硝酸钙处理对甜瓜幼苗抗冷性的影响

2010-08-09郑福李珍珍牛庆良崔辉梅黄丹枫

长江蔬菜 2010年12期

郑福，李珍珍，牛庆良，崔辉梅，黄丹枫

（1.石河子大学农学院，新疆石河子，832003；2.上海金山区现代农业园区；3.上海交通大学农业与生物学院）

甜瓜（Cucumis meloL.）是喜温作物，根系在低于8℃时停止生长，茎叶在低于8℃时即受冷害[1]。近几年，上海地区甜瓜生产中尽管盲目提早种植的趋势有所降低，但因反常天气尤其是早春低温和倒春寒造成的损失有所加重，如2010年3月7日上海地区-5℃低温造成西瓜、甜瓜受冻，4月6日上海郊区5℃低温造成甜瓜受冷害等。钙作为植物生长发育必需的一种元素，除在防止膜损伤、维护细胞壁、细胞膜结构等方面有重要作用外，在抗热、抗旱和抗盐性等方面的研究表明[2～5]，钙在提高植物抗冷、抗寒性方面也有重要作用。本试验以甜瓜幼苗为试材，研究了硝酸钙溶液浇施和喷施对甜瓜幼苗抗冷性指标的影响，以期为甜瓜育苗和栽培中采取合理的防寒措施提供理论依据和应用方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为网纹甜瓜（Cucumis melovar.reticulatusNaud.）品种：甜甜1号，泰国正大公司选育。

1.2 试验设计

试验于2009年3月在上海交通大学农业与生物学院现代农业工程训练中心Venlo行玻璃育苗温室进行。72孔穴盘基质育苗，育苗基质选用泥炭∶珍珠岩∶蛭石=1∶1∶1（体积比）配方，子叶展平前只使用雨水灌溉，子叶展平（播种后12 d）后营养液使用1/2山崎甜瓜营养液缺钙（-Ca）配方，常规管理。

硝酸钙溶液灌溉试验设5个处理：对照灌溉按1/2山崎甜瓜营养液缺钙（-Ca）配方和雨水隔天使用处理，其余4个钙处理按1/2山崎甜瓜营养液缺钙（-Ca）配方分别和 5，10，15，20 mmol/L Ca （NO3）2隔天使用处理，分别用 I0，I5，I10，I15，I20 表示；每天灌溉量根据天气、苗情等确定，各处理每天每次的灌溉量一致，3次重复，处理至幼苗2叶1心（播种后28 d，共处理16 d），开始进行冷胁迫处理。

硝酸钙喷施试验设3个处理：取以上试验中对照组所育甜瓜苗324株分为3组，在播种后23 d分别喷施蒸馏水（CK）、5，10 mmol/L Ca（NO3）2溶液，分别用S0，S5，S10表示，每处理 36株，3次重复，喷施后 5 d进行冷处理。

以上处理完成后所有苗一起放入LRH 250-G光照培养箱进行冷处理，由室温（22.5℃）按每 1 h 1～1.5℃降温，降至温度稳定在（7±0.5）℃。各处理分别在冷处理0，24，48，72 h时取样测定各项指标。冷处理72 h后按照各处理剩余苗继续进行冷害症状观察，按每1 h 1～1.5℃继续降温，分别在降至 5，3，1℃时保持 12 h，观察冷害症状。

图1 硝酸钙处理对甜瓜幼苗叶面积和全株鲜质量的影响

1.3 测定项目与方法

叶绿素含量测定采用比色法[6]，根系活力测定用TTC法[7]，电解质渗漏率测定用相对电导率法，采用DDS-12A型电导仪，MDA含量测定按朱广廉等的方法[8]，POD活性测定采用愈创木酚法[9]。

