施加外源钙素对白魔芋生长的影响

兰馨雨，邵显会，陈仁垚，欧绥

（凯里学院，贵州黔东南 556000）

魔芋为天南星科（Araceae）魔芋属（Amorphophallus）多年生宿根草本植物，又称“蒟蒻”“麻芋”，主要分布于中国、日本、泰国、缅甸、印度等地[1]。其是提取葡甘聚糖（Konjac Glucomannan，KGM）最多的一种经济型作物，具有调节血糖、胆固醇及免疫系统的功能[2]。据记载，魔芋原产于印度，全世界魔芋品种约有200 种，我国约有30种，其中，有14 种只在我国种植[3]。魔芋在我国种植历史悠久，西汉时期药学著作《神农本草经》中，将魔芋列为药物，而西晋时期文学家左思所写《蜀都赋》里也有记载魔芋：“云蒟蒻其根白，以汁煮即成冻，以苦酒淹食，蜀人珍之”。

白魔芋是由我国魔芋专家刘佩瑛、陈劲枫[4]于1984年发现并命名的新品种，目前只在我国种植。食用器官是地下块茎，能用于提取葡甘聚糖，因其凝胶性、成膜性等物理特性和保健作用，被广泛用于工业、医药、食品等领域[5]。白魔芋因葡甘聚糖含量高、加工品优良、功能多样，在我国需求量大，然而魔芋易患软腐病，其被称为魔芋的“癌症”[6]，使得白魔芋产量逐年下降。因此，培育良好的品种、科学栽培白魔芋，成为魔芋科学研究中的重中之重。

近年来，随着外源钙在多种经济作物上的深入研究，钙素对植物生理生化作用及品质产量影响的探索，已成为众多学者研究的首要目标。钙参与植物整个生长发育过程，植物细胞内的钙主要以结合态和离子态2 种形式存在[7]，同时，有研究表明，植物花粉管的生长和伸长也对钙离子浓度有较高要求。钙作为第二信使，既参与细胞的信号转导，又参与植物生长发育过程中的生理生化反应[8]，可提升植物抗逆境胁迫能力，对植物起到保护和促进生长的作用[9]。

目前，关于施加外源钙肥对果树、蔬菜、玉米等生长发育的研究成果较多，如刘鑫铭等[10]以巨峰葡萄为材料，研究得出，钙处理能提升巨峰葡萄果实品质，以叶面、果穗喷施结合根际灌施1500 倍液糖醇钙肥处理效果最佳。姚琪等[11]以番茄为材料，研究得出，外源喷施Ca和EBR 可不同程度地促进番茄果实生长和果实对钙素的吸收利用，从而有效改善果实品质。张浩等[12]研究外源钙对盐胁迫下玉米的作用，表明外源钙能缓解玉米的盐胁迫。但对魔芋施加外源钙素的研究较少，有较大发展空间，而提高白魔芋栽培技术水平至关重要，能为今后魔芋产量、品质的提高奠定一定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以白魔芋实生苗为试验材料，于2022 年在黔东南凯里学院试验基地种植白魔芋，前茬作物为杂交魔芋，土壤条件为黄砂壤土。魔芋种子为网购或上一年的留种，种植前经3%多菌灵杀菌3～4h 后，放置于阴凉处晾晒2～3d，种植前施腐熟农家肥2t/667m2，并深翻土壤、晾晒杀菌。

1.2 试验方法

参考张昕[13]以马铃薯为研究对象和季祥等[14]以山药为研究对象的研究。在大田试验条件下，以硝酸钙（外源钙用分析纯的硝酸钙）作外源钙，对生长期的白魔芋作灌施处理。采用随机区组设计，于2022 年4 月下旬种植白魔芋材料，株行距规格为30cm×30cm，垄宽90 cm、垄距110cm，每小区5 行，行长8m。

将试验材料平均分为4 组，其中1 组为对照组（CK），不做任何处理；其余3 组在块茎膨大初期，即6月30 日于魔芋根部灌施可溶性硝酸钙溶液，每隔5～10d 灌施1 次，共灌施3 次，设3 个钙水平，浓度分别为19kg/hm2、38kg/hm2、76kg/hm2。对照组及3 个钙素浓度依次标记为A-0、A-1、A-2、A-3，每组材料各选3 株作为生物学重复。取样时将挖出的块茎放入自封袋中，并迅速放入-4℃的取样箱中，保持新鲜，带回实验室后清水洗净、擦干，并测量生理指标，测量方式为最后一次灌施后，隔15d 测量第1 次相关指标，共测量5～6 次，每次间隔15d。

