不同水分胁迫条件下腐植酸类钾盐对西葫芦幼苗生长及光合荧光特性的影响

王艳芳 武月胜 李灵芝 张 伟 高清兰 王 研李海平*

1 山西农业大学园艺学院 太谷 030801

2 山西省农业机械化服务中心 太原 030031

3 大同市气象局 大同 037010

腐植酸是一种广泛存在于土壤、泥炭中的天然高分子有机混合物[1]，在农业领域的作用已受到社会的广泛关注[2]。已有研究表明，施用腐植酸不仅可提高小麦、玉米等大田农作物的产量，而且在蔬菜应用上增产提质效果明显[3]。腐植酸还可以通过调节植物的生理生态变化，或者改变植物的生长环境来增强植物抗逆性。西葫芦（Cucurbita pepoL）是仅次于黄瓜的主要商品蔬菜之一[4]，其生长环境宜湿润不宜干旱，缺水会影响植株生长和产量，还会诱发病毒病。水分也是影响植物光合作用的重要因子之一。有研究表明，喷施新型腐植酸有机液肥能显著提高植物净光合速率，增强光合作用，促进营养吸收，增强根系活力，减缓土壤水分消耗，起到保水节水和缓解干旱胁迫的作用[5]，尤其适合应用于旱作农业。

本试验系统探究了在水分胁迫条件下腐植酸类钾盐对西葫芦幼苗光合特性和荧光参数的影响。在不同水分胁迫条件下分别浇灌3种腐植酸类钾盐，测定西葫芦幼苗的光合指标并分析其变化情况，为进一步深入研究腐植酸类钾盐的缓解缓解水分胁迫的有效成分、机理及栽培生产应用提供参考借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料

西葫芦品种为“农园1号”。3种腐植酸类钾盐为黄腐酸钾、腐植酸钾和生化腐植酸钾。

1.2 试验方法

试验在山西省晋中市榆次区蔬菜温室中进行，2021年9月16日将西葫芦种子用0.2%高锰酸钾溶液消毒20 min，放于25 ℃恒温箱浸种4 h。把种子放在铺有滤纸的培养皿中30 ℃催芽24 h。待种子发芽后播种于21孔穴盘，共播12盘，每个处理1盘，各处理设计如表1所示。幼苗长出子叶开始灌溉1/3浓度山崎黄瓜配方营养液（表2，因山崎配方营养液中没有西葫芦的配方营养液，黄瓜与西葫芦同属葫芦科植物，所以选择经典的山崎黄瓜配方营养液代替）；两叶一心时浇灌3种腐植酸类钾盐（黄腐酸钾、腐植酸钾和生化腐植酸钾），每2天处理1次，处理时每穴浇灌20 mL，共处理5次。3种腐植酸类钾盐处理后设置不同水分处理，每种腐植酸类钾盐处理的幼苗分别补充作物蒸发蒸腾量（ET）的100%、75%和50%，在不同水分处理下生长10天后取样并测定其相关指标。

表1 试验处理设计Tab.1 The design of experimental treatment

表2 山崎黄瓜配方营养液Tab.2 Yamazaki cucumber formula nutrient solution mg/L

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生长指标的测定

试验结束时，每个处理随机选取5株西葫芦幼苗用于生长指标的测量，用直尺测量植株的株高（茎基部到生长点的距离）、叶长和叶宽；用游标卡尺测量茎粗（基部粗度）；用电子天平称量西葫芦幼苗地上部鲜重和地下部鲜重；放于烘箱105 ℃杀青25 min后在75 ℃下烘干至恒重，称量地上部干重和地下部干重。根据公式（1）（2）计算叶面积[6]和根冠比[7]。

1.3.2 叶绿素含量的测定

试验结束时，每个处理随机选取5株长势均匀的西葫芦幼苗，剪取其叶片，参照高俊凤等[8]的分光光度计法测定。根据公式（3）（4）（5）（6）计算叶绿素a（Ca）、叶绿素b（Cb）、类胡萝卜素（Cx·c）和总叶绿素（CT）含量。

