屯甜瓜栽培示范基地塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)地0—30 cm為沙壤土，有機(jī)質(zhì)含量為14.10 g/kg、 全氮1.16 g/kg、 全磷0.99 g/kg、 全鉀20.50 g/kg、 堿解氮49.60 mg/kg、 速效磷44.00 mg/kg、 速效鉀138.91 mg/kg。定植前施足基肥，施肥量為腐熟農(nóng)家肥 30 t/hm2，磷酸二銨450 kg/hm2(含 N 18%和 P2O546%)，硫酸鉀300 kg/hm2(含K2O 51%)。7月下旬進(jìn)行穴盤育苗，8月中旬定植，株行距為35 cm×100 cm，栽培管理與常規(guī)生產(chǎn)一致。試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)Mg2+處理濃度，即0(CK)、 2、 4、 6 mmol/L。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理30株，3次重復(fù)。選取大小、 長(zhǎng)勢(shì)一致的甜瓜植株，于坐果節(jié)位雌花開放授粉當(dāng)天對(duì)植株葉片進(jìn)行養(yǎng)分噴施處理，每7 d 噴1次，共噴3次。于處理后7、 14、 21、 28、 35、 42 d上午9時(shí)左右采集坐果節(jié)位葉片，濕紗布包裹置于冰盒內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

授粉后42天測(cè)定每個(gè)處理平均單果重，并隨機(jī)采摘5個(gè)果實(shí)，取中心部位果肉測(cè)定品質(zhì)指標(biāo)，可溶性糖采用硫酸-蒽酮法測(cè)定，可溶性固形物采用手持糖度計(jì)測(cè)定，Vc采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定。上述指標(biāo)測(cè)定參照李合生的方法[8]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003軟件整理和繪圖，DPS 7.05軟件進(jìn)行 Duncan’s 多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鎂濃度處理對(duì)厚皮甜瓜坐果節(jié)位葉片鎂及葉綠素含量的影響

由圖1A可知，不同鎂濃度處理后坐果節(jié)位葉片中的鎂含量隨處理時(shí)間的變化趨勢(shì)基本一致，即先升高再下降。2 mmol/L和4 mmol/L鎂處理后的葉片鎂含量顯著高于對(duì)照(P< 0.05)，而6 mmol/L處理后的鎂含量28 d后與對(duì)照差異不顯著。說明適宜濃度的鎂素處理可以提高厚皮甜瓜坐果節(jié)位葉片的鎂含量。

由圖1B可知，坐果節(jié)位葉片葉綠素含量隨葉片生長(zhǎng)均呈現(xiàn)先升高后逐漸減少的趨勢(shì)，且在生長(zhǎng)后期降低尤其明顯。噴施4 mmol/L鎂可顯著提高坐果節(jié)位葉片葉綠素含量(P< 0.05)，不同天數(shù)內(nèi)，較對(duì)照依次增加15.54%、 57.21%、 51.00%、 87.86%、 113.48%和213.83%； 2 mmol/L鎂處理后的葉綠素含量較對(duì)照有顯著增高。表明適宜鎂濃度處理可延緩坐果節(jié)位葉片衰老過程中葉綠素的降解速度。

2.2 不同鎂濃度對(duì)厚皮甜瓜坐果節(jié)位葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)和凈光合速率的影響

2.2.1 不同鎂濃度對(duì)厚皮甜瓜坐果節(jié)位葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響 由圖2A和圖2B可知，不同濃度鎂處理的坐果節(jié)位葉片F(xiàn)o值初期遞減后再逐漸升高。2 mmol/L和4 mmol/L鎂處理后的Fo均顯著低于對(duì)照。處理28 d后，對(duì)照的Fv/Fm開始快速下降，而其他鎂濃度處理的Fv/Fm值變化不明顯，均處于0.6～0.8范圍內(nèi)。其中，4 mmol/L濃度處理后的Fv/Fm值最高。

