硝酸钙对厚皮甜瓜坐果节位叶片衰老及果实产量和品质的影响

张利云， 刘海河，*， 张彦萍， 朱立保

(1 河北农业大学园艺学院， 河北保定 071000； 2 河北工程大学农学院， 河北邯郸 056038)

厚皮甜瓜是我国设施栽培的主要园艺作物。生产上发现，厚皮甜瓜在果实膨大过程中，植株不同部位叶片衰老速度差异明显，以子蔓坐果节位的功能叶片衰老最为迅速，在果实成熟时，坐果节位叶片衰老严重，叶面产生大量坏死斑，甚至整个叶片焦枯。由叶片衰老引起的同化功能的衰退会很大程度上限制作物产量潜能的发挥，并降低产品品质[1]。因此，研究延缓厚皮甜瓜功能叶片衰老的方法和机理，对提高厚皮甜瓜果实产量和品质有重要意义。

Ca2+对植物的生理生化代谢具有重要的调控作用。前人研究发现，Ca2+能延缓水稻离体叶片的衰老[2]。适当的增施钙肥有利于番茄光合作用的提高[3]。在苹果、 柑橘等产品器官生长发育时期合理使用钙肥，可提高果实的产量和品质[4,5]。有关钙对延缓厚皮甜瓜坐果节位叶片衰老以及对果实生长和品质影响的研究尚未见报道。本文研究了喷施不同浓度硝酸钙对厚皮甜瓜坐果节位叶片的叶绿素含量、 净光合速率(Pn)、 可溶性蛋白质含量、 MDA 含量、 抗氧化酶活性、 果实产量和品质等生理指标的影响，以期为延缓厚皮甜瓜叶片衰老，提高果实产量和品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2012年8至11月在清苑县张登镇甜瓜种植基地塑料大棚内进行。供试作物厚皮甜瓜品种为“迎春(F1)”，由河北农业大学甜瓜栽培和育种研究室提供。试验地0—30 cm土壤耕层为沙壤土，有机质含量为14.10 g/kg、 全氮1.16 g/kg、 全磷0.99 g/kg、 全钾20.50 g/kg、 碱解氮49.60 mg/kg、 速效磷44.00 mg/kg、 速效钾138.91 mg/kg。8月上旬种子经浸种催芽后播种育苗，三叶一心时按行株距100 cm×35 cm定植于棚室中。定植前施足基肥，施肥量为腐熟农家肥 30 t/hm2，磷酸二铵450 kg/hm2(含 N 18 %和 P2O546%)，硫酸钾300 kg/hm2(含K2O 51%)。采用单干整枝和吊蔓栽培方式，在主蔓第12节留子蔓，子蔓第一节位留瓜，瓜前留1叶摘心，主蔓25片叶打顶，其他管理同常规生产。

田间试验采用随机区组设计，试验小区面积为3.5 m2(长×宽=3.5 m×1 m)，每小区定植10株，每个处理三次重复，待留瓜侧蔓雌花开放授粉时，分别以4种不同浓度的硝酸钙0(CK)、 10、 20、 30 mmol/L，连续2次叶面喷施，时间间隔为7天。

1.2 项目测定及方法

从留瓜侧蔓结实花开花授粉后第7天开始，至授粉后第42天果实采收止，每隔一周采集一次坐瓜节位叶片，每次上午9时取样后放置于冰盒带回实验室。将叶片正反两面用去离子水冲洗干净后纱布拭干，并用锡纸包好，液氮速冻，-20℃保存待测。

取0.500 g样品剪碎，置于预冷的研钵中，加入3 mL含1% PVP、 pH 7.8、 50 mmol/L的冷磷酸缓冲液，冰浴研磨，匀浆冷冻离心20 min(2℃，15000 r/min), 上清液即为酶提取液，用于测定各种抗氧化酶的活性。过氧化物酶(POD)采用愈创木酚法，超氧化物歧化酶(SOD)采用氮蓝四唑法，过氧化氢酶(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测定。上述生理生化指标的测定均参照李合生的方法[6]。

在授粉后42天计算每个处理小区产量并随机采摘5个果实，测定果实品质指标。可溶性固形物含量采用便携式数字测糖仪测定，果实可溶性糖含量采用硫酸-蒽酮法测定；果实 VC含量采用2，6-二氯靛酚滴定法测定；果实有机酸含量采用 NaOH 滴定法测定，具体方法参照孔祥生等的方法[7]。

