叶面喷施蔗糖对弱光胁迫下南瓜幼苗生长和光合特性的影响

宋苗影 廖媛琦 方珂 王军伟 何长征

摘 要：为探究外源蔗糖对弱光胁迫下南瓜幼苗生长和光合特性的影响，以蜜本南瓜为材料，设置4个处理：正常光照（300 μmol·m-2·s-1）下叶面喷施清水（CK），弱光（150 μmol·m-2·s-1）下喷施清水（T0）、1%的蔗糖（T1）和2%的蔗糖（T2）。结果表明，与正常光照相比，弱光显著降低了南瓜幼苗的株高、茎粗、生物量、壮苗指数、比叶重等生长指标，以及荧光参数、净光合速率等光合指标。弱光下叶面喷施1%和2%的蔗糖提高了南瓜幼苗的株高、茎粗、生物量、比叶重、叶绿素含量、荧光参数和Pn-PPFD响应曲线及其参数等，其中喷施1%蔗糖增加幅度较大，地上部鲜质量、干质量、比叶重、叶绿素总含量、Fv/Fm、qP、TRO/RC、Ψo、AQY和Pn max分别比弱光处理显著增加了28.5%、40.6%、31.3%、5.7%、27.9%、37.5%、3.4%、14.3%、38.5%和34.3%，以上指标喷施2%蔗糖处理与1%蔗糖处理无显著差异。综上所述，弱光下喷施蔗糖可促进南瓜幼苗的生长并有效改善光和性能，且以1%蔗糖处理效果最好。

关键词：南瓜;外源蔗糖;叶面喷施;弱光;生长;光合作用

Abstract： To investigate the effects of exogenous sucrose on the growth and photosynthetic characteristics of pumpkin seedlings under weak light stress， we used Honey Pumpkin as the test material and set the following four treatment experiments： foliar sprayed with clear water （CK） under the normal intensity （300 μmol·m-2·s-1）， foliar sprayed with clear water （T0）， 1% sucrose （T1） and 2% sucrose （T2） under weak light intensity （150 μmol·m-2·s-1）. The results showed that， compared with normal light intensity， weak light intensity significantly reduced the growth indicators of pumpkin seedlings such as plant height， stem thickness， biomass， strong seedling index， and specific leaf weight， as well as photosynthetic indicators such as fluorescence parameters and Pn-PPFD response curves. Foliar spraying of 1% and 2% sucrose under weak light significantly improved the growth， leaf morphology， chlorophyll content， fluorescence parameters， and Pn-PPFD response curves and their parameters of pumpkin seedlings. In particular， the spraying of 1% sucrose increased the aboveground fresh/dry weight， specific leaf weight， total chlorophyll content， Fv/Fm， qp， TRO/RC， Ψo， AQY and Pn max significantly by 28.5%， 40.6%， 28.6%， 5.7%， 27.9%， 37.5%， 3.4%， 6.7%， 38.5% and 34.3%. There was no significant difference between 2% sucrose spraying and 1% sucrose spraying for the above indicators. Spraying sucrose has a significant effect on the growth of pumpkin seedlings and effectively improve the photosynthetic performance under weak light intensity， in which 1% sucrose treatment has the better effect on the promotion of pumpkin growth and photosynthesis.

Key words： Pumpkin; Exogenous sucrose; Foliar spraying; Weak light; Growth; Photosynthesis

南瓜（Cucurbita moschata Duch.）起源于南美洲，是我國重要的传统蔬菜作物之一。随着设施农业的发展，南瓜常作为一种重要瓜菜进行设施栽培，但由于受季节、覆盖材料及结构的影响，经常产生弱光逆境，严重影响蔬菜等设施作物的产量和品质[1]。有研究表明，弱光通过抑制植物光合性能降低同化作用来影响植物的生长发育[2-4]和植株形态[5]，进而影响花芽分化[6]和开花坐果[7-8]以及果实的品质和产量[9]。因此，研究如何缓解弱光逆境的不良影响显得尤为重要。

叶面喷肥是蔬菜生产上常用的措施，用于蔬菜叶面喷施的肥料种类较多，一般以大量和微量元素为主，以补充光合产物的不足[10]。已有报道表明，外源糖类物质以及其他含碳化合物可以调控植物体内各种生长发育进程，同时也是物质代谢和呼吸的底物[11]，如在葡萄叶面喷施蔗糖，可以改善弱光条件下同化物供给不足的状况，可显著提高植物体内叶绿素含量 [12];叶面喷施葡萄糖可明显提高番茄叶片叶绿素含量及叶片净光合速率[11];而叶面喷施0.8%蔗糖却会促进红叶桃叶片衰老，降低叶片叶绿素含量[13];叶面喷施1.0%丙三醇会提高韭菜叶绿素a和总叶绿素含量[14]。此外，外源蔗糖可促进水稻幼苗根系生长和向地上部转运物质[15];用90 mmol·L-1蔗糖进行处理可提高黄瓜幼苗的生长[16]。

