FA、HIDS对CaCl2缓解低温弱光下西葫芦幼苗伤害的影响

李发远 郭建林 张国香 施光安 常领山 张杰纯 李海平*

1 山西农业大学园艺学院 晋中 030801

2 山西林海腐植酸科技有限公司 灵石 031300

3 山西省分析科学研究院 太原 030000

4 云冈石窟研究院 大同 037007

5 山东远联化工股份有限公司 济宁 272000

近年来，山西省西葫芦[1]栽培面积不断扩大，但时常会受到倒春寒的影响，造成西葫芦植株生长发育受阻，产量品质下降。钙（Ca）元素在维持细胞膜稳定性、保护细胞膜免受伤害方面发挥着积极的作用，对应对不良环境、提高植物抗性方面意义重大[2～4]。黄腐酸（FA）具有一定螯合作用和缓冲能力[5]，在不良环境条件下，可提高植物中各种酶的活性和叶绿素含量，改善植物光合作用与新陈代谢，提高植物抗逆性[6，7]。脲基二琥珀酸四钠（HIDS）为聚天冬氨酸类似物，对肥料起到一定增效作用[8，9]，其脲基结构易降解和断裂，生成两分子天冬氨酸，最终降解为二氧化碳和水，对环境无害，绿色环保。本试验通过叶面喷施CaCl2、CaCl2与HIDS复合以及CaCl2与FA复合3个处理，探究不同处理对低温弱光下西葫芦幼苗生长、生理的影响，以及FA、HIDS对CaCl2抗低温效果的影响，以期为其在农业上的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及方法

试验品种：低温敏感品种“春翡翠”。

外源物质：CaCl2（分析纯）、脲基二琥珀酸四钠（HIDS）（其中HIDS含量40%，山东远联化工股份有限公司）、黄腐酸（FA，含量51%，灵石林海腐植酸厂）。

用2‰的高锰酸钾浸泡种子10 min进行灭菌，将种子清洗干净后放入铺有两层滤纸的培养皿中进行纸上催芽（温度30 ℃）。24 h后取发芽一致的种子播种于32孔穴盘（长53.5 cm，宽27.5 cm）中，基质配比为草炭∶珍珠岩（v/v）=7∶2。幼苗长到三叶一心时选择大小一致的西葫芦幼苗，用不同处理液在下午5：00左右连续3天喷施叶面和叶背，喷施标准为叶片表面均匀附着一层小液珠但不流下。然后将西葫芦幼苗进行低温弱光胁迫处理，昼夜温度16 ℃/5 ℃，光量子通量密度设置200 μmol/m2·s，光周期12 h/12 h。西葫芦幼苗低温弱光生长8天后测量其生长及生理指标。

试验共设4个处理，分别为对照CK：蒸馏水；处理T1：蒸馏水+10 mmol/L CaCl2；处理T2：300 mg/L HIDS+10 mmol/L CaCl2；处理 T3：300 mg/L FA+10 mmol/L CaCl2。各处理均先喷施蒸馏水或HIDS或FA溶液，再喷施CaCl2溶液。

1.2 测试指标及方法

1.2.1 生长指标测定

茎粗：使用游标卡尺测子叶下1 cm粗度。

株高：使用皮尺测量植株生长点到茎基部的距离。

叶面积：采用网格法进行测量。

干、鲜重：将西葫芦幼苗用清水洗净后分为地上、地下两部分，称量鲜重后置于干燥箱中105 ℃杀青，80 ℃下烘干至恒重后称地上、地下干重，计算全株干重。

壮苗指数=（茎粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重。

根冠比=地下部干重/地上部干重。

1.2.2 生理指标测定

过氧化氢（H2O2）含量测定采用碘化钾法，超氧阴离子自由基含量测定采用羟胺氧化法，丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸比色法，过氧化物酶（POD）活性测定采用愈创木酚比色法，超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用氮蓝四唑还原法，过氧化氢酶（CAT）活性测定采用紫外吸收法，脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮比色法，可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法[10]。

1.3 试验数据分析方法

采用Microsoft Excel 2010进行数据整理，采用SPSS 25.0进行差异显著性分析，图表中数据为平均值±标准偏差。

2 结果与分析

2.1 不同处理对西葫芦幼苗茎粗、株高和叶面积的影响

表1为不同处理对西葫芦幼苗茎粗、株高、叶面积的影响。由表可知，与CK相比，3种处理均促进了西葫芦幼苗茎粗、株高和叶面积的生长。T3处理的西葫芦幼苗茎粗达到最大值6.96 mm，比CK显著提高了26.55%；T1、T2、T3处理的西葫芦幼苗株高分别比CK显著提高了9.78%、18.48%、14.13%；T1、T2、T3处理的西葫芦幼苗叶面积分别比CK显著提高了17.98%、21.43%、24.08%。因此，FA+CaCl2处理对促进低温弱光胁迫下西葫芦幼苗生长效果最佳。