1.3.3 光合特性的测定

试验结束时，每个处理随机选取5株西葫芦幼苗，每株取自上往下第3片叶，在自然光下用美国LI-COR生产的LI-6800光合仪测量西葫芦的光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）等指标。测定时间9：00—11：00，测量时光量子通量密度设置为500 μmol/m²·s，湿度设置为50%。

1.3.4 叶绿素荧光参数的测定

试验结束时，每个处理随机选取5株西葫芦幼苗，每株取自上往下第3片叶，用美国LI-COR生产的LI-6800光合仪荧光叶室测定光适应下荧光参数，包括光系统Ⅱ（PSⅡ）的有效光化学量子产量（Fv'/Fm'）、电子传递效率（ETR）、光化学猝灭系数（qP）；叶片暗适应20 min后，测量暗适应下荧光参数，包括PSⅡ的最大光化学量子效率（Fv/Fm）。

1.4 数据统计与分析

用Excel 2007、SAS 9.2软件进行数据处理及方差分析。

2 结果分析

2.1 不同处理对西葫芦幼苗生长指标的影响

表3为不同处理对西葫芦幼苗生长指标的影响。由表可知，在不同水分胁迫条件下，西葫芦幼苗在浇灌3种腐植酸类钾盐后株高、茎粗、叶面积均显著增加。与CKI1相比，FI1、HI1和BI1的西葫芦幼苗株高分别显著增加了6.48%、5.56%和8.80%，茎粗分别显著增加了3.78%、2.36%和4.25%，叶面积分别显著增加了2.86%、4.70%和13.08%。与CKI2相比，FI2、HI2和BI2的西葫芦幼苗株高分别增加了6.48%、5.56%和8.80%，茎粗分别增加了3.78%、2.36%和4.25%，叶面积分别增加了2.86%、4.70%和13.08%。与CKI3相比，FI3、HI3和BI3的西葫芦幼苗，株高分别增加了16.67%、0.98%、4.88%，茎粗分别增加了3.37%、2.66%和5.06%，叶面积分别显著增加了6.63%、5.84%和18.72%。

由表3可知，植株干重随水分胁迫程度加剧而逐渐减小，在同一水分胁迫条件下，浇灌3种腐植酸类钾盐可以增加西葫芦幼苗干重，与CKI1相比，FI1、HI1和BI1的西葫芦幼苗地上部干重分别增加了6.23%、2.93%和12.44%；与CKI2相比，FI2、HI2和BI2的西葫芦幼苗地上部干重分别显著增加了7.93%、8.34%和8.27%；与CKI3相比，BI3对西葫芦幼苗地上部干重增加作用显著，增加了9.08%。随水分胁迫程度增加，添加黄腐酸钾和腐植酸钾对增加西葫芦幼苗地下部干重的作用先减小后增大，FI1和CKI1、FI2和CKI2、FI3和CKI3相比分别增加了7.75%、5.31%和9.27%，HI1和CKI1、HI2和CKI2、HI3和CKI3相比分别增加了5.13%、0.91%和10.98%；而生化腐植酸钾对增加西葫芦幼苗地下部干重的作用逐渐增强，BI1和CKI1、BI2和CKI2、BI3和CKI3相比分别增加了7.99%、9.97%和10.13%。

由表3还可以看出，西葫芦幼苗地上部鲜重和地下部鲜重随水分胁迫程度增加而减小，浇灌3种腐植酸类钾盐均可增加西葫芦幼苗鲜重。与CKI2相比，FI2、HI2和BI2的西葫芦幼苗地上部鲜重分别显著增加了14.39%、5.45%、14.68%；与CKI3相比，BI3的西葫芦幼苗地上部鲜重显著增加了10.00%；添加生化腐植酸钾对增加地下部鲜重作用最显著，BI1和CKI1、BI2和CKI2、BI3和CKI3相比分别增加了8.31%、11.29%和11.95%。添加生化腐植酸钾的西葫芦幼苗根冠比增加效果最佳，而添加腐植酸钾和黄腐酸钾的西葫芦幼苗在轻度水分胁迫下对地上部的促进作用比地下部效果好，进而根冠比减小。

