氧肥對漬害脅迫下西瓜生理特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

程琳等

摘要：針對西瓜[Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.et Nakai]漬害脅迫，采用大田試驗方法，研究了施用氧肥對西瓜在漬害脅迫下平作和壟作2種不同種植方式的生理特性、果實品質(zhì)和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，開花坐果期漬害脅迫對2種種植方式的西瓜生長都有抑制作用，但對壟作西瓜的影響較小，且氧肥對壟作漬害的緩解作用也最明顯。施用氧肥的處理比單獨淹水的平作和壟作處理其西瓜葉片的SOD活性分別提高了7.9%和9.3%，POD活性分別提高了15.0%和20.0%，MDA含量分別降低了25.9%和31.4%，葉綠素含量分別提高了40.3%和25.4%，西瓜果實維生素C、還原糖、瓜氨酸含量分別提高了14.8 %、8.5%、9.1%和15.6%、8.8%、8.8%，產(chǎn)量分別提高了8.5%和10.5%。表明氧肥可以有效提高西瓜對漬害脅迫的耐受性，并能改善品質(zhì)，提高產(chǎn)量。但不同種植方式施用氧肥的效果存在差異，壟作結(jié)合施用氧肥處理對緩解西瓜漬害脅迫的效果更明顯一些。

關(guān)鍵詞：漬害脅迫；西瓜[Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.et Nakai]；氧肥；壟作；平作

中圖分類號：Q945.78；S651；S143.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）12-2939-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.033

Effects of Oxygen Fertilizer on the Physiological Characteristics，Yield and Quality of Citrullus lanatus under Waterlogging Stress

CHENG Lin1，CAO Peng2，LIU Zhang-yong1，GONG Shi-fei1，JIN Tao1

（1. College of Agriculture， Yangtze University， Jingzhou 434025， Hubei， China；

2. Agricultural Technology Extension Station of Hubei Provincial Department of Agriculture， Wuhan 430065， China）

Abstract： To solve the problem of waterlogging stress during the watermelon[Citrullus lanatus （Thunb.）Matsum. et Nakai] production， a field experiment was conducted to study the effects of applying oxygen fertilizer on physiological levels，yield and quality of watermelon in both ridge planting and flat planting patterns under waterlogging. Results showed that waterlogging event at flowering fruiting period inhibited the watermelon growth in both planting patterns. And applying oxygen fertilizer could reduce the damage of waterlogging stress on watermelon. Compared with the waterlogging only treatment， the activities of SOD and POD of leaves were increased by 7.9%，15.0%，and 9.3%，20.0%， and the contents of MDA of leaves significantly decreased by 25.9% and 31.4%，and the contents of chlorophyll of leaves significantly increased by 40.3% and 25.4% in the treatments of applying oxygen fertilizer in ridge planting and flat planting patterns， respectively. After applying oxygen fertilizer，the contents of VC，reducing sugar and citrulline in watermelon fruits were increased by 14.8%，8.5%，9.1% and 15.6%，8.8%，8.8%，and the production was significantly increased by 8.5% and 10.5 % in ridge planting and flat planting patterns，respectively， compare with waterlogging only treatment. So applying oxygen fertilizer could improve the patience of watermelon to the waterlogging stress， while improving quality and increase production. And the effect of applying oxygen fertilizer on watermelon in the ridge planting was better than flat planting pattern.

Key words：waterlogging stress；watermelon[Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.et Nakai]；oxygen fertilizer；ridge planting；flat planting

西瓜[Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.et Nakai]是一種經(jīng)濟(jì)價值較高的農(nóng)作物，在中國南方已經(jīng)成為很大的產(chǎn)業(yè)。不過由于西瓜起源于非洲，屬于耐旱植物，自身缺乏有效的耐澇機(jī)制，對淹水非常敏感；而中國南方由于季節(jié)降雨集中且量大，常造成農(nóng)田積水，導(dǎo)致西瓜漬害時常發(fā)生，尤其是在排水不暢和土壤黏滯區(qū)域更為突出，嚴(yán)重制約了西瓜的穩(wěn)定生產(chǎn)?，F(xiàn)在國內(nèi)外已經(jīng)在氧肥（核心材料為過氧化鈣）的制備與應(yīng)用上做了一系列的研究，發(fā)現(xiàn)過氧化鈣施入田中做基肥可以提高西瓜、大豆[Glycine max（L.）Merr.]、馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）的甜度[1]，有利于增強(qiáng)農(nóng)作物對水淹脅迫的耐受性[2]，同時也可為水淹土壤的好氧細(xì)菌提供氧氣，進(jìn)而增加土壤的細(xì)菌種類[3，4]和土壤脲酶的活性[5]；但在農(nóng)作物實際生產(chǎn)中的應(yīng)用性研究還鮮見。為了緩解西瓜澇漬脅迫問題，試驗以氧肥為材料，對大田西瓜進(jìn)行了人工淹水處理，從生理生化和西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)多方面探討氧肥在西瓜澇漬脅迫中的應(yīng)用價值，以期為緩解西瓜種植常見的澇漬脅迫提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

