硝酸鈣對厚皮甜瓜坐果節位葉片衰老及果實產量和品質的影響

張利云， 劉海河，*， 張彥萍， 朱立保

(1 河北農業大學園藝學院， 河北保定 071000； 2 河北工程大學農學院， 河北邯鄲 056038)

厚皮甜瓜是我國設施栽培的主要園藝作物。生產上發現，厚皮甜瓜在果實膨大過程中，植株不同部位葉片衰老速度差異明顯，以子蔓坐果節位的功能葉片衰老最為迅速，在果實成熟時，坐果節位葉片衰老嚴重，葉面產生大量壞死斑，甚至整個葉片焦枯。由葉片衰老引起的同化功能的衰退會很大程度上限制作物產量潛能的發揮，并降低產品品質[1]。因此，研究延緩厚皮甜瓜功能葉片衰老的方法和機理，對提高厚皮甜瓜果實產量和品質有重要意義。

Ca2+對植物的生理生化代謝具有重要的調控作用。前人研究發現，Ca2+能延緩水稻離體葉片的衰老[2]。適當的增施鈣肥有利于番茄光合作用的提高[3]。在蘋果、 柑橘等產品器官生長發育時期合理使用鈣肥，可提高果實的產量和品質[4,5]。有關鈣對延緩厚皮甜瓜坐果節位葉片衰老以及對果實生長和品質影響的研究尚未見報道。本文研究了噴施不同濃度硝酸鈣對厚皮甜瓜坐果節位葉片的葉綠素含量、 凈光合速率(Pn)、 可溶性蛋白質含量、 MDA 含量、 抗氧化酶活性、 果實產量和品質等生理指標的影響，以期為延緩厚皮甜瓜葉片衰老，提高果實產量和品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2012年8至11月在清苑縣張登鎮甜瓜種植基地塑料大棚內進行。供試作物厚皮甜瓜品種為“迎春(F1)”，由河北農業大學甜瓜栽培和育種研究室提供。試驗地0—30 cm土壤耕層為沙壤土，有機質含量為14.10 g/kg、 全氮1.16 g/kg、 全磷0.99 g/kg、 全鉀20.50 g/kg、 堿解氮49.60 mg/kg、 速效磷44.00 mg/kg、 速效鉀138.91 mg/kg。8月上旬種子經浸種催芽后播種育苗，三葉一心時按行株距100 cm×35 cm定植于棚室中。定植前施足基肥，施肥量為腐熟農家肥 30 t/hm2，磷酸二銨450 kg/hm2(含 N 18 %和 P2O546%)，硫酸鉀300 kg/hm2(含K2O 51%)。采用單干整枝和吊蔓栽培方式，在主蔓第12節留子蔓，子蔓第一節位留瓜，瓜前留1葉摘心，主蔓25片葉打頂，其他管理同常規生產。

田間試驗采用隨機區組設計，試驗小區面積為3.5 m2(長×寬=3.5 m×1 m)，每小區定植10株，每個處理三次重復，待留瓜側蔓雌花開放授粉時，分別以4種不同濃度的硝酸鈣0(CK)、 10、 20、 30 mmol/L，連續2次葉面噴施，時間間隔為7天。

1.2 項目測定及方法

從留瓜側蔓結實花開花授粉后第7天開始，至授粉后第42天果實采收止，每隔一周采集一次坐瓜節位葉片，每次上午9時取樣后放置于冰盒帶回實驗室。將葉片正反兩面用去離子水沖洗干凈后紗布拭干，并用錫紙包好，液氮速凍，-20℃保存待測。

取0.500 g樣品剪碎，置于預冷的研缽中，加入3 mL含1% PVP、 pH 7.8、 50 mmol/L的冷磷酸緩沖液，冰浴研磨，勻漿冷凍離心20 min(2℃，15000 r/min), 上清液即為酶提取液，用于測定各種抗氧化酶的活性。過氧化物酶(POD)采用愈創木酚法，超氧化物歧化酶(SOD)采用氮藍四唑法，過氧化氫酶(CAT)采用紫外吸收法；此外，丙二醛(MDA)含量按照硫代巴比妥酸法測定。上述生理生化指標的測定均參照李合生的方法[6]。

在授粉后42天計算每個處理小區產量并隨機采摘5個果實，測定果實品質指標?？扇苄怨绦挝锖坎捎帽銛y式數字測糖儀測定，果實可溶性糖含量采用硫酸-蒽酮法測定；果實 VC含量采用2，6-二氯靛酚滴定法測定；果實有機酸含量采用 NaOH 滴定法測定，具體方法參照孔祥生等的方法[7]。