1.3 指标测定

1.3.1 园艺性状的测定。施用外源钙素15d，在每小区内选取生长均匀、整齐的3 株魔芋苗作为观察株，用米尺测量株高和叶面积，用游标卡尺测量横径。株高的测量方法为魔芋基部至生长点；茎粗的测量方法为植株最近基部最粗处，用游标卡尺测量横径。由于魔芋叶片为大型复叶，小裂叶片较多，即用米尺测量时，以白魔芋植株叶展测量叶面积。

1.3.2 叶绿素的测定。选择天气晴朗、没有露水的上午时间段（9：00～10：00），于每个小区任选3 株生长一致、大小均一的白魔芋植株，利用手持式叶绿素测定仪（型号：SPAD-502PLUS）测定白魔芋叶片，每株选择不同部位，重复测3 次，取平均值。

1.3.3 MDA 的测定。采用硫代巴比妥酸法，测定新鲜魔芋叶片中MDA 含量[15]，参考李合生试验方法并稍加改动。仪器：分光光度计、离心机、水浴锅、研钵、万分之一天平等。试剂：①磷酸缓冲溶液调至pH 值7.8；②10%三氯乙酸（TCA）溶液配制：称10g 三氯乙酸，用蒸馏水溶解并定容至100mL；③0.6%硫代巴比妥酸（TBA）溶液的配制：称取0.6g 硫代巴比妥酸，由于硫代巴比妥酸难溶，可用少量氢氧化钠（浓度为1mol/L）溶解，后用10%TCA 定容至100mL；④石英砂。

丙二醛的提取：称取0.5g 新鲜魔芋叶片材料，先加10% TCA 2mL 和少量石英砂研磨至匀浆后，再加入2～3mLTCA 进一步研磨，将研磨所得的匀浆在4000r/min 下离心10～15min，上清液即为样品提取液。

丙二醛的显色反应和含量测定：取上述步骤中所得的上清液2.0mL 于带塞试管中（每组重复3 次），加入0.6%硫代巴比妥酸（TBA）溶液，对照管以2mL 蒸馏水代替提取液，摇匀后在沸水浴上反应15min，迅速冷却后再离心1 次，取上清液分别于532nm、600nm 及450nm 波长下测定吸光值。

1.3.4 数据分析。采用Microsoft Excel 2016 软件，对试验数据进行整理分析，并用origin 2018 软件制图。

2 结果与分析

2.1 外源钙对白魔芋园艺性状的影响

株高作为白魔芋营养生长指标之一，能直接反映魔芋的生长势。由表1 可知，灌施不同浓度的外源钙素对白魔芋株高生长有影响。随着白魔芋生长时间的延长，株高均呈升高趋势，且各个浓度之间存在显著差异，在不同时期差异也较显著。虽然不同浓度的外源钙株高变化增长势不同，但施加浓度A-3 的白魔芋株高显著高于其他各个浓度，显然最有利于魔芋株高增长。

表1 外源钙对白魔芋株高的影响

由表2 可知，不同外源钙浓度水平对白魔芋茎粗有影响。在前期差异并不显著，后期A-2、A-3 浓度高于A-0、A-1，且差异显著，A-3 显著高于其他浓度。可见，施加不同浓度外源钙浓度对魔芋茎粗增长有影响，A-2、A-3 对白魔芋茎粗作用明显。

表2 外源钙对白魔芋茎粗的影响

2.2 外源钙对白魔芋叶面积的影响

扩大光合作用面积，能提高植物积累有机物效率，而叶面积决定了光合有效辐射的大小，也关系到白魔芋光合产物积累速率。由图1 可知，不同外源钙浓度处理的白魔芋，叶面积大小均随处理后生长天数呈先增大、后减小的趋势，且各个处理间存在明显差异。对照组叶面积相较于其他处理组变化趋势较小，A-3 处理叶面积上升趋势高于其他浓度，在45d 时达到顶峰，后叶面积逐渐下降且下降趋势快；A-2 处理叶面积前期稳定上升，45d 后减小趋势低于其他处理；A-1 处理变化无规律，变化幅度较大。表明A-2 浓度处理能有效延缓魔芋叶面积下降。

