叶面喷施钾、钙肥对核桃幼树抗寒性的影响

王一峰，陈耀年，赵淑玲，王明霞，胡文斌，蹇小勇

（1.陇南师范高等专科学校 a.农林技术学院；b.陇南特色农业生物资源研发中心，甘肃 成县 742500；2.成县核桃科技服务中心，甘肃 成县 742500）

核桃Juglans regiaL.属胡桃科核桃属落叶桥木，是世界上最重要的坚果、材用和油料树种[1]。我国是核桃的原产地之一，至今已有2 000 多年的核桃栽培史，现已成为世界第一核桃生产大国，我国的核桃产量和栽培面积均居世界首位[2]。核桃兼具观赏、食用、药用等方面的价值，已成为我国重要的经济林树种；此外，核桃适应性较强，在我国山区荒漠治理及生态环境修复等方面都起到了积极的作用[3-4]。然而，核桃枝条髓心较大，含水量高，而休眠时间较短，因此其抗寒性较差；加之春季萌芽期，需要消耗大量营养，导致树体抗寒力下降，容易受到晚霜冻害的影响，晚霜冻害已成为核桃生产的重要限制因子[4]。因此，研究核桃抗寒性的影响因子，探寻增强核桃抗寒性的途径，对实现核桃连年丰产具有重要的指导意义。

植物生长除了需要光照、温度、水分和营养物质外，还需要少量的生长调节物质，施肥和喷施生长调节物质，是调控植物生长的两种常规技术，也是提高植物抗寒能力的有效措施。钾作为植物生长的重要营养元素，其作用主要在于促进植物根系的生长和导管的形成；另外，钾还能通过促进植物对养分的吸收，使得树势增强，从而提高植物的抗逆性[5]。Ca2+被认为是植物接受外界刺激信号的第二信使，参与了植物多种生理生化反应，能够激发许多细胞活动[6-8]。钙在植物抗逆性方面的作用受到越来越多研究者的关注，他们普遍认为，Ca 信使参与了植物对逆境的应答反应[5]。

近年来，关于施用钾、钙等外源物质对多种植物抗寒性的影响的研究报道较多：徐秀月等[9]的研究结果表明，钾肥有利于葡萄结果枝的萌发，能增强其抗寒性；Ozturk 等[10]研究发现，钾能增强银杏的抗寒性；Webster 等[11]的研究结果表明，同时施用氮肥与钾肥，能增强黑麦草的耐低温能力。Ca2+同样能增强植物的抗寒性，其作用主要表现如下：一方面，Ca2+能通过其浓度的改变而增强细胞结构的稳定性，同时提高保护酶活性以增强植物的抗寒能力；另一方面，Ca2+通过影响植物细胞间的信息传递和信号转导诱导抗寒基因的表达，从而间接地增强植物的抗寒力[12]。Lin等[13]对毛白杨喷施不同浓度的CaCl2的试验结果表明，10 mmol·L-1的CaCl2处理有利于毛白杨幼苗抗寒性的增强；张建霞等[14]的研究结果表明，在低温胁迫下，钙能通过提高柠檬试管苗可溶性蛋白质的含量而增强SOD 活性及降低MDA 含量，进而增强其抗寒性；李国新等[15]于低温条件下采用不同浓度的Ca2+处理柑橘的愈伤组织，结果证明，钙信号系统参与了柑橘抗寒中渗透物质的合成、保护酶及膜质过氧化等生理过程。然而，目前关于不同浓度的钾、钙处理对核桃抗寒性影响的研究尚未见诸报道。为给核桃抗寒性研究提供理论参考依据，用不同浓度的K2SO4和CaCl2溶液喷施核桃幼树，探讨不同浓度的钾、钙处理对核桃抗寒指标的影响情况，现将研究结果分析报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2019年11月核桃树落叶后，挖取长势基本一致、无病虫害的2年生‘清香’核桃幼树，修剪枝条和根系后，以河沙为基质，将其栽植于口径为40 cm 的塑料花盆中，置于温度为20 ～28 ℃、湿度为50%～70%的温室中管理，视墒情按期浇水和补充营养液，培育1 a 后将其用作试验材料。