表1 不同处理对西葫芦幼苗茎粗、株高、叶面积的影响Tab.1 Effects of different treatments on stem diameter, plant height and leaf area of summer squash seedlings

2.2 不同处理对西葫芦幼苗生物量积累的影响

表2为不同处理对西葫芦幼苗生物量积累的影响。由表可知，3个处理均可促进西葫芦幼苗生物量的积累。3个处理的西葫芦幼苗地上部干重、地下部干重及全株干重均显著高于CK，其中地上部干重分别提高了3.77%、5.02%、5.02%，地下部干重分别提高了16.67%、40.71%、69.23%，全株干重分别提高5.26%、9.14%、12.44%。地上部干重3个处理间无显著差异，地下部干重和全株干重3个处理间差异显著，以T3处理增重效果最好。CK的壮苗指数最低，为0.515，T1、T2、T3处理分别较CK显著提高了12.62%、31.84%和63.11%，且3个处理间差异显著。T1、T2、T3处理幼苗根冠比较CK 均有显著提高，分别提高了12.21%、33.59%和60.31%，且3个处理间差异显著。因此，CaCl2+FA处理对促进低温弱光胁迫下西葫芦幼苗生物量积累效果最佳。

2.3 不同处理对西葫芦幼苗膜脂过氧化程度的影响

图1～图3为不同处理对西葫芦幼苗膜脂过氧化程度的影响。由图1可知，T1、T2、T3处理西葫芦幼苗叶片中的H2O2含量较CK显著降低，分别降低了10.81%、9.91%和26.13%。由图2可知，T1、T2、T3处理西葫芦幼苗叶片中的超氧阴离子自由基含量均低于CK，分别降低了8.85%、32.65%和37.27%，T1处理与CK相比差异不显著，但T2、T3处理与CK相比，超氧阴离子自由基含量显著降低。由图3可知，T1、T2、T3处理西葫芦幼苗叶片中的MDA含量均低于CK，分别降低了17.84%、38.54%和47.57%，T1、T2处理与CK相比差异不显著，但T3处理与CK相比，MDA含量显著降低。因此，FA+CaCl2处理对缓解低温弱光胁迫下西葫芦幼苗膜脂过氧化程度效果最佳。

表2 不同处理对西葫芦幼苗生物量积累的影响Tab.2 Effects of different treatments on biomass accumulation of summer squash seedlings

图1 不同处理对西葫芦幼苗叶片H2O2含量的影响Fig.1 Effects of different treatments on H2O2 content of summer squash seedlings leaf

图2 不同处理对西葫芦幼苗叶片超氧阴离子自由基含量的影响Fig.2 Effects of different treatments on superoxide anion free radical content of summer squash seedlings leaf

图3 不同处理对西葫芦幼苗叶片MDA含量的影响Fig.3 Effects of different treatments on MDA content of summer squash seedlings leaf

2.4 不同处理对西葫芦幼苗抗氧化酶活性的影响

图4～图6为不同处理对西葫芦幼苗抗氧化酶活性的影响。由图可知，T1、T2、T3处理西葫芦幼苗叶片中的POD、SOD、CAT活性均显著高于CK，POD活性分别升高了11.88%、17.25%和18.33%，且3个处理之间无显著差异；SOD活性分别升高了0.95%、1.32%和2.42%，T3处理显著优于T1和T2处理，T1和T2处理间无显著差异；CAT活性分别升高了36.59%、39.02%和43.90%，T3处理显著优于T1和T2处理，T1和T2处理间无显著差异。因此，FA+CaCl2处理对增加低温弱光胁迫下西葫芦幼苗抗氧化酶活性效果最佳。

图4 不同处理对西葫芦幼苗叶片POD活性的影响Fig.4 Effects of different treatments on POD activity of summer squash seedlings leaf

图5 不同处理对西葫芦幼苗叶片SOD活性的影响Fig.5 Effects of different treatments on SOD activity of summer squash seedlings leaf

图6 不同处理对西葫芦幼苗叶片CAT活性的影响Fig.6 Effects of different treatments on CAT activity of summer squash seedlings leaf

