外源硅对厚皮甜瓜果实品质及相关酶活性的影响

刘月 刘海河 张彦萍 李艳超 王亚伦

摘    要：设置4种不同浓度的硅酸钠处理，研究了甜瓜叶面喷施不同浓度硅酸钠对其产量、果实品质及相关酶活性的影响。结果表明，叶面喷施硅酸钠可以提高叶片光合速率，促进植株生长，增加果实产量，提高果实中酸性转化酶（AI）、中性转化酶（NI）、蔗糖合成酶（SS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性，显著提高果实中葡萄糖、果糖和维生素C含量。其中，硅酸钠浓度在30 mmol·L-1时处理效果最佳，其果糖、葡萄糖和维生素C含量分别较对照高31.33%、38.59%和 345.51%，在糖代谢酶中NI活性显著高于SS活性，各处理浓度均显著高于CK。综上所述，甜瓜叶片喷施硅酸钠的适宜浓度为30 mmol·L-1，可有效提高甜瓜果实产量、品质及相关酶活性，试验结果为田间生产实践提供理论依据。

关键词：甜瓜;硅肥;维生素C;糖积累;糖代谢酶

中图分类号：S652 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）12-028-05

Abstract：The experiment set up four different concentrations of sodium silicate treatments to study the effects of spraying different concentrations of sodium silicate on muskmelon leaves on yield， fruit quality and related enzyme activities， in order to find out the optimal sodium silicate concentration treatments on thick-skinned muskmelon fruits the impact of quality. The results showed that spraying sodium silicate on foliage can enhance leaf photosynthetic rate， promote plant growth， increase fruit yield， and increase the activity of acid invertase（AI）， neutral invertase（NI）and sucrose synthase（SS）in fruits The activity of sucrose phosphate synthase（SPS）significantly increases the content of glucose， fructose and vitamin C in the fruit. Among them， the sodium silicate treatment has the most significant effect when the concentration is 30 mmol·L-1， and its fructose， glucose and vitamin C content are 31.33%， 38.59% and 345.51% higher than the control， respectively. The NI activity and SS activity of the glycogenase are shown significantly， the activity of NI was significantly higher than that of SS， and the concentration of each treatment was significantly higher than that of CK. Therefore， the appropriate concentration of sodium silicate sprayed on muskmelon leaves is 30 mmol·L-1， which can effectively improve the yield， quality and related enzyme activities of muskmelon fruit， and provide a theoretical basis for future field production practices.

Key words： Muskmelon; Silicon fertilizer; Vitamin C; Sugar accumulation; Sugar metabolizing enzymes

厚皮甜瓜（Melovar cantaloupensis L.）為葫芦科甜瓜属一年生蔓性草本植物，含丰富的维生素C、蛋白质、矿物质等，清新爽口，果味极佳，深受世界各国人民的喜爱[1]。目前，在农业生产中大多通过施用氮、磷、钾肥来促进甜瓜生长、提高甜瓜果实含糖量，但已经无法满足消费者对果实口感和风味的需求[2-3]。大量试验表明，硅有益于植物的生长，是植物生长发育不可或缺的元素[4]，硅肥对植株的影响主要表现在形态结构、生理机制和抗逆能力上[5]。水稻缺硅则根短，茎秆易倒伏，叶片松弛易早衰感病，千粒重降低，影响水稻产量与品质[6]。小麦缺硅，茎基部节间拉长，引起倒伏和感染各种病害，前期穗数减少，抗冻性差，中后期绿叶功能下降易早衰，籽粒干物量积累少，影响小麦产量和品质[7]。

