防落素對大棚無籽西瓜葉片氮代謝及果實品質與產量的影響

張小紅，鄢 錚

（福州市農業科學研究所，福州 350018）

0 引言

弱光、低溫、陰雨等因素常導致大棚栽培的無籽西瓜授粉受精失敗、果實敗育等現象發生[1]。生產上采用防落素(PCPA)噴施植株的花或幼果可以較好地解決落花落果的問題[2]，在甜瓜[3-5]、番茄[6-8]、茄子[9]、西葫蘆[10]、柑橘[11-13]、葡萄[14-16]等作物上都有應用的報道。氮代謝循環是植物生命活動中的重要環節[17]。研究PCPA對作物氮代謝的影響可從生理角度揭示其對作物生長發育的影響，具有重要的意義。PCPA 的作用機理復雜，已有報道的不同作物應用濃度各有差異。關于PCPA在無籽西瓜栽培上的應用及其對植物氮代謝影響的研究均未見報道。筆者研究不同濃度PCPA處理對大棚栽培無籽西瓜葉片氮代謝、果實品質和產量的影響，旨在探討PCPA 對無籽西瓜的生理響應機制及其適用濃度，為生產上的合理應用提供一定理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種‘墨童2 號’無籽西瓜，由先正達種子公司提供。PCPA由鄭州中科化工產品有限公司生產。

1.2 試驗設計

試驗于2019年4月20日定植，6月21日采收。在福州市農業科學研究所的大棚內開展設施栽培，采用地膜覆蓋，設置4個處理3次重復，隨機區組排列，各小區種植20 株。于始花期（5 月20 日）、盛花期（5 月27日）、幼果期（6 月3 日）的傍晚，采用不同質量濃度的PCPA 溶液(0、10、20、40 mg/L)噴施植株的花或幼果，以完全噴濕為度。其中0 mg/L的處理為對照，用清水噴施。其他栽培管理方法同常規。

1.3 樣品采集

分別于始花期、盛花期和幼果期噴施PCPA 溶液處理后的第5 天，采集各處理的植株頂端生長點向下第5片功能葉冷凍（-40℃低溫）保存待測。

1.4 測定方法

可溶性蛋白和全氮含量，以及谷氨酰胺合成酶(GS)、硝酸還原酶(NR)和谷氨酸脫氫酶(GDH)的活性測定參考實驗指南[18-19]的方法。

果實收獲當天，測定各處理的單果重、小區坐果數，并折算為平均單果重、小區產量；授粉后的西瓜掛上標簽，注明授粉日期，于果實成熟時，采用數顯測糖儀測定各處理同一天授粉的果實中心和邊際可溶性固形物含量。

1.5 數據統計分析

數據統計分析采用Excel 2013 和DPS 18.0 等軟件，采用SPSS 19.0進行動態相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度PCPA 處理的無籽西瓜葉片可溶性蛋白含量變化

由表1可以看出，從始花期到幼果期，各處理的無籽西瓜葉片可溶性蛋白含量的變化趨勢均表現為先升后降。在各處理中，20 mg/L處理值最高，顯著或極顯著高于對照，其中始花期比對照增加14.29%，盛花期增加21.28%，幼果期增加12.82%。隨著施用濃度的增加，各處理值表現為先升后降的趨勢，40 mg/L處理值與對照無顯著差異。

表1 不同濃度PCPA處理的無籽西瓜葉片可溶性蛋白含量變化

2.2 不同濃度PCPA 處理的無籽西瓜葉片總氮含量變化

由表2可以看出，從始花期到幼果期，各處理的無籽西瓜葉片總氮含量均呈現不斷下降的趨勢。在各處理中，20 mg/L PCPA處理的葉片總氮含量極顯著高于其他處理，其中始花期比對照增加7.92%，盛花期增加14.33%，幼果期增加12.13%。隨著施用濃度的增加，各處理值表現為先升后降，40 mg/L PCPA處理值極顯著下降，其中始花期比20 mg/L 處理下降3.75%，盛花期下降9.70%，幼果期下降8.96%。

表2 不同濃度PCPA處理的無籽西瓜葉片總氮含量變化

2.3 不同濃度PCPA處理的無籽西瓜葉片GS活性變化

由表3可以看出，從始花期到幼果期，各處理的無籽西瓜葉片GS活性均呈現先升后降的趨勢。在各處理中，20 mg/L PCPA 處理的葉片GS 活性顯著或極顯著高于其他處理，其中始花期比對照增加12.67%，盛花期增加18.96%，幼果期增加22.13%。隨著施用濃度的增加，各處理值表現為先升后降，40 mg/L處理值極顯著下降，其中始花期比20 mg/L 處理下降8.90%，盛花期下降14.64%，幼果期下降16.03%。

表3 不同濃度PCPA處理的無籽西瓜葉片GS活性變化

2.4 不同濃度PCPA 處理的無籽西瓜葉片NR 活性變化

由表4可以看出，從始花期到幼果期，各處理的無籽西瓜葉片NR活性均呈現不斷下降的趨勢。在各處理中，20 mg/L PCPA 處理的葉片NR 活性顯著或極顯著高于其他處理，其中始花期比對照增加69.38%，盛花期增加17.94%，幼果期增加40.12%。隨著施用濃度的增加，各處理值表現為先升后降，40 mg/L處理值極顯著下降，其中始花期比20 mg/L處理下降38.03%，盛花期下降14.26%，幼果期下降26.92%。

