FA、HIDS對CaCl2緩解低溫弱光下西葫蘆幼苗傷害的影響

李發遠 郭建林 張國香 施光安 常領山 張杰純 李海平*

1 山西農業大學園藝學院 晉中 030801

2 山西林海腐植酸科技有限公司 靈石 031300

3 山西省分析科學研究院 太原 030000

4 云岡石窟研究院 大同 037007

5 山東遠聯化工股份有限公司 濟寧 272000

近年來，山西省西葫蘆[1]栽培面積不斷擴大，但時常會受到倒春寒的影響，造成西葫蘆植株生長發育受阻，產量品質下降。鈣（Ca）元素在維持細胞膜穩定性、保護細胞膜免受傷害方面發揮著積極的作用，對應對不良環境、提高植物抗性方面意義重大[2～4]。黃腐酸（FA）具有一定螯合作用和緩沖能力[5]，在不良環境條件下，可提高植物中各種酶的活性和葉綠素含量，改善植物光合作用與新陳代謝，提高植物抗逆性[6，7]。脲基二琥珀酸四鈉（HIDS）為聚天冬氨酸類似物，對肥料起到一定增效作用[8，9]，其脲基結構易降解和斷裂，生成兩分子天冬氨酸，最終降解為二氧化碳和水，對環境無害，綠色環保。本試驗通過葉面噴施CaCl2、CaCl2與HIDS復合以及CaCl2與FA復合3個處理，探究不同處理對低溫弱光下西葫蘆幼苗生長、生理的影響，以及FA、HIDS對CaCl2抗低溫效果的影響，以期為其在農業上的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及方法

試驗品種：低溫敏感品種“春翡翠”。

外源物質：CaCl2（分析純）、脲基二琥珀酸四鈉（HIDS）（其中HIDS含量40%，山東遠聯化工股份有限公司）、黃腐酸（FA，含量51%，靈石林海腐植酸廠）。

用2‰的高錳酸鉀浸泡種子10 min進行滅菌，將種子清洗干凈后放入鋪有兩層濾紙的培養皿中進行紙上催芽（溫度30 ℃）。24 h后取發芽一致的種子播種于32孔穴盤（長53.5 cm，寬27.5 cm）中，基質配比為草炭∶珍珠巖（v/v）=7∶2。幼苗長到三葉一心時選擇大小一致的西葫蘆幼苗，用不同處理液在下午5：00左右連續3天噴施葉面和葉背，噴施標準為葉片表面均勻附著一層小液珠但不流下。然后將西葫蘆幼苗進行低溫弱光脅迫處理，晝夜溫度16 ℃/5 ℃，光量子通量密度設置200 μmol/m2·s，光周期12 h/12 h。西葫蘆幼苗低溫弱光生長8天后測量其生長及生理指標。

試驗共設4個處理，分別為對照CK：蒸餾水；處理T1：蒸餾水+10 mmol/L CaCl2；處理T2：300 mg/L HIDS+10 mmol/L CaCl2；處理 T3：300 mg/L FA+10 mmol/L CaCl2。各處理均先噴施蒸餾水或HIDS或FA溶液，再噴施CaCl2溶液。

1.2 測試指標及方法

1.2.1 生長指標測定

莖粗：使用游標卡尺測子葉下1 cm粗度。

株高：使用皮尺測量植株生長點到莖基部的距離。

葉面積：采用網格法進行測量。

干、鮮重：將西葫蘆幼苗用清水洗凈后分為地上、地下兩部分，稱量鮮重后置于干燥箱中105 ℃殺青，80 ℃下烘干至恒重后稱地上、地下干重，計算全株干重。

壯苗指數=（莖粗/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 生理指標測定

過氧化氫（H2O2）含量測定采用碘化鉀法，超氧陰離子自由基含量測定采用羥胺氧化法，丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸比色法，過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創木酚比色法，超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氮藍四唑還原法，過氧化氫酶（CAT）活性測定采用紫外吸收法，脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮比色法，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍法[10]。

1.3 試驗數據分析方法

采用Microsoft Excel 2010進行數據整理，采用SPSS 25.0進行差異顯著性分析，圖表中數據為平均值±標準偏差。

2 結果與分析

2.1 不同處理對西葫蘆幼苗莖粗、株高和葉面積的影響

表1為不同處理對西葫蘆幼苗莖粗、株高、葉面積的影響。由表可知，與CK相比，3種處理均促進了西葫蘆幼苗莖粗、株高和葉面積的生長。T3處理的西葫蘆幼苗莖粗達到最大值6.96 mm，比CK顯著提高了26.55%；T1、T2、T3處理的西葫蘆幼苗株高分別比CK顯著提高了9.78%、18.48%、14.13%；T1、T2、T3處理的西葫蘆幼苗葉面積分別比CK顯著提高了17.98%、21.43%、24.08%。因此，FA+CaCl2處理對促進低溫弱光脅迫下西葫蘆幼苗生長效果最佳。

