镁对厚皮甜瓜坐果节位叶片叶绿素荧光特性和活性氧清除系统的影响

朱立保， 刘海河,*， 张彦萍, 张利云, 王 正

(1河北农业大学园艺学院，河北保定 071001； 2河北工程大学农学院，河北邯郸 056038)

镁对厚皮甜瓜坐果节位叶片叶绿素荧光特性和活性氧清除系统的影响

朱立保1， 刘海河1,2*， 张彦萍2, 张利云1, 王 正2

(1河北农业大学园艺学院，河北保定 071001； 2河北工程大学农学院，河北邯郸 056038)

厚皮甜瓜; 坐果节位叶片; 镁; 叶绿素荧光特性; 活性氧清除系统

厚皮甜瓜(Cucumismelovar.cantaloupensisL.)是我国设施栽培中的一种重要经济作物。在其高效栽培生产中，果实膨大至成熟期间常发生叶片早衰问题[1]，且不同节位叶片老化速度差异显著，以侧蔓坐果节位功能叶片衰老最快，至果实成熟时，叶片出现严重黄化干枯。坐果节位叶片衰老预示着植物光合系统受到破坏及同化能力的丧失，这在很大程度上限制了甜瓜产量潜能的发挥[2]。因此，探究延缓坐果节位叶片衰老的方法与机理，对于改善厚皮甜瓜果实产量和品质具有重要意义。

镁是组成叶绿素分子结构的中心元素，也是合成磷脂的必要成分，在植物生长发育过程中具有十分重要的作用。一些研究表明，叶片中镁素含量的高低与叶片衰老相关密切。叶面喷施适宜浓度的镁能够显著提高葡萄叶片叶绿素含量和光合作用参数[3]；提高大豆叶片中的可溶性糖和蛋白质含量，降低脯氨酸和MDA含量，降低膜脂过氧化程度[4]；也能增加烤烟的干物质积累量、 叶绿素荧光参数中的量子产量、 光合电子传递速率及过剩激发能的耗散等，从而增强其对强光的保护性调节能力[5]。低镁胁迫会降低龙眼幼苗叶片光合色素含量、 光吸收能力和光合效率[6]。但目前关于镁对厚皮甜瓜叶片衰老及果实生长的影响尚未见报道。

本试验研究了叶面喷施不同浓度的硫酸镁对厚皮甜瓜坐果节位叶片叶绿素含量、 叶绿素荧光特性、 活性氧清除系统以及果实等指标的影响，以期为延缓厚皮甜瓜叶片衰老、 改善果实产量和品质提供施肥方法和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

供试材料为厚皮甜瓜品种‘迎春(F1)’，由河北农业大学栽培和育种研究室提供。供试药剂为MgSO4·7H2O，分析纯。

试验于2013年在保定市清苑县张登屯甜瓜栽培示范基地塑料大棚内进行。试验地0—30 cm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。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%)。7月下旬进行穴盘育苗，8月中旬定植，株行距为35 cm×100 cm，栽培管理与常规生产一致。试验共设4个Mg2+处理浓度，即0(CK)、 2、 4、 6 mmol/L。采用随机区组设计，每处理30株，3次重复。选取大小、 长势一致的甜瓜植株，于坐果节位雌花开放授粉当天对植株叶片进行养分喷施处理，每7 d 喷1次，共喷3次。于处理后7、 14、 21、 28、 35、 42 d上午9时左右采集坐果节位叶片，湿纱布包裹置于冰盒内，带回实验室，进行相关指标测定。

1.2 测定项目及方法

授粉后42天测定每个处理平均单果重，并随机采摘5个果实，取中心部位果肉测定品质指标，可溶性糖采用硫酸-蒽酮法测定，可溶性固形物采用手持糖度计测定，Vc采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定。上述指标测定参照李合生的方法[8]。

试验数据采用Microsoft Excel 2003软件整理和绘图，DPS 7.05软件进行 Duncan’s 多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同镁浓度处理对厚皮甜瓜坐果节位叶片镁及叶绿素含量的影响