图1 外源钙对白魔芋叶面积影响趋势图

2.3 外源钙对魔芋叶绿素含量的影响

植物进行光合作用产生有机物的过程，主要与叶绿体的叶绿素含量有关，所以，白魔芋中叶绿素含量的高低会直接影响其光合作用，进而影响魔芋整个生长发育过程。由图2 可知，白魔芋中叶绿素含量随施加外源钙素天数的增加，呈现先升高、后下降的趋势，处理45d 以前，叶绿素含量均呈显著上升趋势，在处理后45d 达到最高值，之后由于白魔芋叶绿素含量的减少而快速下降。不同外源钙素浓度处理下，各组叶绿素含量有差异，其中，处理A-2 显著高于对照组及其他各组。表明外源钙38kg/hm2叶绿素含量显著高于对照及其他浓度。

图2 外源钙对魔芋叶绿素含量影响趋势图

2.4 外源钙对白魔芋MDA 含量的影响

植物器官衰老或受逆境胁迫下会发生膜脂过氧化作用，丙二醛（MDA）是膜脂过氧化作用的最终产物，正常植物体内丙二醛含量一般较低，有利于植物生长发育。由图3 可知，使用不同浓度的外源钙浓度处理中，丙二醛含量在处后理30d 内变化水平并不显著，后随白魔芋生长，各器官逐渐成熟、衰老，魔芋体内MDA 含量开始显著上升。对照组MDA 含量在30d 后上升趋势明显高于A-1、A-2、A-3；对照组A-0、A-1 处理丙二醛含量明显高于A-2、A-3；外源钙浓度处理的4 组材料中，A-2、A-3 处理的丙二醛（MDA）在60d 时不再上升，表明38kg/hm2浓度处理能有效抑制白魔芋中MDA 含量。由此可知，适宜外源钙浓度处理能显著降低白魔芋中丙二醛含量，有利于魔芋正常生长。

图3 外源钙对白魔芋MDA 含量影响趋势图

3 结论

本研究基于植物对钙元素的需求，通过向白魔芋根部以水溶液的形式灌施外源钙，处理浓度为19kg/hm2、38kg/hm2、76kg/hm2，并以不做任何处理的一组作为对照，得出外源钙对白魔芋株高、茎粗、叶幅、叶绿素、MDA 含量有一定影响。与对照组相比，施加外源钙的组别的株高较高、茎粗相对较粗，而植株的株高和茎粗是判断白魔芋生长状况好坏的指标之一，一定程度上反映其生长趋势高低、植株的强壮，有利于加快白魔芋自身物质的转运，促进物质合成，提高白魔芋块茎内含物质积累膨大。施入38kg/hm2浓度的外源钙，对白魔芋形态及叶绿素含量影响较大；施入76kg/hm2浓度的外源钙，对白魔芋也有一定影响，但不如38kg/hm2浓度处理。

叶绿素作为一种光合色素，参与光合作用过程，含量的多少与有机物的积累呈正相关。白魔芋作为一种富含多种营养物质的作物，叶片中叶绿素含量不仅影响其球茎的发育，而且还影响白魔芋的品质。在白魔芋的生长发育过程中，叶绿素含量在白魔芋进行光合作用、积累有机物的过程中至关重要。早在1964 年，Nobel 等著名生理学家研究叶绿体和钙之间的关系时，认为叶绿体参与植物对钙的吸收，同时，钙也能影响植物中的叶绿素[16]。叶片是白魔芋进行光合作用的器官，叶片大小不仅反映了魔芋生长发育状况，而且决定其进行光合作用的能力，叶面积增大可加强白魔芋的光合作用，加快有机物的合成，增加魔芋鲜重。

丙二醛（MDA）含量高不利于植物生长，与白魔芋生长呈负相关。适宜的钙素浓度能有效地抑制丙二醛（MDA）含量，从而降低魔芋组织中活性氧自由基含量，降低脂质过氧化作用对生物膜的破坏作用[17]，在试验中，外源钙处理的试验组，丙二醛含量明显低于对照组，且在梯度A-2 时效果达到最佳。由此可知，在魔芋的生长过程中，A-2 处理对白魔芋园艺性状和生理指标的影响最为理想。

综上所述，施入38kg/hm2浓度外源钙利于白魔芋生长，抑制白魔芋体内不利于其生长发育的内源物质的变化，这一结果与辛建华等[18]钙素对马铃薯的影响研究结果相似。这一结果不仅有利于提高白魔芋栽培质量和产量，而且对其资源研究及解决白魔芋栽培中的难题、满足市场对魔芋巨大需求也能提供帮助。但外源钙对白魔芋生长发育其他方面的影响，如病虫害、引种资源、基因工程等领域还未涉及，尚待进一步研究。