表3 不同处理对西葫芦幼苗生长指标的影响Tab.3 Effects of different treatments on the growth indexes of zucchini seedlings

2.2 不同处理对西葫芦幼苗叶片叶绿素含量的影响

表4为不同处理对西葫芦幼苗叶片叶绿素含量的影响。由表可知，随着水分胁迫程度的增加，不同处理对西葫芦幼苗叶片叶绿素含量影响不同。未经过浇灌腐植酸类钾盐的幼苗随水分胁迫程度的增加，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量均有增加。FI2幼苗的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量分别比FI1增加了23.13%、21.15%、10.70%和22.61%；FI3幼苗的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量分别比FI1减少了16.42%、17.53%、16.70%和4.95%。HI2幼苗的叶绿素a、叶绿素总量和类胡萝卜素含量分别比HI1减少了17.29%、12.49%和20.71%，叶绿素b含量增加了1.26%；HI3幼苗的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量分别比HI1减少了13.99%、15.05%、14.27%和20.71%。BI2幼苗的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量分别比BI1增加了10.37%、14.14%、11.35%和13.19%，BI3幼苗的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量分别比BI1增加了19.96%、25.06%、21.28%和44.04%。

表4 不同处理对西葫芦幼苗叶片叶绿素含量的影响Tab.4 Effects of different treatments on the chlorophyll content of zucchini seedling leaves mg/g

在相同水分胁迫条件下，浇灌3种腐植酸类钾盐均可以提高幼苗叶片叶绿素含量，BI1和CKI1相比，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量分别增加了16.96%、26.79%、19.36%和6.05%，BI2和CKI2相比，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量分别增加了15.17%、26.34%、17.94%和4.43%，BI3和CKI3相比，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量分别增加了6.20%、12.95%、7.93%和14.99%。

2.3 不同处理对西葫芦幼苗叶片光合特性的影响

表5为不同处理对西葫芦幼苗叶片光合特性的影响。由表可知，不同腐植酸类钾盐的西葫芦幼苗Pn、Gs和Ci均高于对照，且生化腐植酸钾的作用最佳。与CKI1相比，经FI1、HI1、BI1的西葫芦幼苗Pn分别提高了23.47%、13.30%、29.11%；与CKI2相比，添加FI2、HI2、BI2西葫芦幼苗Pn分别提高了11.29%、6.94%和18.48%；与CKI3相比，FI3、HI3、BI3的西葫芦幼苗Pn分别提高了7.61%、6.70%和9.99%。可见，3种腐植酸类钾盐在不同水分胁迫条件下均可提高Pn，且生化腐植酸钾效果最优。

表5 不同处理对西葫芦幼苗叶片光合特性的影响Tab.5 Effects of different treatments on the photosynthetic characteristics of zucchini seedling leaves

植物受到水分胁迫时，西葫芦幼苗叶片Gs会随着胁迫程度的加剧而降低，与CKI1相比，CKI2和CKI3叶片Gs分别降低27.64%和64.37%。浇灌腐植酸类钾盐的西葫芦幼苗在不同程度水分胁迫下对Gs的影响程度都小于相对应的对照。与FI1相比，FI2和FI3幼苗叶片Gs降低了27.09%和46.69%。与HI1相比，HI2和HI3幼苗叶片Gs分别降低了24.18%和61.58%。与BI1相比，BI2和BI3幼苗叶片Gs分别降低了21.79%和40.64%。在75%补充ET和50%补充ET时，浇灌3种腐植酸类钾盐的西葫芦幼苗叶片的Gs下降幅度均降低。由此可见，西葫芦幼苗受到水分胁迫时，浇灌腐植酸类钾盐可缓解Gs的下降趋势，且生化腐植酸钾效果最优。

