氨基酸硒叶面肥对吐鲁番秋季露地甜瓜叶片早衰生理特性的影响

2021-07-05刘志刚任红松买买提艾合买提胡西单买买提努尔孜叶古丽马合木提阿木提库尔班王瑞华李海峰

新疆农业科学 2021年6期

刘志刚，任红松，买买提·艾合买提，胡西单·买买提，努尔孜叶古丽·马合木提，阿木提·库尔班，王瑞华，李海峰

(1.新疆农业科学院吐鲁番农业科学研究所,新疆吐鲁番 838000 ; 2.托克逊县伊拉湖镇农业技术推广站,新疆托克逊 838103；3.托克逊县农产品质量安全检测中心，新疆托克逊 838100)

0 引言

【研究意义】甜瓜喜温、耐热、怕低温，是新疆重要的经济作物，至 2016 年新疆甜瓜种植面积已达到 8.22 ×104hm2，产量为 292 ×104t[1]。吐鲁番地区栽培甜瓜的历史已有 1 600 多年[2]，也是甜瓜老产区[3]，2016年吐鲁番早熟甜瓜种植面积2.5×104hm2[4]，近几年栽培面积有逐渐扩大的趋势。由于品种特性、营养供给、环境条件、连作障碍、病虫草害等因素影响，特别在甜瓜膨瓜之后，容易发生植株早衰，导致产量降低、品质下降[5]。研究甜瓜叶片早衰的延缓和调控措施对甜瓜高产、稳产具有重要意义。【前人研究进展】根据品种特性采用合理的留瓜节位[6-7]、植株调整[8-9]、喷施叶面肥[10-12]、激素[13-14]等方式可以有效延缓甜瓜植株的早衰。施用硒肥在葡萄[15]、梨[16]、草莓[17]、莴苣[18]、玉米[19]、大豆[20]、水稻[21]等作物的影响研究也均认为，可以改善叶片质量，提高作物产量，同时与植物抗衰老能力密切相关。【本研究切入点】叶片衰老是叶片生长发育周期中一个复杂的高度被调控的过程。而叶片衰老引起的光合效率降低，叶绿素、蛋白质降解及抗氧化酶活性等代谢水平的下降，极大程度限制了叶片向果实同化物的输送，很大程度上限制作物产量潜能的发挥，并降低产品品质。研究不同浓度氨基酸硒肥对甜瓜植株早衰生理特性的影响，分析露地甜瓜早衰延缓和调控技术中氨基酸硒叶面肥的最佳施用浓度和频次。【拟解决的关键问题】以吐鲁番秋季露地甜瓜为研究对象，分析不同浓度氨基酸硒肥对露地甜瓜不同节位叶片叶绿素相对含量、可溶性蛋白质含量、丙二醛和抗氧化酶活性的影响，研究生理特性指标变化规律与甜瓜植株早衰的关系，延缓和预防吐鲁番秋季露地甜瓜早衰的发生，为使用氨基酸硒肥调控甜瓜植株早衰提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

田间试验于2018和2019年6～10月在新疆吐鲁番市恰特喀拉乡甜瓜种植基地 ( N42°52′17.892″，E89°26′08.580″，海拔-24 m) 进行，试验地土壤耕层为砂壤土，肥力中等，土壤养分含量中有机质10.440 g/kg，总盐3.3 g/kg，全氮0.703 g/kg，速效氮81.0 mg/kg，速效磷44.4 mg/kg，速效钾315 mg/kg，pH值7.78。

供试材料为当地露地主栽厚皮甜瓜品种西州密17号，市售，由新疆葡萄瓜果技术开发服务公司生产；叶面肥为“硒施宝牌”氨基酸硒(中国农业科学院果树研究所研发)。

春季第一茬瓜种植前基肥每667 m2施入2 000 kg充分腐熟羊粪，复合肥40 kg，秋季第二茬露地甜瓜种植前基肥每667 m2施入商品有机肥100 kg，复合肥20 kg，播种后适时浇水追肥，病虫害、水肥管理整个生长发育过程均为常规管理。植株采用双蔓整枝，爬蔓栽培，每株留单瓜。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