朱薇等[8]研究表明，施用硅肥能显著降低水稻叶片蒸腾速率，提高水分利用率，增强植株体内硅含量，促进植株提早开花，加速蛋白质合成和果实糖分积累，改善作物品质，从而提高早期产量。硅可促进草莓的生长、对矿质元素的吸收和果实糖含量的增加，增强叶片光合能力，提高草莓产量和品质[9]。硅还能增强植株根系活力，提高对水分养分的吸收利用效率，提高植株抗逆性，促进植物健壮生长[10]。近年来，硅对番茄、黄瓜、葡萄等[11-14]果实品质的影响已有大量研究，但关于硅肥改善甜瓜果实品质的相关研究报道较少。笔者探究了甜瓜叶面喷施不同浓度硅酸钠对厚皮甜瓜叶片光合速率、果实产量、品质及糖代谢相关酶活性等的影响，为今后生产实践中合理、有效地施用硅肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验选用厚皮甜瓜品种瑞红，购于北京骄雪种苗科技开发有限公司，为F1代。硅肥选用硅酸钠（Na2SiO3），分析纯，购自福晨（天津）化学试剂有限公司。糖代谢相关酶试剂盒购自上海远慕生物科技有限公司。

1.2 方法

试验于2020年5—8月在河北保定市清苑区御丰源西甜瓜基地进行。2020年5月1日，将甜瓜种子放入55 ℃ 温水中处理20 min。然后置于28～30 ℃ 恒温培养箱中催芽，待种子发芽后，将育苗盘（54 cm×28 cm×4.5 cm）中装满育苗基质（V珍珠岩：V草炭土：V椰糠：V蛭石=1：4：4：1）浇透水。将催芽后的甜瓜种子播于育苗盘中，每盘50粒种子。每5 d浇1次水，保持土壤湿润。当幼苗长到3叶1心时，选取长势一致、生长健壮、无病虫害的幼苗移栽至塑料棚内。缓苗后每3 d 浇1次水。之后进行正常田间管理。

1.3 试验设计

甜瓜在大棚内垄作种植，行距80 cm，每行20株，株距45 cm。每个处理为1个小区，每个小区3行，采用随机区组排列。硅酸钠采用叶面喷施方式处理，试验共设4个硅酸钠浓度处理S1、S2、S3、S4，分别为10、20、30、40 mmol·L-1，以喷施清水为对照（CK）。在第一穗果开花时开始叶面喷施硅肥，用手执式喷雾器对甜瓜正反叶面均匀喷施，以不滴露为宜。喷施时间为晴天上午9：00，每7 d喷施1次，共喷6次。7月19日喷施后，对同一天开花的果实进行挂牌标记。

1.4 样品采集和测定方法

1.4.1 样品采集 在第1次喷施时，每小区随机选10株挂牌并记录标记部位以上株高、茎粗、单株结果数、单果质量、果实大小及单株产量至试验结束（8月7 日）。在8月7日果实成熟期，每处理分别选取30个大小一致、无病虫害的果实。采后测定果实蔗糖、果糖、葡萄糖、维生素 C、可滴定酸、可溶性固形物、蛋白质含量和酸性转化酶（AI）、中性转化酶（NI）、蔗糖合成酶（SS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性，所有测定3次重复。

1.4.2 测定方法 用卷尺测量株高、茎粗、果实大小;用电子称测量单果质量;采用LI-6400手持光合仪测植株生长点下第7叶片光合速率。参照李合生等[15]的方法测定蔗糖、果糖、葡萄糖含量;采用 2，6-二氯酚靛酚滴定法[15]测定维生素C含量;采用手持折光仪[15]测定可溶性固形物含量;釆用蒽酮比色法[15]测定可溶性糖含量;采用考马斯亮蓝G-250染色法[15]测定可溶性蛋白含量;釆用NaOH中和滴定法[15]测定可滴定酸含量。采用试剂盒测定糖代谢相关酶NI、AI、SS和SPS的活性。

