不同浓度硝酸钙处理对火龙果幼苗生理生化指标的影响

王立娟，王红林，解 璞，金 超，赵晓珍，王 壮

(1 贵州省农业科学院果树科学研究所，贵阳，550006；2 贵州省关岭布依族苗族自治县农业农村局，贵州关岭，561300)

火龙果原产中北美洲热带沙漠地区[1]，具有丰富的营养物质，如蛋白质、氨基酸、甜菜碱、矿质元素、纤维素等[2-3]，酸甜可口，营养价值高，备受消费者喜爱。近年来引种至海南、广东和贵州等地区，逐渐成为我国重要的热带水果之一[4]。火龙果属热带水果，对低温极为敏感，极大地限制了其在我国的发展。贵州省处于火龙果适宜种植区域的最北端，防范低温是生产中的重要措施之一。前期研究表明，低温处理火龙果与对照相比，有较多金属离子运输相关基因响应低温处理，表明金属离子等矿质元素可能与火龙果抵抗低温有关[5]。植物体中，钙是必需矿质元素之一。钙具有防止膜损伤和渗漏的作用，在维护细胞壁、细胞膜结构和功能中起着重要作用[6]；同时作为细胞内第二信使对提高植物抗逆性也具有重要作用[7]，其作用的中心环节是细胞内Ca2+水平的变化。前期研究表明，浇灌和叶面喷施外源钙均可不同程度提高火龙果幼苗中钙含量，同时对各组织中钾、镁、铁、锰、铜和锌等元素表现出促进或抑制作用，此外浓度和处理时间不同，影响也不尽相同[8]。外源喷施Ca2+可能与抵抗低温有关，但火龙果中Ca2+与抵抗低温是否有关，鲜见报道。本研究在0 ℃冷库中，利用不同浓度Ca2+处理火龙果实生苗植株，检测抗寒相关重要生化指标，借此研究Ca2+是否与其抗寒有关，为抵抗低温提供重要参考。

1 材料与方法

1.1 材料

紫红龙HylocereusundulatusBritt Zihonglong火龙果为我所选育红肉品种，选取其1年生，生长良好枝条，扦插于盛有培养基有底孔的营养钵(45 cm × 35 cm)中育苗，培养基质为育苗基质营养土。待长第二条嫩枝时(约5 cm)，选择长势一致的健康幼苗作为试材，放入0 ℃冷库进行试验。

药品与仪器：Ca(NO3)2(15245-12-2，分析纯，国药集团化学试剂有限公司产)及电导仪(DDS-307A，齐威仪器)。

1.2 方法

试验于2019年11月20日进行。采用正交实验设计，单钵小区，重复2次。设硝酸钙Ca(NO3)2溶液 0(对照)、5、10、15和20 mmol/L等5个处理，每钵浇Ca(NO3)2溶液100 mL，每天处理1次，共处理4 d。处理后第0、1、2、3和4天分别取样，每次取样幼苗9株，3株为1次重复，样品经蒸馏水洗净，吸水纸擦干后分别取根、嫩茎和老茎样品，样品经液氮冷冻处理后，存储于-20 ℃冰箱。取各组织测定含水量(烘干法)，丙二醛(MDA)、脯氨酸含量，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性和相对电导率，每个指标均测试3次。

1.3 数据分析

利用Excel 2010、Origin Pro 2016软件对试验数据进行整理，利用SPSS 18.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 对幼苗含水量的影响

不同浓度Ca(NO3)2处理的火龙果幼苗老茎含水量几乎没有差异，说明一定浓度范围内，Ca(NO3)2对老茎含水量没有显著性影响。随着Ca(NO3)2浓度增加，嫩茎含水量整体呈下降的趋势，但总体差异不大(见表1)。

表1 不同浓度 Ca(NO3)2处理下火龙果幼苗嫩茎和老茎含水量比较

2.2 对幼苗MDA的影响

与对照相比，不同浓度Ca(NO3)2处理的老茎、嫩茎和根中MDA含量差异显著，但不同浓度和处理时间处理下差异较大，不同组织中也有一定差异。

同一浓度Ca(NO3)2处理下，老茎中MDA整体呈现先上升后降低的趋势；Ca(NO3)25 mmol/L处理后第0天和第1天，MDA显著高于对照，第3天和第4天显著低于对照；Ca(NO3)210 mmol/L处理后第2天到第4天，MDA显著低于对照；Ca(NO3)215 mmol/L处理后第0天和第1天，MDA显著性高于对照，第2天和第4天显著低于对照；Ca(NO3)220 mmol/L处理后第2天到第4天，MDA显著低于对照。不同浓度处理下，第0天，5 mmol/L处理MDA显著低于其他处理；第2天，15 mmol/L处理MDA显著低于其他处理(见表2)。

