噴施氨基酸鈣對(duì)黃金梨光合性能、果實(shí)鈣含量及品質(zhì)的影響

周 君,肖 偉,陳修德,高東升,李 玲

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院,作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東果蔬優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心,山東泰安271018

在果樹的生理活動(dòng)中，鈣不僅起著結(jié)構(gòu)成分的作用，還能作為偶連胞外信號(hào)與細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)的第二信使，是重要的調(diào)控者。果實(shí)內(nèi)的鈣素營(yíng)養(yǎng)狀況與其果實(shí)品質(zhì)密切相關(guān)，鈣對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響遠(yuǎn)超過(guò)鎂、鉀、氮、磷等。缺鈣容易引發(fā)多種病害，如蘋果的苦痘病、痘斑病、水心病，梨黑心病，桃梢端枯死、果頂軟化，柑桔浮皮病，芒果軟鼻病等，嚴(yán)重影響了果實(shí)的品質(zhì)和貯藏性。外源鈣可調(diào)節(jié)作物基因表達(dá)、維持細(xì)胞功能、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育[1]，通過(guò)外源補(bǔ)鈣可以不同程度地提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。采前補(bǔ)鈣中，根施鈣肥利用率低，樹干注射補(bǔ)鈣受注射器、輸液器以及樹干對(duì)進(jìn)入溶液的阻力和容量的影響，其效果較差，而葉面施肥操作簡(jiǎn)便，見(jiàn)效快，是使用更頻繁的施肥方式[2]。

黃金梨(Pyrus pyrifoliaNakai cv.Whangkeumbae)屬于砂梨系統(tǒng)，是由韓國(guó)園藝試驗(yàn)場(chǎng)以‘新高’和‘二十世紀(jì)’為親本雜交，經(jīng)多年選育而成，我國(guó)于上世紀(jì)90年代中期引入。黃金梨果肉細(xì)嫩而多汁，味清甜，石細(xì)胞少，品質(zhì)極佳，并具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，深受廣大消費(fèi)者喜愛(ài)。近幾年，河北、山東等地黃金梨栽植面積逐年擴(kuò)大，然而由于果農(nóng)栽培管理技術(shù)不到位，部分地區(qū)偏施氮肥等，造成磷鉀肥失調(diào)及微量元素的缺失，導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)下降，出現(xiàn)果實(shí)果頂硬化、虎皮病、采后褐變等情況，不同程度影響了果農(nóng)的積極性。

