喷施氨基酸钙对黄金梨光合性能、果实钙含量及品质的影响

周 君,肖 伟,陈修德,高东升,李 玲

山东农业大学园艺科学与工程学院,作物生物学国家重点实验室,山东果蔬优质高效生产协同创新中心,山东泰安271018

在果树的生理活动中，钙不仅起着结构成分的作用，还能作为偶连胞外信号与细胞内生化反应的第二信使，是重要的调控者。果实内的钙素营养状况与其果实品质密切相关，钙对果实品质的影响远超过镁、钾、氮、磷等。缺钙容易引发多种病害，如苹果的苦痘病、痘斑病、水心病，梨黑心病，桃梢端枯死、果顶软化，柑桔浮皮病，芒果软鼻病等，严重影响了果实的品质和贮藏性。外源钙可调节作物基因表达、维持细胞功能、促进生长发育[1]，通过外源补钙可以不同程度地提高作物的产量和品质。采前补钙中，根施钙肥利用率低，树干注射补钙受注射器、输液器以及树干对进入溶液的阻力和容量的影响，其效果较差，而叶面施肥操作简便，见效快，是使用更频繁的施肥方式[2]。

黄金梨(Pyrus pyrifoliaNakai cv.Whangkeumbae)属于砂梨系统，是由韩国园艺试验场以‘新高’和‘二十世纪’为亲本杂交，经多年选育而成，我国于上世纪90年代中期引入。黄金梨果肉细嫩而多汁，味清甜，石细胞少，品质极佳，并具有很高的营养价值，深受广大消费者喜爱。近几年，河北、山东等地黄金梨栽植面积逐年扩大，然而由于果农栽培管理技术不到位，部分地区偏施氮肥等，造成磷钾肥失调及微量元素的缺失，导致果实品质下降，出现果实果顶硬化、虎皮病、采后褐变等情况，不同程度影响了果农的积极性。

研究发现采前CaCl2处理显著抑制了黄金梨果顶硬化现象的发生，减少了果实的腐烂率[3]，喷施CaCl2溶液能增加‘Anjou’梨中的钙含量，并且对控制‘Anjou’梨的栓斑病等有明显作用[4]。增施适宜浓度的钙肥有利于番茄光合性能的提高[5]。另外对鸭梨喷施适当的硝酸钙有延长果实贮期、推迟腐烂的效果[6]。由于成熟果实的角质层对外源钙进入果实具有阻碍作用，因而对幼果喷钙并配施激素促进果实钙吸收已受到重视[7]。周卫等探索苹果幼果组织钙运输途径及激素对该途径的调控方式时发现IAA、GA和NAA对幼果组织Ca2+的运输均有明显的促进作用[8]。欧毅等研究表明植物激素、Ca2+与果实品质、RMP的关系十分密切,尽管Ca2+、IAA对它们均有一定影响,但二者的协同效应更为显著[9]。目前虽然也有一些黄金梨补钙试验见诸报道，但对外源补钙并辅之以激素对其综合性能影响的研究鲜有报道，本试验将通过对黄金梨进行有机钙与IAA配施处理，研究喷钙对黄金梨果实钙营养元素周期动态变化、叶片光合荧光以及果实品质的影响，为合理调控黄金梨钙素营养提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年4月在新泰市汶南镇北鲍村梨园进行，园内土壤为棕壤，pH值6.67、有机质含量14.31 g/kg、碱解氮76.4 mg/kg、速效磷33.12 mg/kg、速效钾247.08 mg/kg，果树栽植密度为3 m×3 m。供试品种为13年生黄金梨（Pyrus pyrifoliaNakai cv.Whangkeumbae），选取生长状况良好，结果正常，且树势基本一致的梨树36棵进行试验。

试验共设4个处理：1)喷施0.5%氨基酸钙溶液；2）喷施0.5%氨基酸钙溶液+20 mg/L IAA；3)喷施0.5%氨基酸钙溶液+20 mg/L EGTA（Ca2+螯合剂）；4)喷清水，分别标记为T1，T2，T3，CK。随机区组试验设计，3次重复，3棵为一小区。于4月21日（花后两周左右）开始进行第一次喷施处理，每棵喷施1L，以后每隔7 d喷施1次，连续喷3次。喷施时间选在傍晚5点以后，T3中的EGTA于喷施完氨基酸钙后2 h再喷施。喷布时着重喷施叶片和果实，以叶片和果面滴水为限。

