CaCl2浸种对苗期干旱胁迫下花生生长、生理及产量的影响

刘卫星 张枫叶 张军 贺群岭 陈雷 李可 吴继华 范小玉

摘要：本试验以商花30号和商花26号为材料，研究不同浓度CaCl2浸种对苗期干旱胁迫下花生生长、生理及产量的影响。结果表明，苗期干旱显著抑制两个花生品种的营养生长，叶片叶绿素含量（SPAD值）下降，超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性升高，丙二醛（MDA）含量增加;复水后两品种CaCl2浸种处理SPAD值升高，SOD和POD活性以及MDA含量恢复到正常供水处理（CK1）水平。与单纯干旱胁迫（CK2）相比，干旱胁迫下CaCl2浸种处理花生株高、叶面积指数、植株干重、SPAD值、SOD和POD活性显著提高，MDA含量显著下降。商花30号以40mmol/LCaCl2浸种、商花26号以60mmol/LCaCl2浸种效果最好，荚果产量分别比单纯干旱胁迫处理（CK2）增产13.90%和15.52%。说明苗期干旱胁迫下CaCl2浸种可以通过提高叶片叶绿素含量和SOD、POD活性，降低MDA含量，增强活性氧清除能力，从而增加干物质积累，最终提高产量。

关键词：花生;CaCl2浸种;苗期干旱;生理特性;荚果产量

花生是我国重要的油料作物，近十年来花生产业发展稳步增长，至2019年底种植面积已达到463.3万hm2，总产量达到1752.0万t[1]，在缓解我国食用油短缺、调整优化种植业结构和促进农民增收等方面起到重要作用[2]。我国花生产区主要集中在干旱半干旱地区，生长季节降雨不均且年度、月份间波动较大[3]，季节性干旱频发。花生虽然具有较强的耐旱耐瘠特性，但干旱胁迫对花生的生长发育仍有不同程度的抑制作用，特别是夏播花生苗期，此时温度高、光照强，土地裸露面积较大、水分蒸发散失严重，极易形成干旱胁迫[4]。据统计，我国每年有近70%的花生种植面积遭受干旱威胁，每年因干旱引起的减产达30%～50%[5]。干旱胁迫已成为限制花生产量提高的最重要的非生物胁迫因子[6]。

钙是花生生长发育所必需的第三大营养元素（除氮和钾外）[7]，不仅可以稳定和保护细胞质膜结构与功能，作为细胞内的第二信使，还可调控多种酶的活性[8]，参与植物响应的各种非生物和生物胁迫的信号传导[9]，在植物抵御不良环境过程中发挥着重要作用[10]。Ma等[11]研究表明，干旱胁迫下玉米中Ca2+的分布与细胞超微结构有关，且钙调素参与脱落酸（ABA）信号转导。刘拓等[12]研究表明，一定浓度的CaCl2浸种可以提高棉花幼苗的抗旱性。李波等[13]研究显示，外源氯化钙可提高干旱胁迫下苜蓿幼苗过氧化物酶和过氧化氢酶活性，增加叶绿素含量。顾学花等[14，15]研究表明，花针期和结荚期干旱胁迫下施钙，可以促进花生的营养生长，提高花生叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性和渗透调节物质含量，缓解干旱对花生的不利影响，显著增加花生荚果和籽仁产量。然而，CaCl2浸种对花生苗期抗旱调控机制及产量的影响尚不清楚。因此，本试验以两个花生品种为材料，研究不同浓度CaCl2浸种对苗期干旱胁迫下花生营养生长、生理调控及产量的影响，旨在为生产中推广提高花生苗期抗旱能力的技术措施提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

本试验于2020年在商丘市农林科学院双八试验示范中心防雨池内进行。供试高油酸小粒花生品种商花30号和高油酸大粒品种商花26号，均由商丘市农林科学院提供。浸种试剂为无水氯化钙（CaCl2，分析纯），天津市致远化学试剂有限公司生产。

1.2试验设计与栽培管理

采用池栽方式，栽培池面积1.4m×1.4m=1.96m2，深1.5m。土壤为粘壤，其有机质、水解氮（N）、速效磷（P2O5）、速效钾（K2O）和代换性钙含量分别为14.30g/kg、73.36mg/kg、37.23mg/kg、152.46mg/kg和3.96g/kg。前茬小麦收获后秸秆粉碎撒入池中，深翻入土，每池基施硫酸钾型复合肥（N∶P2O5∶K2O=14∶16∶15）110g。