表4 不同濃度PCPA處理的無籽西瓜葉片NR活性變化

2.5 不同濃度PCPA處理的無籽西瓜葉片GDH活性變化

由表5可以看出，從始花期到幼果期，各處理的無籽西瓜葉片GDH 活性均呈現不斷下降的趨勢。在各處理中，20 mg/L PCPA 處理的葉片GDH 活性顯著或極顯著高于其他處理，其中始花期比對照增加23.79%，盛花期增加23.44%，幼果期增加76.86%。隨著施用濃度的增加，各處理值表現為先升后降，40 mg/L處理值極顯著下降，其中始花期比20 mg/L 處理下降15.51%，盛花期下降14.59%，幼果期下降37.63%。

表5 不同濃度PCPA處理的無籽西瓜葉片GDH活性變化

2.6 葉片可溶性蛋白、總氮含量與氮代謝相關酶活性之間的相關性分析

由表6可以看出，施用PCPA處理的無籽西瓜葉片可溶性蛋白含量與NR、GS 活性兩兩之間均呈極顯著正相關關系；總氮含量與NR、GS活性兩兩之間均呈顯著正相關關系，與GDH 活性之間呈極顯著正相關關系；GS與GDH活性呈顯著正相關，NR與GS活性呈極顯著正相關，NR與GDH活性呈顯著正相關。

表6 PCPA處理的無籽西瓜葉片氮代謝相關指標之間的相關性分析

2.7 不同濃度PCPA 處理的無籽西瓜果實品質和產量變化

表7顯示，10、20 mg/L PCPA處理的果實產量、可溶性固形物含量均極顯著高于0、40 mg/L處理；40 mg/L處理的果實產量和CK 之間無顯著差異，果實可溶性固形物含量極顯著高于CK。其中，20 mg/L處理的果實產量和可溶性固形物含量最高，產量比CK 提高10.90%，中心可溶性固形物含量比CK 提高6.67%，邊際可溶性固形物含量比CK提高7.14%。

表7 不同濃度PCPA處理的無籽西瓜果實品質和產量的變化

3 結論與討論

PCPA 被植物吸收利用后，能抑制離層形成，有效防止落花落果，促進果實發育[20]。目前已有報道大多集中在PCPA 的使用方法及其對作物生長、產量和品質的影響等方面，關于PCPA 對植株氮代謝過程中產生的生理生化影響的研究未見報道。本研究發現，使用PCPA 噴施設施栽培無籽西瓜植株的花或幼果，可顯著提高葉片可溶性蛋白和總氮含量。這與PCPA在甜瓜上的應用結論一致[2]。葉片可溶性蛋白和氮含量是反映葉片功能及衰老的指標之一[21]。其中，氮素對于調節作物生長、提高產量和改善品質等方面起著重要作用，葉片氮素營養越多，光合作用越強，制造的同化產物越多[22]?？扇苄缘鞍鬃鳛橹参锏臐B透調節物質之一，對于氮的同化代謝也有著重要的作用[23]。PCPA通過抑制植物體內脫落酸的生成，起到防止落葉、落花、落果的作用，因此植株體內能更好地進行氮素營養的積累，從而促進植株生長和果實發育。本試驗結果表明，經過PCPA處理的植株氮代謝進程表現為：適宜濃度促進氮素積累，過高濃度產生抑制作用；20 mg/L處理的果實產量和可溶性固形物含量最高，均極顯著高于CK。該結論與觀察到的無籽西瓜田間生長情況吻合，20 mg/L PCPA處理的植株在整個生育期生長表現最佳，收獲的果實品質和產量顯著優于對照及其他處理。綜上，生產上大棚栽培無籽西瓜應用PCPA 的適宜濃度為20 mg/L。

NR 是催化植物將吸收的硝態氮轉化為亞硝態氮的關鍵酶[24]，GS和GDH參與多種氮化物代謝的調節，是植物氮代謝中心的多功能酶[25-26]。本試驗發現，使用PCPA 噴施設施栽培無籽西瓜植株的花或幼果，可顯著提高葉片GS、NR 和GDH 活性。施用PCPA 可提高植株對氮素的同化能力，促進氮素的積累，且具有“低促高抑”的濃度效應。隨著PCPA 處理濃度的增加，GS、NR和GDH活性均呈現先升后降的趨勢。適宜濃度的PCPA 可通過提高這3 種酶的活性來提高植株的氮同化水平。其中，GS 活性提高可提升GS 循環途徑中NH4+的同化能力，促進氮素代謝進程；NR 活性提高，植株體內NO3-同化能力得到提高；GDH活性增強，可促進NH4+與a-酮戊二酸轉化成谷氨酸[27]。這3種酶活性的提高，共同推動了氮代謝的進程，使得氮素營養有效地被植株吸收利用。本試驗發現，施用PCPA 處理的無籽西瓜葉片可溶性蛋白含量與NR、GS 活性兩兩之間均呈極顯著正相關關系，總氮含量與NR、GS、GDH 活性兩兩之間均呈顯著或極顯著正相關關系。噴施PCPA后的無籽西瓜植株氮代謝過程中葉片可溶性蛋白和總氮含量的提高，以及氮代謝相關酶(GS、NR、GDH)活性的提高，從生理角度解釋了施用PCPA可提高作物產量的現象，在甜瓜、番茄、葡萄、柑橘等作物上都有應用PCPA增產的結論[4,6,12,15]。

本試驗僅探討了PCPA對無籽西瓜植株的生理響應機制，今后研究可進一步從分子生物學角度深入揭示PCPA被植物吸收后在植物體內的運輸、定位、存在形式及作用機制，以更好地指導PCPA 在生產上的合理應用。