2.5 不同处理对西葫芦幼苗渗透调节物质含量的影响

图7～图9为不同处理对西葫芦幼苗渗透调节物质含量的影响。由图7可知，T1、T2、T3处理西葫芦幼苗叶片中的脯氨酸含量较CK显著升高了28.91%、52.34%和75.88%，以T3处理最佳，且显著优于T1处理。由图8可知，T1、T2、T3处理西葫芦幼苗叶片中的可溶性糖含量较CK显著升高了2.46%、2.46%和4.64%，以T3处理最佳，显著优于其他处理。由图9可知，T1、T2、T3处理西葫芦幼苗叶片中的可溶性蛋白含量较CK均升高，分别升高了2.45%、4.08%和7.61%，以T3处理最佳，显著优于CK。因此，FA+CaCl2处理对增加低温弱光胁迫下西葫芦幼苗渗透调节物质含量效果最佳。

图7 不同处理对西葫芦幼苗叶片脯氨酸含量的影响Fig.7 Effects of different treatments on proline content of summer squash seedlings leaf

图8 不同处理对西葫芦幼苗叶片可溶性糖含量的影响Fig.8 Effects of different treatments on soluble sugar content of summer squash seedlings leaf

图9 不同处理对西葫芦幼苗叶片可溶性蛋白含量的影响Fig.9 Effects of different treatments on soluble protein content of summer squash seedlings leaf

3 讨论

低温弱光会导致植物光合速率、抗氧化酶活性降低，使叶片植株黄化徒长、茎纤细、长势较弱、生长缓慢滞后[11]。在植物遭受低温前对其喷施一定量的外源物质可以缓解低温对植物生长的影响，如Ca2+、腐植酸（黄腐酸）、水杨酸、28-高芸苔素内酯等。本试验结果表明，在经过单独外源钙（CaCl2）以及外源钙与HIDS、FA的复配叶面喷施预处理后，西葫芦幼苗的茎粗、株高、叶面积、全株鲜重、全株干重和壮苗指数等相比CK均有一定的提高，说明喷施外源物质可以提高西葫芦幼苗对低温弱光的抵抗能力。

植物体在受到低温胁迫后，会诱发自身发生一系列生理和生化反应，细胞内活性氧积累，细胞膜脂过氧化生成MDA，破坏细胞生态，而抗氧化酶防御系统具有清除活性氧的功能，使植物增强抵抗逆境的能力，保护植物生理过程的正常进行[12]。因此，可以根据抗氧化酶的活性推测植物在低温胁迫下代谢功能的强弱。植物生长过程中，经Ca2+、腐植酸（黄腐酸）等外源物质处理后可以提高植物体内渗透调节物质含量，增强抗氧化酶活性，提高植物抗性。Ca2+不仅可以稳定细胞膜，还可作为第二信使，响应低温胁迫，从而缓解低温弱光对植物的伤害。而FA与HIDS都具有良好的螯合特性可以促进植物对离子的吸收利用。张琳等[13]研究表明，喷施Ca盐后可降低低温胁迫下番茄幼苗MDA含量，同时使番茄幼苗叶片中可溶性蛋白质和可溶性糖含量增加。张燕等[14]研究表明，CaCl2可提高低温胁迫下烟草幼苗SOD、CAT和POD的活性，并使之维持在较高的水平上。张彩凤等[15]研究表明，叶面喷施腐植酸钾能有效降低低温胁迫下红掌叶片中MDA含量，提高抗氧化酶活性。本试验研究结果与前人的研究基本一致，CaCl2单独处理以及CaCl2与HIDS、FA的复配处理均可提高低温胁迫下西葫芦幼苗叶片中渗透调节物质含量，增强抗氧化酶活性，降低MDA、超氧阴离子自由基等有害物质的含量。本试验研究结果表明，CaCl2与HIDS、FA的复配效果要好于CaCl2单独喷施处理，这可能是HIDS与FA作为螯合剂促进了西葫芦幼苗叶片对Ca2+的吸收，从而提高了幼苗的抗冻能力。但关于CaCl2与HIDS和FA复配对低温下西葫芦幼苗的作用机理还需进一步探讨。

4 结论

叶面喷施CaCl2、HIDS+CaCl2、FA+CaCl2溶液对低温弱光下西葫芦幼苗的生长均有促进效果，不同程度促进了幼苗生物量积累，有利于培育壮苗；并且可提高西葫芦幼苗叶片中抗氧化酶活性以及脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量，降低超氧阴离子自由基、MDA、H2O2含量，降低低温弱光对西葫芦幼苗的伤害，在一定程度上缓解了低温弱光对西葫芦幼苗的影响。其中，300 mg/L FA+ 10 mmol/L CaCl2溶液喷施效果最显著。