1.5 数据处理

利用统计软件SPSS 16.0，用Duncan法进行差异显著性分析，采用Excel 2007整理绘图。

2 结果与分析

2.1 外源硅酸钠处理对厚皮甜瓜光合指标的影响

由表1可知，叶片净光合速率和胞间CO2浓度均呈现出随硅肥浓度升高先上升后下降趋势，且均在S3处理浓度时达最大值;而叶片蒸腾速率和气孔导度则呈现出随硅浓度升高先下降后升高趋势，且均在S3处理浓度时达最小值。与CK相比，叶面喷施硅肥处理叶片的净光合速率和胞间CO2浓度均显著提高，叶片蒸腾速率和气孔导度均显著降低。各硅肥处理之间叶片净光合速率差异显著;仅S1和S4处理之间胞间蒸腾速率、气孔导度、CO2浓度差异不显著，其他硅肥处理之间差异显著。

2.2 外源硅酸钠处理对厚皮甜瓜生长量的影响

由表2可知，施硅处理甜瓜生长指标和产量均呈现出随硅肥浓度升高先上升后下降趋势，且均在S3处理浓度时达最大值。其中，硅肥处理甜瓜株高增长量、茎粗、最大功能叶面积均显著高于对照，单果质量仅S1处理与对照差异不显著，其他处理均与对照差异显著。从株高增长量、茎粗来看，仅S1与S2处理之间差异不显著，其他施硅处理之间均存在显著差异。从最大功能叶面积来看，仅S1与S4处理之间差异不显著，其他施硅处理之间差异显著。从单果质量来看，各施硅处理之间差异均达显著水平。

2.3 外源硅酸钠处理对厚皮甜瓜果实品质的影响

由表3可知，甜瓜果实中维生素C、可溶性糖、可滴定酸含量及糖酸比等品质指标均呈现出随硅肥浓度升高先上升后下降趋势，可溶性固形物、可溶性蛋白质含量均随硅浓度升高呈现出先上升再下降后上升再下降趨势，且各品质指标含量均在S3处理浓度时达最大值。与CK相比，喷施硅酸钠处理均可显著提高果实维生素C、可溶性糖、可溶性固形物、可溶性蛋白质、可滴定酸含量，仅S1处理果实糖酸比与对照差异不显著，而其他硅酸钠处理果实糖酸比与对照差异显著。从果实中维生素C含量来看，各施硅处理之间均存在显著差异。从可溶性糖、可溶性固形物含量来看，仅S1与S4处理之间差异不显著，其他施硅处理之间差异显著。从可溶性蛋白质含量来看，仅S1与S2处理之间差异不显著，其他施硅处理之间均存在显著差异。从可滴定酸含量来看，仅S2与S4处理之间差异不显著，其他施硅处理之间差异显著。从糖酸比来看，各施硅处理之间差异均达显著水平。

2.4 外源硅酸钠处理对厚皮甜瓜果实糖分积累及相关酶活性的影响

2.4.1 糖分积累 由表4可知，甜瓜果实中果糖、葡萄糖、蔗糖含量均呈现出随硅肥浓度升高先上升后下降趋势，且均在S3处理浓度时达最大值。与CK相比，喷施硅酸钠处理均可显著提高果实果糖、葡萄糖、还原糖含量，而蔗糖含量仅S1处理与对照差异不显著，其他处理与对照差异显著。从果糖含量来看，仅S2与S4处理之间差异不显著，其他施硅处理之间差异显著。从葡萄糖含量来看，各施硅处理之间均存在显著差异。从蔗糖含量来看，各施硅处理之间均存在显著差异。S3处理还原糖含量最高，且显著高于S1、S2、S4处理，而S1、S2、S4处理之间还原糖含量差异不显著。

2.4.2 糖代谢相关酶活性 由表5可知，在果实成熟时，各项糖代谢相关酶指标均呈现出随施硅浓度升高先上升后下降趋势，且均在S3时酶活性最高，施硅处理各指标均显著高于不施硅处理。相同处理厚皮甜瓜果实中NI活性均高于AI活性，SS活性均高于SPS活性。S1、S2、S4处理之间AI和NI活性差异均不显著，且均显著低于S3处理;各施硅处理之间SPS活性均存在显著差异;SS活性仅S1与S4处理之间差异不显著，其他施硅处理之间差异显著。