同一浓度Ca(NO3)2处理下，嫩茎中MDA含量变化趋势不一。与对照相比，第0天和第1天，10 mmol/L处理的MDA含量显著升高，第2天和第3天时显著降低；第0天和第1天，15 mmol/L处理的MDA含量显著升高，第2天至第4天时显著降低；第2天和第3天，20 mmol/L处理的MDA含量显著降低。不同浓度处理下，与对照相比，第0天时，Ca(NO3)2处理MDA含量均显著升高，且5 mmol/L处理MDA最高；第1天时，5和10 mmol/L处理MDA含量显著升高；第2天时，Ca(NO3)2处理的MDA含量均显著降低；第3天时，10、15和20 mmol/L处理MDA含量显著降低；第4天时，5 mmol/L处理MDA含量显著高于对照(见表2)。

同浓度Ca(NO3)2处理下，根中MDA含量变化趋势不同。与对照相比，5 mmol/L处理仅在第3天时显著升高；10 mmol/L处理的MDA含量在第2天显著降低；15 mmol/L处理的MDA含量在第3天显著升高；20 mmol/L处理的MDA含量在第3天显著升高，而第2和第4天时显著降低。不同浓度处理下，与对照相比，第0天和第1天时，Ca(NO3)2处理的MDA含量无显著性差异；第2天时，10和20 mmol/L处理显著降低；第3天时，除10 mmol/L处理外，其他Ca(NO3)2处理显著升高；第4天时，仅20 mmol/L处理显著降低(见表2)。

表2 不同浓度Ca(NO3)2处理下火龙果幼苗丙二醛含量比较

2.3 对幼苗POD活性的影响

与对照相比，不同浓度Ca(NO3)2处理下，老茎和嫩茎的POD活性呈现不同的变化趋势，不同浓度和时间也有差异。

老茎在同一浓度Ca(NO3)2处理下，与对照相比，5 mmol/L处理的POD活性在第1天和第2天时显著降低，第3天时显著升高；10 mmol/L处理的POD活性在第0天和第1天显著降低，第3天和第4天显著升高；15 mmol/L处理的POD活性在第0天显著升高，而其他时间均显著降低；20 mmol/L处理的POD活性在第1天显著升高，第3天外，其他时间点均显著降低。不同浓度处理下，与对照相比，第0天，15 mmol/L处理的POD活性显著升高；20 mmol/L处理显著降低；第1天时，20 mmol/L处理显著升高，而其他Ca(NO3)2处理显著降低；第2天时，5、15和20 mmol/L处理的POD活性均显著降低；第3天时，5和10 mmol/L处理显著增高，而15 mmol/L处理显著降低；第4天时，10 mmol/L处理显著增高，而15和20 mmol/L处理显著降低(见表3)。

嫩茎在同一浓度Ca(NO3)2处理后，与对照相比，5 mmol/L处理的POD活性在第0天至第3天显著降低，而第4天显著升高；10 mmol/L处理的POD活性在第0天、第2天和第3天显著升高，而第1天和第4天显著降低；15 mmol/L处理的POD活性在第0天和第4天显著降低，而第1天和第2天显著升高；20 mmol/L处理的POD活性在第0天至第3天显著升高，而第4天时显著降低。不同浓度处理下，与对照相比，第0天时，10和20 mmol/L处理的POD活性显著升高，而5和15 mmol/L处理的显著降低；第1天时，5和10 mmol/L处理显著降低，而15和20 mmol/L处理显著升高；第2天时，5 mmol/L处理显著降低，而其他处理均显著升高；第3天时，5 mmol/L处理显著降低，10和20 mmol/L处理显著升高，且10 mmol/L处理含量最高；第4天时，5 mmol/L处理显著升高，其他处理显著降低(见表3)。

根在Ca(NO3)2处理后，与对照相比，5 mmol/L处理的POD活性在第0天、第1天和第4天显著降低，第2天和第3天显著升高；10 mmol/L处理的POD活性在第3天和第4天显著降低；15 mmol/L处理的POD活性在第1天和第2天显著升高，而第3天和第4天显著降低；20 mmol/L处理的POD活性在第2天至第4天时显著降低。不同浓度处理下，与对照相比，第0天时，5和15 mmol/L处理显著降低；第1天时，5 mmol/L处理显著降低，而15 mmol/L处理显著升高；第2天时，5和15 mmol/L处理显著升高，而20 mmol/L处理显著降低；第3天时，5 mmol/L处理显著升高，其他处理均显著降低；第4天时，Ca(NO3)2处理组均显著降低(见表3)。