ФPSⅡ反映PSⅡ的實(shí)際光化學(xué)量子效率，不同處理的ФPSⅡ值與坐果節(jié)位葉片葉齡增加呈負(fù)相關(guān)。由圖2C和圖2D可知，4 mmol/L鎂處理后的ФPSⅡ不同時(shí)期均顯著高于對(duì)照與6 mmol/L鎂處理(P<0.05)；ETR為表觀光合電子傳遞速率，各處理早期差異不明顯，28 d后對(duì)照與6 mmol/L鎂處理的ETR顯著低于2 mmol/L和4 mmol/L鎂處理(P< 0.05)。

2.2.2 不同鎂濃度對(duì)厚皮甜瓜坐果節(jié)位葉片凈光合速率的影響 由圖3可知，坐果節(jié)位葉片的凈光合速率伴隨葉片的成熟和衰老先升高后降低，至21 d時(shí)，凈光合速率達(dá)最大值。不同鎂處理均能不同程度提高Pn，其中4 mmol/L鎂處理效果最顯著(P< 0.05)，其次是2 mmol/L鎂處理，6 mmol/L鎂處理效果與對(duì)照無顯著差異。表明，適宜的鎂素濃度處理可以顯著提高坐果節(jié)位葉片的光合能力。

2.3 不同鎂濃度處理對(duì)厚皮甜瓜坐果節(jié)位葉片抗氧化酶活性的影響

由圖4可知，坐果節(jié)位葉片生長(zhǎng)過程中，POD、 SOD和CAT活性都呈先上升后下降的相同趨勢(shì)。不同濃度鎂處理對(duì)POD、 SOD和CAT活性有影響。2 mmol/L 和4 mmol/L 鎂處理能顯著提高坐果節(jié)位葉片POD、 SOD和CAT的酶活性。而6 mmol/L鎂處理后的3種保護(hù)酶活性均提高不顯著。

2.4 不同鎂濃度處理對(duì)厚皮甜瓜坐果節(jié)位葉片的活性氧及丙二醛含量的影響

[注(Note): 柱上不同字母表示同一采樣期處理間差異達(dá)到5%顯著水平 Different letters above the bars at the same stage mean significantly different at the 5% level.]

2.5 不同鎂濃度處理對(duì)厚皮甜瓜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和單果重的影響

由表1可知，2 mmol/L和4 mmol/L鎂處理均可提高果實(shí)可溶性糖、 可溶性固形物、 Vc及可溶性蛋白含量，且達(dá)到顯著水平(P<0.05)。其中，2 mmol/L濃度處理后，上述指標(biāo)依次增加12.30%、 16.40%、 9.86%和28.30%，而4 mmol/L濃度處理的增幅是22.34%、 19.73%、 32.31%及40.91%，不同濃度鎂處理對(duì)甜瓜單果重影響不顯著。

3 討論

鎂是葉綠素結(jié)構(gòu)的必要組成部分，與光合作用直接相關(guān)，同時(shí)具有調(diào)節(jié)細(xì)胞多種酶活性和維持細(xì)胞膜穩(wěn)定的功能[10]。缺鎂引起葉綠素含量下降、 導(dǎo)致葉綠體類囊體膜形態(tài)結(jié)構(gòu)異常，直接影響PSII和PSⅠ的功能[11]。本研究顯示，隨著厚皮甜瓜果實(shí)的生長(zhǎng)，坐果節(jié)位葉片的鎂與葉綠素含量均呈先增加后減少的變化趨勢(shì)。2 mmol/L及4 mmol/L硫酸鎂處理后，坐果節(jié)位葉片的鎂含量和葉綠素含量均得到提高。該結(jié)果與前人在葡萄[3]上的研究結(jié)論基本一致。表明適宜濃度的鎂處理可以提高功能葉片鎂元素含量，促進(jìn)葉綠素合成并維持葉綠體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，延緩葉片衰老，延長(zhǎng)葉片功能期。

[注(Note): 柱上不同字母表示同一采樣期處理間差異達(dá)到5%顯著水平 Different letters above the bars at the same stage mean significantly different at the 5% level.]

