镁对‘新天玲’西瓜叶片光合色素、可溶性蛋白含量和硝酸还原酶活性的影响

林丽琳等

摘 要 通过沙培试验，研究0（CK）、24、48、96、192 mg/L不同镁水平对‘新天玲西瓜不同生育期叶片光合作用色素、可溶性蛋白含量和硝酸还原酶活性的影响。结果表明：镁水平影响‘新天玲西瓜的整个生长发育过程，各时期随着镁水平的升高，西瓜叶片中叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖、可溶性蛋白含量和硝酸还原酶活性呈先升高后降低趋势，在镁水平为48 mg/L时各物质含量达到同期的最大值、NR活性最强，为最适镁浓度；而缺镁、低镁、镁过量均会产生不利影响；膨瓜期是‘新天玲西瓜受镁水平影响比较严重的时期，该期应特别注意镁肥用量，以减轻镁对西瓜叶片碳氮代谢指标的影响，从而促进西瓜优质、高产。

关键词 镁水平 ；西瓜 ；叶片 ；碳氮代谢指标

分类号 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），人称寒瓜、夏瓜等，为葫芦科植物，原产非洲，其味甜汁多，清爽解渴，是盛夏佳果，堪称“瓜中之王”。‘新天玲西瓜是一种外观美、品质优、早熟的中小型新品种，其含水量、可溶性糖、可溶性蛋白和Vc含量均较高，瓜瓤鲜红，细爽多汁，中心可溶性固形物含量达12%[1]。镁是任何一种植物都不可缺少的必需营养元素[2]，植物若缺镁，则叶绿素合成受阻，影响光合作用[3-4]，从而导致植物体蛋白质合成及糖类等碳氮代谢功能紊乱[5-7]。在西瓜种植过程中，经常出现因镁肥施用不当而间接影响西瓜产量和品质，造成严重经济损失。本文着重研究镁水平对新天玲西瓜3个不同生育期叶片碳氮代谢的影响，以期为新天玲西瓜合理施用镁肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试西瓜为‘新天玲（由福建省农业科学院农业生物资源研究所提供）。于2014年3～6月在福州市农科所玻璃温室进行砂质培养。用营养液浇灌，营养液采用Hoagland和 Arnon（1938）配方。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

营养液中镁的浓度设0（CK）、24、48、96、192 mg/L 等5个处理，镁源为分析纯MgSO4·7H2O，每处理重复6次。挑选优质新天玲西瓜种子，温汤浸种消毒后继续用水浸泡8 h，后于30℃培养箱中催芽，待种子露白后播种，并保持培养基质一定的湿度，当西瓜苗长至两叶一心时定植于装有干净河沙的盆中，每盆1株，采用双蔓整枝法。

处理前5 d只浇水，第6天苗长势稳定后开始处理，初期每隔1 d浇1次不同浓度营养液，每盆500 mL，共5次，之后随瓜苗长大增加营养液用量，每盆各浇1 000 mL营养液，期间瓜伸蔓时每2 d浇1次营养液，膨瓜期时遇炎热天气早晚各浇1次营养液，共浇30次，累计营养液用量约为975 L。分别于伸蔓期、盛花期、膨瓜期各取瓜蔓第4片功能叶，并用打孔器打成小叶圆片装于自封袋中，用液氮罐带回实验室并储存于-20℃冰箱中。

1.2.2 测定方法

采用混合液提取法[8]测定叶绿素含量，考马斯亮蓝法[9]测定组织中可溶性蛋白含量，蒽酮比色法[10]测定可溶性糖含量，硝酸还原酶活性参照王晶英等[11]的方法进行测定。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel进行数据处理及图表制作，采用SPSS软件进行方差分析的差异显著性及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 镁对新天玲西瓜叶片光合色素含量的影响

镁对新天玲西瓜叶片中光合色素含量的影响见表1。从表1可以看出，不同镁水平处理对新天玲西瓜3个不同生育期叶片的叶绿素含量的影响规律是一致的，即西瓜叶片中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量随镁水平的增加呈先升高后降低趋势，在0 mg/L 时为最小值，48 mg/L时达到最大值。3个时期，缺镁、低镁处理间西瓜各种光和色素含量差异不显著，浓度大于48 mg/L时，2个高镁水平处理间的西瓜各种光合色素含量差异也不显著，但高镁水平处理时西瓜叶片相应光合色素含量比缺镁、低镁水平处理时高，这说明缺镁、低镁对西瓜的光合色素含量影响显著于高镁处理。从表1中还可以看出，新天玲西瓜叶片光合色素含量随着西瓜的生长而逐渐减小，在测定的3个时期中，膨瓜期时西瓜叶片光合色素含量最低。

镁对新天玲西瓜叶片光合色素含量相关性分析见表2。新天玲西瓜叶片中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素线性相关性分析结果表明，叶绿素a、b，总叶绿素及类胡萝卜素两两呈极显著相关性，说明叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、类胡萝卜素之间关系密切，镁可能通过影响其中的任一个指标而影响其它指标。

2.2 镁对新天玲西瓜叶片中可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸还原酶（NR）活性的影响

2.2.1 对可溶性糖含量的影响

镁对新天玲西瓜叶片中可溶性糖含量的影响见图1。从图1可以看出，不同镁水平处理影响新天玲西瓜叶片的可溶性糖含量，3个不同生育期叶片中可溶性糖含量受镁水平影响一致，即随镁浓度的增加先增加后减小，在0 mg/L 时含量最小，48 mg/L时含量最大，当镁水平大于48 mg/L时反而下降。故缺镁、低镁可以降低西瓜叶片中的可溶性糖含量，适量施用镁肥可以提高西瓜叶片中可溶性糖的含量，但供镁过量也不利于西瓜叶片中可溶性糖的积累，膨瓜期时西瓜受镁水平影响比伸蔓期和盛花期严重。