試驗于2014年4～8月在荊州市長江大學(xué)試驗基地進(jìn)行，試驗地地勢平坦，土壤全氮含量為1.12 g/kg，全磷含量為0.69 g/kg，全鉀含量為15.8 g/kg，速效磷含量為28.1 mg/kg，速效鉀含量為17.09 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為16.4 g/kg，pH 7.5。西瓜在4月中旬營養(yǎng)缽育苗，5月初移栽，采用平作和壟作2種種植方式，常規(guī)管理。氮肥來源于市售。

試驗在西瓜開花坐果期實施淹水作業(yè)，對壟作和平作2種種植方式的西瓜均設(shè)置3個處理：處理1（CK）：正常水分管理，不淹水，不施氧肥；處理2（T1）：淹水3 d，不施氧肥；處理3（T2）：淹水3 d，淹水前每株施入5 g氧肥。淹水標(biāo)準(zhǔn)為土壤含水量達(dá)到飽和水平，表面無明水[6，7]，時間持續(xù)3 d，共6個處理，每個處理均重復(fù)3次，小區(qū)面積30 m2，田間隨機(jī)排列。

1.2 測定方法

在西瓜葉片生理生化指標(biāo)測定方面，超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性采用氮藍(lán)四唑法測定；過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測定；丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸氧化法測定；葉綠素含量采用分光光度法測定[8]。在果實品質(zhì)指標(biāo)測定方面，還原糖含量采用斐林法測定[9]；維生素C含量采用2，4-二硝基苯肼比色法測定[10]；瓜氨酸含量采用分光光度法測定[11]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)表述為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”，采用Microsft Office Excel 2007和SPSS 11.0統(tǒng)計軟件完成數(shù)據(jù)的處理與制圖，并進(jìn)行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 漬害處理對西瓜抗氧化酶活性的影響

2.1.1 漬害處理對西瓜葉片SOD活性的影響 試驗測定的漬害處理對西瓜葉片SOD活性的影響情況見圖1。從圖1可見，平作和壟作中的T1、T2處理其西瓜葉片的SOD活性比各自的CK都有增加；在2種種植方式中，SOD活性的高低排序都為T2、T1、CK。其中平作和壟作的T1處理其西瓜葉片SOD活性分別比各自的CK提高了7.3%和8.4%，差異顯著（P<0.05）。而平作中T2處理的西瓜葉片SOD活性又比T1處理提高了7.9%，差異顯著（P<0.05）；壟作中T2處理的西瓜葉片SOD活性又比T1處理提高了9.3%，差異極顯著（P<0.01），說明施加氧肥給西瓜根系提供了氧氣，從而可維持體內(nèi)的SOD活性在較高的水平，進(jìn)而保護(hù)了細(xì)胞膜的功能，緩解了漬害脅迫對植物的傷害。

2.1.2 漬害處理對西瓜葉片POD活性的影響 試驗測定的漬害處理對西瓜葉片POD活性的影響情況見圖2。從圖2可見，平作和壟作中的T1、T2處理其西瓜葉片的POD活性較各自的CK都有不同程度的增加，2種種植方式的西瓜葉片POD活性高低排序都為T2、T1、CK。其中平作和壟作的T1處理其西瓜葉片POD活性分別比各自的CK升高了9.3%、12.7%，差異顯著（P<0.05）。平作和壟作的T2處理其西瓜葉片中POD活性分別比T1處理升高了15.0%和20.0%，差異極顯著（P<0.01），不過壟作處理升高的幅度比平作大，表明氧肥釋放的氧氣保證了植物根系的正常呼吸，同時土壤中的Ca2+濃度加大后可增強(qiáng)植物的抗逆性，減少了植物體內(nèi)過氧化物的產(chǎn)生，維持了活性氧代謝的平衡，保護(hù)了細(xì)胞膜的完整性。