为此，笔者在前期研究的基础上，通过在人工气候箱内模拟弱光150 μmol·m-2·s-1胁迫，研究喷施外源蔗糖对南瓜叶片生长及光合作用的影响，探讨蔗糖缓解南瓜弱光胁迫伤害的生理机制，以期为设施作物育苗及抗逆栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种为蜜本南瓜，种子由长沙春润种业有限公司提供。

1.2 试验设计

待南瓜幼苗长至3叶1心时，挑选整齐一致、长势较好的植株设4个处理。CK：正常光照（300 μmol·m-2·s-1） +蒸馏水;T0：弱光（150 μmol·m-2·s-1） +蒸馏水;T1：弱光（150 μmol·m-2·s-1） +1%蔗糖;T2：弱光（150 μmol·m-2·s-1） +2%蔗糖。采用随机区组设计，每处理15株，3次重复，每次重复随机选取3株等位取样（生长点下方第3片完全展开的功能叶），计算平均值，光照度由气候室调控箱自动控制。每7 d喷施1次蔗糖，共喷4次，喷施时间为10：00，CK叶面喷施等量蒸馏水，以南瓜叶片正反两面全部润湿且无成滴液体滴下为宜。于最后一次喷施后2 d取样测定相关指标。

1.3 方法

试验于2020年5—7月在湖南农业大学第十一教学楼人工气候室内进行。种子经消毒、浸泡、催芽后播种于装有基质（V草炭∶V珍珠岩=3∶1）的营养钵（9 cm× 9 cm）中，每钵1株，放置于托盘（28 cm×55 cm×6 cm）中，期间昼/夜温度为25 ℃/18 ℃，光合有效福射 （PPFD） 为300 μmol·m-2·s-1，相对湿度维持在60%。待子叶完全展平后每3 d浇灌1次营养液，常规管理。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 生长指标测定 用直尺测量幼苗株高（植株子叶节基部到顶部心叶的距离）;用游标卡尺测量茎粗（与子叶展开方向平行的子叶节粗度）。将植株用去离子水洗净并吸干表面水分，在根颈处剪断分为地上部和地下部，用电子天平测定鲜质量，在烘箱中105 ℃杀青15 min、75 ℃烘干至恒重后测定植株干质量。壮苗指数 =（茎粗/株高 + 地下部干质量/地上部干质量）× 全株干质量。

1.4.2 叶片形态指标测定 用便携式叶面积仪（LI-3100 AREA METER）测定南瓜叶面积，用电子天平测定叶片鲜质量，烘干至恒重后测定叶片干质量。比叶重为叶片单位面积的干质量。

1.4.3 叶绿素含量测定 参照沈伟其[17]的方法测定。采用分光光度计法，计算叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）、叶绿素a/b（Chla/Chlb）和总叶绿素含量。

1.4.4 叶绿素荧光参数测定 使用便携式手持荧光仪（PAR-FluorPen FP 110/D），暗适应20 min后，测定如下参数：最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学效率（ΦPSⅡ）、光化学猝灭系数（qp）和非光化学猝灭系数（NPQ）。并计算以下参数：单位反应中心里，吸收的光能（ABS/RC），捕获用于还原QA的能量（TRo/RC），捕获用于电子传递的能量（ETo/RC），热耗散的能量（DIo/RC）;捕獲的激子将电子传递至电子传递链中超过 QA 的其他电子受体的概率（Ψo），用于还原PSⅠ 受体侧末端电子受体的量子产额（φRo），用于电子传递的量子产额（φEo），用于热耗散的量子比率（φDo）。

1.4.5 光合-光响应曲线（Pn-PPFD）的测定和制作 参照高辉远等[18-20]的方法测定。用LI-6400XT型便携式光合作用分析系统测定植株光合作用参数。设定不同光照度为2000、1600、1200、800、600、400、200、100、50、25、0 μmol·m-2·s-1，从高到低测定每个光照度下的Pn，以光合有效福射（PPFD）为横轴制作光响应曲线Pn-PPFD，并求出表观量子效率（AQY）、暗呼吸速率（Rd）、光补偿点（LCP）、光饱和点（LSP）、和最大光化学效率（Pn max）。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2013和SPSS 20.0软件进行数据处理和分析，并采用单因素方差分析和Duncan's多重比较法检验处理间差异显著水平。

