鎂對‘新天玲’西瓜葉片光合色素、可溶性蛋白含量和硝酸還原酶活性的影響

林麗琳等

摘 要 通過沙培試驗(yàn)，研究0（CK）、24、48、96、192 mg/L不同鎂水平對‘新天玲西瓜不同生育期葉片光合作用色素、可溶性蛋白含量和硝酸還原酶活性的影響。結(jié)果表明：鎂水平影響‘新天玲西瓜的整個生長發(fā)育過程，各時期隨著鎂水平的升高，西瓜葉片中葉綠素、類胡蘿卜素、可溶性糖、可溶性蛋白含量和硝酸還原酶活性呈先升高后降低趨勢，在鎂水平為48 mg/L時各物質(zhì)含量達(dá)到同期的最大值、NR活性最強(qiáng)，為最適鎂濃度；而缺鎂、低鎂、鎂過量均會產(chǎn)生不利影響；膨瓜期是‘新天玲西瓜受鎂水平影響比較嚴(yán)重的時期，該期應(yīng)特別注意鎂肥用量，以減輕鎂對西瓜葉片碳氮代謝指標(biāo)的影響，從而促進(jìn)西瓜優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)。

關(guān)鍵詞 鎂水平 ；西瓜 ；葉片 ；碳氮代謝指標(biāo)

分類號 S651

Abstract In this paper，the watermelon ‘Xintianling grown in pots containing sand were used to study the effects of magnesium concentration of 0（CK）， 24， 48， 96， 192 mg/L on leaf photosynthesis pigments， soluble protein content and reducing nitric acid activity of ‘Xintianling watermelon. The results showed that magnesium concentration affected the entire growth process of watermelon. In each period， the effect of magnesium on contents of photosynthetic pigments， carotenoids， soluble sugar， soluble protein and NR activity of ‘Xintianling watermelon presented to rise to a maximum and then reduced. The content of each substance and NR activity reached to a maximum for the same period when magnesium concentration was 48 mg/L， 48 mg/L was the optimum concentration of magnesium， magnesium deficiency， low magnesium，magnesium excess would be adversely affected. The expanding time of ‘Xintianling was affected seriously by magnesium levels. This period should pay particular attention to the amount of magnesium fertilizer to reduce the impact of magnesium on carbon and nitrogen metabolism in leaves of watermelon，in order to promote high-quality and high-yielding of watermelon.

Keywords magnesium level ； watermelon ； leave ； carbon and nitrogen metabolism index

西瓜（Citrullus lanatus），人稱寒瓜、夏瓜等，為葫蘆科植物，原產(chǎn)非洲，其味甜汁多，清爽解渴，是盛夏佳果，堪稱“瓜中之王”?！绿炝嵛鞴鲜且环N外觀美、品質(zhì)優(yōu)、早熟的中小型新品種，其含水量、可溶性糖、可溶性蛋白和Vc含量均較高，瓜瓤鮮紅，細(xì)爽多汁，中心可溶性固形物含量達(dá)12%[1]。鎂是任何一種植物都不可缺少的必需營養(yǎng)元素[2]，植物若缺鎂，則葉綠素合成受阻，影響光合作用[3-4]，從而導(dǎo)致植物體蛋白質(zhì)合成及糖類等碳氮代謝功能紊亂[5-7]。在西瓜種植過程中，經(jīng)常出現(xiàn)因鎂肥施用不當(dāng)而間接影響西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。本文著重研究鎂水平對新天玲西瓜3個不同生育期葉片碳氮代謝的影響，以期為新天玲西瓜合理施用鎂肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試西瓜為‘新天玲（由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物資源研究所提供）。于2014年3～6月在福州市農(nóng)科所玻璃溫室進(jìn)行砂質(zhì)培養(yǎng)。用營養(yǎng)液澆灌，營養(yǎng)液采用Hoagland和 Arnon（1938）配方。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計

營養(yǎng)液中鎂的濃度設(shè)0（CK）、24、48、96、192 mg/L 等5個處理，鎂源為分析純MgSO4·7H2O，每處理重復(fù)6次。挑選優(yōu)質(zhì)新天玲西瓜種子，溫湯浸種消毒后繼續(xù)用水浸泡8 h，后于30℃培養(yǎng)箱中催芽，待種子露白后播種，并保持培養(yǎng)基質(zhì)一定的濕度，當(dāng)西瓜苗長至兩葉一心時定植于裝有干凈河沙的盆中，每盆1株，采用雙蔓整枝法。