选取健康饱满、大小一致的花生种子，分别用蒸馏水和不同浓度的CaCl2溶液浸种8h，后用蒸馏水冲洗3遍。试验共设7个处理，即CK1（正常供水+0mmol/LCaCl2）、CK2（干旱胁迫+0mmol/LCaCl2）、S20（干旱胁迫+20mmol/LCaCl2）、S40（干旱胁迫+40mmol/LCaCl2）、S60（干旱胁迫+60mmol/LCaCl2）、S80（干旱胁迫+80mmol/LCaCl2）和S100（干旱胁迫+100mmol/LCaCl2），重复3次。每池露地直播4行花生。花生行距35cm，穴距15cm，每穴2粒。

正常供水处理土壤相对含水量为70%，干旱胁迫处理土壤相对含水量为50%。各干旱处理从出苗第5天开始控水，每处理控水15d。控水期间，采用便携式土壤水分测定仪控制土壤含水量，当土壤相对含水量（20cm土层处）低于设计标准3%时进行补水，直至达到设计标准。干旱处理结束后复水到正常供水处理水平，以后保持土壤相对含水量为70%左右。其它田间管理同一般大田。6月5日播种，9月27日收获。

1.3测定指标及方法

1.3.1花生生长情况 分别在干旱胁迫结束日（D1，7月1日）、复水后10d（D2，7月11日）和复水后40d（D3，8月10日）调查株高、叶面积指数（LAI）及植株干重。LAI采用LP-80植物冠层分析仪（美国METER公司）进行测定。每处理取4株完整植株，根部深入土壤30cm进行挖掘，测量株高后，置于105℃烘箱内杀青30min，65℃烘干48h至恒重后称量植株干重。

1.3.2花生植株生理指標 分别在D1、D2和D3时测定主茎倒三叶各项生理指标。叶绿素含量（SPAD值）采用SPAD-502Plus便携式叶绿素测定仪测定。主茎倒三叶液氮速冻后测其SOD、POD活性和MDA含量，其中SOD活性采用氮蓝四唑（NBT）光化学还原法测定，POD活性采用愈创木酚比色法测定，MDA含量用硫代巴比妥酸（TBA）比色法测定[16]。

1.3.3花生产量 花生成熟收获时（9月27日），每处理选取10株有代表性植株，调查单株结果数、单株饱果数。全池花生收获晾干后调查百果重、出仁率，计算荚果产量。

1.4数据处理与分析

采用MicrosoftExcel2007进行数据处理及图表制作，用DPS7.05软件进行数据分析，用新复极差法进行多重比较。

2结果与分析

2.1CaCl2浸种对苗期干旱胁迫下花生生长的影响

由表1可知，与CK1（正常供水）相比，单纯干旱胁迫（CK2）下两个花生品种的株高、叶面积指数和植株干重均显著降低，且干旱胁迫对商花26号生长的抑制大于商花30号。CaCl2浸种可增加干旱胁迫下花生的株高、叶面积指数和植株干重，且增幅随CaCl2浓度的升高呈现先升高后降低的变化趋势。其中商花30号以S40处理效果最佳，与CK2相比，D1时株高、叶面积指数和植株干重分别增加25.16%、40.00%和25.64%，而商花26号以S60处理效果最佳，与CK2相比，株高、叶面积指数和植株干重分别增加27.69%、41.67%和34.17%。复水后，各干旱胁迫处理花生生长均能得到恢复，两品种均以S40和S60处理恢复最快，复水后10d（D2）株高、叶面积指数和植株干重均超过CK1，而单纯干旱胁迫（CK2）处理复水后40d（D3）仍未恢复到CK1水平。

2.2 CaCl2浸种对苗期干旱胁迫下花生叶片SPAD值的影响

由图1可见，干旱胁迫显著降低两个花生品种叶片的SPAD值，与CK1相比，单纯干旱胁迫（CK2）下商花30号和商花26号叶片的SPAD值分别降低27.16%和30.21%。CaCl2浸种可显著提高干旱胁迫下花生叶片的SPAD值，且增幅随CaCl2浓度的升高呈现先升高后降低的趋势。D1时，商花30号和商花26号均以S60处理叶片的SPAD值最高，分别比CK2增加30.69%和33.02%，但仍较CK1低4.80%和7.17%。