试验数据整理采用Excel 2003软件整理，用 DPS 软件进行 Duncan’s 多重比较分析，不同的小写字母表示在α= 0.05水平上差异显著。

2 结果与分析

2.1 硝酸钙对坐果节位叶片衰老进程中叶绿素含量和净光合速率的影响

在坐果节位功能叶片的生长和衰老过程中，叶绿素含量和净光合速率表现为先上升后下降的趋势，净光合速率在后期表现为急剧下降(图1)，这与叶色变化相一致。与对照相比，不同处理的叶绿素含量和净光合速率存在着差异并均高于对照，以20 mmol/L的硝酸钙处理与对照和其他处理相比效果差异显著(P<0.05)。喷施20 mmol/L的硝酸钙处理，在6个时期较对照的叶绿素含量的增幅分别为12.62%、 23.26%、 22.32%、 22.62%、 26.64%、 60.67%；净光合速率的增幅分别为20.91%、 16.20%、 27.68%、 45.84%、 58.21%、 61.84%。结果表明，喷施20 mmol/L的硝酸钙可显著延缓坐果节位叶片叶绿素的降解，提高叶片的净光合速率。

2.2 硝酸钙对坐果节位叶片中抗氧化酶活性的影响

由图2可知，厚皮甜瓜坐果节位叶片在生长和衰老过程中，坐果节位叶片中的过氧化物酶(POD)、v超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化物酶的活性也呈先上升后下降的趋势，不同浓度硝酸钙处理的POD、 SOD、 CAT活性存在着差异。与对照相比，相同时期不同浓度处理的POD、 SOD、 CAT活性均高于对照，且20 mmol/L的硝酸钙处理在授粉14天以后始终显著高于对照(P<0.05)。喷施20 mmol/L的硝酸钙处理，坐果节位叶片不同时期的POD活性分别较对照提高13.54%、 23.67%、 29.64%、 23.42%、 54.29%、 72.34%；SOD活性分别较对照高12.45%、 17.76%、 18.84%、 27.93%、 20.23%、 29.92%；CAT活性分别较对照高10.91%、 12.25%、 22.66%、 21.22%、 18.34%、 22.06%。研究表明， 20 mmol/L的硝酸钙处理，能够显著提高生长和衰老过程中的坐果节位叶片中POD、 SOD、 CAT等抗氧化物酶的活性。

图1 硝酸钙对坐果节位叶片叶绿素含量和净光合速率的影响Fig.1 Effects of calcium nitrate on chlorophyll content and net photosynthesis rate of leaves in fruiting nodes[注(Note)： 柱上不同字母分别表示处理间差异达5%显著水平 Different letters above the bars mean significant differences at the 5% level.]

图2 硝酸钙对坐果节位叶片中POD、 SOD和CAT活性的影响Fig.2 Effect of calcium nitrate on the activities of POD, SOD and CAT of leaves in fruiting nodes[注(Note)： 柱上不同字母分别表示处理间差异达5%显著水平 Different letters above the bars mean significant differences at the 5% level.]

2.3 硝酸钙对坐果节位叶片丙二醛和可溶性蛋白含量的影响

图3表明，厚皮甜瓜坐果节位叶片在生长和衰老过程中，叶片中的丙二醛(MDA)含量呈逐渐上升趋势，而可溶性蛋白质的含量表现为先上升后下降的趋势。在授粉后第7天，各浓度处理与对照的MDA含量和可溶性蛋白含量差异不显著，自第14天以后，20 mmol/L硝酸钙处理的MDA含量显著低于对照(P<0.05)，而可溶性蛋白的含量显著高于对照。20 mmol/L的硝酸钙处理的MDA含量不同时期分别比对照降低8.05%、 13.02%、 21.62%、 29.01%、 30.62%、 31.93%；可溶性蛋白质含量与对照相比不同时期的增幅分别为7.6%、 11.48%、 17.56%、 24.32%、 39.06%、 126.67%。结果表明，20 mmol/L硝酸钙处理能够显著降低坐果节位叶片生长和衰老过程中的膜质过氧化水平，提高叶片的可溶性蛋白质含量，使叶片保持较高的生理活性。

图3 硝酸钙对坐果节位叶片丙二醛和可溶性蛋白含量的影响Fig.3 Effect of calcium nitrate on MDA and soluble proteins contents of leaves in fruiting nodes[注(Note)： 柱上不同字母分别表示处理间差异达5%显著水平 Different letters above the bars mean significant differences at the 5% level.]

