不同濃度硝酸鈣處理對(duì)火龍果幼苗生理生化指標(biāo)的影響

王立娟，王紅林，解 璞，金 超，趙曉珍，王 壯

(1 貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹科學(xué)研究所，貴陽(yáng)，550006；2 貴州省關(guān)嶺布依族苗族自治縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州關(guān)嶺，561300)

火龍果原產(chǎn)中北美洲熱帶沙漠地區(qū)[1]，具有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、氨基酸、甜菜堿、礦質(zhì)元素、纖維素等[2-3]，酸甜可口，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，備受消費(fèi)者喜愛。近年來引種至海南、廣東和貴州等地區(qū)，逐漸成為我國(guó)重要的熱帶水果之一[4]?；瘕埞麑贌釒瑢?duì)低溫極為敏感，極大地限制了其在我國(guó)的發(fā)展。貴州省處于火龍果適宜種植區(qū)域的最北端，防范低溫是生產(chǎn)中的重要措施之一。前期研究表明，低溫處理火龍果與對(duì)照相比，有較多金屬離子運(yùn)輸相關(guān)基因響應(yīng)低溫處理，表明金屬離子等礦質(zhì)元素可能與火龍果抵抗低溫有關(guān)[5]。植物體中，鈣是必需礦質(zhì)元素之一。鈣具有防止膜損傷和滲漏的作用，在維護(hù)細(xì)胞壁、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能中起著重要作用[6]；同時(shí)作為細(xì)胞內(nèi)第二信使對(duì)提高植物抗逆性也具有重要作用[7]，其作用的中心環(huán)節(jié)是細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平的變化。前期研究表明，澆灌和葉面噴施外源鈣均可不同程度提高火龍果幼苗中鈣含量，同時(shí)對(duì)各組織中鉀、鎂、鐵、錳、銅和鋅等元素表現(xiàn)出促進(jìn)或抑制作用，此外濃度和處理時(shí)間不同，影響也不盡相同[8]。外源噴施Ca2+可能與抵抗低溫有關(guān)，但火龍果中Ca2+與抵抗低溫是否有關(guān)，鮮見報(bào)道。本研究在0 ℃冷庫(kù)中，利用不同濃度Ca2+處理火龍果實(shí)生苗植株，檢測(cè)抗寒相關(guān)重要生化指標(biāo)，借此研究Ca2+是否與其抗寒有關(guān)，為抵抗低溫提供重要參考。

1 材料與方法

1.1 材料

紫紅龍HylocereusundulatusBritt Zihonglong火龍果為我所選育紅肉品種，選取其1年生，生長(zhǎng)良好枝條，扦插于盛有培養(yǎng)基有底孔的營(yíng)養(yǎng)缽(45 cm × 35 cm)中育苗，培養(yǎng)基質(zhì)為育苗基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)土。待長(zhǎng)第二條嫩枝時(shí)(約5 cm)，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的健康幼苗作為試材，放入0 ℃冷庫(kù)進(jìn)行試驗(yàn)。

藥品與儀器：Ca(NO3)2(15245-12-2，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn))及電導(dǎo)儀(DDS-307A，齊威儀器)。

1.2 方法

試驗(yàn)于2019年11月20日進(jìn)行。采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，單缽小區(qū)，重復(fù)2次。設(shè)硝酸鈣Ca(NO3)2溶液 0(對(duì)照)、5、10、15和20 mmol/L等5個(gè)處理，每缽澆Ca(NO3)2溶液100 mL，每天處理1次，共處理4 d。處理后第0、1、2、3和4天分別取樣，每次取樣幼苗9株，3株為1次重復(fù)，樣品經(jīng)蒸餾水洗凈，吸水紙擦干后分別取根、嫩莖和老莖樣品，樣品經(jīng)液氮冷凍處理后，存儲(chǔ)于-20 ℃冰箱。取各組織測(cè)定含水量(烘干法)，丙二醛(MDA)、脯氨酸含量，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性和相對(duì)電導(dǎo)率，每個(gè)指標(biāo)均測(cè)試3次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010、Origin Pro 2016軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)幼苗含水量的影響