随着花生生育进程，CK1的SPAD值呈先增后降趋势，各干旱胁迫处理复水后花生叶片的SPAD值得到恢复，且CaCl2浸种处理恢复速度快于CK2，至D2时商花30号S40和S60处理叶片SPAD值均超过CK1，商花26号S40、S60和S80处理叶片SPAD值均超过CK1。

2.3CaCl2浸种对苗期干旱胁迫下花生叶片抗氧化酶活性的影响

由图2可见，干旱胁迫下两个花生品种叶片SOD、POD活性显著升高，与CK1（正常供水）相比，商花30号和商花26号SOD活性提高15.72%和16.16%，POD活性提高25.23%和29.35%。CaCl2浸种可进一步提高两个花生品种叶片SOD、POD活性，并且两种保护酶活性增幅均随CaCl2浓度升高而呈现先升高后降低趋势。其中商花30号以S40处理效果最佳，与CK2相比，D1时其SOD、POD活性分别提高28.93%和29.25%，而商花26号以S60处理效果最佳，与CK2相比，D1时其SOD、POD活性分别提高22.42%和24.19%。

随着花生生育进程，CK1叶片SOD、POD活性呈先增后降趋势，而各干旱胁迫处理复水后叶片SOD、POD活性逐渐降低。D2时两品种各CaCl2浸种处理的SOD、POD活性仍显著高于CK2（S100处理除外），D3时各干旱胁迫处理SOD活性与CK1、CK2趋于一致，POD活性均高于CK1、CK2，且S40、S60、S80处理达到显著水平。

2.4CaCl2浸种对苗期干旱胁迫下花生叶片MDA含量的影响

由图3可见，干旱胁迫可显著增加花生叶片MDA含量，与CK1相比，商花30号和商花26号叶片MDA含量分别升高38.43%和32.51%，CaCl2浸种则可显著降低干旱胁迫下花生叶片MDA含量。随CaCl2浸种浓度的升高，两品种叶片MDA含量均表现为先下降后升高趋势，其中商花30号以S40处理含量最低，与CK2相比，其MDA含量降低23.38%，而商花26号以S60处理含量最低，与CK2相比，其MDA含量降低18.68%。

随着花生生育进程，CK1叶片MDA含量呈先升后降趋势，而各干旱胁迫处理复水后叶片MDA含量呈逐渐下降趋势，D2时商花30号S40处理叶片MDA含量低于CK1，商花26号S60处理叶片MDA含量低于CK1，D3时两品种S40和S60处理叶片MDA含量均低于CK1

2.5 CaCl2浸种对苗期干旱胁迫下花生产量的影响

由表2可知，干旱胁迫可显著降低花生的单株结果数、饱果率、百果重和出仁率，从而导致花生减产。其中，与CK1相比，商花30号CK2的单株结果数、饱果率、百果重、出仁率和荚果产量分别降低14.21%、5.74%、7.82%、2.27%和7.50%，商花26号CK2的单株结果数、饱果率、百果重、出仁率和荚果产量分别降低17.45%、6.85%、9.23%、3.69%和8.75%，这说明干旱胁迫对商花26号产量的影响大于商花30号。

CaCl2浸种可提高干旱胁迫下的单株结果数、饱果率、百果重、出仁率和荚果产量，且增幅随CaCl2浓度的升高而呈现先升高后降低的变化趋势。其中，商花30号以S40处理荚果产量最高，为4672.07kg/hm2，分别比CK1和CK2增产5.36%与13.90%;商花26号以S60处理荚果产量最高，为4947.68kg/hm2，分别比CK1和CK2增产5.41%与15.52%。

3讨论

水是作物生长赖以生存的基础，苗期轻度干旱可促进作物根系生长，有利于提高后期抗旱能力[17]，而严重干旱则会使作物生长受到抑制，代谢失调，产量显著下降[18]。已有研究表明，叶面喷施CaCl2能阻止干旱胁迫对芝麻植株的伤害，提高植株的种子重量、单株蒴果数、株高[19]，且被認为具有缓解作物干旱胁迫的效应[20]。本研究显示，花生苗期干旱显著降低株高、叶面积指数和干物质积累量，但CaCl2浸种均可提高花生的株高、叶面积指数和干物质积累量，这与刘拓等[12]在棉花上的研究结果一致。其原因可能是，一方面外源钙促进了作物对氮磷钾的吸收[21]，另一方面可能是外源钙提高作物叶片的净光合速率和水分利用率，促进作物生长[22]。