于5月中旬左右测定光合气体交换参数和叶绿素荧光参数，5月8日对果实进行第一次采样，挑选大小均匀、无机械损伤和无病虫害的果实，以后每隔一个月采样1次直至果实成熟。采回的样带回实验室用去离子水洗净，解析出果肉，105℃杀青，75℃烘干，用于测定钙含量，成熟期另取果样用于各项品质指标的测定。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 光和参数的测定 采用CIRAS-3型便携式光合仪(PP-Systems，美国)，选择晴朗无云的天气，每个处理选取树冠外围新梢上生长一致、受光方向一致且完全展开的中部叶片，于上午9:00～11:00，测定净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)。测定时采用LED红蓝光源，光量子通量密度(PFD)设为1200 μmol/(m2·s)，采用开放式气路系统，叶室温度为25℃。

1.2.2 叶绿素荧光参数的测定 采用英国Hansatech公司的FMS-2型便携脉冲调制式荧光仪测定，先测定光下稳态荧光（Fs）、最大荧光（Fm′），而后叶片经暗适应20 min后获取初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）和PSII原初光能转化效率Fv/Fm，经计算得到PSⅡ实际光化学量子产量（ΦPSⅡ）、光化学淬灭系数（q P）。光化学猝灭（q P）=（Fm’-Fs）/（Fm’-Fo’），实际光化学效率（ФPSⅡ）=（Fm’-Fs）/Fm’，Fv’/Fm’代表PSⅡ的天线转换效率。

1.2.3 钙含量的测定 果肉钙含量采用HNO3-HClO4（4:1）消煮—原子吸收分光光度法测定[10]。

1.2.4 果实品质指标的测定 果实品质指标参照孔祥生[11]的试验方法测定：果实硬度采用GY-3型果实硬度计测定；可溶性固形物（TSS）用手持折光仪（LYT-330）测定；可溶性总糖含量用蒽酮—硫酸比色法测定；可滴定酸（TA，用柠檬酸表示）采用酸碱中和滴定法测定；维生素C（Vc）采用2,6-二氯靛酚氧化还原滴定法测定。

1.3 数据处理

采用Excel2007和SPSS20.0进行数据处理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 钙处理对黄金梨叶片光合速率、气孔导度、蒸腾速率及胞间CO2浓度的影响

测定结果表明（表1），喷施氨基酸钙的黄金梨叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（gs）与对照相比差异显著，分别提高了12.2%，9.0%，9.4%。配施IAA后效果明显，进一步提高了叶片的光合速率，与单施氨基酸钙相比，Pn、Tr、gs提高了8.7%、9.0%、5.9%。各处理间的细胞间隙CO2浓度（Ci）差异不显著。而添加钙离子螯合剂EGTA处理的Pn、Tr、Gs与对照相比显著降低，这可能是EGTA处理不仅抵消了外源Ca2+的作用，而且抑制了内源Ca2+-CaM信号系统，对黄金梨叶片光合机构造成了一定伤害。

表1 钙处理对黄金梨叶片光合参数的影响Table 1 Effects of calcium treatment on photosynthetic parameters of leaves of‘Whangkeumbae’pear

2.2 钙处理对黄金梨叶片荧光参数的影响

表2 钙处理对黄金梨叶片叶绿素荧光参数的影响Table 2 Effects of calcium treatments on chlorophyll fluorescence parameter of‘Whangkeumbae’pear leaves