3 讨论与结论

前人研究结果表明，硅可以促进水稻早熟性，提高坐果率，从而明显提高早期产量[16]，硅进入植株表皮组织细胞后形成角质硅双层，可以降低植株叶片蒸腾速率，在强光下减少萎蔫，进一步提高光合效率[17-18]。本试验结果表明，在一定范围内，随施硅浓度升高气孔导度和蒸腾速率随之降低，施硅浓度到40 mmol·L-1时开始呈现升高趋势，光合速率显著提高，这与周秀杰等[19]试验结果相一致。甜瓜叶面喷施硅肥，可以有效提高胞间CO2浓度和净光合速率，叶肉细胞光合活性降低，减少水分蒸发，提高了水分利用率，与张明方等[20]报道相同。本试验施硅处理，显著提高了光合速率，减少了水分散失，减弱受强光影响，使光合日变化趋于平稳，与Kang[21]研究结果相同。

在甜瓜果实中糖分是构成品质的一个重要因子，葡萄糖可使甜瓜果实口感香甜绵软，可溶性糖可提高果实含糖量，增加果实甜度[22-23]。本试验结果表明，葡萄糖含量的增加，有效提高了甜瓜可溶性糖的含量。甜瓜叶片喷施硅肥有效增加了甜瓜结实率和果实产量，这与闵凡华等[24]试验增施硅肥可以明显提高水稻的分蘖率和结实率，从而提高水稻产量的研究结果相一致。施用硅肥可显著提高光合速率，进而提高甜瓜产量和维生素C含量，试验结果与胡京昂等[25]在芥蓝上的试验结果相同。施硅处理有效增加了甜瓜果实中维生素C含量，与刘缓等[26]研究结果一致。施硅后促进了可溶性蛋白的合成与积累，有利于其食用品质的提高，与刘景凯等[27]研究结果相同。硅可以提高甜瓜果实中可溶性糖、维生素C含量、有机酸含量，与张哲等[28]对于番茄的研究结果一致。施用适宜浓度的硅能改善甜瓜的品质，用量过高过低均不利于甜瓜果实品质的形成，与王明祖等[29]在塑料大棚试验研究结果一致。

蔗糖代謝中蔗糖磷酸合成酶（SPS）、蔗糖合成酶（SS）、酸性转化酶（AI）和中性转化酶（NI）是构成甜瓜果实品质的重要关键酶[30]，甜瓜果实糖代谢以蔗糖的分解和果糖、葡萄糖的积累为主[31]，本试验结果表明，随着SS、SPS、AI和NI酶活性的增加果实糖含量也在增加，结果验证了AI和NI对果实糖分的合成、运输及积累均有重要影响[32]。黄瓜叶面喷施外源Na2SiO3能提高植株体内硅含量，植株生长势及营养品质也会相应升高，与段颖等[33]对黄瓜的研究结果相同。随叶面喷施硅肥浓度的增加甜瓜果实中果糖和葡萄糖含量也在不断升高，显著增加了甜瓜果实中的糖含量，叶面喷施硅可通过提高甜瓜糖代谢关键酶NI、SPS、SS活性，从而提高果实果糖、葡萄糖及维生素C含量，与王苗苗等[34]研究结果相同。植物生长过程中，转化酶在蔗糖水解为己糖时起着不可逆的作用[35]，有研究报道指出，甜瓜果实糖代谢积累中NI活性变化很重要[36]。所以甜瓜果实品质受糖积累及其糖代谢相关酶活性的影响。

综上所述，在甜瓜开花期喷施不同浓度硅酸钠溶液，随着施硅浓度的增加，叶片净光合速率、胞间CO2浓度、果实中维生素C含量、可溶性固形物含量、果糖含量、葡萄糖含量等均显著提高，果实产量提高，NI和AI活性显著提高，明显提升了甜瓜的果实品质。其中，浓度为30 mmol·L-1的硅酸钠溶液处理甜瓜光合特性及果实品质各项指标表现最佳，为最适宜的硅酸钠叶面喷施浓度，这为今后田间生产实践提供了理论依据。

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