2.2.2 对可溶性蛋白含量的影响

镁对新天玲西瓜叶片中可溶性蛋白含量的影响如图2所示。从图2可以看出，不同镁水平处理下新天玲西瓜3个不同生育期叶片中的可溶性蛋白含量受镁水平影响一致，即随镁浓度的增加先增加后减小，在0 mg/L 时含量为最小值，48 mg/L时含量达到最大值，当镁水平大于48 mg/L时反而下降。3个时期缺镁、低镁与高镁处理间差异不显著，但均与48 mg/L镁水平差异极显著，膨瓜期时48 mg/L镁水平处理下西瓜叶片可溶性蛋白含量分别比缺镁、高镁处理高114.91%、69.48%，差异显著。故缺镁、低镁、镁过量均不利于西瓜叶片中可溶性蛋白质的合成，适当地施用镁肥可增加西瓜叶片中可溶性蛋白的含量，西瓜膨瓜期叶片可溶性蛋白的含量受镁水平影响严重。

2.2.3 对硝酸还原酶活性的影响

镁对新天玲西瓜叶片中硝酸还原酶活性的影响见图3。从图3可以看出，镁水平对新天玲西瓜3个生育期期叶片NR活性影响规律一致，即随镁水平升高，NR活性先增强后减弱，在48 mg/L时NR活性最强，不同镁水平处理对西瓜叶片NR活性的影响差异达到极显著水平，膨瓜期时，NR活性最小。由此可见，缺镁、低镁和镁过量都可以抑制西瓜叶片中NR活性，进而影响西瓜氮代谢，缺镁、低镁的影响严重于镁过量影响，适量施镁肥可以提高NR活力，增强西瓜氮代谢能力。

2.3 镁对可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸还原酶活性等的相关性分析

相关性分析及生物统计表明，新天玲西瓜叶片可溶性糖与可溶性蛋白（Y=0.763X-1.016，r=0.854**，n=15）、可溶性糖与硝酸还原酶（NR）活性（Y=1.465X+5.667，r=0.832**，n=15）、可溶性蛋白与硝酸还原酶（NR）活性（Y=1.666X+10.485，r=0.845**，n=15）之间关系密切，它们之间两两呈极显著相关性，说明可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、硝酸还原酶活性3个指标之间关系密切，镁可能通过影响西瓜叶片的硝酸还原酶活性而影响可溶性糖、可溶性蛋白代谢。

3 讨论

碳氮代谢是植物的重要生理代谢之一，在各个环境中生长的植物机体内都具有重要作用[12]，碳代谢为植物氮代谢提供了能量和碳源，氮代谢可为碳代谢提供光合色素和酶等[13]，二者共同促进植物的生长发育。在植物细胞中，叶绿素是植物光合作用的核心，叶绿素的结构为一个镁与四个吡咯环上的氮结合的以卟啉为骨架的绿色色素。镁存在于叶绿素分子的卟啉环中心，占叶绿素分子量的2.7%。

本实验表明不同镁水平影响新天玲西瓜3个不同生育期叶片中相关光合色素含量和可溶性糖含量，二者均随着镁水平的升高呈升高后降低趋势，48 mg/L为最适镁浓度。统计表明，西瓜叶片总叶绿素含量与可溶性糖含量、类胡萝卜素含量与可溶性糖含量、总叶绿素含量与类胡萝卜素含量两两呈极显著性相关，推断不同镁水平对西瓜3个不同生育期叶片碳代谢的影响是通过影响这几种光合色素含量和可溶性糖合成过程综合作用的结果。膨瓜期西瓜叶片光合色素含量和可溶性糖含量最低，这与膨瓜期西瓜的代谢增强有关，此期西瓜植株将大部分养分运输到果实中，供果实的膨大使用，势必造成叶片中相关物质的减少。

硝酸还原酶（NR）是氮素代谢的限速酶，对植物的呼吸、光合作用及碳素代谢影响重大[14]。可溶性蛋白质含量是影响植物生物产量的重要因素，镁能稳定合成蛋白质所必需的核糖体构型，故当植物所需镁素含量不能得到正确供应时会影响蛋白质的合成。本研究表明，不同镁水平对西瓜3个不同生育期叶片中可溶性蛋白含量、硝酸还原酶活性的影响是一致的，均随镁水平升高呈先增后减趋势，48 mg/L镁水平下可溶性蛋白含量最高、NR活性最高，膨瓜期时，西瓜叶片的可溶性蛋白含量最小，NR活性最低。生物统计表明，可溶性蛋白含量与NR活性之间呈极显著相关，故镁水平可通过影响NR活性间接影响蛋白质的合成，干扰西瓜的氮素代谢。

综上所述，新天玲西瓜生产上，一定范围内适当增施镁肥可提高西瓜叶片叶绿素含量，增强光合作用促进可溶性糖等碳水化合物积累，并可提高NR活性，增加可溶性蛋白的合成。不施镁肥、施镁肥不足、过量施镁肥反而影响西瓜叶片叶绿素的含量，破坏光合系统，导致碳水化合物积累减少，减弱碳氮代谢能力，减弱NR活性，阻碍蛋白质的合成。另外，还应特别注意掌控好膨瓜期时镁肥的用量。

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