表3 不同浓度Ca(NO3)2处理下火龙果幼苗过氧化物酶活性比较

2.4 对幼苗SOD活性的影响

与对照相比，不同浓度Ca(NO3)2处理下，老茎、嫩茎和根中SOD活性有一定差异，不同浓度和时间变化不同。

老茎在同一浓度Ca(NO3)2处理下，与对照相比，5 mmol/L处理的SOD活性在第0、第1和第3天显著增加，而第2天显著降低；10 mmol/L处理的SOD活性在第2天显著降低，除了第4天外，其他时间均显著增高；15 mmol/L处理的SOD活性除第2天外，其他时间均显著升高；20 mmol/L处理的SOD在第0天和第2天显著降低，而第3天显著增加。不同浓度处理后，与对照相比，第0天，5和15 mmol/L处理的SOD活性显著升高，20 mmol/L处理显著降低；第1天，除20 mmol/L处理外均显著增加，15 mmol/L处理最高；第2天时，除15 mmol/L处理外均显著降低；第3天时，各处理均显著增高，5 mmol/L处理最高；第4天，15 mmol/L处理显著增高(见表4)。

嫩茎在同一浓度Ca(NO3)2处理后，与对照相比，5 mmol/L处理除第2天外SOD活性均显著增加；10和15 mmol/L处理的SOD活性在第1、第2和第4天显著增加；20 mmol/L处理的SOD活性在第1和第4天显著增加。不同浓度处理下，与对照相比，第0天时，5 mmol/L处理的SOD活性显著升高；第1天时，各处理均显著增加，10 mmol/L最高；第2天时，10和15 mmol/L处理显著增加；第3天时，5 mmol/L显著升高；第4天时，各处理均显著增加，10 mmol/L最高(见表4)。

根在Ca(NO3)2处理后，与对照相比，5 mmol/L处理的SOD活性第0天和第4天显著降低；10 mmol/L处理的SOD活性第3天显著降低；15 mmol/L处理的SOD活性在第1天显著增加；20 mmol/L处理的SOD活性在第0、第1和4天显著降低，而第2天显著增加。不同浓度处理下，与对照相比，第0天时，5和20 mmol/L处理显著降低；第1天，15 mmol/L处理显著升高，而20 mmol/L处理显著降低；第2天，20 mmol/L处理显著升高；第3天，10 mmol/L处理显著降低；第4天，5和20 mmol/L处理显著降低(见表4)。

表4 不同浓度Ca(NO3)2处理下火龙果幼苗超氧化物歧化酶活性比较

2.5 对幼苗相对电导率的影响

与对照相比，不同浓度Ca(NO3)2处理下，老茎和嫩茎的电导率都呈现下降趋势，但不同浓度和时间有差异。

老茎在同一浓度Ca(NO3)2处理下，与对照相比，5 mmol/L处理的相对电导率第2天和第4天显著降低；10 mmol/L处理的相对电导率第2天和第4天显著降低；15 mmol/L处理的相对电导率除了第1天外均显著降低；20 mmol/L处理的相对电导率除了第3天外均显著降低。不同浓度处理下，与对照相比，第0天，15和20 mmol/L处理相对电导率显著降低；第1天，20 mmol/L处理显著降低；第2天，各处理相对电导率均显著降低，15 mmol/L处理最低；第4天时，各处理相对电导率均显著降低，10 mmol/L处理最低(见表5)。

老茎和嫩茎对不同浓度Ca(NO3)2处理的反应有一定差异，老茎响应时间较快，嫩茎响应时间较慢。根据电导率大小和植物抗寒性的关系可知，Ca(NO3)2处理的火龙果茎中相对电导率降低，可能对提高抗寒性有一定作用。