不同濃度Ca(NO3)2處理的火龍果幼苗老莖含水量幾乎沒有差異，說明一定濃度范圍內(nèi)，Ca(NO3)2對(duì)老莖含水量沒有顯著性影響。隨著Ca(NO3)2濃度增加，嫩莖含水量整體呈下降的趨勢(shì)，但總體差異不大(見表1)。

表1 不同濃度 Ca(NO3)2處理下火龍果幼苗嫩莖和老莖含水量比較

2.2 對(duì)幼苗MDA的影響

與對(duì)照相比，不同濃度Ca(NO3)2處理的老莖、嫩莖和根中MDA含量差異顯著，但不同濃度和處理時(shí)間處理下差異較大，不同組織中也有一定差異。

同一濃度Ca(NO3)2處理下，老莖中MDA整體呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì)；Ca(NO3)25 mmol/L處理后第0天和第1天，MDA顯著高于對(duì)照，第3天和第4天顯著低于對(duì)照；Ca(NO3)210 mmol/L處理后第2天到第4天，MDA顯著低于對(duì)照；Ca(NO3)215 mmol/L處理后第0天和第1天，MDA顯著性高于對(duì)照，第2天和第4天顯著低于對(duì)照；Ca(NO3)220 mmol/L處理后第2天到第4天，MDA顯著低于對(duì)照。不同濃度處理下，第0天，5 mmol/L處理MDA顯著低于其他處理；第2天，15 mmol/L處理MDA顯著低于其他處理(見表2)。

同一濃度Ca(NO3)2處理下，嫩莖中MDA含量變化趨勢(shì)不一。與對(duì)照相比，第0天和第1天，10 mmol/L處理的MDA含量顯著升高，第2天和第3天時(shí)顯著降低；第0天和第1天，15 mmol/L處理的MDA含量顯著升高，第2天至第4天時(shí)顯著降低；第2天和第3天，20 mmol/L處理的MDA含量顯著降低。不同濃度處理下，與對(duì)照相比，第0天時(shí)，Ca(NO3)2處理MDA含量均顯著升高，且5 mmol/L處理MDA最高；第1天時(shí)，5和10 mmol/L處理MDA含量顯著升高；第2天時(shí)，Ca(NO3)2處理的MDA含量均顯著降低；第3天時(shí)，10、15和20 mmol/L處理MDA含量顯著降低；第4天時(shí)，5 mmol/L處理MDA含量顯著高于對(duì)照(見表2)。

同濃度Ca(NO3)2處理下，根中MDA含量變化趨勢(shì)不同。與對(duì)照相比，5 mmol/L處理僅在第3天時(shí)顯著升高；10 mmol/L處理的MDA含量在第2天顯著降低；15 mmol/L處理的MDA含量在第3天顯著升高；20 mmol/L處理的MDA含量在第3天顯著升高，而第2和第4天時(shí)顯著降低。不同濃度處理下，與對(duì)照相比，第0天和第1天時(shí)，Ca(NO3)2處理的MDA含量無顯著性差異；第2天時(shí)，10和20 mmol/L處理顯著降低；第3天時(shí)，除10 mmol/L處理外，其他Ca(NO3)2處理顯著升高；第4天時(shí)，僅20 mmol/L處理顯著降低(見表2)。

表2 不同濃度Ca(NO3)2處理下火龍果幼苗丙二醛含量比較

2.3 對(duì)幼苗POD活性的影響

與對(duì)照相比，不同濃度Ca(NO3)2處理下，老莖和嫩莖的POD活性呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)，不同濃度和時(shí)間也有差異。

老莖在同一濃度Ca(NO3)2處理下，與對(duì)照相比，5 mmol/L處理的POD活性在第1天和第2天時(shí)顯著降低，第3天時(shí)顯著升高；10 mmol/L處理的POD活性在第0天和第1天顯著降低，第3天和第4天顯著升高；15 mmol/L處理的POD活性在第0天顯著升高，而其他時(shí)間均顯著降低；20 mmol/L處理的POD活性在第1天顯著升高，第3天外，其他時(shí)間點(diǎn)均顯著降低。不同濃度處理下，與對(duì)照相比，第0天，15 mmol/L處理的POD活性顯著升高；20 mmol/L處理顯著降低；第1天時(shí)，20 mmol/L處理顯著升高，而其他Ca(NO3)2處理顯著降低；第2天時(shí)，5、15和20 mmol/L處理的POD活性均顯著降低；第3天時(shí)，5和10 mmol/L處理顯著增高，而15 mmol/L處理顯著降低；第4天時(shí)，10 mmol/L處理顯著增高，而15和20 mmol/L處理顯著降低(見表3)。

