高温下叶用莴苣氯化钙喷施浓度的筛选

齐轩艺，韩莹琰

(北京农学院植物科学技术学院/农业应用新技术北京市重点实验室/植物生产国家级实验教学示范中心，北京102206)

叶用莴苣(LactucasativaL.)俗称生菜，是重要的世界性蔬菜。其喜冷凉气候，在高温环境下极易抽薹，即由于受到高温影响，过早进行生殖生长，影响叶片的生长，导致商品性降低[1]。高温对叶用莴苣细胞膜热稳定性及保护酶系统产生重大影响[2]。钙是植物生长发育过程中的必需元素，其调节和控制着许多生理生化反应和代谢途径[3]。康杰等[4]研究表明，CaCl2溶液为1～5 mmol/L时，能显著提高高温下叶用莴苣种子的发芽率、发芽势、活力指数。同时适宜浓度的CaCl2溶液可提高高温下幼苗叶片的膜保护酶活性，增加可溶性蛋白和游离脯氨酸含量。杨景爱等[5]研究表明，高温下向叶用莴苣幼苗叶面喷施CaCl2溶液，其膜保护酶活性有所提高，丙二醛含量和相对电导率降低。祁向玲[6]研究表明，叶面喷施CaCl2溶液显著提高盐胁迫下生菜的根系活力，并提高了生菜产量。王晓理[7]研究表明，低浓度的CaCl2溶液可显著促进盐胁迫下生菜种子的萌发，浓度过高则有抑制作用。刘丽等[8]研究表明，CaCl2溶液可显著提高盐胁迫下菠菜的植株干质量及鲜质量，提高叶绿素、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量，减轻盐胁迫下叶片的膜脂过氧化程度。目前，关于钙缓释植物非生物胁迫的研究已有很多，如钙素增强植物的抗热性[9]、抗寒性[10]、抗旱性[11]、抗盐性[12]。外源钙对叶用莴苣高温抽薹的影响未知。本试验旨在探索叶面喷施CaCl2溶液对叶用莴苣高温抽薹及相关生理指标的影响，筛选出高温下叶用莴苣的最适CaCl2喷施浓度，为促进周年均衡生产和合理生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与处理

以叶用莴苣品种‘PS11’为试验材料。种子催芽1 d后播种于50孔穴盘中进行育苗，在温室常温条件下培养，6：00至18：00为22 ℃，18：00至次日6：00为17 ℃。待幼苗生长至六叶一心期时，选择长势一致的植株定植于塑料营养钵中。缓苗7 d后，将幼苗放入温室的高温处理区，6：00至18：00为34 ℃，18：00至次日6：00为27 ℃。从高温处理当天开始，每隔1 d在同一时间向叶用莴苣叶面喷施CaCl2溶液，均匀喷施，叶片全部湿润为宜。分别喷施1、3、5、7 mmol/L的CaCl2溶液，以喷施纯水为对照。在高温处理14、16、18、20 d后，取同一叶位的叶片用于指标测定。

1.2 指标测定与数据分析

用直尺测量叶用莴苣的茎长、叶片展幅、最大叶长、最大叶宽。茎长指第1片真叶叶节处到茎尖生长点的距离。叶片展幅指直立状态下外廓叶片的展开幅度。测最大叶长时每株选取最大莲座叶，测量叶基部至叶顶端的长度。测最大叶宽时每株选取最大莲座叶，测量叶子最宽处宽度。用浸泡法测量叶用莴苣的相对电导率[13]。用酶联免疫吸附测定(enzyme linked immunosorbent assay，ELISA)过氧化物酶(peroxidase，POD)、过氧化氢酶(catalase，CAT)活性。测定时每处理取相同叶位叶片0.3 g，然后用3 mL磷酸盐缓冲液进行研磨，在4 ℃下12 000 r/min离心15 min，上清液用于酶活性的测定。用SPSS 24和Origin 2017软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理下叶用莴苣的表观图

对高温处理14、16、18、20 d后的叶用莴苣进行拍照，获取表观图，见图1。5 mmol/L处理下叶用莴苣茎长最低，且长势良好。与对照相比，5 mmol/L处理显著抑制了叶用莴苣的高温抽薹。对照处理下，叶用莴苣在高温处理14 d已明显发生抽薹现象，而在5 mmol/L处理下，高温处理16 d叶用莴苣才明显发生抽薹现象。与对照相比，7 mmol/L处理对叶用莴苣高温抽薹有抑制作用，但作用效果没有5 mmol/L处理显著，且7 mmol/L处理下叶用莴苣老叶的干枯现象严重。对照、1 mmol/L处理、3 mmol/L处理间茎长差异不显著，长势之间的差异也不显著。