2 结果与分析

2.1 硝酸钙处理对甜瓜幼苗生长的影响

尽管缺钙培养（对照）的苗在整个幼苗期并未表现出非常明显的缺钙症状（叶片叶脉间黄化，叶缘卷曲、枯焦等），但在生长指标上落后于钙溶液浇灌处理（图 1），对照叶面积（I0）在冷处理前（2 叶 1心，已成苗）为69.5 cm2，低于各灌溉处理，低浓度钙溶液浇灌的在叶面积增长上表现出优势，浇施5，10 mmol/L的处理（I5、I10）叶面积高于其他处理；所有钙溶液灌溉处理的幼苗鲜质量均高于对照，其中I10和I15处理的单株鲜质量分别达到了2.74 g和2.79 g，分别比对照（2.62 g）提高了4.6%和6.5%。叶面积和鲜质量随钙溶液浓度升高表现出一定下降趋势，这是否与钙中毒有关尚需进一步研究，但从幼苗田间表现来看，并未出现中毒症状。钙溶液喷施处理对叶面积和全株鲜质量的增长有一定效果，但未达显著水平，这可能与喷施处理时间短有关（测定时仅喷施处理后5 d）。

2.2 硝酸钙处理对冷胁迫条件下甜瓜幼苗叶绿素含量和根系活力的影响

叶绿素含量与光合性能直接相关，进而影响到植物体内可溶性糖等的合成和细胞液渗透势等与抗冷性直接相关的指标。硝酸钙溶液浇施处理的叶绿素含量明显高于对照（图2），I15处理叶绿素含量在冷处理前达3.579 mg/g，是对照（1.732 mg/g）的两倍多。随冷处理的进行，各处理的叶绿素含量下降，冷胁迫72 h后均降至1.0 mg/g左右，已严重影响了甜瓜幼苗光合性能，但硝酸钙浇施的各处理在冷胁迫72 h后叶绿素总量仍均高于缺钙处理。

硝酸钙溶液浇施对甜瓜幼苗根系活力的影响小于对叶绿素含量的影响，I15处理的幼苗根系活力最高（533.5 μg·g-1·h-1），比对照（469.0 μg·g-1·h-1）提高13.75%。冷胁迫条件下，根系活力变化与叶绿素含量变化趋势相似，冷处理使甜瓜幼苗根系活力下降（图2），随胁迫时间加长，处理72 h后根系活力由500 μg·g-1·h-1左右降至 100 μg·g-1·h-1左右，根系活力丧失严重，但硝酸钙浇施各处理的根系活力仍均高于缺钙处理（图 3）。

硝酸钙喷施5 d后对提高幼苗叶绿素含量和根系活力有一定效果（图3），但差异不显著。然而喷施处理明显降低了幼苗在冷胁迫条件下根系活力和叶绿素含量的降低速度，尽管在冷处理72 h后喷施处理幼苗这两项指标与对照的差异再度减小，但在处理24，48 h时喷施处理均明显高于对照，且10 mmol/L喷施（S10）优于5 mmol/L（S5）处理，说明硝酸钙喷施在提高甜瓜幼苗短时抗冷性上有一定效果。

2.3 硝酸钙处理对冷胁迫条件下甜瓜幼苗电解质渗漏率和丙二醛（MDA）含量的影响

图3 硝酸钙喷施和冷处理对甜瓜幼苗叶绿素含量和根系活力的影响

电解质渗漏率可反映细胞膜透性的变化，丙二醛（MDA）含量可反映膜脂过氧化强弱。由图4可见，冷胁迫使甜瓜幼苗膜透性迅速增大，电解质渗漏率明显增加；MDA含量亦随冷胁迫时间的加长迅速升高，膜脂过氧化程度加重。但硝酸钙浇施处理的幼苗在处理0～24 h过程中增加速度均明显小于对照，且含量在整个处理过程中均低于对照，说明硝酸钙浇施有助于缓解甜瓜幼苗在低温条件下细胞膜的伤害，降低了膜脂过氧化程度，从而有助于提高幼苗抗冷性。而其中10 mmol/L处理（I10）在所有处理中表现最好，可能是一个适宜的浇施浓度。