研究發(fā)現(xiàn)采前CaCl2處理顯著抑制了黃金梨果頂硬化現(xiàn)象的發(fā)生，減少了果實(shí)的腐爛率[3]，噴施CaCl2溶液能增加‘Anjou’梨中的鈣含量，并且對(duì)控制‘Anjou’梨的栓斑病等有明顯作用[4]。增施適宜濃度的鈣肥有利于番茄光合性能的提高[5]。另外對(duì)鴨梨噴施適當(dāng)?shù)南跛徕}有延長(zhǎng)果實(shí)貯期、推遲腐爛的效果[6]。由于成熟果實(shí)的角質(zhì)層對(duì)外源鈣進(jìn)入果實(shí)具有阻礙作用，因而對(duì)幼果噴鈣并配施激素促進(jìn)果實(shí)鈣吸收已受到重視[7]。周衛(wèi)等探索蘋果幼果組織鈣運(yùn)輸途徑及激素對(duì)該途徑的調(diào)控方式時(shí)發(fā)現(xiàn)IAA、GA和NAA對(duì)幼果組織Ca2+的運(yùn)輸均有明顯的促進(jìn)作用[8]。歐毅等研究表明植物激素、Ca2+與果實(shí)品質(zhì)、RMP的關(guān)系十分密切,盡管Ca2+、IAA對(duì)它們均有一定影響,但二者的協(xié)同效應(yīng)更為顯著[9]。目前雖然也有一些黃金梨補(bǔ)鈣試驗(yàn)見(jiàn)諸報(bào)道，但對(duì)外源補(bǔ)鈣并輔之以激素對(duì)其綜合性能影響的研究鮮有報(bào)道，本試驗(yàn)將通過(guò)對(duì)黃金梨進(jìn)行有機(jī)鈣與IAA配施處理，研究噴鈣對(duì)黃金梨果實(shí)鈣營(yíng)養(yǎng)元素周期動(dòng)態(tài)變化、葉片光合熒光以及果實(shí)品質(zhì)的影響，為合理調(diào)控黃金梨鈣素營(yíng)養(yǎng)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年4月在新泰市汶南鎮(zhèn)北鮑村梨園進(jìn)行，園內(nèi)土壤為棕壤，pH值6.67、有機(jī)質(zhì)含量14.31 g/kg、堿解氮76.4 mg/kg、速效磷33.12 mg/kg、速效鉀247.08 mg/kg，果樹栽植密度為3 m×3 m。供試品種為13年生黃金梨（Pyrus pyrifoliaNakai cv.Whangkeumbae），選取生長(zhǎng)狀況良好，結(jié)果正常，且樹勢(shì)基本一致的梨樹36棵進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理：1)噴施0.5%氨基酸鈣溶液；2）噴施0.5%氨基酸鈣溶液+20 mg/L IAA；3)噴施0.5%氨基酸鈣溶液+20 mg/L EGTA（Ca2+螯合劑）；4)噴清水，分別標(biāo)記為T1，T2，T3，CK。隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，3棵為一小區(qū)。于4月21日（花后兩周左右）開始進(jìn)行第一次噴施處理，每棵噴施1L，以后每隔7 d噴施1次，連續(xù)噴3次。噴施時(shí)間選在傍晚5點(diǎn)以后，T3中的EGTA于噴施完氨基酸鈣后2 h再噴施。噴布時(shí)著重噴施葉片和果實(shí)，以葉片和果面滴水為限。

于5月中旬左右測(cè)定光合氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，5月8日對(duì)果實(shí)進(jìn)行第一次采樣，挑選大小均勻、無(wú)機(jī)械損傷和無(wú)病蟲害的果實(shí)，以后每隔一個(gè)月采樣1次直至果實(shí)成熟。采回的樣帶回實(shí)驗(yàn)室用去離子水洗凈，解析出果肉，105℃殺青，75℃烘干，用于測(cè)定鈣含量，成熟期另取果樣用于各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 光和參數(shù)的測(cè)定 采用CIRAS-3型便攜式光合儀(PP-Systems，美國(guó))，選擇晴朗無(wú)云的天氣，每個(gè)處理選取樹冠外圍新梢上生長(zhǎng)一致、受光方向一致且完全展開的中部葉片，于上午9:00～11:00，測(cè)定凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)。測(cè)定時(shí)采用LED紅藍(lán)光源，光量子通量密度(PFD)設(shè)為1200 μmol/(m2·s)，采用開放式氣路系統(tǒng)，葉室溫度為25℃。

1.2.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定 采用英國(guó)Hansatech公司的FMS-2型便攜脈沖調(diào)制式熒光儀測(cè)定，先測(cè)定光下穩(wěn)態(tài)熒光（Fs）、最大熒光（Fm′），而后葉片經(jīng)暗適應(yīng)20 min后獲取初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）和PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率Fv/Fm，經(jīng)計(jì)算得到PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)量子產(chǎn)量（ΦPSⅡ）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（q P）。光化學(xué)猝滅（q P）=（Fm’-Fs）/（Fm’-Fo’），實(shí)際光化學(xué)效率（ФPSⅡ）=（Fm’-Fs）/Fm’，F(xiàn)v’/Fm’代表PSⅡ的天線轉(zhuǎn)換效率。

1.2.3 鈣含量的測(cè)定 果肉鈣含量采用HNO3-HClO4（4:1）消煮—原子吸收分光光度法測(cè)定[10]。

1.2.4 果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定 果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)參照孔祥生[11]的試驗(yàn)方法測(cè)定：果實(shí)硬度采用GY-3型果實(shí)硬度計(jì)測(cè)定；可溶性固形物（TSS）用手持折光儀（LYT-330）測(cè)定；可溶性總糖含量用蒽酮—硫酸比色法測(cè)定；可滴定酸（TA，用檸檬酸表示）采用酸堿中和滴定法測(cè)定；維生素C（Vc）采用2,6-二氯靛酚氧化還原滴定法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2007和SPSS20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鈣處理對(duì)黃金梨葉片光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率及胞間CO2濃度的影響