2 结果与分析

2.1 喷施蔗糖对弱光胁迫下南瓜幼苗生长的影响

由表1可知，3个弱光处理南瓜幼苗株高、茎粗、地上部分鲜质量和干质量、地下部分鲜质量和干质量、壮苗指数均显著低于CK，叶片数仅T0处理显著低于CK，而T1、T2处理叶片数与CK差异不显著。与CK相比，T0处理南瓜幼苗株高、茎粗、叶片数、地上部分鲜质量和干质量、地下部分鲜质量和干质量、壮苗指数均显著降低，分别比CK降低了48.7%、17.7%、21.9%、47.5%、59.0%、61.9%、74.2%和47.7%。T1处理南瓜幼苗株高、茎粗、叶片数、地上部鲜质量和干质量、壮苗指数均比T0处理显著增加了41.2%、6.3%、18.7%、28.5%、40.6%和13.9%。T2与T1处理间南瓜幼苗各生长指标均无显著差异。

2.2 喷施蔗糖对弱光胁迫下南瓜幼苗叶片形态的影响

由表2可知，与CK相比，T0处理南瓜幼苗的叶面积显著增加26.6%，而叶片鲜质量、叶片干质量和比叶重均显著低于CK，分别比CK降低了22.8%、40.0%和52.3%。T1处理南瓜幼苗叶面积比T0显著降低10.9%，而叶片鲜质量、叶片干质量和比叶重分别显著增加19.7%、18.5%和31.3%。南瓜幼苗叶面形态各指标T2处理与T1处理均无显著差异。

2.3 喷施蔗糖对弱光胁迫下南瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响

由表3可知，与CK相比，3个弱光处理南瓜幼苗Chla含量、Chlb含量和叶绿素总量均显著高于CK，而3个处理Chla/Chlb值均显著低于CK。其中T0处理Chla含量、Chlb含量和叶绿素总量分别比CK提升3.1%、15.1%和6.0%，Chla/Chlb值显著减少10.1%。T1处理南瓜幼苗Chla含量、Chlb含量和叶绿素总含量比T0处理显著增加5.4%、6.6%和5.7%，两者间Chla/Chlb值差异不显著。T2处理与T1无显著差异。

2.4 喷施蔗糖对弱光胁迫下南瓜幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

由图1可知，与CK相比，3个弱光处理南瓜幼苗Fv /Fm、ΦPSⅡ和qp均低于CK，而NPQ均高于CK。其中，T0处理南瓜幼苗Fv /Fm、ΦPSⅡ和qp均显著低于CK，分别比CK降低了25.6%、28.3%和48.4%，而NPQ显著增加77.0%。T1处理南瓜幼苗的Fv /Fm、ΦPSⅡ和qp均比T0处理显著增加了27.9%、26.3%和37.5%，而NPQ显著降低23.3%。T2处理与T1处理间Fv/Fm、ΦPSⅡ和qp均无显著差异。

由表4可知，与CK相比，3个处理的南瓜叶片ABS/RC、TRO/RC、ETO/RC、DIo/RC、Ψo、φRo、φEo和φDo均低于CK。其中，T0处理的南瓜叶片ABS/RC、TRO/RC、ETO/RC、DIo/RC、Ψo、φRo、φEo和φDo均显著低于CK，分别比CK降低2.4%、4.6%、13.5%、12.8%、17.6%、6.8%、23.1%和6.7%。T1处理的南瓜叶片ABS/RC、TRO/RC、Ψo、φRo和 φEo均与CK差异不显著;与T0处理差异显著，分别比T0处理显著增加1.7%、3.4%、14.3%、4.3%和20.0%;而DIo/RC和φDo分别比T0处理显著降低7.3%和7.1%。T2处理与T1处理以上各参数均无显著差异，但与CK相比，T1和T2处理的DIo/RC和φDo均显著降低。

2.5 喷施蔗糖对弱光胁迫下南瓜幼苗叶片Pn-PPFD响应曲线的影响

由图2可知，各处理光照度在0～800 μmol·m-2·s-1范围变化时，Pn均随着光合有效辐射（PPFD）的增强而逐渐增大，尤其PPFD低于200 μmol·m-2·s-1时，Pn快速增加，当PPFD超过200 μmol·m-2·s-1后， 不同处理的Pn增加幅度变缓，其中以CK的增加幅度最大。各处理在800～2 000 μmol·m-2·s-1范围变化时，Pn均随着PPFD的增强先增大后减少，且降低幅度T0>T2>T1>CK。总体来看，与CK相比，弱光胁迫处理Pn随PPFD增加幅度明显低于CK，弱光下喷施蔗糖后，Pn随PPFD变化的趋势都介于CK和弱光处理之间，但T1的增加幅度大于T2。