从表2中可以看出，喷钙及钙+IAA处理的黄金梨叶片的PSII实际光化学效率（ΦPSII）都高于对照，均达显著水平，以氨基酸钙+20 mg/L IAA效果最好，与对照相比提高了17.5%，明显降低了PSII的激发压力，增加了PSII的开放程度。喷施氨基酸钙的光化学猝灭系数（q P）显著高于对照，配施IAA后光化学猝灭参数进一步提高，分别比对照提高了3.8%，12.0%。喷施氨基酸钙的天线转换效率（Fv’/Fm’）比对照提高了1.9%，配施20 mg/L IAA后效果显著，比单施钙提高了3.0%。氨基酸钙处理的叶片PSII最大光化学效率（Fv/Fm）与对照相比差异明显，配施IAA后进一步提高了PSII最大光化学效率值，分别比对照提高了6.3%，12.8%。喷施钙离子抑制剂EGTA显著降低了叶片的Fv/Fm，可能是由于它抑制了Ca2+对放氧复合体的保护作用，并通过螯合黄金梨叶片内的Ca2+，影响Ca2+-CaM信号，对叶片造成伤害。

2.3 不同钙处理对果肉总钙含量动态变化的影响

从图1中可以看出，果肉中钙含量随着果实的膨大而逐渐减小，对照幼果中钙含量为0.51 mg/g，成熟果中含量仅为0.32 mg/g。喷施氨基酸钙可以提升果肉整个发育时期的钙含量，IAA促进了果实对Ca2+的吸收，比单施钙肥提升显著，两者幼果期比对照钙含量提高了4.3%，12.1%，成熟期提升了8.6%，20.7%，并减缓了钙含量随果实生长发育而降低的程度。添加钙离子抑制剂EGTA可能螯合了果实中的Ca2+，钙含量与对照相比在生长期内都有降低，幼果期钙含量比对照低了4.8%，成熟期低11.7%。

图1 喷钙处理对果肉总钙含量动态的影响Fig.1 Effects of calcium spray on the dynamic of total calcium content in flesh

2.4 不同钙处理对黄金梨果实品质的影响

表3 钙处理对黄金梨果实品质的影响Table 3 Effect of calcium treatment on fruit quality of‘Whangkeumbae’pear

由表3可知，喷施氨基酸钙显著提高了果实硬度，钙配施IAA处理的黄金梨果实硬度最高，为6.07 kg/cm2，比对照提高19.0%，比单施钙提高7.8%。而添加EGTA处理的果实硬度为4.77 kg/cm2，与对照相比显著降低。原因在于外源喷钙处理直接增加了果实中的钙含量，维持了细胞壁的结构，提高了果实硬度，而EGTA干扰了果实对钙的吸收，影响了细胞外钙的营养效果，导致果实硬度下降，可见Ca2+对维持黄金梨果实硬度有着明显的作用。喷钙处理果实中可溶性固形物含量显著高于对照，添加IAA处理的效果最好，为11.77%，与对照相比提高了4.2%，但与单施氨基酸钙相比差异并不显著，而添加EGTA处理的果实可溶性固形物含量为10.97%，明显低于对照。各处理间可溶性糖的含量总体差异较小，单施氨基酸钙与钙配施IAA处理与对照相比可溶性糖含量略有提高，而添加钙离子螯合剂EGTA后果实可溶性糖含量显著下降，为7.11%。黄金梨果实可滴定酸含量以氨基酸钙配施IAA处理最低，为0.25%，添加Ca2+螯合剂EGTA的处理最高，为0.38%。各处理间酸含量差异较大，均达到了显著水平，大小顺序为：T2＜T1＜CK＜T3。由图3可以看出，钙处理能显著提高果实Vc含量，氨基酸钙配施IAA显著高于单施钙处理，两者与对照相比分别提高了3.9%和24.2%；添加EGTA处理的果实Vc含量为2.87 mg/100g，与对照相比显著下降。

3 讨 论

3.1 钙处理对黄金梨叶片光合荧光参数的影响

光合作用是果树生长发育和产量形成的基础，钙作为第二信使参与植物的光合作用电子传递和光和磷酸化等生理生化过程，对植物光合作用有着重要的影响。试验中，喷施外源钙与对照相比可以显著提高黄金梨叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度，而添加钙离子螯合剂EGTA处理的叶片蒸腾速率和气孔导度降低，光合速率随之下降，说明增加适宜浓度的Ca2+可以促进黄金梨植株的光合作用和蒸腾作用，保持叶片较高的光合性能。这与前人在大蒜[12]、草莓[13]上的研究结果相似。可能是适当的Ca2+施入提高了叶片叶绿素含量，并提高叶片叶绿体膜结构的完整性和稳定性，增强Rubisco酶和PEP羧化酶的活性，从而提高CO2羧化效率和膜上ATP酶活性[14]，增强了光合作用。