由图1A可知，不同镁浓度处理后坐果节位叶片中的镁含量随处理时间的变化趋势基本一致，即先升高再下降。2 mmol/L和4 mmol/L镁处理后的叶片镁含量显著高于对照(P< 0.05)，而6 mmol/L处理后的镁含量28 d后与对照差异不显著。说明适宜浓度的镁素处理可以提高厚皮甜瓜坐果节位叶片的镁含量。

由图1B可知，坐果节位叶片叶绿素含量随叶片生长均呈现先升高后逐渐减少的趋势，且在生长后期降低尤其明显。喷施4 mmol/L镁可显著提高坐果节位叶片叶绿素含量(P< 0.05)，不同天数内，较对照依次增加15.54%、 57.21%、 51.00%、 87.86%、 113.48%和213.83%； 2 mmol/L镁处理后的叶绿素含量较对照有显著增高。表明适宜镁浓度处理可延缓坐果节位叶片衰老过程中叶绿素的降解速度。

2.2 不同镁浓度对厚皮甜瓜坐果节位叶片叶绿素荧光参数和净光合速率的影响

2.2.1 不同镁浓度对厚皮甜瓜坐果节位叶片叶绿素荧光参数的影响 由图2A和图2B可知，不同浓度镁处理的坐果节位叶片Fo值初期递减后再逐渐升高。2 mmol/L和4 mmol/L镁处理后的Fo均显著低于对照。处理28 d后，对照的Fv/Fm开始快速下降，而其他镁浓度处理的Fv/Fm值变化不明显，均处于0.6～0.8范围内。其中，4 mmol/L浓度处理后的Fv/Fm值最高。

ФPSⅡ反映PSⅡ的实际光化学量子效率，不同处理的ФPSⅡ值与坐果节位叶片叶龄增加呈负相关。由图2C和图2D可知，4 mmol/L镁处理后的ФPSⅡ不同时期均显著高于对照与6 mmol/L镁处理(P<0.05)；ETR为表观光合电子传递速率，各处理早期差异不明显，28 d后对照与6 mmol/L镁处理的ETR显著低于2 mmol/L和4 mmol/L镁处理(P< 0.05)。

2.2.2 不同镁浓度对厚皮甜瓜坐果节位叶片净光合速率的影响 由图3可知，坐果节位叶片的净光合速率伴随叶片的成熟和衰老先升高后降低，至21 d时，净光合速率达最大值。不同镁处理均能不同程度提高Pn，其中4 mmol/L镁处理效果最显著(P< 0.05)，其次是2 mmol/L镁处理，6 mmol/L镁处理效果与对照无显著差异。表明，适宜的镁素浓度处理可以显著提高坐果节位叶片的光合能力。

2.3 不同镁浓度处理对厚皮甜瓜坐果节位叶片抗氧化酶活性的影响

由图4可知，坐果节位叶片生长过程中，POD、 SOD和CAT活性都呈先上升后下降的相同趋势。不同浓度镁处理对POD、 SOD和CAT活性有影响。2 mmol/L 和4 mmol/L 镁处理能显著提高坐果节位叶片POD、 SOD和CAT的酶活性。而6 mmol/L镁处理后的3种保护酶活性均提高不显著。

2.4 不同镁浓度处理对厚皮甜瓜坐果节位叶片的活性氧及丙二醛含量的影响

[注(Note): 柱上不同字母表示同一采样期处理间差异达到5%显著水平 Different letters above the bars at the same stage mean significantly different at the 5% level.]

2.5 不同镁浓度处理对厚皮甜瓜营养品质和单果重的影响

由表1可知，2 mmol/L和4 mmol/L镁处理均可提高果实可溶性糖、 可溶性固形物、 Vc及可溶性蛋白含量，且达到显著水平(P<0.05)。其中，2 mmol/L浓度处理后，上述指标依次增加12.30%、 16.40%、 9.86%和28.30%，而4 mmol/L浓度处理的增幅是22.34%、 19.73%、 32.31%及40.91%，不同浓度镁处理对甜瓜单果重影响不显著。