田间试验采用单因素随机区组试验设计，试验共设4个处理，每个处理3次重复，每个重复种植30株，并将每个处理分为2个区即“观测区”和“采样区”，用于生理指标检测采样。株行距为0. 45 m×2.8 m，双行“V”字型栽培，每株甜瓜对坐瓜节位及上下各5节位叶片(分别用上、中、下表示)进行标记挂牌，每处理从初花期(8月9日)当天开始，每隔7 d喷施不同浓度(1 500倍液、2 000倍液、2 500倍液)的氨基酸硒叶面肥，喷施6次，依次用A15、A20、A25表示，喷施等量清水为对照(CK)。叶面肥喷至全株叶面都有均匀大小液珠但不下滴为止，喷施各浓度溶液均未对甜瓜雌花授粉产生影响。表1

表1 试验处理Table 1 Treatments of the experiment

1.2.2 测定指标

每处理从初花期(8月9日)当天开始至采收结束，每隔7 d 09:00～10:00喷施清水及不同浓度的氨基酸硒叶面肥，每处理喷施前在采样区随机采摘1次坐瓜节位叶片及上下各5节位叶片并检测相关指标。将采集的不同节位叶片用去离子水洗净，纱布擦干，取其中一部分叶片待测各指标。

叶绿素含量测定采用TYS-B手持式叶绿素测定仪测定叶绿素相对含量SPAD值。每个处理选取甜瓜植株长势、结果节位一致的9株，每株选取结果节位及上下各5节位的3片叶，每片叶随机选取5个不同部位测定，重复3次，测定并记录叶绿素仪显示的数据，求平均值；可溶性蛋白质含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均参照李合生的方法[22]测定。

1.3 数据处理

利用Exce12007软件制作图表，2年观测的数据取平均数，用DPS14.5软件进行数据单因素方差分析，数据显著性差异运用Dun-can's新复极差法进行多重比较分析，不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同浓度氨基酸硒肥对甜瓜叶片叶绿素相对含量(SPAD值)的影响

研究表明，喷施不同浓度的氨基酸硒叶面肥后，不同处理不同节位叶片叶绿素含量随喷施天数的推移，叶绿素含量均呈现先升高后降低的趋势。A15处理与对照处理坐瓜节位叶片在喷施14 d时叶绿素含量均达到峰值，分别为55.50和53.70，二者差异不显著(P>0.05)，之后A15处理叶绿素含量保持缓慢下降的趋势，在喷施后35 d达到最低值，为37.02，而对照处理在喷施后14～21 d缓慢下降，从喷施21 d后，结瓜节位叶片叶绿素含量开始迅速下降，由50.30下降到35 d时最低值12.30，二者差异显著(P>0.05)；A20、A25处理相比对照处理叶绿素含量提高效果明显，坐瓜节位和上部叶片叶绿素含量都在喷施后28 d达到最高值，分别为坐瓜节位54.20、57.50和上部节位59.60、60.90，但A25处理效果更好，下部节位叶片叶绿素含量在21 d时达到最高值，为59.80，各节位叶片叶绿素含量相比对照峰值出现时间延迟14 d，与对照处理相比均呈显著差异(P>0.05)。图1

图1 不同浓度氨基酸硒肥下甜瓜不同节位叶片叶绿素相对含量变化Fig.1 Effects of different concentrations of amino acid selenium fertilizer on the relative content of chlorophyll in leaves of different nodes of muskmelon

2.2 不同浓度氨基酸硒肥对甜瓜叶片可溶性蛋白质含量的影响

研究表明，各处理可溶性蛋白质含量均呈先升高后降低的趋势。喷施不同浓度氨基酸硒肥后，除A25处理外，其他处理(含对照处理)结瓜节位叶片可溶性蛋白质含量在喷施后7 d均达到峰值，处理A15、A20和对照依次分别为1.88、2.12 和1.89 g/L，而A25处理上、中、下各节位叶片可溶性蛋白质含量峰值均在喷施后21 d出现，分别为3.40、2.58和2.43 g/L，均比对照处理延迟7 d，在喷施后28 d对照处理开始急剧下降时，在各处理中，A25处理各节位叶片可溶性蛋白质含量与对照相比始终呈显著差异(P>0.05)；从喷施后14～35 d，各处理可溶性蛋白质含量开始逐渐下降，而且结瓜节位叶片可溶性蛋白质含量始终明显低于上、下部节位叶片。图2