表1 不同處理對西葫蘆幼苗莖粗、株高、葉面積的影響Tab.1 Effects of different treatments on stem diameter, plant height and leaf area of summer squash seedlings

2.2 不同處理對西葫蘆幼苗生物量積累的影響

表2為不同處理對西葫蘆幼苗生物量積累的影響。由表可知，3個處理均可促進西葫蘆幼苗生物量的積累。3個處理的西葫蘆幼苗地上部干重、地下部干重及全株干重均顯著高于CK，其中地上部干重分別提高了3.77%、5.02%、5.02%，地下部干重分別提高了16.67%、40.71%、69.23%，全株干重分別提高5.26%、9.14%、12.44%。地上部干重3個處理間無顯著差異，地下部干重和全株干重3個處理間差異顯著，以T3處理增重效果最好。CK的壯苗指數最低，為0.515，T1、T2、T3處理分別較CK顯著提高了12.62%、31.84%和63.11%，且3個處理間差異顯著。T1、T2、T3處理幼苗根冠比較CK 均有顯著提高，分別提高了12.21%、33.59%和60.31%，且3個處理間差異顯著。因此，CaCl2+FA處理對促進低溫弱光脅迫下西葫蘆幼苗生物量積累效果最佳。

2.3 不同處理對西葫蘆幼苗膜脂過氧化程度的影響

圖1～圖3為不同處理對西葫蘆幼苗膜脂過氧化程度的影響。由圖1可知，T1、T2、T3處理西葫蘆幼苗葉片中的H2O2含量較CK顯著降低，分別降低了10.81%、9.91%和26.13%。由圖2可知，T1、T2、T3處理西葫蘆幼苗葉片中的超氧陰離子自由基含量均低于CK，分別降低了8.85%、32.65%和37.27%，T1處理與CK相比差異不顯著，但T2、T3處理與CK相比，超氧陰離子自由基含量顯著降低。由圖3可知，T1、T2、T3處理西葫蘆幼苗葉片中的MDA含量均低于CK，分別降低了17.84%、38.54%和47.57%，T1、T2處理與CK相比差異不顯著，但T3處理與CK相比，MDA含量顯著降低。因此，FA+CaCl2處理對緩解低溫弱光脅迫下西葫蘆幼苗膜脂過氧化程度效果最佳。

表2 不同處理對西葫蘆幼苗生物量積累的影響Tab.2 Effects of different treatments on biomass accumulation of summer squash seedlings

圖1 不同處理對西葫蘆幼苗葉片H2O2含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on H2O2 content of summer squash seedlings leaf

圖2 不同處理對西葫蘆幼苗葉片超氧陰離子自由基含量的影響Fig.2 Effects of different treatments on superoxide anion free radical content of summer squash seedlings leaf

圖3 不同處理對西葫蘆幼苗葉片MDA含量的影響Fig.3 Effects of different treatments on MDA content of summer squash seedlings leaf

2.4 不同處理對西葫蘆幼苗抗氧化酶活性的影響

圖4～圖6為不同處理對西葫蘆幼苗抗氧化酶活性的影響。由圖可知，T1、T2、T3處理西葫蘆幼苗葉片中的POD、SOD、CAT活性均顯著高于CK，POD活性分別升高了11.88%、17.25%和18.33%，且3個處理之間無顯著差異；SOD活性分別升高了0.95%、1.32%和2.42%，T3處理顯著優于T1和T2處理，T1和T2處理間無顯著差異；CAT活性分別升高了36.59%、39.02%和43.90%，T3處理顯著優于T1和T2處理，T1和T2處理間無顯著差異。因此，FA+CaCl2處理對增加低溫弱光脅迫下西葫蘆幼苗抗氧化酶活性效果最佳。

圖4 不同處理對西葫蘆幼苗葉片POD活性的影響Fig.4 Effects of different treatments on POD activity of summer squash seedlings leaf

圖5 不同處理對西葫蘆幼苗葉片SOD活性的影響Fig.5 Effects of different treatments on SOD activity of summer squash seedlings leaf

圖6 不同處理對西葫蘆幼苗葉片CAT活性的影響Fig.6 Effects of different treatments on CAT activity of summer squash seedlings leaf