Ci也会随水分胁迫程度增加而降低，而浇灌3种腐植酸类钾盐均对其降低有缓解作用，且生化腐植酸钾对水分胁迫下幼苗叶片Ci的影响缓解作用最明显。与CKI2相比，FI2、HI2和BI2的幼苗分别增加了2.87%、1.31%和5.10%；与CKI3相比，FI3、HI3和BI3的幼苗比CKI3分别显著增加了5.52%、3.76%和7.41%。说明浇灌3种腐植酸类钾盐均可促进西葫芦幼苗的Ci，且生化腐植酸钾效果最优。

2.4 不同处理对西葫芦幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

表6为不同处理对西葫芦幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响。由表可知，在不同水分胁迫条件下，不浇灌腐植酸类钾盐的西葫芦幼苗叶片叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv'/Fm'、ETR、qP均低于CKI1，说明水分胁迫导致西葫芦幼苗PSⅡ部分失活或伤害，光能利用率降低，不利于光能向化学能的转化。而浇灌腐植酸类钾盐可使水分胁迫下的西葫芦幼苗叶片Fv/Fm、Fv'/Fm'、ETR、qP参数下降程度降低。

表6 不同处理对西葫芦幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响Tab.6 Effects of different treatments on the fl uorescence parameters of zucchini seedling leaves

与CKI1相比，FI1、HI1、BI1的西葫芦幼苗Fv/Fm分别提高了0.28%、0.11%、0.53%；相比于CKI2，FI2、HI2和BI2的西葫芦幼苗Fv/Fm分别提高了0.15%、0.09%和0.25%；相比于CKI3，FI3、HI3、BI3的西葫芦幼苗Fv/Fm分别提高了0.47%、0.04%和0.59%。可见，3种腐植酸类钾盐在不同水分条件下均可提高Fv/Fm，且生化腐植酸钾效果最优。

与CKI1相比，FI1、HI1、BI1的西葫芦幼苗Fv'/Fm'分别提高了4.38%、0.62%、7.34%；相比于CKI2，FI2、HI2和BI2的西葫芦幼苗Fv'/Fm'分别提高了1.94%、0.76%和2.00%；相比于CKI3，FI3、HI3、BI3的西葫芦幼苗Fv'/Fm'分别提高了0.89%、0.25%和1.63%。可见，3种腐植酸类钾盐在不同水分条件下均可提高Fv'/Fm'，且生化腐植酸钾效果最优。

与CKI1相比，FI1、HI1、BI1的西葫芦幼苗ETR分别提高了3.87%、4.78%、2.96%；相比于CKI2，FI2、HI2和BI2的西葫芦幼苗ETR分别提高了2.38%、1.32%和4.42%；相比于CKI3，FI3和HI3的西葫芦幼苗ETR分别提高了0.91%和1.41%，添加生化腐酸钾的西葫芦幼苗ETR下降了0.29%。说明在50% ET水分胁迫条件下添加生化腐植酸钾未能通过升高ETR缓解水分胁迫对PSII光合机构的伤害，但3种腐植酸类钾盐未表现出显著差异。

与CKI1相比，FI1、HI1、BI1的西葫芦幼苗qP分别提高了5.41%、2.42%、5.70%；相比于CKI2，FI2、HI2和BI2的西葫芦幼苗qP分别提高了4.61%、4.27%和4.93%；相比于CKI3，FI3、HI3和BI3的西葫芦幼苗qP分别提高了7.75%、5.57%和8.02%。可见，3种腐植酸类钾盐在不同水分胁迫条件下均可提高qP，且生化腐植酸钾对提高西葫芦幼苗叶片的qP效果最优。