表5 不同浓度Ca(NO3)2处理下火龙果幼苗相对电导率比较

2.6 对幼苗脯氨酸含量的影响

与对照相比，不同浓度Ca(NO3)2处理下，老茎、嫩茎和根中脯氨酸都有一定影响，不同浓度和时间有差异。

老茎在同一浓度Ca(NO3)2处理下，与对照相比，5 mmol/L处理的脯氨酸含量在第0天和第1天显著降低，而第2天至第4天显著升高；10 mmol/L处理的脯氨酸含量在第2天显著增加；15 mmol/L处理的脯氨酸含量在第0天显著降低，而其他时间均显著增加；20 mmol/L处理的脯氨酸含量在第0天显著降低，第1天至第3天显著增加。不同浓度处理下，与对照相比，第0天，各处理的脯氨酸含量均显著降低；第1天，5 mmol/L处理显著降低，15和20 mmol/L处理显著升高；第2天，各处理均显著增高，10 mmol/L处理最高；第3天时，除10 mmol/L处理外均显著增高；第4天，5和15 mmol/L处理显著增高(见表6)。

嫩茎在同一浓度Ca(NO3)2处理后，与对照相比，5 mmol/L处理的脯氨酸在第0天显著降低，而其他时间点均显著增高；10 mmol/L处理的脯氨酸含量在第2天显著增加；15 mmol/L处理的脯氨酸含量在第0、1和4天显著降低，第2天和第3天显著增高；20 mmol/L处理的脯氨酸含量在第1天至第3天显著增高。不同浓度处理下，与对照相比，第0天，各处理的脯氨酸含量均显著降低，10 mmol/L处理最低。第1天，5和20 mmol/L处理显著增高，10和15 mmol/L处理显著降低；第2天，各处理组均显著增高，15 mmol/L处理最高；第3天，除10 mmol/L处理外均显著增加；第4天，5 mmol/L显著升高(见表6)。

根在Ca(NO3)2处理后，与对照相比，5 mmol/L处理的脯氨酸含量第4天显著降低，而其他时间均显著增加；10 mmol/L处理的脯氨酸含量第3天显著增加；15 mmol/L处理的脯氨酸含量第0天显著降低，第3天显著升高；20 mmol/L处理的脯氨酸含量第0天显著降低，第1天和第3天时显著升高。不同浓度处理下，与对照相比，第0天，5 mmol/L处理显著增加，其他处理显著降低，15 mmol/L处理最低；第1天，5和20 mmol/L处理显著增加；第2天，5 mmol/L处理显著增加，10 mmol/L处理显著降低；第3天，各处理组均显著增高，20 mmol/L处理最高；第4天，5 和10 mmol/L处理显著降低(见表6)。

表6 不同浓度Ca(NO3)2处理下火龙果幼苗脯氨酸含量比较

3 结论与讨论

火龙果是我国重要的南方水果之一，冬季低温极大地限制了火龙果的种植，制约了我国的推广速度。火龙果因富含多种营养物质和口感深受消费者喜爱，供不应求。火龙果育种过程中，抗低温也是重要的育种目标。贵州省是火龙果的主产区之一，也是目前地理位置最北方的主产区。

目前我国主载品种均不耐低温，低温严重影响火龙果生长和成活，研究抵抗低温的措施也是重要研究方向。研究表明电导率，MDA、POD、SOD活性和脯氨酸含量与抗低温密切相关，可反映植株抗低温的能力[9-10]。有研究表明，低温处理后，火龙果转录组数据发现多种金属离子转运相关基因上调表达，表明部分金属离子可能与火龙果抗低温有关[8]。外源Ca2+能提高香蕉叶片POD活性，增加可溶性糖积累和降低膜渗透率，提高香蕉幼苗的抗冷力[9]。钙能提高柠檬试管苗可溶性蛋白含量，增强SOD和POD活性，降低MDA含量达到提高抗寒性的作用[10]。柑桔原生质体低温锻炼过程中，增加钙鳌合剂或钙调素拮抗剂，能明显抑制柑桔原生质体抗冻性[11]。所以Ca2+在植物抗冷过程中可能起重要作用。本研究在0 ℃冷库中，利用不同浓度Ca(NO3)2处理火龙果幼苗，其老茎、嫩茎和根中POD、SOD、MDA、电导率和脯氨酸均有一定的影响，表明Ca(NO3)2处理后，火龙果幼苗可能提高了抵抗低温的能力。但不同浓度Ca(NO3)2处理下，各生理指标变化不一致，可能由于火龙果对不同浓度Ca(NO3)2处理的反应不同；处理不同时间后，各生理指标变化较大，可以利用不同浓度Ca(NO3)2处理不同低温火龙果，起到最优的效果。本研究没有结合不同低温处理，检测不同浓度Ca(NO3)2处理后火龙果幼苗是否具有抵抗低温的能力，还需要进一步研究。