荧光参数对研究植物光合作用过程中的光能吸收、传递、转换、消耗和分配等有重要意义[15]，当环境条件变化时，叶绿素荧光的变化可以在一定程度上反映环境因子对植物的影响[16]。本试验结果表明，ΦPSⅡ、Fv’/Fm’、q P和Fv/Fm随Ca2+的喷施而有显著提高，配施IAA后效果更明显，钙缺失处理的ΦPSⅡ、Fv’/Fm’、q P和Fv/Fm与对照相比则有显著降低，表明在一定水平范围内，钙含量的提高可增加光合电子传递和提高光化学速率，降低叶片的非光化学猝灭和天线热消耗，提高叶绿素荧光产额。而黄金梨叶片钙含量的降低可能致光系统Ⅱ功能下降，降低了PSⅡ的开放程度和光能从天线色素向反应中心的传递效率。有研究表明，外源钙可以提高柑橘[17]和葡萄[18]在高温胁迫下的净光合速率和光系统Ⅱ最大光化学效率，张振兴等[19]研究表明Ca2+可有效降低盐胁迫对西瓜幼苗光合作用的气孔限制，缓解盐胁迫对光合器官的伤害，使叶片保持较高的光合性能。

3.2 钙处理对黄金梨果实钙含量及品质的影响

钙素营养对果实品质的影响一直是研究的热点，有研究表明，果实钙含量的高低是决定果实品质最为重要的因素之一[20]。本试验中，黄金梨的钙含量随着果实的生长发育而逐渐减少，喷施氨基酸钙显著提升了果实整个生育期内的Ca2+含量，IAA能够促进果实对外源Ca2+的吸收，效果明显。添加EGTA的处理与对照相比Ca2+含量显著降低，分析结果可能是EGTA不仅影响了果实对外源Ca2+的吸收，同时螯合了果实内的Ca2+。硬度是影响水果贮运品质的重要指标，本研究结果表明，单施氨基酸钙和氨基酸钙配施IAA处理均可显著增加黄金梨的单果重和果实硬度。果实内钙含量的提高可能促成其在胞外与果胶酸形成果胶酸钙，提高了细胞壁强度，果实硬度提升。管雪强等[21]在葡萄上也证实了此点。钙处理同时提高了黄金梨果实的可溶性固形物和可溶性糖含量，这与张利云等[22]在甜瓜上的研究结果一致，而Vc含量升高，可滴定酸含量降低的结果则与其相反。温明霞等[23]认为锦橙生长期喷钙能提高果实钙含量，抑制果实贮藏过程中Vc等物质的氧化分解，提高果实可溶性固形物含量和糖酸比，改善果实品质。

4 结 论

黄金梨幼果期喷施0.5%的氨基酸钙可以提高果肉的总钙含量，配施20 mg/L的IAA促进了果实对Ca2+的吸收，效果显著，添加EGTA（Ca2+螯合剂）则明显降低了果实钙含量。喷施氨基酸钙和氨基酸钙配施IAA的处理可以显著提高叶片的光合性能，净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、PSII实际光化学效率（ΦPSII）、光化学猝灭系数（q P）、PSII的天线转换效率（Fv’/Fm’）、PSII最大光化学效率（Fv/Fm）显著高于对照，同时提高果实的单果重、硬度、可溶性固形物、可溶性糖和Vc含量，降低可滴定酸含量，改善了果实品质。而添加EGTA（Ca2+螯合剂）处理的叶片光合性能和果实品质明显降低。因此，幼果期喷施氨基酸钙是黄金梨果实补充钙素营养、提升叶片光合性能和改善果实品质的重要措施，钙、IAA配施优于单施钙处理，可在其生产中加以应用。