所用化学试剂K2SO4和CaCl2均为分析纯。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，以K2SO4（K）和CaCl2（C）为试验因素，每个试验因素各设4 个浓度（5、10、15、20 mmol·L-1）处理，将浓度分别为5、10、15、20 mmol·L-1的K2SO4（K）溶液处理依次编号为K1、K2、K3、K4；将浓度分别为5、10、15、20 mmol·L-1的CaCl2（C）溶液处理依次编号为C1、C2、C3、C4，以清水（0 mmol·L-1）处理为对照（CK），共计9 个处理，每个处理各设3 个重复。

选取27 盆长势基本一致的盆栽核桃幼树，随机将其分成9 组，每组3 盆，重复3 次，每个重复各试验1 盆，每盆各栽1 株核桃幼树。2021年5月26日开始按照试验设计进行叶面喷肥试验，每次喷施量以叶面刚刚开始滴水为宜，每隔2 d 喷施1 次，共喷施6 次。以最后1 次喷施完48 h 后，分别在各处理核桃树的相同部位，随机采集发育阶段相同的核桃叶片，将所采叶片置于-4 ℃的冰箱中低温处理48 h，然后于4 ℃下解冻2 h 后测定核桃叶片的生理生化指标。

1.3 测定指标与测定方法

参照王一峰等[4]采用的电导法测定相对电导率；参照王苏甫·阿不力提甫等[16]采用的方法分别测定可溶性糖、丙二醛（MDA）、脯氨酸的含量，每个指标的测定各设3 次重复。

1.4 数据处理

使用Excel 2010 软件处理所有数据，采用Orgin 2018 软件制作图表；使用 SPSS 23.0 软件进行方差分析，采用S-N-K 法进行多重比较。

1.5 核桃幼树抗寒性的综合评价

利用隶属函数值对不同处理核桃幼树的抗寒性进行综合评价。按照下列公式计算各抗寒指标的隶属函数值：与抗寒性呈正相关的指标，按照公式（1）计算其隶属函数值；与抗寒性呈反相关的指标，则按照公式（2）计算其隶属函数值。

式（1）～（2）中：U（Xij）为核桃幼苗在第i个处理下第j个指标的隶属函数值；Xij为核桃幼苗在第i处理下第j个指标的测定值；Xmin和Xmax分别为所有处理中各指标测定值的最大值和最小值。

2 结果与分析

2.1 喷施不同浓度的钾与钙溶液对核桃叶片相对电导率的影响

喷施不同浓度的K2SO4和CaCl2溶液对低温胁迫下核桃叶片相对电导率的影响情况如图1所示。由图1可知，在低温胁迫下，与对照（CK）处理的相比，喷施不同浓度的K2SO4和CaCl2溶液后核桃叶片的相对电导率均有不同程度的降低。喷施浓度为10 mmol·L-1的CaCl2溶液后，核桃叶片的相对电导率最低，且其与对照间的差异显著（P＜0.05）；喷施浓度为5 mmol·L-1的CaCl2溶液后，核桃叶片的相对电导率较低，其与对照间的差异也显著（P＜0.05）；在其他浓度的CaCl2溶液处理下，核桃叶片的相对电导率与对照间的差异均不显著（P＞0.05）。测定结果还表明，当K2SO4和CaCl2溶液的浓度较低（K2SO4浓度为15 mmol·L-1，CaCl2浓度为10 mmol·L-1）时，核桃叶片的相对电导率随着溶液浓度的升高而下降；而当K2SO4和CaCl2溶液的浓度过高（K2SO4浓度为20 mmol·L-1，CaCl2浓 度 为15 mmol·L-1）时，核桃叶片的相对电导率又会升高。这一结果表明，喷施低浓度的K2SO4和CaCl2溶液均能增强核桃叶片的抗寒性，但是，喷施浓度过高的K2SO4和CaCl2溶液对核桃叶片均会造成伤害，从而影响核桃叶片的抗寒性。