嫩莖在同一濃度Ca(NO3)2處理后，與對(duì)照相比，5 mmol/L處理的POD活性在第0天至第3天顯著降低，而第4天顯著升高；10 mmol/L處理的POD活性在第0天、第2天和第3天顯著升高，而第1天和第4天顯著降低；15 mmol/L處理的POD活性在第0天和第4天顯著降低，而第1天和第2天顯著升高；20 mmol/L處理的POD活性在第0天至第3天顯著升高，而第4天時(shí)顯著降低。不同濃度處理下，與對(duì)照相比，第0天時(shí)，10和20 mmol/L處理的POD活性顯著升高，而5和15 mmol/L處理的顯著降低；第1天時(shí)，5和10 mmol/L處理顯著降低，而15和20 mmol/L處理顯著升高；第2天時(shí)，5 mmol/L處理顯著降低，而其他處理均顯著升高；第3天時(shí)，5 mmol/L處理顯著降低，10和20 mmol/L處理顯著升高，且10 mmol/L處理含量最高；第4天時(shí)，5 mmol/L處理顯著升高，其他處理顯著降低(見表3)。

根在Ca(NO3)2處理后，與對(duì)照相比，5 mmol/L處理的POD活性在第0天、第1天和第4天顯著降低，第2天和第3天顯著升高；10 mmol/L處理的POD活性在第3天和第4天顯著降低；15 mmol/L處理的POD活性在第1天和第2天顯著升高，而第3天和第4天顯著降低；20 mmol/L處理的POD活性在第2天至第4天時(shí)顯著降低。不同濃度處理下，與對(duì)照相比，第0天時(shí)，5和15 mmol/L處理顯著降低；第1天時(shí)，5 mmol/L處理顯著降低，而15 mmol/L處理顯著升高；第2天時(shí)，5和15 mmol/L處理顯著升高，而20 mmol/L處理顯著降低；第3天時(shí)，5 mmol/L處理顯著升高，其他處理均顯著降低；第4天時(shí)，Ca(NO3)2處理組均顯著降低(見表3)。

表3 不同濃度Ca(NO3)2處理下火龍果幼苗過氧化物酶活性比較

2.4 對(duì)幼苗SOD活性的影響

與對(duì)照相比，不同濃度Ca(NO3)2處理下，老莖、嫩莖和根中SOD活性有一定差異，不同濃度和時(shí)間變化不同。

老莖在同一濃度Ca(NO3)2處理下，與對(duì)照相比，5 mmol/L處理的SOD活性在第0、第1和第3天顯著增加，而第2天顯著降低；10 mmol/L處理的SOD活性在第2天顯著降低，除了第4天外，其他時(shí)間均顯著增高；15 mmol/L處理的SOD活性除第2天外，其他時(shí)間均顯著升高；20 mmol/L處理的SOD在第0天和第2天顯著降低，而第3天顯著增加。不同濃度處理后，與對(duì)照相比，第0天，5和15 mmol/L處理的SOD活性顯著升高，20 mmol/L處理顯著降低；第1天，除20 mmol/L處理外均顯著增加，15 mmol/L處理最高；第2天時(shí)，除15 mmol/L處理外均顯著降低；第3天時(shí)，各處理均顯著增高，5 mmol/L處理最高；第4天，15 mmol/L處理顯著增高(見表4)。

嫩莖在同一濃度Ca(NO3)2處理后，與對(duì)照相比，5 mmol/L處理除第2天外SOD活性均顯著增加；10和15 mmol/L處理的SOD活性在第1、第2和第4天顯著增加；20 mmol/L處理的SOD活性在第1和第4天顯著增加。不同濃度處理下，與對(duì)照相比，第0天時(shí)，5 mmol/L處理的SOD活性顯著升高；第1天時(shí)，各處理均顯著增加，10 mmol/L最高；第2天時(shí)，10和15 mmol/L處理顯著增加；第3天時(shí)，5 mmol/L顯著升高；第4天時(shí)，各處理均顯著增加，10 mmol/L最高(見表4)。