本研究顯示，坐果節(jié)位葉片生長(zhǎng)過程中，POD、 SOD和CAT 等抗氧化酶活性先增強(qiáng)后快速減弱，活性氧和MDA含量逐漸升高。2 mmol/L和4 mmol/L 鎂處理后，POD、 SOD和CAT 等抗氧化酶活性較對(duì)照增強(qiáng)，而活性氧和MDA含量較對(duì)照相應(yīng)降低。該結(jié)果與鎂在黃瓜[14]、 大豆[15]上的研究基本一致。由此看出，適宜濃度的鎂處理可以提高坐果節(jié)位葉片的抗氧化酶活性，及時(shí)清除活性氧和膜脂過氧化物，維持細(xì)胞膜和葉綠體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，延緩葉片衰老速度。

[注(Note): 柱上不同字母表示同一采樣期處理間差異達(dá)到5%顯著水平 Different letters above the bars at the same stage mean significantly different at the 5% level.]

一般認(rèn)為，PSII反應(yīng)中心受到破壞或可逆失活時(shí)會(huì)引起Fo增加，而Fo降低可能是由于PSII天線色素的非光化學(xué)能量耗散導(dǎo)致的[16]。逆境脅迫下的熒光參數(shù)Fv/Fm、 ETR和ФPSⅡ等均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[17-18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，葉片自然衰老情況下，PSII反應(yīng)中心受到損傷，光合活性下降，原初光能轉(zhuǎn)換效率降低，電子傳遞能力變?nèi)?，PSⅡ潛在活性受到抑制，凈光合速率變慢。該結(jié)論與小麥[19]、 臍橙[20]上的研究結(jié)論類似。而4 mmol/L鎂處理后的葉片F(xiàn)v/Fm、 ФPSⅡ及ETR均維持在較高水平，凈光合速率得到提升，F(xiàn)o開始下降，說明一定濃度的鎂處理增加了葉片PSII天線色素的非光化學(xué)能量耗散，緩解了光系統(tǒng)受損程度；同時(shí)保持PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)換效率和潛在活性，提高實(shí)際光化學(xué)量子效率與表觀光電子傳遞速率以及凈光合速率，從而合成較多用于暗反應(yīng)的同化力ATP和NADPH，提高葉片光合能力。這一結(jié)果與煙草上[22]的研究結(jié)果相符。

植物體內(nèi)的鎂元素含量高低與其產(chǎn)量和品質(zhì)關(guān)系密切。本研究得出，外源施加2 mmol/L及4 mmol/L濃度的鎂處理能夠提高甜瓜果實(shí)中可溶性糖、 可溶性固形物、 Vc及可溶性蛋白的含量，但對(duì)單果重量影響不顯著，該結(jié)果與前人在臺(tái)灣青棗[21]和厚皮甜瓜[22]上的研究結(jié)果基本一致。表明合理的鎂肥施用量能夠提高厚皮甜瓜的品質(zhì)。

4 結(jié)論

注(Note): 同列數(shù)值后不同字母表示處理間0.05水平差異顯著 Values followed by different letters are significantly different among treatments at 0.05 level．

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Effects of magnesium on chlorophyll fluorescence and active oxygen scavenging system of fruiting-node leaves of muskmelon

ZHU Li-bao1, LIU Hai-he1,2*, ZHANG Yan-ping2, ZHANG Li-yun1, WANG Zheng2

(1CollegeofHorticulture,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071001,China; 2CollegeofAgronomy,HebeiEngineeringUniversity,Handan,Hebei056038,China)

muskmelon; leaves of fruiting-node; Mg; chlorophyll fluorescence; active oxygen scavenging system

2014-05-28 接受日期: 2014-09-10 網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-06-04

國(guó)家西甜瓜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金(CARS-26-25)；河北省科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(11220801D, 13226914D)；邯鄲市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(1222101059，1322101066-4)資助。

朱立保(1988—)，男，河北望都人，碩士研究生，主要從事甜瓜栽培及生理研究。E-mail: 626702738@qq.com * 通信作者 E-mail: yylhh@hebau.edu. cn

S143.7； S652

A

1008-505X(2015)05-1279-07