图1 喷施不同浓度的K2SO4 和CaCl2 溶液对低温胁迫下核桃叶片相对电导率的影响Fig.1 Effects of spraying different concentrations of K2SO4 and CaCl2 solution on relative conductivity of walnut leaves under low temperature stress

2.2 喷施不同浓度的钾与钙溶液对核桃叶片中可溶性糖含量的影响

喷施不同浓度的K2SO4和CaCl2溶液对低温胁迫下核桃叶片中可溶性糖含量的影响情况如图2所示。由图2可知，在低温胁迫下，除喷施了浓度为5 mmol·L-1的K2SO4溶液的核桃叶片中可溶性糖含量略低于对照的外，其他处理的核桃叶片中可溶性糖的含量与对照的相比都有不同程度的升高。其中，喷施浓度为10 mmol·L-1的CaCl2溶液后，核桃叶片中可溶性糖的含量最高，且其与对照间的差异显著（P＜0.05）；其次分别为喷施了浓度为5 mmol·L-1的CaCl2和浓度为20 mmol·L-1的K2SO4溶液的可溶性糖含量。

图2 喷施不同浓度的K2SO4 和CaCl2 溶液对低温胁迫下核桃叶片中可溶性糖含量的影响Fig.2 Effects of spraying different concentrations of K2SO4 and CaCl2 solution on soluble sugar content of walnut leaves under low temperature stress

2.3 喷施不同浓度的钾与钙溶液对核桃叶片中丙二醛含量的影响

喷施不同浓度的K2SO4和CaCl2溶液对低温胁迫下核桃叶片中丙二醛含量的影响情况如图3所示。由图3可知，在低温胁迫下，喷施低浓度的K2SO4和CaCl2溶液后，核桃叶片中丙二醛的含量比对照的有所降低；但是，当喷施浓度较高（K2SO4的浓度高于15 mmol·L-1、CaCl2的浓度高于10 mmol·L-1）时，核桃叶片中MDA 的含量比对照的有所升高。在低温胁迫下，各个处理间核桃叶片中MDA 含量的差异显著（P＜0.05）：喷施了10 mmol·L-1的CaCl2溶液的核桃叶片中MDA的含量最低，且其与对照间的差异显著（P＜0.05）；其次分别为喷施了10 mmol·L-1的K2SO4和5 mmol·L-1的CaCl2溶液的核桃叶片中MDA 的含量，其与对照间的差异均显著（P＜0.05）；而其他处理的核桃叶片中MDA 的含量与对照间的差异均不显著（P＞0.05）。

图3 喷施不同浓度的K2SO4 和CaCl2 溶液对低温胁迫下核桃叶片中丙二醛含量的影响Fig.3 Effects of spraying different concentrations of K2SO4 and CaCl2 solution on MDA content of walnut leaves under low temperature stress

2.4 喷施不同浓度的钾与钙溶液对核桃叶片中脯氨酸含量的影响

喷施不同浓度的K2SO4和CaCl2溶液对低温胁迫下核桃叶片中脯氨酸含量的影响情况如图4所示。由图4可知，在低温胁迫下，喷施不同浓度的K2SO4溶液后，核桃叶片中脯氨酸的含量与对照的相比均有显著提高，且其与对照间的差异显著（P＜0.05）；喷施浓度分别为5 和10 mmol·L-1的CaCl2溶液后，核桃叶片中脯氨酸的含量与对照的相比均略有降低，但其与对照间的差异均不显著（P＞0.05），随着CaCl2浓度的继续加大，核桃叶片中脯氨酸的含量又开始升高，且其与对照间的差异显著（P＜0.05）。