3 讨论

镁是叶绿素结构的必要组成部分，与光合作用直接相关，同时具有调节细胞多种酶活性和维持细胞膜稳定的功能[10]。缺镁引起叶绿素含量下降、 导致叶绿体类囊体膜形态结构异常，直接影响PSII和PSⅠ的功能[11]。本研究显示，随着厚皮甜瓜果实的生长，坐果节位叶片的镁与叶绿素含量均呈先增加后减少的变化趋势。2 mmol/L及4 mmol/L硫酸镁处理后，坐果节位叶片的镁含量和叶绿素含量均得到提高。该结果与前人在葡萄[3]上的研究结论基本一致。表明适宜浓度的镁处理可以提高功能叶片镁元素含量，促进叶绿素合成并维持叶绿体结构的稳定，延缓叶片衰老，延长叶片功能期。

[注(Note): 柱上不同字母表示同一采样期处理间差异达到5%显著水平 Different letters above the bars at the same stage mean significantly different at the 5% level.]

本研究显示，坐果节位叶片生长过程中，POD、 SOD和CAT 等抗氧化酶活性先增强后快速减弱，活性氧和MDA含量逐渐升高。2 mmol/L和4 mmol/L 镁处理后，POD、 SOD和CAT 等抗氧化酶活性较对照增强，而活性氧和MDA含量较对照相应降低。该结果与镁在黄瓜[14]、 大豆[15]上的研究基本一致。由此看出，适宜浓度的镁处理可以提高坐果节位叶片的抗氧化酶活性，及时清除活性氧和膜脂过氧化物，维持细胞膜和叶绿体结构的稳定性，延缓叶片衰老速度。

[注(Note): 柱上不同字母表示同一采样期处理间差异达到5%显著水平 Different letters above the bars at the same stage mean significantly different at the 5% level.]

一般认为，PSII反应中心受到破坏或可逆失活时会引起Fo增加，而Fo降低可能是由于PSII天线色素的非光化学能量耗散导致的[16]。逆境胁迫下的荧光参数Fv/Fm、 ETR和ФPSⅡ等均呈现下降趋势[17-18]。本试验结果表明，叶片自然衰老情况下，PSII反应中心受到损伤，光合活性下降，原初光能转换效率降低，电子传递能力变弱，PSⅡ潜在活性受到抑制，净光合速率变慢。该结论与小麦[19]、 脐橙[20]上的研究结论类似。而4 mmol/L镁处理后的叶片Fv/Fm、 ФPSⅡ及ETR均维持在较高水平，净光合速率得到提升，Fo开始下降，说明一定浓度的镁处理增加了叶片PSII天线色素的非光化学能量耗散，缓解了光系统受损程度；同时保持PSⅡ原初光能转换效率和潜在活性，提高实际光化学量子效率与表观光电子传递速率以及净光合速率，从而合成较多用于暗反应的同化力ATP和NADPH，提高叶片光合能力。这一结果与烟草上[22]的研究结果相符。

植物体内的镁元素含量高低与其产量和品质关系密切。本研究得出，外源施加2 mmol/L及4 mmol/L浓度的镁处理能够提高甜瓜果实中可溶性糖、 可溶性固形物、 Vc及可溶性蛋白的含量，但对单果重量影响不显著，该结果与前人在台湾青枣[21]和厚皮甜瓜[22]上的研究结果基本一致。表明合理的镁肥施用量能够提高厚皮甜瓜的品质。

4 结论

注(Note): 同列数值后不同字母表示处理间0.05水平差异显著 Values followed by different letters are significantly different among treatments at 0.05 level．

[1] 范伯圣. 留蔓和留果数对厚皮甜瓜植株生长发育及生理特性的影响[D]. 南京: 南京农业大学硕士学位论文, 2010. Fan B S. The effects of vine and fruit numbers on plant growth and physiological characters of muskmelon[D]. Nanjing: MS Thesis of Nanjing Agricultural University, 2010.

[2] 梁秋霞, 曹刚强, 苏明杰, 秦广雍. 植物叶片衰老研究进展[J]．中国农学通报, 2006, 22(8): 282-285. Liang Q X, Cao G Q, Su M J, Qin G Y. Research progress on plant leaf senescence[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2006, 22(8): 282-285.