試驗數據整理采用Excel 2003軟件整理，用 DPS 軟件進行 Duncan’s 多重比較分析，不同的小寫字母表示在α= 0.05水平上差異顯著。

2 結果與分析

2.1 硝酸鈣對坐果節位葉片衰老進程中葉綠素含量和凈光合速率的影響

在坐果節位功能葉片的生長和衰老過程中，葉綠素含量和凈光合速率表現為先上升后下降的趨勢，凈光合速率在后期表現為急劇下降(圖1)，這與葉色變化相一致。與對照相比，不同處理的葉綠素含量和凈光合速率存在著差異并均高于對照，以20 mmol/L的硝酸鈣處理與對照和其他處理相比效果差異顯著(P<0.05)。噴施20 mmol/L的硝酸鈣處理，在6個時期較對照的葉綠素含量的增幅分別為12.62%、 23.26%、 22.32%、 22.62%、 26.64%、 60.67%；凈光合速率的增幅分別為20.91%、 16.20%、 27.68%、 45.84%、 58.21%、 61.84%。結果表明，噴施20 mmol/L的硝酸鈣可顯著延緩坐果節位葉片葉綠素的降解，提高葉片的凈光合速率。

2.2 硝酸鈣對坐果節位葉片中抗氧化酶活性的影響

由圖2可知，厚皮甜瓜坐果節位葉片在生長和衰老過程中，坐果節位葉片中的過氧化物酶(POD)、v超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)等抗氧化物酶的活性也呈先上升后下降的趨勢，不同濃度硝酸鈣處理的POD、 SOD、 CAT活性存在著差異。與對照相比，相同時期不同濃度處理的POD、 SOD、 CAT活性均高于對照，且20 mmol/L的硝酸鈣處理在授粉14天以后始終顯著高于對照(P<0.05)。噴施20 mmol/L的硝酸鈣處理，坐果節位葉片不同時期的POD活性分別較對照提高13.54%、 23.67%、 29.64%、 23.42%、 54.29%、 72.34%；SOD活性分別較對照高12.45%、 17.76%、 18.84%、 27.93%、 20.23%、 29.92%；CAT活性分別較對照高10.91%、 12.25%、 22.66%、 21.22%、 18.34%、 22.06%。研究表明， 20 mmol/L的硝酸鈣處理，能夠顯著提高生長和衰老過程中的坐果節位葉片中POD、 SOD、 CAT等抗氧化物酶的活性。

圖1 硝酸鈣對坐果節位葉片葉綠素含量和凈光合速率的影響Fig.1 Effects of calcium nitrate on chlorophyll content and net photosynthesis rate of leaves in fruiting nodes[注(Note)： 柱上不同字母分別表示處理間差異達5%顯著水平 Different letters above the bars mean significant differences at the 5% level.]

圖2 硝酸鈣對坐果節位葉片中POD、 SOD和CAT活性的影響Fig.2 Effect of calcium nitrate on the activities of POD, SOD and CAT of leaves in fruiting nodes[注(Note)： 柱上不同字母分別表示處理間差異達5%顯著水平 Different letters above the bars mean significant differences at the 5% level.]

2.3 硝酸鈣對坐果節位葉片丙二醛和可溶性蛋白含量的影響

圖3表明，厚皮甜瓜坐果節位葉片在生長和衰老過程中，葉片中的丙二醛(MDA)含量呈逐漸上升趨勢，而可溶性蛋白質的含量表現為先上升后下降的趨勢。在授粉后第7天，各濃度處理與對照的MDA含量和可溶性蛋白含量差異不顯著，自第14天以后，20 mmol/L硝酸鈣處理的MDA含量顯著低于對照(P<0.05)，而可溶性蛋白的含量顯著高于對照。20 mmol/L的硝酸鈣處理的MDA含量不同時期分別比對照降低8.05%、 13.02%、 21.62%、 29.01%、 30.62%、 31.93%；可溶性蛋白質含量與對照相比不同時期的增幅分別為7.6%、 11.48%、 17.56%、 24.32%、 39.06%、 126.67%。結果表明，20 mmol/L硝酸鈣處理能夠顯著降低坐果節位葉片生長和衰老過程中的膜質過氧化水平，提高葉片的可溶性蛋白質含量，使葉片保持較高的生理活性。

圖3 硝酸鈣對坐果節位葉片丙二醛和可溶性蛋白含量的影響Fig.3 Effect of calcium nitrate on MDA and soluble proteins contents of leaves in fruiting nodes[注(Note)： 柱上不同字母分別表示處理間差異達5%顯著水平 Different letters above the bars mean significant differences at the 5% level.]

