不同光照水平对西瓜生长发育特性的影响

熊 韬，胡国智，吴海波，冯炯鑫

(新疆农业科学院哈密瓜研究中心，新疆 乌鲁木齐 830091)

西瓜(Citrulluslanatus)属葫芦科，西瓜属，为一年生蔓性草本植物，作为一种重要的园艺作物，栽培区域广泛分布于世界各地，在世界瓜果生产中占有极其重要的位置[1]。我国是西瓜生产与消费第一大国，产量占世界总产量的70%，长期稳居世界第1位[1]。西瓜为喜光植物，整个生育期都需要充足的光照强度和时数，其光饱和点和光补偿点分别为80 000 lx，4 000 lx[2～4]。在光线充足的环境下，西瓜植株的长势旺盛，叶片肥厚，抗病能力强，果实品质优，产量高。而光线条件差，则易导致茎杆细弱，节间伸长，植株徒长，不利于其生长发育[5]。

近年来西瓜保护地栽培蓬勃发展，但在设施反季节栽培和西瓜春提早—秋延晚实际生产中，经常会遇到连续阴天等弱光气候条件，不利于植株正常生长和果实发育。因此，研究不同光照水平对西瓜生长发育的影响具有重要意义。

郭尚[6]等的研究发现，西瓜叶片在50% 光照水平下，会出现轻度的“午睡” 现象，自然光处理叶片不会出现“午睡”现象。王学梅[7]等通过试验，获得了西瓜在连续弱光条件下果实发育与正常光照条件下的差别，认为光照也是影响西瓜产量和品质的重要因素。王宇楠[8]等研究得出，西瓜果实生长初期遇到弱光对果实鲜重影响最大。以上研究多以光照对西瓜果实发育及品质影响的为主。

光作为植物所需的自然资源，对促进植物生长发育、植株形态构成和果实形成等方面有非常重要的影响[9]。国内外有关弱光对西红柿、番茄等蔬菜影响的研究较多，但有关弱光影响西瓜生长发育方面研究的报道较少[10]。因此，在日光温室栽培条件中，通过设置不同的光照强度，探究弱光条件下西瓜植株营养生长及发育状态的变化情况，为设施栽培条件下西瓜的光照管理措施提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验条件与材料

试验于2017年3-6月在新疆农业科学院哈密瓜研究中心推广示范基地(东经89°6′6″，北纬42°57′43″)进行，该科研基地位于吐鲁番市高昌区亚尔镇铁日克其村，当地气候干旱少雨，年降水量约17 mm，蒸发量为2 983.5 mm。供试温室为砖混墙面，拱形钢架结构，温室长度为90 m，宽度为9.5 m。

供试西瓜品种早佳(8424)是由新疆农业科学院哈密瓜研究中心提供。该品种整个生长周期长势稳健，极易座果，果实品质优良，适宜作设施栽培和露地栽培。

1.2 试验设计

2017年3月20日经催芽后播种，采用营养钵育苗。4月3日定植在温室，采用膜下双毛管滴灌和试验小区栽培形式，株行距为45 cm×85 cm。所有小区统一按照常规方法进行田间管理。试验共设置3个处理：处理一为温室内全光照 (CK)，处理二为温室内全光照的55% (L2)，处理三为温室内全光照的32% (L3)。遮光方式以采用搭竹架作为支撑，在植株上方覆盖单层遮荫网和双层白色防虫网(80目)实现。每个处理3次重复。每个小区面积为40.5 m2。

1.3 样品的采集处理与测定

1.3.1 植株不同部位叶片SPAD值的测定方法

各小区挑选3株长势及发育水平相似的植株进行数据采集，选取植株上部(第15节)、中部(第10节)、下部(第5节)的叶片进行SPAD值测定。使用KONICA MINOLTA公司生产的手持式SPAD-502Plus叶绿素仪，分别对叶片不同部位测取5次，将5次测量的平均值作为每片叶的SPAD值，测定时为保证数据准确性，注意避开叶脉。

1.3.2 茎粗和节间长度测定 当西瓜幼苗长出三片真叶时，开始采取遮光处理，待处理7 d 后，各小区根据生长情况选取3株生长势相近的植株进行挂牌标记，从幼苗期开始至开花期每隔5d 对茎粗和株高进行测量记录，共测定7次。株高用卷尺测量生长点到子叶的垂直距离，茎粗用游标卡尺测量西瓜主蔓第7～8茎节处[11]。

1.3.3 干物质积累量测定 干物质测定采用烘干称重法。在西瓜五个生育期进行采样，每次采完整植株5棵，用电子天平称量并记录鲜重，然后将鲜样置于105℃的烘箱中杀青30 min，然后降温至75℃的条件下烘干至恒重，分别测定记录其干重。

1.3.4 数据处理 试验数据采用SPSS 22.0、Excel 2007数据处理软件进行方差分析及显著性检验。

2 结果与分析

2.1 光照强度对西瓜植株不同部位叶片SPAD值的影响

图1 光照强度对西瓜三个部位叶片SPAD值的影响

叶绿素是高等植物含有的一类绿色色素，是进行光合作用的主要色素。通常情况下可直观的根据叶绿素水平的高低来衡量植物的光合能力及判断植株的生长状态。叶绿素的合成及含量与植物所处的环境条件息息相关[12]。前人在薄皮甜瓜[13]、棉花[14]、小麦[15]上的研究表明，叶片SPAD值与其叶绿素含量相关性极其显著。通过对西瓜植株上、中、下三个部位叶片SPAD值的测定发现，遮光处理显著降低了L2、L3处理三个部位叶片的SPAD值水平，与CK相比，分别降低了15.3%、10.2%、21.2%和23.6%、21.5%、25.5%。