图4 喷施不同浓度的K2SO4 和CaCl2 溶液对低温胁迫下核桃叶片脯氨酸含量的影响Fig.4 Effects of spraying different concentrations of K2SO4 and CaCl2 solution on proline content of walnut leaves under low temperature stress

2.5 喷施不同浓度的钾与钙溶液后核桃幼树抗寒性的综合性评价结果

对以不同浓度的K2SO4和CaCl2处理下核桃幼树叶片的各个抗寒指标值进行了隶属函数分析，并对低温胁迫下各处理核桃幼树的抗寒性进行了综合评价，结果见表1。由表1可知，在低温胁迫下，喷施浓度分别为5 和10 mmol·L-1的CaCl2和浓度为15 mmol·L-1的K2SO4溶液的核桃叶片各个抗寒指标的隶属度均高于对照的，而其他浓度处理的核桃叶片各个抗寒指标的隶属度均低于对照的。不同处理的核桃幼树的抗寒性由强至弱依次 为C2 ＞C1 ＞K3 ＞CK ＞K2 ＞K4 ＞C3 ＞C4 ＞K1。

表1 核桃树叶片各个抗寒指标的隶属度Table 1 Subordination values of cold resistance indexes of walnut leaves

3 讨 论

低温胁迫对植物细胞会造成伤害，在低温胁迫下，对低温最敏感的细胞壁和细胞膜的结构与功能均会发生变化，比如细胞壁会加厚、硬度增加，细胞膜结构会发生改变，使其渗透率发生变化，细胞代谢速率降低，以适应低温环境而产生抗寒性[17]。王伟玲[5]的研究结果表明，钾能提高植物细胞渗透调节物质的含量，增强细胞的渗透势，降低冰点，以增强植物的抗寒性；另外，充足的钾有利于呼吸速率的降低和水分的散失，保护细胞膜的水化层，从而增强植物对低温的抵抗能力。研究者发现，Ca2+能通过其浓度的改变而稳定细胞壁的结构，维持细胞结构的稳定性，同时增强抗氧化系统的功能，从而减轻低温对植物的伤害程度[18-19]。根据细胞导电率推测细胞受伤害的程度，是当前评价植物抗寒性的最经典方法之一。试验结果表明，喷施了不同浓度的K2SO4和CaCl2溶液的核桃幼树，在低温胁迫下，其相对电导率与对照的相比均有不同程度的降低，但是，随着K2SO4和CaCl2喷施浓度的增加，其相对电导率均逐渐升高，表明喷施低浓度的K2SO4和CaCl2有利于核桃树抗寒性的增强，但其浓度太高可能会影响核桃树的生长。

作为植物细胞内最重要的渗透调节物质，可溶性糖能增加细胞液溶质的浓度，降低冰点，减轻低温对细胞的伤害。有关研究结果表明，可溶性糖含量可以作为植物抗寒性评价的生理指标，其大小与植物的抗寒性呈正相关[4]。试验结果表明，在低温胁迫下，除了喷施5 mmol·L-1的K2SO4溶液的核桃叶片中可溶性糖的含量略低于对照的之外，其他处理的核桃叶片中可溶性糖的含量与对照的相比都有不同程度的升高，而当K2SO4溶液浓度大于15 mmol·L-1、CaCl2溶液浓度大于10 mmol·L-1时，其可溶性糖含量又开始降低，这可能因为，浓度过高的钾、钙对核桃幼树会造成肥害，使其抗寒性减弱。

植物受到低温伤害后，其细胞内会积累活性氧和自由基，造成质膜过氧化，丙二醛（MDA）作为植物细胞质膜过氧化的产物，其含量可作为评价植物抗寒性的重要生理指标。试验结果表明，喷施低浓度的K2SO4和CaCl2，核桃叶片中MDA的含量与对照的相比都有不同程度的降低，其中，喷施10 mmol·L-1的CaCl2溶液后，核桃叶片中MDA 的含量最低，但是，随着喷施浓度的升高，MDA 含量又开始增加。这一结果与袁嘉玮等[20]、王小媚等[21]研究得出的“外源钙处理可以显著降低植物细胞MDA 含量，但过高浓度的外源钙会抑制植物生长”的结果一致，与Lin 等[13]研究所得“10 mmol L-1的CaCl2处理有利于毛白杨幼苗抗寒性的提高”的结果也类似。