[3] 韩艳婷, 杨国顺, 石雪晖, 等. 不同镁营养水平对红地球葡萄叶绿体结构及光合响应的影响[J]. 果树学报, 2011, 28(4): 603-609． Han Y T, Yang G S, Shi X Hetal. Effects of different magnesium concentrations on chloroplast ultrastructure and photosynthetic response ofVitisviniferacv. red globe[J]. Journal of Fruit Science, 2011, 28(4): 603-609.

[4] 王芳, 刘鹏, 史锋, 朱靖文. 镁对大豆叶片抗氧化代谢的影响[J]. 中国油料作物学报, 2006, 28(1): 32-38. Wang F, Liu P, Shi F, Zhu J W. Effect of magnesium(Mg)on antioxidant metabolism of soybean leaves[J]. Chinese Journal of Oil Crop Science, 2006, 28(1): 32-38.

[5] 关广晟, 屠乃美, 肖汉乾, 等. 镁对烟草生长及叶片叶绿素荧光参数的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2008, 14(1): 151-155. Guan G S, Tu N M, Xiao H Qetal. Effects of magnesium on tobacco growth and chlorophyll fluorescence parameters of tobacco leaves[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2008, 14(1): 151-155.

[6] 李延, 刘星辉, 庄卫民. 缺镁对龙眼光合作用的影响[J]. 园艺学报, 2001, 8(2): 101-106. Li Yan, Liu X H, Zhuang W M. The effect of magnesium deficiency on photosynthesis of longan(DimocarpuslonganaLour.)seedlings[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2001, 28(2): 101-106.

[7] 李靖, 徐娟, 赵宁, 马长乐. 微波消解-ICP-OES法测定麻竹中12种矿质元素含量的实验[J]. 西部林业科学, 2012, 41(2): 99-101. Li J, Xu J, Zhao N, Ma C L. Determination of 12 kinds of mineral elements in dendrocalamus latiflorus by microwave digestion-ICP-OES[J]. Journal of West China Forestry Science, 2012, 41(2): 99-101.

[8] 李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000. Li H S. Experiment principle and technique for physiology and biochemistry[M]. Beijing: Higher Education Press, 2000.

[9] 李玲. 植物生理学模块实验指导[M]. 北京: 科学出版社, 2009. Li L. Plant physiology experiment module[M]. Beijing; Science Press, 2009.

[10] 李春俭. 高级植物营养学[M]. 北京: 中国农业大学出版社, 2008. Li C J. Mineral nutrition of higher plants[M]. Beijing: China Agricultural University Press, 2008.

[11] Hermans C, Johnson G N, Strasser R Jetal. Physiological cha- racterization of magnesium deficiency in sugar beet: Acclimation to low magnesium differentially affects photosystems I and II[J]. Planta, 220: 344-355.

[12] 刘群龙, 王朵, 吴国良, 等. 硒对酥梨叶片衰老及抗氧化酶系统的影响[J]. 园艺学报, 2011, 38(11): 2059-2066. Liu Q L, Wang D, Wu G Letal. Effects of selenium on leaf senescence and antioxidase system inpyrusbretschneider‘Dangshan Suli’[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2011, 38(11): 2059-2066.

[13] 吴晓艳, 周守标, 程龙玲, 等. 营养液对鸭儿芹幼苗生长、 抗氧化酶活性及叶绿素荧光参数的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(4): 1026-1034. Wu X Y, Zhou S B, Cheng L Letal. Effects of nutrient solution on growth, antioxidase activities and chlorophyll fluorescence parameters of Cryptotaenia japonica seedling[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(4): 1026-1034.

[14] 谢小玉, 刘晓建, 刘海涛. 不同温度下镁胁迫对黄瓜光合特性和活性氧清除系统的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(5): 1231-1235. Xie X Y, Liu X J, Liu H T. Effects of magnesium stress on photosynthetic character and active oxygen scavenging system in cucumber under different temperature[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(5): 1231-1235.

[15] 王芳, 刘鹏, 史锋, 朱靖文. 镁对大豆叶片细胞膜透性和保护酶活性的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2005, 11(5): 659-664. Wang F, Liu P, Shi F, Zhu J W. Influences of magnesium on cell membrane permeability and activities of protective enzymes of soybean leaves[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2005, 11(5): 659-664.