測(cè)定結(jié)果表明（表1），噴施氨基酸鈣的黃金梨葉片凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（gs）與對(duì)照相比差異顯著，分別提高了12.2%，9.0%，9.4%。配施IAA后效果明顯，進(jìn)一步提高了葉片的光合速率，與單施氨基酸鈣相比，Pn、Tr、gs提高了8.7%、9.0%、5.9%。各處理間的細(xì)胞間隙CO2濃度（Ci）差異不顯著。而添加鈣離子螯合劑EGTA處理的Pn、Tr、Gs與對(duì)照相比顯著降低，這可能是EGTA處理不僅抵消了外源Ca2+的作用，而且抑制了內(nèi)源Ca2+-CaM信號(hào)系統(tǒng)，對(duì)黃金梨葉片光合機(jī)構(gòu)造成了一定傷害。

表1 鈣處理對(duì)黃金梨葉片光合參數(shù)的影響Table 1 Effects of calcium treatment on photosynthetic parameters of leaves of‘Whangkeumbae’pear

2.2 鈣處理對(duì)黃金梨葉片熒光參數(shù)的影響

表2 鈣處理對(duì)黃金梨葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Table 2 Effects of calcium treatments on chlorophyll fluorescence parameter of‘Whangkeumbae’pear leaves

從表2中可以看出，噴鈣及鈣+IAA處理的黃金梨葉片的PSII實(shí)際光化學(xué)效率（ΦPSII）都高于對(duì)照，均達(dá)顯著水平，以氨基酸鈣+20 mg/L IAA效果最好，與對(duì)照相比提高了17.5%，明顯降低了PSII的激發(fā)壓力，增加了PSII的開放程度。噴施氨基酸鈣的光化學(xué)猝滅系數(shù)（q P）顯著高于對(duì)照，配施IAA后光化學(xué)猝滅參數(shù)進(jìn)一步提高，分別比對(duì)照提高了3.8%，12.0%。噴施氨基酸鈣的天線轉(zhuǎn)換效率（Fv’/Fm’）比對(duì)照提高了1.9%，配施20 mg/L IAA后效果顯著，比單施鈣提高了3.0%。氨基酸鈣處理的葉片PSII最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）與對(duì)照相比差異明顯，配施IAA后進(jìn)一步提高了PSII最大光化學(xué)效率值，分別比對(duì)照提高了6.3%，12.8%。噴施鈣離子抑制劑EGTA顯著降低了葉片的Fv/Fm，可能是由于它抑制了Ca2+對(duì)放氧復(fù)合體的保護(hù)作用，并通過(guò)螯合黃金梨葉片內(nèi)的Ca2+，影響Ca2+-CaM信號(hào)，對(duì)葉片造成傷害。

2.3 不同鈣處理對(duì)果肉總鈣含量動(dòng)態(tài)變化的影響

從圖1中可以看出，果肉中鈣含量隨著果實(shí)的膨大而逐漸減小，對(duì)照幼果中鈣含量為0.51 mg/g，成熟果中含量?jī)H為0.32 mg/g。噴施氨基酸鈣可以提升果肉整個(gè)發(fā)育時(shí)期的鈣含量，IAA促進(jìn)了果實(shí)對(duì)Ca2+的吸收，比單施鈣肥提升顯著，兩者幼果期比對(duì)照鈣含量提高了4.3%，12.1%，成熟期提升了8.6%，20.7%，并減緩了鈣含量隨果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育而降低的程度。添加鈣離子抑制劑EGTA可能螯合了果實(shí)中的Ca2+，鈣含量與對(duì)照相比在生長(zhǎng)期內(nèi)都有降低，幼果期鈣含量比對(duì)照低了4.8%，成熟期低11.7%。

圖1 噴鈣處理對(duì)果肉總鈣含量動(dòng)態(tài)的影響Fig.1 Effects of calcium spray on the dynamic of total calcium content in flesh