2.2 不同浓度CaCl2溶液对叶用莴苣茎长的影响

在高温处理14、16、18、20 d后，测量各处理下叶用莴苣的茎长，见图2。5 mmol/L处理下叶用莴苣的茎长最低。与对照相比，5 mmol/L处理抑制叶用莴苣高温抽薹的效果最显著。高温处理14、16、18、20 d后，5 mmol/L处理的茎长分别为对照的94.59%、85.31%、86.43%、89.86%。在高温处理14～20 d内，对照的茎长以1.29 cm/d的速度进行增长，5 mmol/L处理的茎长以1.12 cm/d的速度进行增长。高温处理14、16、18、20 d后，对照、1 mmol/L处理、3 mmol/L处理、7 mmol/L处理间茎长差异均不显著。综上所述，CaCl2溶液浓度为5 mmol/L时对高温下叶用莴苣茎长生长的抑制作用最强。

图1 不同浓度CaCl2溶液对叶用莴苣生长的影响Fig.1 Effect of different concentrations of CaCl2 solution on the growth of lettuce

2.3 不同浓度CaCl2溶液对叶用莴苣叶片形态的影响

在高温处理14 d后，测量各处理下叶用莴苣的叶片展幅、最大叶长、最大叶宽，见图3。与对照相比，CaCl2溶液使叶用莴苣的叶片展幅增大。1、3、5 mmol/L处理间无明显差异，7 mmol/L处理虽然增大了叶用莴苣的叶片展幅，但促进效果不如1、3、5 mmol/L处理。1、3、5 mmol/L处理下叶用莴苣的叶片展幅分别为对照的1.07倍、1.06倍、1.07倍，而7 mmol/L处理下叶片展幅为对照的1.02倍。

注：图中不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。Note: Different letters in the figure stand for the significant difference at the 0.05 level (P<0.05). 图2 不同浓度CaCl2溶液对叶用莴苣茎长的影响Fig.2 Effect of different concentrations of CaCl2solution on the bolting height of lettuce

与对照相比，1、3、5 mmol/L处理使叶用莴苣最大叶长有所增加，这3个处理间差异不显著。1、3、5 mmol/L处理下叶用莴苣的最大叶长分别为对照的1.01倍、1.06倍、1.06倍。与对照相比，7 mmol/L处理对叶用莴苣的最大叶长没有明显影响。与对照相比，1、3、5 mmol/L处理对叶用莴苣的最大叶宽没有产生明显影响，而7 mmol/L处理使叶用莴苣的最大叶宽降低。7 mmol/L处理下叶用莴苣的最大叶宽为对照的84.31%。综上所述，CaCl2溶液浓度为5 mmol/L时，最有利于高温下叶用莴苣叶片展幅、最大叶长、最大叶宽的增加。

2.4 不同浓度CaCl2溶液对叶用莴苣叶片中保护酶活性的影响

在高温处理14、16、18、20 d后，测量各处理下叶用莴苣叶片中POD和CAT活性，见图4。5 mmol/L处理下POD活性最高。高温处理14、16、18、20 d后，5 mmol/L处理下POD活性分别为对照的1.21倍、1.23倍、1.24倍、1.20倍。与对照相比，喷施CaCl2溶液处理使POD活性增加，且随着浓度增加，POD活性呈现先上升后降低趋势，在5 mmol/L处理下达到最高。5 mmol/L处理下CAT活性最高。高温处理14、16、18、20 d后，5 mmol/L处理下CAT活性分别为对照的1.49倍、1.41倍、1.39倍、1.20倍。与对照相比，喷施CaCl2溶液处理使CAT活性增加，且随着浓度增加，CAT活性呈现先上升后降低趋势，在5 mmol/L处理下达到最高。综上所述，CaCl2溶液浓度为5 mmol/L时，最有利于高温下叶用莴苣叶片中POD、CAT活性的增加。

注：图中不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。Note: Different letters in the figure stand for the significant difference at the 0.05 level (P<0.05).图3 不同浓度CaCl2溶液对叶用莴苣叶片形态的影响Fig.3 Effect of different concentrations of CaCl2 solution on leaf morphology of lettuce