图2 不同浓度氨基酸硒肥下甜瓜不同节位叶片可溶性蛋白质含量变化Fig.2 Effects of amino acid selenium fertilizer of different concentrations on solubleprotein content in leaves of different nodes of muskmelon

2.3 不同浓度氨基酸硒肥对甜瓜叶片MDA含量的影响

研究表明，不同浓度氨基酸硒肥喷施后，随着喷施后天数的推移，不同节位叶片的丙二醛含量整体均呈现缓慢升高的趋势。喷药后0～14 d，各处理不同节位叶片的丙二醛含量增长缓慢，喷施14 d后至35 d，A15和对照处理急剧增长；喷施后7～35 d，A20和A25处理不同节位叶片的丙二醛含量显著低于A15和对照处理，而且随着叶片的衰老丙二醛含量差距越大，A15处理没起到抑制丙二醛含量增长的作用。从授粉到甜瓜成熟的各个时期内，A20、A252个处理丙二醛含量均显著低于对照处理，在喷施后35 d时，坐瓜节位叶片丙二醛含量分别比对照处理低62.4%和68.3%。图3

图3 不同浓度氨基酸硒肥下甜瓜不同节位叶片MDA含量变化Fig.3 Effects of different concentrations of aminoacid selenium fertilizer on MDA content in leaves of different nodes of muskmelon

2.4 不同浓度氨基酸硒肥对甜瓜叶片CAT含量的影响

研究表明，在不同浓度氨基酸硒肥喷施后，不同节位叶片的过氧化氢酶(CAT)的活性呈现先升高后降低的趋势。各处理中不同节位叶片的CAT活性之间存在差异，对照处理结瓜节位叶片的CAT酶活性在喷施后14 d达到最大值，为516.25 U/(g·FW·min)，A15、A20、A253个处理都在喷施后21 d达到峰值，分别为558.37、582.19和697.16 U/(g·FW·min)，相比对照处理延迟7 d，各处理与对照均呈显著差异(P<0.05)；对于下部叶片，A20处理在喷施后7～35 d CAT酶的活性始终显著高于其他处理和对照，在喷施后14 d达到最高值，为968.55 U/(g·FW·min)，相比对照处理提高124.6%，与对照相比差异显著(P<0.05)；在初花期开始每隔7 d喷施1次氨基酸硒肥，可以提高CAT酶的活性，特别在喷施后21 d后差异逐渐增大，各处理在喷施后35 d酶活性均显著高于对照处理(P<0.05)。图4

图4 不同浓度氨基酸硒肥下甜瓜不同节位叶片CAT活性变化Fig.4 Effects of different concentrations of amino acid selenium fertilizer on CAT activity in leaves of different nodes of muskmelon

2.5 不同浓度氨基酸硒肥对甜瓜叶片SOD含量的影响

研究表明，从初花期开始，不同节位叶片SOD活性呈“双峰”型变化。在喷施氨基酸硒肥后SOD活性由初始值逐渐降低，结瓜节位叶片对照处理在喷施后14 d达到最低值，其他处理在喷施后7 d达到最低值，上、下部节位叶片A25处理和对照处理分别在喷施后7和14 d均达到最低值，在喷施后21 d后不同处理各节位叶片SOD活性逐渐升高，喷施后35 d，各处理结瓜节位叶片 SOD活性均达到最高，各处理分别为844.55、958.41、1 242.57和639.94 U/(g·FW·min)，其下部叶片则依次缓慢下降；在喷施氨基酸硒肥前，不同节位叶片SOD活性有1个峰值出现，之后自上而下叶片SOD活性一直下降，喷施7 d前后迅速降低，在坐瓜前和果实成熟期坐瓜节位以下叶片正逐渐进入衰老期。图5

图5 不同浓度氨基酸硒肥下甜瓜不同节位叶片SOD活性变化Fig.5 Effects of different concentrations of amino acid selenium fertilizer on SOD activity in leaves of different nodes of muskmelon