處理前5 d只澆水，第6天苗長勢穩(wěn)定后開始處理，初期每隔1 d澆1次不同濃度營養(yǎng)液，每盆500 mL，共5次，之后隨瓜苗長大增加營養(yǎng)液用量，每盆各澆1 000 mL營養(yǎng)液，期間瓜伸蔓時每2 d澆1次營養(yǎng)液，膨瓜期時遇炎熱天氣早晚各澆1次營養(yǎng)液，共澆30次，累計營養(yǎng)液用量約為975 L。分別于伸蔓期、盛花期、膨瓜期各取瓜蔓第4片功能葉，并用打孔器打成小葉圓片裝于自封袋中，用液氮罐帶回實(shí)驗(yàn)室并儲存于-20℃冰箱中。

1.2.2 測定方法

采用混合液提取法[8]測定葉綠素含量，考馬斯亮藍(lán)法[9]測定組織中可溶性蛋白含量，蒽酮比色法[10]測定可溶性糖含量，硝酸還原酶活性參照王晶英等[11]的方法進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及圖表制作，采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析的差異顯著性及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎂對新天玲西瓜葉片光合色素含量的影響

鎂對新天玲西瓜葉片中光合色素含量的影響見表1。從表1可以看出，不同鎂水平處理對新天玲西瓜3個不同生育期葉片的葉綠素含量的影響規(guī)律是一致的，即西瓜葉片中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量隨鎂水平的增加呈先升高后降低趨勢，在0 mg/L 時為最小值，48 mg/L時達(dá)到最大值。3個時期，缺鎂、低鎂處理間西瓜各種光和色素含量差異不顯著，濃度大于48 mg/L時，2個高鎂水平處理間的西瓜各種光合色素含量差異也不顯著，但高鎂水平處理時西瓜葉片相應(yīng)光合色素含量比缺鎂、低鎂水平處理時高，這說明缺鎂、低鎂對西瓜的光合色素含量影響顯著于高鎂處理。從表1中還可以看出，新天玲西瓜葉片光合色素含量隨著西瓜的生長而逐漸減小，在測定的3個時期中，膨瓜期時西瓜葉片光合色素含量最低。

鎂對新天玲西瓜葉片光合色素含量相關(guān)性分析見表2。新天玲西瓜葉片中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素線性相關(guān)性分析結(jié)果表明，葉綠素a、b，總?cè)~綠素及類胡蘿卜素兩兩呈極顯著相關(guān)性，說明葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量、類胡蘿卜素之間關(guān)系密切，鎂可能通過影響其中的任一個指標(biāo)而影響其它指標(biāo)。

2.2 鎂對新天玲西瓜葉片中可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸還原酶（NR）活性的影響

2.2.1 對可溶性糖含量的影響

鎂對新天玲西瓜葉片中可溶性糖含量的影響見圖1。從圖1可以看出，不同鎂水平處理影響新天玲西瓜葉片的可溶性糖含量，3個不同生育期葉片中可溶性糖含量受鎂水平影響一致，即隨鎂濃度的增加先增加后減小，在0 mg/L 時含量最小，48 mg/L時含量最大，當(dāng)鎂水平大于48 mg/L時反而下降。故缺鎂、低鎂可以降低西瓜葉片中的可溶性糖含量，適量施用鎂肥可以提高西瓜葉片中可溶性糖的含量，但供鎂過量也不利于西瓜葉片中可溶性糖的積累，膨瓜期時西瓜受鎂水平影響比伸蔓期和盛花期嚴(yán)重。

2.2.2 對可溶性蛋白含量的影響

鎂對新天玲西瓜葉片中可溶性蛋白含量的影響如圖2所示。從圖2可以看出，不同鎂水平處理下新天玲西瓜3個不同生育期葉片中的可溶性蛋白含量受鎂水平影響一致，即隨鎂濃度的增加先增加后減小，在0 mg/L 時含量為最小值，48 mg/L時含量達(dá)到最大值，當(dāng)鎂水平大于48 mg/L時反而下降。3個時期缺鎂、低鎂與高鎂處理間差異不顯著，但均與48 mg/L鎂水平差異極顯著，膨瓜期時48 mg/L鎂水平處理下西瓜葉片可溶性蛋白含量分別比缺鎂、高鎂處理高114.91%、69.48%，差異顯著。故缺鎂、低鎂、鎂過量均不利于西瓜葉片中可溶性蛋白質(zhì)的合成，適當(dāng)?shù)厥┯面V肥可增加西瓜葉片中可溶性蛋白的含量，西瓜膨瓜期葉片可溶性蛋白的含量受鎂水平影響嚴(yán)重。