2.5 不同浓度CaCl2溶液对叶用莴苣相对电导率的影响

在高温处理14、16、18、20 d后，测量各处理下叶用莴苣叶片的相对电导率，见图5。5 mmol/L处理下相对电导率最低，与对照相比，其使高温下叶用莴苣叶片的相对电导率显著降低。高温处理14、16、18、20 d后，5 mmol/L处理下相对电导率分别为对照的43.99%、39.85%、41.49%、41.62%。与对照相比，喷施CaCl2溶液处理使相对电导率降低，且随着浓度增加，相对电导率呈现先下降后上升趋势，在5 mmol/L处理下达到最低。1、3、5、7 mmol/L处理中，7 mmol/L处理下相对电导率最高，但其值仍显著低于对照处理。高温处理14、16、18、20 d后，7 mmol/L处理下相对电导率分别为对照的68.50%、69.56%、56.12%、66.89%。这说明叶面喷施CaCl2溶液，降低叶用莴苣叶片相对电导率的效果十分显著。综上所述，CaCl2溶液浓度为5 mmol/L时，最有利于降低高温下叶用莴苣叶片的相对电导率。

注：图中不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。Note: Different letters in the figure stand for the significant difference at the 0.05 level (P<0.05).图4 不同浓度CaCl2溶液对叶用莴苣POD、CAT活性的影响Fig.4 Effect of different concentrations of CaCl2 solution on the activity of POD and CAT in lettuce

3 讨 论

生长量是反映植物胁迫耐性的常用指标。高温胁迫下，叶用莴苣的抽薹、开花加速，造成产量降低[14]。陈青君等[15]研究表明，高温下叶用莴苣表现为抽薹提前，叶形变大，还会出现叶片焦黄、腐烂等热害症状。克服高温条件下叶用莴苣的提前抽薹，及其他不良反应是急需解决的重点问题。本试验研究了高温胁迫下喷施不同浓度的CaCl2溶液对叶用莴苣品种‘PS11’茎长、叶片展幅、最大叶长、最大叶宽的影响。由图1可知，5 mmol/L处理下叶用莴苣的茎长最低；与对照相比，5 mmol/L处理延缓了叶用莴苣的高温抽薹；7 mmol/L处理下叶用莴苣老叶的干枯现象严重，这说明喷施7 mmol/L的CaCl2溶液不利于高温下叶用莴苣叶片的生长。由图2和图3可知，5 mmol/L处理抑制高温下叶用莴苣茎生长的效果最显著；1、3、5 mmol/L的CaCl2溶液使高温下叶用莴苣叶片展幅、最大叶长增加；7 mmol/L的CaCl2溶液会降低高温下叶用莴苣的最大叶宽。范双喜等[16]研究表明，营养液中Ca2+为80 mg/L和160 mg/L时，叶用莴苣产量极显著高于对照，当Ca2+提高至240 mg/L时，其产量有所下降。

POD和CAT是植物细胞内重要的抗氧化酶。高温胁迫下，植物细胞膜透性会发生改变，通过测定细胞渗透在溶液中的电解质可判断细胞膜受伤害程度，即通过测定相对电导率来衡量植物抗性[17]。高温胁迫下，植物细胞的酶保护系统受到破坏，POD、CAT等酶活性降低，植物体清除活性氧能力降低，因此细胞内活性氧积累加剧，细胞膜脂过氧化加剧，细胞膜结构受破坏，导致相对电导率增加[18]。本研究表明，喷施1、3、5、7 mmol/L的 CaCl2溶液可增加高温下叶用莴苣叶片中POD、CAT活性，随着浓度增加，POD、CAT活性呈现先上升后降低趋势，在5 mmol/L处理下达到最高。本研究表明，喷施1、3、5、7 mmol/L的 CaCl2溶液可降低高温下叶用莴苣叶片的相对电导率，随着浓度增加，相对电导率呈现先下降后上升趋势，在5 mmol/L处理下达到最低。杨华庚等[19]研究表明，高温胁迫下，外源钙明显提高蝴蝶兰幼苗中POD和CAT活性。张燕等[9]研究表明，外源钙能明显提高高温下烟草幼苗中CAT活性，且降低电解质外渗率。喷施CaCl2溶液可使植物中抗氧化酶活性保持较高水平，使过氧化作用的伤害降低，保持细胞膜结构及其功能相对稳定，从而使相对电导率降低。

综合叶用莴苣表观图以及不同浓度CaCl2溶液对叶用莴苣茎长、叶片形态、保护酶活性、相对电导率的影响，筛选出高温下叶用莴苣品种‘PS11’的最适CaCl2喷施浓度为5 mmol/L。