2.2 漬害處理對西瓜葉片MDA含量的影響

試驗測定的漬害處理對西瓜葉片MDA含量的影響情況見圖3。從圖3可見，隨著西瓜受漬害脅迫的加重，平作和壟作的西瓜葉片MDA含量在增加，以在T1處理中的MDA含量達(dá)最高，如平作和壟作的T1處理其西瓜葉片MDA含量分別比CK提高了92.8%、72.5%，差異極顯著（P<0.01），其中壟作處理上升的幅度較平作小，說明植物受漬害脅迫時，體內(nèi)自由基的大量產(chǎn)生可引發(fā)膜脂過氧化與脫脂化加重，造成MDA大量累積，其后果將導(dǎo)致植物代謝失調(diào)；在平作和壟作處理中，T2處理的西瓜葉片其MDA含量分別較T1處理降低了25.9%、31.4%，差異極顯著（P<0.01）；而與CK相比，平作處理高出了42.8%，差異極顯著（P<0.01）；壟作處理高出了18.4%，差異顯著（P<0.05），壟作處理比平作更接近CK的水平。說明氧肥在漬害過程中可以給植物根系提供氧氣，增加土壤中的Ca2+濃度，從而繼續(xù)維持活性氧代謝的平衡，減少M(fèi)DA的累積，并且壟作結(jié)合施用氧肥處理效果更明顯。

2.3 漬害處理對西瓜葉片葉綠素含量的影響

試驗測定的漬害處理對西瓜葉片葉綠素含量的影響情況見圖4。從圖4可見，隨著漬害脅迫程度的加重，西瓜葉片葉綠素含量下降，以T1處理含量最低。平作的T1處理其西瓜葉片葉綠素含量比CK降低了39.6%，差異極顯著（P<0.01）；壟作的T1處理其西瓜葉片葉綠素含量比CK降低了27.3%，差異顯著（P<0.05），說明漬害脅迫使葉綠素降解加強(qiáng)，生物合成減弱，導(dǎo)致葉綠素含量降低，其中壟作處理的葉綠素降低幅度低于平作。平作和壟作的T2處理其西瓜葉片葉綠素含量較T1處理都有不同程度的升高，其中平作的T2處理比T1處理升高了40.3%，差異極顯著（P<0.01）；壟作的T2處理比T1處理升高了25.4%，差異顯著（P<0.05），說明在植物受漬害脅迫時施用氧肥可以降低植物葉綠素的降解速率，維持植物的光合能力。

2.4 漬害處理對西瓜品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

2.4.1 漬害處理對西瓜品質(zhì)的影響 漬害處理對西瓜品質(zhì)的影響情況見表1。由表1可以看出，平作和壟作T1處理的西瓜果實中維生素C、還原糖、瓜氨酸含量與其CK相比都有降低，平作處理分別下降了7.0%、3.4%、1.1%，壟作處理分別下降了2.2%、2.7%、1.4%，說明漬害脅迫會影響西瓜果實的正常生長發(fā)育，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的合成受到阻礙，導(dǎo)致果實品質(zhì)在一定程度上出現(xiàn)下降，但與各自的CK之間差異不顯著（P>0.05）。與各自的CK相比，平作和壟作的T2處理其西瓜維生素C、還原糖、瓜氨酸含量都有不同程度的升高，平作分別提高了6.8%、4.8%、7.9%，但與其CK之間差異不顯著（P>0.05）；壟作分別提高了13.0%、5.9%、7.3%，其中維生素C、還原糖含量與其CK之間差異顯著（P<0.05），瓜氨酸含量與其CK之間差異不顯著（P>0.05）。與T1處理相比，平作的T2處理其西瓜維生素C、還原糖和瓜氨酸含量分別提高了14.8%、8.5%、9.1%，壟作的T2處理分別提高了15.6%、8.8%、8.8%，其中除瓜氨酸含量T2與T1處理之間差異不顯著（P>0.05）之外，其他營養(yǎng)物質(zhì)含量T2與T1處理之間都差異顯著（P<0.05），表明施用氧肥可以降低漬害脅迫對果實生長發(fā)育的抑制作用，促進(jìn)果實的正常生長和營養(yǎng)物質(zhì)的合成與累積，最終可以起到改善果實品質(zhì)的作用。

2.4.2 漬害處理對西瓜產(chǎn)量的影響 漬害處理對西瓜產(chǎn)量的影響情況見表2。由表2可知，平作和壟作的T1處理造成西瓜產(chǎn)量降低，與各自的CK相比，平作和壟作的T1處理其西瓜產(chǎn)量分別減少了16.4%、13.1%，差異顯著（P<0.05）。平作和壟作的T2處理其西瓜產(chǎn)量也低于各自的CK，分別減少了9.3%、4.0%，差異顯著（P<0.05）；但是比各自的T1處理產(chǎn)量明顯提高，分別提高了8.5%、10.5%，差異顯著（P<0.05），其中壟作處理較平作的西瓜產(chǎn)量提高幅度更大。這說明漬害脅迫導(dǎo)致西瓜大量落花落果和果實腐爛，影響西瓜正常生長，產(chǎn)量下降，施用氧肥可在一定程度上減輕漬害脅迫造成的西瓜減產(chǎn)。