2.2.3 對硝酸還原酶活性的影響

鎂對新天玲西瓜葉片中硝酸還原酶活性的影響見圖3。從圖3可以看出，鎂水平對新天玲西瓜3個生育期期葉片NR活性影響規(guī)律一致，即隨鎂水平升高，NR活性先增強(qiáng)后減弱，在48 mg/L時NR活性最強(qiáng)，不同鎂水平處理對西瓜葉片NR活性的影響差異達(dá)到極顯著水平，膨瓜期時，NR活性最小。由此可見，缺鎂、低鎂和鎂過量都可以抑制西瓜葉片中NR活性，進(jìn)而影響西瓜氮代謝，缺鎂、低鎂的影響嚴(yán)重于鎂過量影響，適量施鎂肥可以提高NR活力，增強(qiáng)西瓜氮代謝能力。

2.3 鎂對可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸還原酶活性等的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析及生物統(tǒng)計表明，新天玲西瓜葉片可溶性糖與可溶性蛋白（Y=0.763X-1.016，r=0.854**，n=15）、可溶性糖與硝酸還原酶（NR）活性（Y=1.465X+5.667，r=0.832**，n=15）、可溶性蛋白與硝酸還原酶（NR）活性（Y=1.666X+10.485，r=0.845**，n=15）之間關(guān)系密切，它們之間兩兩呈極顯著相關(guān)性，說明可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、硝酸還原酶活性3個指標(biāo)之間關(guān)系密切，鎂可能通過影響西瓜葉片的硝酸還原酶活性而影響可溶性糖、可溶性蛋白代謝。

3 討論

碳氮代謝是植物的重要生理代謝之一，在各個環(huán)境中生長的植物機(jī)體內(nèi)都具有重要作用[12]，碳代謝為植物氮代謝提供了能量和碳源，氮代謝可為碳代謝提供光合色素和酶等[13]，二者共同促進(jìn)植物的生長發(fā)育。在植物細(xì)胞中，葉綠素是植物光合作用的核心，葉綠素的結(jié)構(gòu)為一個鎂與四個吡咯環(huán)上的氮結(jié)合的以卟啉為骨架的綠色色素。鎂存在于葉綠素分子的卟啉環(huán)中心，占葉綠素分子量的2.7%。

本實(shí)驗(yàn)表明不同鎂水平影響新天玲西瓜3個不同生育期葉片中相關(guān)光合色素含量和可溶性糖含量，二者均隨著鎂水平的升高呈升高后降低趨勢，48 mg/L為最適鎂濃度。統(tǒng)計表明，西瓜葉片總?cè)~綠素含量與可溶性糖含量、類胡蘿卜素含量與可溶性糖含量、總?cè)~綠素含量與類胡蘿卜素含量兩兩呈極顯著性相關(guān)，推斷不同鎂水平對西瓜3個不同生育期葉片碳代謝的影響是通過影響這幾種光合色素含量和可溶性糖合成過程綜合作用的結(jié)果。膨瓜期西瓜葉片光合色素含量和可溶性糖含量最低，這與膨瓜期西瓜的代謝增強(qiáng)有關(guān)，此期西瓜植株將大部分養(yǎng)分運(yùn)輸?shù)焦麑?shí)中，供果實(shí)的膨大使用，勢必造成葉片中相關(guān)物質(zhì)的減少。

硝酸還原酶（NR）是氮素代謝的限速酶，對植物的呼吸、光合作用及碳素代謝影響重大[14]。可溶性蛋白質(zhì)含量是影響植物生物產(chǎn)量的重要因素，鎂能穩(wěn)定合成蛋白質(zhì)所必需的核糖體構(gòu)型，故當(dāng)植物所需鎂素含量不能得到正確供應(yīng)時會影響蛋白質(zhì)的合成。本研究表明，不同鎂水平對西瓜3個不同生育期葉片中可溶性蛋白含量、硝酸還原酶活性的影響是一致的，均隨鎂水平升高呈先增后減趨勢，48 mg/L鎂水平下可溶性蛋白含量最高、NR活性最高，膨瓜期時，西瓜葉片的可溶性蛋白含量最小，NR活性最低。生物統(tǒng)計表明，可溶性蛋白含量與NR活性之間呈極顯著相關(guān)，故鎂水平可通過影響NR活性間接影響蛋白質(zhì)的合成，干擾西瓜的氮素代謝。

綜上所述，新天玲西瓜生產(chǎn)上，一定范圍內(nèi)適當(dāng)增施鎂肥可提高西瓜葉片葉綠素含量，增強(qiáng)光合作用促進(jìn)可溶性糖等碳水化合物積累，并可提高NR活性，增加可溶性蛋白的合成。不施鎂肥、施鎂肥不足、過量施鎂肥反而影響西瓜葉片葉綠素的含量，破壞光合系統(tǒng)，導(dǎo)致碳水化合物積累減少，減弱碳氮代謝能力，減弱NR活性，阻礙蛋白質(zhì)的合成。另外，還應(yīng)特別注意掌控好膨瓜期時鎂肥的用量。

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