2.4 不同鈣處理對(duì)黃金梨果實(shí)品質(zhì)的影響

表3 鈣處理對(duì)黃金梨果實(shí)品質(zhì)的影響Table 3 Effect of calcium treatment on fruit quality of‘Whangkeumbae’pear

由表3可知，噴施氨基酸鈣顯著提高了果實(shí)硬度，鈣配施IAA處理的黃金梨果實(shí)硬度最高，為6.07 kg/cm2，比對(duì)照提高19.0%，比單施鈣提高7.8%。而添加EGTA處理的果實(shí)硬度為4.77 kg/cm2，與對(duì)照相比顯著降低。原因在于外源噴鈣處理直接增加了果實(shí)中的鈣含量，維持了細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，提高了果實(shí)硬度，而EGTA干擾了果實(shí)對(duì)鈣的吸收，影響了細(xì)胞外鈣的營(yíng)養(yǎng)效果，導(dǎo)致果實(shí)硬度下降，可見(jiàn)Ca2+對(duì)維持黃金梨果實(shí)硬度有著明顯的作用。噴鈣處理果實(shí)中可溶性固形物含量顯著高于對(duì)照，添加IAA處理的效果最好，為11.77%，與對(duì)照相比提高了4.2%，但與單施氨基酸鈣相比差異并不顯著，而添加EGTA處理的果實(shí)可溶性固形物含量為10.97%，明顯低于對(duì)照。各處理間可溶性糖的含量總體差異較小，單施氨基酸鈣與鈣配施IAA處理與對(duì)照相比可溶性糖含量略有提高，而添加鈣離子螯合劑EGTA后果實(shí)可溶性糖含量顯著下降，為7.11%。黃金梨果實(shí)可滴定酸含量以氨基酸鈣配施IAA處理最低，為0.25%，添加Ca2+螯合劑EGTA的處理最高，為0.38%。各處理間酸含量差異較大，均達(dá)到了顯著水平，大小順序?yàn)椋篢2＜T1＜CK＜T3。由圖3可以看出，鈣處理能顯著提高果實(shí)Vc含量，氨基酸鈣配施IAA顯著高于單施鈣處理，兩者與對(duì)照相比分別提高了3.9%和24.2%；添加EGTA處理的果實(shí)Vc含量為2.87 mg/100g，與對(duì)照相比顯著下降。

3 討 論

3.1 鈣處理對(duì)黃金梨葉片光合熒光參數(shù)的影響

光合作用是果樹生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，鈣作為第二信使參與植物的光合作用電子傳遞和光和磷酸化等生理生化過(guò)程，對(duì)植物光合作用有著重要的影響。試驗(yàn)中，噴施外源鈣與對(duì)照相比可以顯著提高黃金梨葉片的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，而添加鈣離子螯合劑EGTA處理的葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度降低，光合速率隨之下降，說(shuō)明增加適宜濃度的Ca2+可以促進(jìn)黃金梨植株的光合作用和蒸騰作用，保持葉片較高的光合性能。這與前人在大蒜[12]、草莓[13]上的研究結(jié)果相似?？赡苁沁m當(dāng)?shù)腃a2+施入提高了葉片葉綠素含量，并提高葉片葉綠體膜結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性，增強(qiáng)Rubisco酶和PEP羧化酶的活性，從而提高CO2羧化效率和膜上ATP酶活性[14]，增強(qiáng)了光合作用。