根在Ca(NO3)2處理后，與對(duì)照相比，5 mmol/L處理的SOD活性第0天和第4天顯著降低；10 mmol/L處理的SOD活性第3天顯著降低；15 mmol/L處理的SOD活性在第1天顯著增加；20 mmol/L處理的SOD活性在第0、第1和4天顯著降低，而第2天顯著增加。不同濃度處理下，與對(duì)照相比，第0天時(shí)，5和20 mmol/L處理顯著降低；第1天，15 mmol/L處理顯著升高，而20 mmol/L處理顯著降低；第2天，20 mmol/L處理顯著升高；第3天，10 mmol/L處理顯著降低；第4天，5和20 mmol/L處理顯著降低(見表4)。

表4 不同濃度Ca(NO3)2處理下火龍果幼苗超氧化物歧化酶活性比較

2.5 對(duì)幼苗相對(duì)電導(dǎo)率的影響

與對(duì)照相比，不同濃度Ca(NO3)2處理下，老莖和嫩莖的電導(dǎo)率都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但不同濃度和時(shí)間有差異。

老莖在同一濃度Ca(NO3)2處理下，與對(duì)照相比，5 mmol/L處理的相對(duì)電導(dǎo)率第2天和第4天顯著降低；10 mmol/L處理的相對(duì)電導(dǎo)率第2天和第4天顯著降低；15 mmol/L處理的相對(duì)電導(dǎo)率除了第1天外均顯著降低；20 mmol/L處理的相對(duì)電導(dǎo)率除了第3天外均顯著降低。不同濃度處理下，與對(duì)照相比，第0天，15和20 mmol/L處理相對(duì)電導(dǎo)率顯著降低；第1天，20 mmol/L處理顯著降低；第2天，各處理相對(duì)電導(dǎo)率均顯著降低，15 mmol/L處理最低；第4天時(shí)，各處理相對(duì)電導(dǎo)率均顯著降低，10 mmol/L處理最低(見表5)。

老莖和嫩莖對(duì)不同濃度Ca(NO3)2處理的反應(yīng)有一定差異，老莖響應(yīng)時(shí)間較快，嫩莖響應(yīng)時(shí)間較慢。根據(jù)電導(dǎo)率大小和植物抗寒性的關(guān)系可知，Ca(NO3)2處理的火龍果莖中相對(duì)電導(dǎo)率降低，可能對(duì)提高抗寒性有一定作用。

表5 不同濃度Ca(NO3)2處理下火龍果幼苗相對(duì)電導(dǎo)率比較

2.6 對(duì)幼苗脯氨酸含量的影響

與對(duì)照相比，不同濃度Ca(NO3)2處理下，老莖、嫩莖和根中脯氨酸都有一定影響，不同濃度和時(shí)間有差異。

老莖在同一濃度Ca(NO3)2處理下，與對(duì)照相比，5 mmol/L處理的脯氨酸含量在第0天和第1天顯著降低，而第2天至第4天顯著升高；10 mmol/L處理的脯氨酸含量在第2天顯著增加；15 mmol/L處理的脯氨酸含量在第0天顯著降低，而其他時(shí)間均顯著增加；20 mmol/L處理的脯氨酸含量在第0天顯著降低，第1天至第3天顯著增加。不同濃度處理下，與對(duì)照相比，第0天，各處理的脯氨酸含量均顯著降低；第1天，5 mmol/L處理顯著降低，15和20 mmol/L處理顯著升高；第2天，各處理均顯著增高，10 mmol/L處理最高；第3天時(shí)，除10 mmol/L處理外均顯著增高；第4天，5和15 mmol/L處理顯著增高(見表6)。