2.5 不同處理對西葫蘆幼苗滲透調節物質含量的影響

圖7～圖9為不同處理對西葫蘆幼苗滲透調節物質含量的影響。由圖7可知，T1、T2、T3處理西葫蘆幼苗葉片中的脯氨酸含量較CK顯著升高了28.91%、52.34%和75.88%，以T3處理最佳，且顯著優于T1處理。由圖8可知，T1、T2、T3處理西葫蘆幼苗葉片中的可溶性糖含量較CK顯著升高了2.46%、2.46%和4.64%，以T3處理最佳，顯著優于其他處理。由圖9可知，T1、T2、T3處理西葫蘆幼苗葉片中的可溶性蛋白含量較CK均升高，分別升高了2.45%、4.08%和7.61%，以T3處理最佳，顯著優于CK。因此，FA+CaCl2處理對增加低溫弱光脅迫下西葫蘆幼苗滲透調節物質含量效果最佳。

圖7 不同處理對西葫蘆幼苗葉片脯氨酸含量的影響Fig.7 Effects of different treatments on proline content of summer squash seedlings leaf

圖8 不同處理對西葫蘆幼苗葉片可溶性糖含量的影響Fig.8 Effects of different treatments on soluble sugar content of summer squash seedlings leaf

圖9 不同處理對西葫蘆幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響Fig.9 Effects of different treatments on soluble protein content of summer squash seedlings leaf

3 討論

低溫弱光會導致植物光合速率、抗氧化酶活性降低，使葉片植株黃化徒長、莖纖細、長勢較弱、生長緩慢滯后[11]。在植物遭受低溫前對其噴施一定量的外源物質可以緩解低溫對植物生長的影響，如Ca2+、腐植酸（黃腐酸）、水楊酸、28-高蕓苔素內酯等。本試驗結果表明，在經過單獨外源鈣（CaCl2）以及外源鈣與HIDS、FA的復配葉面噴施預處理后，西葫蘆幼苗的莖粗、株高、葉面積、全株鮮重、全株干重和壯苗指數等相比CK均有一定的提高，說明噴施外源物質可以提高西葫蘆幼苗對低溫弱光的抵抗能力。

植物體在受到低溫脅迫后，會誘發自身發生一系列生理和生化反應，細胞內活性氧積累，細胞膜脂過氧化生成MDA，破壞細胞生態，而抗氧化酶防御系統具有清除活性氧的功能，使植物增強抵抗逆境的能力，保護植物生理過程的正常進行[12]。因此，可以根據抗氧化酶的活性推測植物在低溫脅迫下代謝功能的強弱。植物生長過程中，經Ca2+、腐植酸（黃腐酸）等外源物質處理后可以提高植物體內滲透調節物質含量，增強抗氧化酶活性，提高植物抗性。Ca2+不僅可以穩定細胞膜，還可作為第二信使，響應低溫脅迫，從而緩解低溫弱光對植物的傷害。而FA與HIDS都具有良好的螯合特性可以促進植物對離子的吸收利用。張琳等[13]研究表明，噴施Ca鹽后可降低低溫脅迫下番茄幼苗MDA含量，同時使番茄幼苗葉片中可溶性蛋白質和可溶性糖含量增加。張燕等[14]研究表明，CaCl2可提高低溫脅迫下煙草幼苗SOD、CAT和POD的活性，并使之維持在較高的水平上。張彩鳳等[15]研究表明，葉面噴施腐植酸鉀能有效降低低溫脅迫下紅掌葉片中MDA含量，提高抗氧化酶活性。本試驗研究結果與前人的研究基本一致，CaCl2單獨處理以及CaCl2與HIDS、FA的復配處理均可提高低溫脅迫下西葫蘆幼苗葉片中滲透調節物質含量，增強抗氧化酶活性，降低MDA、超氧陰離子自由基等有害物質的含量。本試驗研究結果表明，CaCl2與HIDS、FA的復配效果要好于CaCl2單獨噴施處理，這可能是HIDS與FA作為螯合劑促進了西葫蘆幼苗葉片對Ca2+的吸收，從而提高了幼苗的抗凍能力。但關于CaCl2與HIDS和FA復配對低溫下西葫蘆幼苗的作用機理還需進一步探討。

4 結論

葉面噴施CaCl2、HIDS+CaCl2、FA+CaCl2溶液對低溫弱光下西葫蘆幼苗的生長均有促進效果，不同程度促進了幼苗生物量積累，有利于培育壯苗；并且可提高西葫蘆幼苗葉片中抗氧化酶活性以及脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量，降低超氧陰離子自由基、MDA、H2O2含量，降低低溫弱光對西葫蘆幼苗的傷害，在一定程度上緩解了低溫弱光對西葫蘆幼苗的影響。其中，300 mg/L FA+ 10 mmol/L CaCl2溶液噴施效果最顯著。