3 小結(jié)與討論

在漬害脅迫環(huán)境下，植物體內(nèi)的活性氧代謝平衡遭到破壞，活性氧增多，引起膜脂過氧化發(fā)生，導(dǎo)致MDA積累，植物在適應(yīng)漬害脅迫的過程中體內(nèi)保護(hù)酶如SOD、POD等活性會調(diào)節(jié)增加，以清除活性氧自由基，減輕其對細(xì)胞膜的傷害。試驗結(jié)果表明，漬害脅迫導(dǎo)致西瓜體內(nèi)保護(hù)酶SOD、POD活性能不同程度的升高，有毒物質(zhì)MDA出現(xiàn)積累，其中壟作處理西瓜的抗氧化酶活性的增加幅度大于平作處理，MDA的積累量低于平作，同時葉綠素含量的降低幅度小于平作，說明壟作西瓜受漬害程度小于平作，這與前人[12]得出的研究結(jié)論一致。

在施用氧肥的處理中，平作和壟作的西瓜葉片SOD、POD的活性均顯著增加，增加幅度相當(dāng)，MDA積累量降低，葉綠素含量升高，不過壟作的西瓜葉片中MDA下降幅度比平作大。說明抬高耕作層后氧肥在漬害脅迫中可以為西瓜正常呼吸多提供氧氣，這在一定程度上可以減緩無氧呼吸的進(jìn)程，減少有毒物質(zhì)的產(chǎn)生，能提高西瓜的抗逆性，緩解漬害脅迫對西瓜的傷害，使西瓜在缺氧的環(huán)境中正常生長。壟作結(jié)合施用氧肥效果更佳，可能原因是壟作較平作更有利于排水，同時壟臺的存在有利于防澇[13]，壟作結(jié)合施用氧肥處理一方面在漬害脅迫過程中能釋放氧氣供西瓜根系呼吸需要，另一方面壟臺的通風(fēng)透光能力好，排水能力強(qiáng)，對減輕西瓜漬害脅迫有一定的緩解作用。

維生素C、還原糖和瓜氨酸含量是衡量西瓜品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)，試驗結(jié)果表明，漬害脅迫使西瓜大幅減產(chǎn)，果實中的維生素C、還原糖和瓜氨酸含量也在降低，而氧肥可以顯著提高西瓜在漬害脅迫條件下果實中的維生素C和還原糖的含量，并且能提高產(chǎn)量，瓜氨酸也有上升，并且壟作的效果較平作更佳。植物在逆境環(huán)境下會發(fā)生膜脂過氧化，造成細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷，干擾植物細(xì)胞的光合、呼吸及其他正常代謝過程，降低植物體內(nèi)有機(jī)物質(zhì)的合成與積累，影響果實的正常發(fā)育[14-16]，漬害脅迫導(dǎo)致西瓜自身對病害的抵抗力降低。同時潮濕環(huán)境容易引發(fā)西瓜的灰霉病、炭疽病、霜霉病等，造成西瓜落花落果和果實腐爛[17]，使西瓜生長受阻，產(chǎn)量降低。氧肥以過氧化鈣為核心肥料，可使土壤中Ca2+濃度增加，而Ca2+作為植物必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素和細(xì)胞生理生化反應(yīng)的第二信使物質(zhì)[18，19]，對維持細(xì)胞的代謝平衡和提高植物的光合作用起著重要的作用，在脅迫環(huán)境下Ca2+可以促進(jìn)果實順利發(fā)育，提高果實的品質(zhì)和產(chǎn)量[20，21]。

試驗結(jié)果表明，漬害脅迫引起了西瓜體內(nèi)抗氧化酶SOD、POD活性升高，有毒物質(zhì)MDA累積量增加，細(xì)胞代謝平衡遭到破壞，果實的維生素C、還原糖、瓜氨酸含量降低，產(chǎn)量和品質(zhì)下降，其中平作比壟作受害嚴(yán)重。氧肥可以緩解西瓜的漬害脅迫，穩(wěn)定體內(nèi)SOD、POD的活性，降低MDA的含量，提高果實品質(zhì)，減少西瓜損失。但是氧肥的研究目前仍有很多不足之處，如氧肥釋氧時間與植物根系缺氧時間是否吻合、氧肥如何改變土壤的微環(huán)境、施用后植物呼吸的變化機(jī)制等等還需要進(jìn)一步試驗，才能有效解決植物因遭受澇漬災(zāi)害造成的缺氧脅迫。

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