[16] Bjêrkman O, Demmig B. Photon yield of O2evolution and chlor- ophyll fluorescence characteristics at 77 k among vascular plants of diverse origins[J]. Planta, 1987, 170: 489-504.

[17] 吴雪霞, 于力, 朱为民. 外源一氧化氮对NaCl胁迫下番茄幼苗叶绿素荧光特性的影响[J]. 中国生态农业学报, 2009, 17(4): 746-751. Wu X X, Yu L, Zhu W M. Effect of exogenous nitric oxide on chlorophyll fluorescence characteristics in tomato seedlings under NaCl stress[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2009, 17(4): 746-751.

[18] 罗黄颖, 高洪波, 高志奎, 等. CPPU和6-BA对盐胁迫下番茄活性氧代谢及叶绿素荧光的影响[J]. 西北植物学报, 2010, 30(9): 1852-1858. Lou H Y, Gao H B, Gao Z Ketal. Reactive oxygen species metabolism and chlorophyll fluorescence parameters in tomato seedlings under NaCl stress with exogenous cytokinins treatment[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2010, 30(9): 1852-1858.

[19] 白月梅, 黄薇, 张邦杰, 等. 小麦叶片逆向衰老中叶绿素及荧光参数的变化[J]. 西北农业学报, 2013, 22(7): 95-99. Bai Y M, Huang W, Zhang B Jetal. Variations of chlorophyll content and chlorophyll fluorescence parameters during inverted senescing process of wheat leaves[J]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica, 2013, 22(7): 95-99.

[20] 凌丽俐, 周薇, 彭良志, 等. 缺镁对‘纽荷尔’脐橙不同叶片叶绿素及荧光特性的影响[J]. 果树学报, 2013, 30(2): 235-240. Ling L L, Zhou W, Peng L Zetal. Effects of magnesium deficiency on chlorophyll and fluorescence characteristics of ‘Newhall’ navel orange(Citrussinensis)leaves at various age[J]. Journal of Fruit Science, 2013, 30(2): 235-240.

[21] 吕玉兰, 黄家雄, 王跃全. 镁肥对台湾青枣叶片叶绿素含量和果实品质的影响[J]. 热带农业科学, 2010, 30(12): 17-19. Lv Y L, Huang J X, Wang Y Q. Effects of magnesium fertilizer on chlorophyll content of leaves and fruit quality of ber(zizyphusmauritianaLam.)[J]. Chinese Journal of Tropical Agriculture, 2010, 30(12): 17-19.

[22] 唐小付, 龙明华, 于文进, 等. 不同钾、 钙、 镁水平对厚皮甜瓜产量和品质的影响[J]. 北方园艺, 2008, (4): 17-20. Tang X F, Long M H, Yu W Jetal. The yield and quality of melon as influenced by different levels of potasium, calcium, and magnesium[J]. Northern Horticulture, 2008, (4): 17-20.

Effects of magnesium on chlorophyll fluorescence and active oxygen scavenging system of fruiting-node leaves of muskmelon

ZHU Li-bao1, LIU Hai-he1,2*, ZHANG Yan-ping2, ZHANG Li-yun1, WANG Zheng2

(1CollegeofHorticulture,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071001,China; 2CollegeofAgronomy,HebeiEngineeringUniversity,Handan,Hebei056038,China)

muskmelon; leaves of fruiting-node; Mg; chlorophyll fluorescence; active oxygen scavenging system

2014-05-28 接受日期: 2014-09-10 网络出版日期: 2015-06-04

国家西甜瓜产业技术体系建设专项资金(CARS-26-25)；河北省科技支撑计划重点项目(11220801D, 13226914D)；邯郸市科学技术研究与发展计划项目(1222101059，1322101066-4)资助。

朱立保(1988—)，男，河北望都人，硕士研究生，主要从事甜瓜栽培及生理研究。E-mail: 626702738@qq.com * 通信作者 E-mail: yylhh@hebau.edu. cn

S143.7； S652

A

1008-505X(2015)05-1279-07