2.6 不同浓度氨基酸硒肥对甜瓜不同节位叶片POD含量的影响

研究表明，不同处理不同节位叶片 POD活性随喷施后时间的推移，呈先升高后降低的趋势。从喷施后开始，各处理POD活性急剧升高，喷施后14～21 d，不同处理各节位叶片 POD活性达到最高值，A25处理在喷施后14 d后，相比其他处理坐瓜节位和下部节位叶片POD活性达到最高，分别为22.63和23.75 U/(g·FW·min)，分别比对照高95.4%和82.1%，上部节位叶片POD活性在喷施后21 d时达到最高，为21.46 U/(g·FW·min)，比对照高49.8%，各处理与对照处理相比均呈显著差异(P<0.05)；喷施21 d后各处理各节位叶片POD活性逐渐下降，在果实膨大之后，坐瓜节位及其以下叶片已进入快速衰老阶段，产生了较多的过氧化物。图6

图6 不同浓度氨基酸硒肥下甜瓜不同节位叶片POD活性变化Fig.6 Effects of different concentrations of amino acid selenium fertilizer on POD activity in leaves of different nodes of muskmelon

3 讨论

叶片衰老引起光合速率的降低，叶绿素、蛋白的降解等反应[23-24]，叶绿素的降解是衰老的原发过程和重要标志，也是叶片衰老初期最明显的特征[25]，同时，叶绿素含量和叶片衰老之间存在明显的负相关[26]。研究表明，硒对叶绿素的合成起调节作用[27]，氨基酸硒可有效延缓叶绿素的降解，提高叶绿素含量[28-29]。研究得出，不同浓度氨基酸硒肥对延缓叶片叶绿素含量的下降均有一定的效果，随着甜瓜叶片的衰老，不同节位叶片叶绿素含量不断降低，特别是在喷施后28～35 d叶绿素含量急剧下降时期，结果节位和下部节位叶片在低浓度A25处理氨基酸硒肥浓度处理下与对照处理相比，明显延缓叶绿素含量的降低，这与Djanaguiraman等[20]的研究结论一致。

相关研究认为，植物衰老的第一步主要是可溶性蛋白的降解，同时也标志着叶片中各类酶活性的降低。叶绿素与可溶性蛋白质的含量是衡量叶片衰老与否的重要生理指标[30]。随着叶片的衰老，MDA含量的上升与体内蛋白质含量的下降呈负相关，MDA等氧化物积累越多，对膜的流动性和透性影响越大，叶片组织的抗逆性越弱。研究结果表明，随着喷施时间推移，中浓度A20处理和低浓度A25处理氨基酸硒肥效果比较明显，对减缓衰老叶片中可溶性蛋白含量的降低，降低膜脂过氧化水平，降低衰老进程中叶片MDA含量，相比对照均呈显著差异，但仍以低浓度2 500倍氨基酸硒肥效果最好，与刘群龙等[16]研究结果基本一致，然而各处理在喷施28～35 d这段时间可溶性蛋白含量急剧下降。

随着叶片衰老，叶片中活性氧积累的越多，用于清除活性氧的抗氧化酶活性也不断降低[31]。Xue等[32]研究认为适宜浓度的硒能够增强衰老叶片中的抗氧化酶活性，减少活性氧的含量和细胞膜的受损程度。前人研究枣树叶片衰老时发现在衰老过程中SOD和POD活性均呈逐渐下降的规律[33]。刘群龙等[16]认为氨基酸硒具有较强的抗氧化能力，主要体现在二者显著增强了SOD、CAT的活性。研究中，在喷施氨基酸硒肥的14 d之前，各处理不同节位叶片SOD 活性一直呈下降趋势，喷施14 d后，氨基酸硒肥逐渐体现出增强SOD活性的作用，同时POD活性不断升高，在喷施后14 d活性达到峰值，而后随着叶片的衰老又开始迅速降低，而叶片衰老中后期，中浓度A20处理和低浓度A25处理氨基酸硒肥分别对下部和结果节位叶片效果明显，发挥了氨基酸硒肥延缓POD、CAT活性迅速降低的作用，通过缓解抗氧化酶活性的降低来延缓叶片衰老。