嫩莖在同一濃度Ca(NO3)2處理后，與對(duì)照相比，5 mmol/L處理的脯氨酸在第0天顯著降低，而其他時(shí)間點(diǎn)均顯著增高；10 mmol/L處理的脯氨酸含量在第2天顯著增加；15 mmol/L處理的脯氨酸含量在第0、1和4天顯著降低，第2天和第3天顯著增高；20 mmol/L處理的脯氨酸含量在第1天至第3天顯著增高。不同濃度處理下，與對(duì)照相比，第0天，各處理的脯氨酸含量均顯著降低，10 mmol/L處理最低。第1天，5和20 mmol/L處理顯著增高，10和15 mmol/L處理顯著降低；第2天，各處理組均顯著增高，15 mmol/L處理最高；第3天，除10 mmol/L處理外均顯著增加；第4天，5 mmol/L顯著升高(見表6)。

根在Ca(NO3)2處理后，與對(duì)照相比，5 mmol/L處理的脯氨酸含量第4天顯著降低，而其他時(shí)間均顯著增加；10 mmol/L處理的脯氨酸含量第3天顯著增加；15 mmol/L處理的脯氨酸含量第0天顯著降低，第3天顯著升高；20 mmol/L處理的脯氨酸含量第0天顯著降低，第1天和第3天時(shí)顯著升高。不同濃度處理下，與對(duì)照相比，第0天，5 mmol/L處理顯著增加，其他處理顯著降低，15 mmol/L處理最低；第1天，5和20 mmol/L處理顯著增加；第2天，5 mmol/L處理顯著增加，10 mmol/L處理顯著降低；第3天，各處理組均顯著增高，20 mmol/L處理最高；第4天，5 和10 mmol/L處理顯著降低(見表6)。

表6 不同濃度Ca(NO3)2處理下火龍果幼苗脯氨酸含量比較

3 結(jié)論與討論

火龍果是我國(guó)重要的南方水果之一，冬季低溫極大地限制了火龍果的種植，制約了我國(guó)的推廣速度?；瘕埞蚋缓喾N營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和口感深受消費(fèi)者喜愛，供不應(yīng)求。火龍果育種過程中，抗低溫也是重要的育種目標(biāo)。貴州省是火龍果的主產(chǎn)區(qū)之一，也是目前地理位置最北方的主產(chǎn)區(qū)。

目前我國(guó)主載品種均不耐低溫，低溫嚴(yán)重影響火龍果生長(zhǎng)和成活，研究抵抗低溫的措施也是重要研究方向。研究表明電導(dǎo)率，MDA、POD、SOD活性和脯氨酸含量與抗低溫密切相關(guān)，可反映植株抗低溫的能力[9-10]。有研究表明，低溫處理后，火龍果轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)多種金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因上調(diào)表達(dá)，表明部分金屬離子可能與火龍果抗低溫有關(guān)[8]。外源Ca2+能提高香蕉葉片POD活性，增加可溶性糖積累和降低膜滲透率，提高香蕉幼苗的抗冷力[9]。鈣能提高檸檬試管苗可溶性蛋白含量，增強(qiáng)SOD和POD活性，降低MDA含量達(dá)到提高抗寒性的作用[10]。柑桔原生質(zhì)體低溫鍛煉過程中，增加鈣鰲合劑或鈣調(diào)素拮抗劑，能明顯抑制柑桔原生質(zhì)體抗凍性[11]。所以Ca2+在植物抗冷過程中可能起重要作用。本研究在0 ℃冷庫(kù)中，利用不同濃度Ca(NO3)2處理火龍果幼苗，其老莖、嫩莖和根中POD、SOD、MDA、電導(dǎo)率和脯氨酸均有一定的影響，表明Ca(NO3)2處理后，火龍果幼苗可能提高了抵抗低溫的能力。但不同濃度Ca(NO3)2處理下，各生理指標(biāo)變化不一致，可能由于火龍果對(duì)不同濃度Ca(NO3)2處理的反應(yīng)不同；處理不同時(shí)間后，各生理指標(biāo)變化較大，可以利用不同濃度Ca(NO3)2處理不同低溫火龍果，起到最優(yōu)的效果。本研究沒有結(jié)合不同低溫處理，檢測(cè)不同濃度Ca(NO3)2處理后火龍果幼苗是否具有抵抗低溫的能力，還需要進(jìn)一步研究。