由此可见，持续的弱光条件不利于叶片光合色素的合成，使叶绿素含量出现减少，从而将直接降低叶片的进行光合作用的能力，导致后期植株生长发育受到不利影响。

2.2 不同光照强度对西瓜植株生长发育的影响

图2 不同光照强度下西瓜株高的变化

图3 不同光照强度下西瓜茎粗的变化

植株的形态特性是植物整个生长周期中具有代表性和说服力的指标。图2表明，2个光照处理的株高均>CK，并且2个光照处理间的株高也存在差异，在整个处理期间，L3处理株高均>L2处理。最后1次测量株高时，L2处理和L3处理的株高分别为92.3 cm 和71.9 cm，分别比CK处

理高33%和10.3%，这表明西瓜在营养生长这一阶段出现茎秆徒长的现象与长期、持续性的弱光环境有着重要的因果关系；L2处理的植株在生长初期表现出徒长趋势，但在生长后期株高增加速度开始放缓，逐渐与自然光照条件下植株的株高相近。

图3中，各遮光处理的茎粗都随着植株生育期的进行在逐渐的增加，4月20日之后，各处理间的茎粗开始出现明显的差异。两个光照处理茎粗的增量均显著低于CK处理，5月20日测量各处理茎粗的结果中，L3处理的茎粗比CK处理低69%；L2处理的茎粗明显>L3处理，但

2.3 不同光照强度对西瓜光和产量积累的影响

图4 各处理生物产量积累分配情况

植物的整个生育期的生物产量与其生长状况存在着非常密切的联系。由图4可知，光照强度对西瓜植株光和产量积累有显著的影响，两个光照处理与对照的鲜重和干重差异极显著(P<0.05)，比对照的叶鲜重分别下降19.8%、26.3%，叶干重分别下降38.3%、52.5%，茎鲜重和茎干重的下降幅度都已超过了40%，分别达到40.1%、52.6%%和53%、62%，根鲜重和根干重降幅比例最大，分别达到45.6%、53.1%和57.6%、63.7%。这表明，光照强度的降低进一步减小了总辐射量，造成作物同化CO2的含量随之降低，从而引起植株各器官的光合生产量不断下降。由此可见，光照不足是影响西瓜生长发育的一个重要因素。

3 结论与讨论

植物光合生产所需要的能量主要由光照提供，光照环境对其各阶段的生长发育状态有非常重要的影响。光照通过改变作物外部的生长环境，影响其光合作用 、对水分和营养物质的利用、吸收及再分配等一系列生理过程，影响作物的后期经济产量 。蔡昆争等[16]认为遮荫影响了水稻分蘖数和有效穗数，降低了干物质累积速率和叶面积指数，最终造成根系活力和密度的降低，导致成熟期受到推迟。王洋等[17]通过对不同玉米品种进行持续遮荫处理研究得出，降低光照强度，极易导致玉米根、茎、叶、穗等器官内的干物质积累量出现不同程度的下降，同时缩小了茎基直径，推迟了开花日期，最终对行粒数和千粒重这两个产量指标产生不利影响。

通常情况下，植物在轻度遮光环境中通过对植株形态和生长进行自我调节，如增加株高和叶面积，在水平空间上调整叶平面的方向等方式适应弱光、遮光环境；如弱光程度严重，会严重阻碍植株生长发育，主要表现为叶片黄化、植株茎杆瘦弱甚至死亡[18,19]。

本试验结果表明，持续弱光环境致使西瓜植株逐渐出现徒长现象，两种光照处理植株的株高均>正常光照 ( CK) ，而茎粗均<正常光照 ( CK) 。弱光下的植株只能通过增加株高，调整长势的方式找寻更有效的光合面积，容易造成植株营养物质的浪费，尤其不利于后期植株开花、授粉、坐果，特别在花期授粉时易出现雌花粘液减少、雄花花粉质量下降，花器发育不良，极易导致果实出现“歪瓜”和“化瓜”的现象[20]。

光是叶绿素形成的重要因子，光照不足会影响叶片中的叶绿素含量，从而降低光合作用强度。本研究结果表明，遮光环境显著降低了L2、L3处理的三个部位叶片SPAD值水平，与CK相比，分别降低了15.3%、10.2%、21.2%和23.6%、21.5%、25.5%，并且遮光强度越高，持续时间越长，叶绿素含量越低，这与前人在其他植物上研究分析得出的结论相近，出现这种现象的原因是由于受到光照水平降低的影响，合成叶绿素所需的物质成分的量逐渐减少，从而引起叶片“失绿”和“褪绿”[21]。

前人研究表明，光照强度的减弱会影响作物的光合产量的分配，进而影响作物后期的栽培生产[22]。本研究中，遮光处理后，西瓜的各器官茎杆、叶片、根系的干鲜重都出现明显下降，其中根系下降的幅度最大，分别比CK低57.6%、63.7%。说明光照强度的降低进一步减小了总辐射量，导致植株各器官的光合生产量出现了不同程度的下降。

综上所述，在春秋季日光温室光照强度较弱的栽培环境下，弱光耐受性低的西瓜品系，往往会产生较重弱光胁迫的反应。因此在实际生产中，为避免弱光环境对西瓜植株生长造成胁迫，应合理安排播种和定植日期，确定适宜的栽培密度，或者通过对植株进行适当的整枝调节，提高植株功能叶片的受光面积和强度，保证西瓜获得足够的光照辐射量，从而促进西瓜能正常生长发育。