综上可见，浇灌3种腐植酸类钾盐均可缓解水分胁迫对西葫芦幼苗PSⅡ的伤害，提高光能利用率，促进西葫芦幼苗将光能转化为化学能。

3 讨论与结论

植物叶片光合作用的主要色素是叶绿素，叶绿素含量直接影响着植株的光合作用。植物在进行光合作用时需要叶绿素吸收和传递能量，叶绿素含量越高，光合作用越强[8]。有研究表明，施用适量的腐植酸会增加叶片叶绿素a和叶绿素b的含量[9]。本试验中浇灌腐植酸类钾盐处理的幼苗叶绿素含量均高于未浇灌腐植酸类钾盐处理，其中，生化腐植酸钾作用最显著。在不同水分条件下，西葫芦幼苗叶片中不同叶绿素含量的变化趋势不同。有关研究结果表明，干旱胁迫下，自由基大量产生，使得叶绿体膜过氧化，膜系统受到损伤，造成叶绿素降解，植物体内叶绿素的合成与降解之间的平衡被破坏，导致叶绿素含量降低[8]。但是，也有研究者发现，干旱胁迫下植物叶片中的叶绿素含量会升高，可能因为干旱胁迫使叶片相对含水量降低，叶片扩展生长受阻，叶片单位面积的叶绿素含量升高[10]。这两种不同的研究结果表明，植物处于干旱胁迫时的叶绿素含量的变化可能与植物应对干旱胁迫的策略有关。本试验中，未浇灌腐植酸类钾盐的幼苗在水分胁迫下会导致幼苗叶片叶绿素总量增加，说明西葫芦幼苗通过提高叶绿素含量增加抵抗水分胁迫的能力，水分亏缺条件下浇灌腐植酸类钾盐后，植株叶片叶绿素总量均有不同程度的提高，与张金政等[11]、梁文斌等[12]的研究结果一致，即水分亏缺越严重，浇灌腐植酸类钾盐对提高叶片叶绿素含量的幅度越大。

光合作用是植物物质生产和产量形成的重要生理过程，水分是影响植物光合作用的一个重要因子[13]，植物受到水分胁迫时光合作用将受到抑制。孙雯等[14]研究证明，在较低灌水量下叶面喷施腐植酸溶液可以提高燕麦的光合能力，其原因可能是喷施腐植酸后，使叶片气孔缩小，减少水分蒸腾，从而提高了农作物的抗旱能力。说明腐植酸一定程度上提高水分亏缺下燕麦的Pn和对水分的利用率，可弥补灌水量不足对燕麦光合作用造成的负面影响。另外，在灌水量充足条件下喷施腐植酸也可以提高燕麦的光合指标，刺激植株生长。许平平等[15]研究表明，水分胁迫下外源多胺可以提高植物的Pn、Gs、叶绿素含量、水分利用率等指标。本试验结果在灌水量充足条件下浇灌腐植酸类钾盐可以提高西葫芦幼苗的光合指标；水分胁迫下浇灌腐植酸类钾盐可以提高植物的Pn、Gs、Ci，与许平平等结果一致。

叶绿素荧光技术是一种探测植物光合作用状态的技术，荧光与植物的光合作用能力、受胁迫状况、生理状况相关。目前，叶绿素荧光应用于温度、光照、水分、盐胁迫、营养等各方面研究[16，17]。本试验中添加腐植酸钾可使水分胁迫下西葫芦叶片ETR和qP升高，缓解水分胁迫对PSⅡ的伤害，降低光能在荧光及热耗散方面的消耗，增加了光能利用率，李英浩等[17]研究表明，喷施腐植酸可缓解干旱胁迫对燕麦叶绿素荧光反应的影响，且与正常供水和中度胁迫相比，重度干旱胁迫条件下腐植酸的抗旱效果最佳，与本研究结果一致。

本文比较系统的研究了在水分胁迫条件下，腐植酸类钾盐对西葫芦幼苗生长、叶绿素含量、叶片光合特性及叶绿素荧光参数的影响。试验结果表明：浇灌3种腐植酸类钾盐均可缓解对西葫芦幼苗生长和光合荧光特性的抑制现象，增加西葫芦幼苗干重和鲜重，提高水分胁迫下叶片中的叶绿素含量，提高西葫芦幼苗叶片的Pn、Gs、Ci和Fv/Fm、Fv'/Fm'、ETR、qP等参数。对比3种腐植酸类钾盐的作用效果，以生化腐植酸钾效果最优。但是，3种腐植酸类钾盐的原料来源、制作工艺、腐植酸组分、腐植酸官能团种类及含量等信息还需深入研究，以探究腐植酸类钾盐缓解水分胁迫对作物伤害的有效成分及机理。