熒光參數(shù)對(duì)研究植物光合作用過(guò)程中的光能吸收、傳遞、轉(zhuǎn)換、消耗和分配等有重要意義[15]，當(dāng)環(huán)境條件變化時(shí)，葉綠素?zé)晒獾淖兓梢栽谝欢ǔ潭壬戏从抄h(huán)境因子對(duì)植物的影響[16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，ΦPSⅡ、Fv’/Fm’、q P和Fv/Fm隨Ca2+的噴施而有顯著提高，配施IAA后效果更明顯，鈣缺失處理的ΦPSⅡ、Fv’/Fm’、q P和Fv/Fm與對(duì)照相比則有顯著降低，表明在一定水平范圍內(nèi)，鈣含量的提高可增加光合電子傳遞和提高光化學(xué)速率，降低葉片的非光化學(xué)猝滅和天線熱消耗，提高葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)額。而黃金梨葉片鈣含量的降低可能致光系統(tǒng)Ⅱ功能下降，降低了PSⅡ的開放程度和光能從天線色素向反應(yīng)中心的傳遞效率。有研究表明，外源鈣可以提高柑橘[17]和葡萄[18]在高溫脅迫下的凈光合速率和光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學(xué)效率，張振興等[19]研究表明Ca2+可有效降低鹽脅迫對(duì)西瓜幼苗光合作用的氣孔限制，緩解鹽脅迫對(duì)光合器官的傷害，使葉片保持較高的光合性能。

3.2 鈣處理對(duì)黃金梨果實(shí)鈣含量及品質(zhì)的影響

鈣素營(yíng)養(yǎng)對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響一直是研究的熱點(diǎn)，有研究表明，果實(shí)鈣含量的高低是決定果實(shí)品質(zhì)最為重要的因素之一[20]。本試驗(yàn)中，黃金梨的鈣含量隨著果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育而逐漸減少，噴施氨基酸鈣顯著提升了果實(shí)整個(gè)生育期內(nèi)的Ca2+含量，IAA能夠促進(jìn)果實(shí)對(duì)外源Ca2+的吸收，效果明顯。添加EGTA的處理與對(duì)照相比Ca2+含量顯著降低，分析結(jié)果可能是EGTA不僅影響了果實(shí)對(duì)外源Ca2+的吸收，同時(shí)螯合了果實(shí)內(nèi)的Ca2+。硬度是影響水果貯運(yùn)品質(zhì)的重要指標(biāo)，本研究結(jié)果表明，單施氨基酸鈣和氨基酸鈣配施IAA處理均可顯著增加黃金梨的單果重和果實(shí)硬度。果實(shí)內(nèi)鈣含量的提高可能促成其在胞外與果膠酸形成果膠酸鈣，提高了細(xì)胞壁強(qiáng)度，果實(shí)硬度提升。管雪強(qiáng)等[21]在葡萄上也證實(shí)了此點(diǎn)。鈣處理同時(shí)提高了黃金梨果實(shí)的可溶性固形物和可溶性糖含量，這與張利云等[22]在甜瓜上的研究結(jié)果一致，而Vc含量升高，可滴定酸含量降低的結(jié)果則與其相反。溫明霞等[23]認(rèn)為錦橙生長(zhǎng)期噴鈣能提高果實(shí)鈣含量，抑制果實(shí)貯藏過(guò)程中Vc等物質(zhì)的氧化分解，提高果實(shí)可溶性固形物含量和糖酸比，改善果實(shí)品質(zhì)。

4 結(jié) 論

黃金梨幼果期噴施0.5%的氨基酸鈣可以提高果肉的總鈣含量，配施20 mg/L的IAA促進(jìn)了果實(shí)對(duì)Ca2+的吸收，效果顯著，添加EGTA（Ca2+螯合劑）則明顯降低了果實(shí)鈣含量。噴施氨基酸鈣和氨基酸鈣配施IAA的處理可以顯著提高葉片的光合性能，凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、PSII實(shí)際光化學(xué)效率（ΦPSII）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（q P）、PSII的天線轉(zhuǎn)換效率（Fv’/Fm’）、PSII最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）顯著高于對(duì)照，同時(shí)提高果實(shí)的單果重、硬度、可溶性固形物、可溶性糖和Vc含量，降低可滴定酸含量，改善了果實(shí)品質(zhì)。而添加EGTA（Ca2+螯合劑）處理的葉片光合性能和果實(shí)品質(zhì)明顯降低。因此，幼果期噴施氨基酸鈣是黃金梨果實(shí)補(bǔ)充鈣素營(yíng)養(yǎng)、提升葉片光合性能和改善果實(shí)品質(zhì)的重要措施，鈣、IAA配施優(yōu)于單施鈣處理，可在其生產(chǎn)中加以應(yīng)用。