2.4 硝酸钙对厚皮甜瓜果实产量和品质的影响

表1 硝酸钙对厚皮甜瓜果实产量和品质的影响Table 1 Effect of calcium nitrate on fruit yield and quality of muskmelon

注(Note): 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters are significantly different between the treatments at the 5% level.

3 讨论

叶片失绿和蛋白质水解是衡量叶片衰老的重要生理指标[8]。许多研究表明，叶片衰老是叶绿素及可溶性蛋白质含量减少的过程，可溶性蛋白质含量可反映叶片酶的总体水平和生理活性高低，叶绿素含量衡量叶片光合性能，其降解速度也可反映出叶片衰老程度[9-11]。Ca2+作为第二信使，参与植物生长发育与衰老、 光合作用电子传递和光合磷酸化[12]，同时钙离子与蛋白质的合成密切关联。钙能够有效提高亚高温下番茄叶片的光合作用，使番茄叶片维持较高的光合能力[13]，增施钙素能够提高盐胁迫下西瓜幼苗可溶性蛋白的含量[14]。本试验表明，随着厚皮甜瓜坐果节位叶片的生长和衰老，叶绿素含量、 净光合速率(Pn)和蛋白质含量均呈先升高后迅速下降趋势，说明叶片生长前期,随着叶绿素含量的逐渐提高，叶片中以各种酶为主体的总体水平和生理活性较高，叶片的光合能力也随之提高，而后期由于叶片衰老，导致叶绿素及可溶性蛋白质含量减少，叶片生理活性下降，光合能力也随之降低。叶面喷施一定浓度的硝酸钙溶液，各处理坐果节位叶片的叶绿素、 净光合速率(Pn)和可溶性蛋白质含量在整个过程中都较对照增高，说明一定浓度的硝酸钙处理可以延缓坐果节位叶片衰老，提高坐果节位叶片的光合能力。

叶片衰老与活性氧积累呈正相关，而植物体内的抗氧化酶活性可反映植物对活性氧的清除能力[8]。前人研究认为，外源 Ca2+可能通过激活抗氧化系统保护酶 SOD、 POD 酶活性，减少叶片中的 MDA 积累[15-18]。本试验表明，在叶片生长和衰老进程中，POD、 SOD、 CAT 等抗氧化酶的活性呈先升高后降低趋势，MDA 含量呈上升趋势。叶面喷施一定浓度的硝酸钙溶液能显著提高坐果节位叶片的 POD、 SOD、 CAT 等抗氧化酶活性，降低叶片中 MDA 含量，提高膜的稳定性。这可能是外源 Ca2+通过激活抗氧化系统保护酶 SOD、 POD 酶活性及时清除过多的超氧阴离子，维持植物体内活性氧代谢的平衡，从而维持和保护细胞膜结构的稳定，在一定程度上减轻了活性氧对叶片的伤害，从而减少了叶片中的 MDA 积累，延缓了坐果节位叶片的衰老。

硝酸钙可以同时为植物提供钙和氮两种元素，两者在植物的生理活动中都起着重要的作用。钙素和氮素不仅可以提高植物叶片的光合作用和蛋白质含量，而且可以提高甜瓜的产量和品质。一些研究表明，适宜的施氮水平可以提高甜瓜的芳香物质含量和营养品质[19]；一定浓度的钙素水平可以提高甜瓜的果实产量和品质[20]；叶面喷施适宜浓度的硝酸钙可以提高嫁接网纹甜瓜的果实糖含量[21]。本研究与前人研究结果基本一致，一定浓度的硝酸钙处理可以显著提高厚皮甜瓜小区产量、 果实中的可溶性固形物和可溶性糖含量。这可能是硝酸钙缓解了厚皮甜瓜叶片衰老、 提高了叶片的光合作用和产物、 增加了同化物运输的结果。

4 结论

厚皮甜瓜开花结果期叶面喷施适宜浓度的硝酸钙溶液，可以改善坐果节位功能叶片的物质代谢和抗氧化酶系统，进而延缓坐果节位功能叶片的衰老，增强其光合效率，并提高果实产量和品质。

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