2.4 硝酸鈣對厚皮甜瓜果實產量和品質的影響

表1 硝酸鈣對厚皮甜瓜果實產量和品質的影響Table 1 Effect of calcium nitrate on fruit yield and quality of muskmelon

注(Note): 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters are significantly different between the treatments at the 5% level.

3 討論

葉片失綠和蛋白質水解是衡量葉片衰老的重要生理指標[8]。許多研究表明，葉片衰老是葉綠素及可溶性蛋白質含量減少的過程，可溶性蛋白質含量可反映葉片酶的總體水平和生理活性高低，葉綠素含量衡量葉片光合性能，其降解速度也可反映出葉片衰老程度[9-11]。Ca2+作為第二信使，參與植物生長發育與衰老、 光合作用電子傳遞和光合磷酸化[12]，同時鈣離子與蛋白質的合成密切關聯。鈣能夠有效提高亞高溫下番茄葉片的光合作用，使番茄葉片維持較高的光合能力[13]，增施鈣素能夠提高鹽脅迫下西瓜幼苗可溶性蛋白的含量[14]。本試驗表明，隨著厚皮甜瓜坐果節位葉片的生長和衰老，葉綠素含量、 凈光合速率(Pn)和蛋白質含量均呈先升高后迅速下降趨勢，說明葉片生長前期,隨著葉綠素含量的逐漸提高，葉片中以各種酶為主體的總體水平和生理活性較高，葉片的光合能力也隨之提高，而后期由于葉片衰老，導致葉綠素及可溶性蛋白質含量減少，葉片生理活性下降，光合能力也隨之降低。葉面噴施一定濃度的硝酸鈣溶液，各處理坐果節位葉片的葉綠素、 凈光合速率(Pn)和可溶性蛋白質含量在整個過程中都較對照增高，說明一定濃度的硝酸鈣處理可以延緩坐果節位葉片衰老，提高坐果節位葉片的光合能力。

葉片衰老與活性氧積累呈正相關，而植物體內的抗氧化酶活性可反映植物對活性氧的清除能力[8]。前人研究認為，外源 Ca2+可能通過激活抗氧化系統保護酶 SOD、 POD 酶活性，減少葉片中的 MDA 積累[15-18]。本試驗表明，在葉片生長和衰老進程中，POD、 SOD、 CAT 等抗氧化酶的活性呈先升高后降低趨勢，MDA 含量呈上升趨勢。葉面噴施一定濃度的硝酸鈣溶液能顯著提高坐果節位葉片的 POD、 SOD、 CAT 等抗氧化酶活性，降低葉片中 MDA 含量，提高膜的穩定性。這可能是外源 Ca2+通過激活抗氧化系統保護酶 SOD、 POD 酶活性及時清除過多的超氧陰離子，維持植物體內活性氧代謝的平衡，從而維持和保護細胞膜結構的穩定，在一定程度上減輕了活性氧對葉片的傷害，從而減少了葉片中的 MDA 積累，延緩了坐果節位葉片的衰老。

硝酸鈣可以同時為植物提供鈣和氮兩種元素，兩者在植物的生理活動中都起著重要的作用。鈣素和氮素不僅可以提高植物葉片的光合作用和蛋白質含量，而且可以提高甜瓜的產量和品質。一些研究表明，適宜的施氮水平可以提高甜瓜的芳香物質含量和營養品質[19]；一定濃度的鈣素水平可以提高甜瓜的果實產量和品質[20]；葉面噴施適宜濃度的硝酸鈣可以提高嫁接網紋甜瓜的果實糖含量[21]。本研究與前人研究結果基本一致，一定濃度的硝酸鈣處理可以顯著提高厚皮甜瓜小區產量、 果實中的可溶性固形物和可溶性糖含量。這可能是硝酸鈣緩解了厚皮甜瓜葉片衰老、 提高了葉片的光合作用和產物、 增加了同化物運輸的結果。

4 結論

厚皮甜瓜開花結果期葉面噴施適宜濃度的硝酸鈣溶液，可以改善坐果節位功能葉片的物質代謝和抗氧化酶系統，進而延緩坐果節位功能葉片的衰老，增強其光合效率，并提高果實產量和品質。

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