硝酸钙喷施处理对延缓甜瓜幼苗在冷胁迫条件下电解质渗漏率和MDA含量的升高有效果（图5），较高浓度的处理S10亦优于低浓度处理S5。

图4 硝酸钙灌溉和冷处理对甜瓜幼苗电解质渗漏率（左）和MDA含量（右）的影响

2.4 硝酸钙处理对冷胁迫条件下甜瓜幼苗过氧化物酶（POD）活性的影响

过氧化物酶（POD）等植物体内的保护酶与抗逆性密切相关，且对外界不良环境非常敏感。与有关辣椒[4]、烟草[10]的报道中POD活性在冷胁迫下会首先上升及关于黄瓜[11]、水稻[12]测定结果中显示的随冷胁迫时间下降不同，图6结果显示，甜瓜幼苗在进行24 h冷胁迫处理后，POD活性变化较小，但随着胁迫时间延长，POD活性下降明显，在处理时间超过48 h后下降速度更快。硝酸钙浇施和喷施处理的甜瓜幼苗在降低POD活性下降幅度方面均优于对照，在处理48 h时，浇施处理I5、I10、I15、I20的POD活性分别比对照高出 11.6%，20.8%，14.1%和 4.9%，冷胁迫 72 h 时仍分别比对照高出 10.9%，17.7%，14.7%和 13.8%；喷施处理S5和S10在处理48，72 h时，POD活性分别比对照高出 3.51%，6.72%和 5.39%，8.92%。综合来看，I10、S10优于其他处理。

图5 硝酸钙喷施和冷处理对甜瓜幼苗质膜透性和MDA含量的影响

2.5 冷害症状观察

甜瓜一般在温度低于7.4℃，且持续一段时间后才开始表现出冷害症状，如叶色变淡、发紫，萎蔫，叶缘出现水渍状等。继续降温进行胁迫的试验观察结果（表1）表明，缺钙处理甜瓜幼苗在7℃冷处理72 h后已开始出现叶色变淡症状，5℃处理12 h后植株出现萎蔫，3℃时开始观测到少量叶缘出现紫色，1℃时约有20%叶片边缘可观测到水渍状的出现，与之相比，硝酸钙处理的幼苗以上冷害症状发生晚，但各硝酸钙处理间的冷害症状未表现出明显区别。

3 小结与讨论

试验结果表明，硝酸钙浇施和喷施处理有助于提高甜瓜幼苗在冷胁迫条件下叶绿素、根系活力、POD活性，降低电解质渗漏率和MDA含量，提高幼苗抗冷性，延缓冷害症状的发生。10～15 mmol/L浇施处理优于其他处理，是一个适宜的使用浓度。与较多研究中采用 CaCl2处理[2，5，10，11，13]不同，因为甜瓜对 Cl－高度敏感，是典型的忌氯植物，生产中在进行处理时一定要注意选用 Ca（NO3）2，以免造成损失。

钙除具有防止膜损伤和渗漏，维护细胞壁、细胞膜的结构和功能等作用外[14]，另一重要功能在于Ca2+作为细胞内功能调节第二信使，在与钙调素（CaM）结合后调节多种酶的活性和生理过程，能够稳定膜双脂层的基本结构，保护膜的完整性[15]。植物遭受低温刺激后，胞内Ca2+浓度会迅速升高，形成Ca-CaM信号系统，调节相关基因表达，推动生理生化变化，而外源钙的使用可能主要在这一方面发挥作用，叶面喷施、短时浸蘸钙溶液在提高植物抗逆性方面亦能起到明显效果，试验结果表明，10 mmol/L Ca（NO3）2喷施处理能明显提高甜瓜幼苗抗冷性，但具体适宜浓度、高浓度钙溶液带来的钙毒害等问题尚需继续研究。