2.6 喷施蔗糖对弱光胁迫下南瓜幼苗叶片Pn-PPFD响应曲线参数的影响

由表5可知，各处理南瓜幼苗AQY、Rd、LSP和Pn max均低于CK，而LCP均高于CK。与CK相比，T0处理南瓜幼苗AQY、Rd、LSP和Pn max均显著低于CK，分别比CK降低了37.5%、20.3%、38.5%和38.3%，而光补偿点LCP显著升高28.2%。T1处理南瓜幼苗的AQY、Rd、LSP和Pn max分别比T0处理显著增加38.5%、17.3%、37.5%和34.3%，而LCP则显著降低15.7%。T2处理的南瓜幼苗以上各项生长指标均与T1处理无显著差异。

3 讨论与结论

生物量是植物对胁迫响应的综合体现，直接反映植物是否受到逆境胁迫，也是衡量植物胁迫耐性最可靠的指标之一[21]。研究证明，叶面喷施3 mmol ·L-1蔗糖可提高白菜地上部鲜/干质量和根鲜/干质量[22];叶面喷施1.0% 的蔗糖可促进越冬番茄蔓长、最大叶面积、叶片数等的增加，并且增强番茄的抗寒能力[23]。本研究结果表明，弱光胁迫显著降低南瓜的株高、茎粗、地上部鲜质量/干质量、地下部鲜质量/干质量和比叶重，而叶面喷施1%和2%蔗糖可有效缓解弱光胁迫对南瓜生长的抑制，改善植株生长状况，这与庞强强等[22]在白菜、王振学等[23]在番茄上的研究结果相一致。

光合色素存在于叶绿体类囊体上，主要包含叶绿素、反应中心色素和辅助色素，在光合作用中参与吸收、传递光能或引起原初光化学反应等过程。叶绿素作为光合作用中最主要的色素分子，其含量的高低与光合作用密切相关，并影响着植株干物质的积累[24]，是反映作物光合能力的一个重要指标[25]。本试验结果表明，弱光胁迫引起南瓜叶片Chla和Chlb含量显著升高，Chla/Chlb比值显著下降，这与Lakshmi 等对水稻[26]的研究结果相一致，施加1%和2%蔗糖后提高了Chla和Chlb含量。这表明喷施外源蔗糖可以提高弱光条件下南瓜幼苗的叶绿素含量，促進对光能的吸收传递和转化、原初光化学反应和对光能的利用，从而增强植株对弱光的适应能力。

利用叶绿素荧光动力学技术可以对光合器官进行准确探测，被称为测定叶片光合功能快速、无损伤的探针[27]。在光合作用的光能转化和电子传递过程中，PSⅡ起重要的作用，被称为逆境胁迫对光合器官破坏的原初位点之一[28]。本试验弱光条件下，T0处理的Fv/Fm、ΦPSⅡ和qp均最低、NPQ最高，同时，ABS/RC、TRO/RC、Ψo、 φRo和 φEo均最低、DIo/RC和φDo均最高，表明弱光降低了叶片电子传递活性和光反应活性，减弱了吸收、捕获光量子的能力，减少了用于电子传递的光能，增大了用于热耗散的能量比率。但叶面喷施蔗糖后，T1和T2处理的Fv/Fm、ΦPSⅡ和qp均升高，NPQ均降低;ABS/RC、TRO/RC、Ψo、 φRo和 φEo升高，DIo/RC和φDo降低，表明外源蔗糖能够缓解弱光对南瓜叶片PSⅡ反应中心的伤害，增大了PSⅡ反应中心的开放比例，提高了电子传递和光能转化的能力，降低了热耗散程度。

弱光条件下的光合作用效率是描述光合器官功能和运转状态的基本指标，是光合机制研究的重要内容，尤其在弱光条件下，常用来揭示植物叶片是如何通过光合作用的自我调节以适应环境[29]。根据李天来等[30]的报道，笔者选取200 μmol·m-2·s-1下的光合-光响应曲线（Pn-PPFD）来反映弱光胁迫下南瓜幼苗的光合特性。本试验中弱光条件下AQY、LSP 和Pn max降低，LCP升高，表明光合能力减弱，光能利用效率降低。而叶面喷施1%和2%蔗糖后AQY、Rd、LSP 和Pn max均有一定程度提高，表明碳同化能力增强，有机产物增多。

综上所述，弱光胁迫下南瓜幼苗的叶绿素含量改变，叶绿素组成比例失衡，电子传递和光能转化能力下降，净光合速率降低，进而导致干物质积累减少，生长受到抑制。而在喷施蔗糖后提高了弱光下南瓜的光合能力。由此可见，喷施1%和2%蔗糖都可以缓解弱光逆境对南瓜幼苗的胁迫作用，而以1%蔗糖处理对南瓜生长和光合作用的促进效果最好。

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