脯氨酸常以游离状态存在于植物体内，是植物蛋白质的组成成分之一，作为水溶性最大的氨基酸，在植物遭受低温胁迫时，其含量会发生很大变化，因此，游离脯氨酸含量常被认为是细胞有效的渗透调解物[22]。但是，因为不同物种的游离脯氨酸含量不一致，所以脯氨酸能否作为抗寒性评价的生理指标还存在争议[23-27]。试验中发现，喷施了不同浓度的K2SO4后，低温胁迫下核桃叶片中可溶性脯氨酸的含量与对照的相比均有显著升高，而喷施浓度为5 ～10 mmol·L-1的CaCl2溶液后，低温胁迫下核桃叶片中脯氨酸的含量与对照的相比有所下降。这一试验结果产生的原因可能是，当缺少钙离子时，在低温胁迫下，钙离子信号转导受阻，导致植物细胞中脯氨酸的累积量增加，而钙离子的施加，使得脯氨酸累积量降低。这一试验结果与宗会等[24]的研究结果一致。试验中还发现，当CaCl2浓度升高到15 mmol·L-1以上时，核桃叶片中脯氨酸的含量却显著升高，这一结果与杨亚军等[23]的研究结果类似。这一试验结果产生的原因可能是，高浓度的钙影响了植物的生长，低温胁迫使得植物遭到严重伤害，引起脯氨酸累积量增加，因此，脯氨酸的积累量可能反映了植物因低温胁迫而受伤害的程度，而不能反映出植物的抗寒能力。

植物的抗寒性受多个因素的影响，且不同种类的植物，其抗寒机理不同。不同处理对同一生理指标的影响情况不尽相同，因而很难用单一指标来衡量植物的抗寒性。因此，本研究采用隶属函数法，综合分析相对电导率、可溶性糖、MDA及脯氨酸含量等指标，就低温胁迫下不同钾、钙处理对核桃幼树抗寒性的影响程度进行了综合评价，结果表明，不同处理的核桃树的抗寒性，喷施CaCl2溶液的强于喷施K2SO4溶液的，这一评价结果与王伟玲[5]研究得出的“Ca 对低温胁迫下植物抗寒性指标的影响作用大于K”的结论一致。

钾、钙对核桃的抗寒性都有影响，在同时施用钾肥和钙肥时，钾、钙之间存在着相互作用，如果配比不当，对核桃树的生长可能会造成影响，本研究只比较分析了单独施用不同浓度的钾、钙对核桃抗寒指标的影响情况，却没有探究不同浓度的钾钙组合对核桃抗寒指标的影响情况。因此，研究不同配比的钾钙组合对核桃抗寒性的影响情况，以筛选出能增强核桃抗寒力的最适浓度的钾钙组合，为当地核桃配方施肥提供理论依据，这是本课题组下一步研究的方向。

4 结 论

喷施低浓度的K2SO4 和CaCl2溶液能增强核桃幼树的抗寒性，而其浓度太高则会影响核桃树的生长。另外，外源钾和外源钙对核桃抗寒性的影响程度存在差异，总体表现为，喷施CaCl2溶液的核桃幼树的抗寒性强于喷施K2SO4溶液的。不同浓度不同溶液处理的核桃幼树抗寒性的强弱顺序为：10 mmol·L-1的CaCl2＞5 mmol·L-1的CaCl2＞15 mmol·L-1的K2SO4＞CK ＞10 mmol·L-1的K2SO4＞20 mmol·L-1的K2SO4＞15 mmol·L-1的CaCl2＞20 mmol·L-1的CaCl2＞5 mmol·L-1的K2SO4。