叶绿素是植物进行光合作用的首要物质，其含量高低是衡量植物对环境胁迫抗性的重要指标，但干旱胁迫对花生叶绿素含量影响的研究结果不尽相同：李俊庆[23]研究指出，干旱胁迫可使叶片叶绿素含量升高，而孙爱清等[24]研究显示，干旱胁迫会引起叶绿体色素降解，造成叶绿素含量下降。本研究表明，花生苗期干旱胁迫显著降低叶片SPAD值。造成上述结果不一致的原因可能与干旱胁迫程度、取样时间等有关[25]。已有研究发现，活性氧可攻击叶绿素，从而加速叶绿素降解和含量降低[26]，而外源钙有助于叶绿体结构的稳定[27]。本研究也发现，外源CaCl2浸种可明显提高干旱胁迫下花生叶片SPAD值，两个花生品种均以60mmol/LCaCl2浸种效果最佳。这可能是因为外源Ca2+提高叶绿体的光还原活性，保护作物叶绿体Ca2+ATPase、Mg2+ATPase活性[28]。

以往研究表明，干旱胁迫会使植物体内活性氧自由基大量积累，引起细胞膜脂过氧化，加速细胞衰老和解体，而MDA是膜脂过氧化的终产物，其含量高低直接反映植物細胞膜受伤害的程度[29]。遇干旱胁迫时，作物体内的保护酶系统（SOD、POD）活性提高，以清除产生的活性氧等自由基，维持代谢平衡[30]。本研究显示，花生苗期遇干旱胁迫，叶片SOD、POD活性升高，MDA含量增加，复水后两种酶的活性和MDA含量均下降，这与严美玲等[4]的研究结果一致。其原因可能是，干旱胁迫导致花生叶片细胞受到伤害，过氧化物积累，MDA含量增加，诱导SOD、POD等保护酶活性升高，干旱解除后，叶内过氧化物积累减少，诱导保护酶活性下降，从而保持代谢平衡。另外本研究还发现，外源CaCl2浸种可明显提高干旱胁迫下花生叶片SOD和POD活性，且增幅随着CaCl2浸种浓度的升高表现为先升高后降低趋势，其中商花30号以40mmol/LCaCl2浸种效果最佳，商花26号以60mmol/LCaCl2浸种效果最佳，此时叶片MDA含量显著低于单纯干旱胁迫处理，这与林松明等[31]的研究结果一致。其原因可能是适度的外源CaCl2可以诱导花生叶片保护酶合成关键基因的表达，提高SOD、POD等保护酶活性和清除活性氧自由基的能力。

夏播花生苗期地表裸露，极易形成干旱。已有研究表明，花生苗期在中、重度干旱下荚果和籽仁产量大幅下降[4]，复水后均始终低于对照[32]。本研究表明，干旱胁迫可显著降低花生的单株结果数、饱果率、百果重和出仁率，从而导致花生减产，且干旱胁迫对大粒花生商花26号的影响大于小粒花生商花30号。而张俊等[33]的研究表明，中早熟大果品种遇旱时有更好的防御和调节能力，而早熟小果品种遇旱时受影响较大，两者不一致的原因可能是试验播种时期不同所致，也有可能是不同花生品种间的抗旱性差异所致。研究表明，合理使用钙肥能增加花生单株结果数、出仁率、果仁质量和籽仁产量[34，35]。本研究也表明，CaCl2浸种可明显提高苗期干旱胁迫下花生的单株结果数、饱果率、百果重、出仁率和荚果产量，商花30号以40mmol/LCaCl2浸种的荚果产量最高，商花26号以60mmol/LCaCl2浸种的荚果产量最高。

4结论

本试验中，苗期干旱胁迫显著抑制花生的营养生长，SOD和POD活性升高，MDA含量增加，从而导致花生减产。干旱胁迫下，外源CaCl2浸种可以促进花生的营养生长，提高叶片保护酶活性，降低细胞膜脂过氧化程度，缓解干旱胁迫对花生的伤害，提高单株结果数和饱果率，稳定荚果产量。其中，小粒花生品种商花30号以40mmol/LCaCl2浸种效果最佳，大粒花生品种商花26号以60mmol/LCaCl2浸种效果最佳。