伴生小麥對黃瓜生長及生理指標的影響

(東北農業大學園藝學院,黑龍江哈爾濱 150030)

伴生小麥對黃瓜生長及生理指標的影響

高春琦 吳鳳芝*

(東北農業大學園藝學院,黑龍江哈爾濱 150030)

采用田間試驗,研究了伴生小麥對黃瓜生長及生理指標的影響。結果表明：伴生小麥栽培模式與黃瓜單作相比,在一定程度上能夠促進黃瓜生長,延緩黃瓜葉綠素和可溶性蛋白含量的下降,提高黃瓜光合作用的強度,增強黃瓜SOD、POD的活性,同時抑制黃瓜MDA含量的持續上升。伴生小麥栽培模式可以降低黃瓜葉綠素和蛋白質的降解速度,提高黃瓜抗氧化酶的活性,通過阻止氧自由基的積累,從而減緩黃瓜葉片的衰老。

黃瓜;伴生小麥;葉片衰老;生理指標

黃瓜是我國種植范圍最廣、面積最大的蔬菜之一,在我國農業生產中占據十分重要的經濟地位(張鵬,2006)。植物成熟、衰老是一個復雜的生理生化過程,植物的衰老過程受環境因子的影響。適宜的環境下黃瓜結瓜期較長,不利環境下黃瓜葉片早衰使黃瓜結果期縮短,產量下降(王偉,2011)。北方地區越冬栽培過程中的低溫寡照和南方地區露地栽培中的高溫,均可造成葉片早衰,限制黃瓜生長季節的生產(孫艷 等,2008)。以往研究黃瓜衰老的試材多為處于黑暗、高溫、干旱等脅迫條件下的幼苗(Feng et al.,1999;樊懷福 等,2007;徐向東 等,2011),而對正常田間管理條件下的衰老研究相對較少(商慶梅 等,2010;王偉 等,2011)。黃瓜在正常的衰老過程中發生一系列生理生化變化,如生長速度減慢、葉片葉綠素含量減少、光合作用強度下降、過氧化物酶活性降低,以及丙二醛含量升高,這些變化是葉片衰老的典型生理、生化變化(Isobe et al.,2000)。

小麥是具有化感作用的全球性禾本科作物,表現為活體或殘體向環境中釋放次生代謝物質,對自身或其他生物產生促進或抑制作用(Alsaadawi,2001;Oueslati,2003)。伴生小麥對黃瓜生長有促進作用,降低了黃瓜角斑病、白粉病、霜霉病和枯萎病的病情指數和尖孢鐮刀菌的數量,有利于提高土壤微生物群落的多樣性,減輕病害,提高黃瓜產量,使黃瓜單株產量增加6.41%(吳鳳芝和周新剛,2009;韓哲,2012);明顯改善了土壤微生物的區系組成,使細菌和放線菌數量增加,土傳病菌數量降低,能緩解設施土壤連作障礙(王玉彥 等,2009)。以往的相關研究主要側重伴生小麥后根際土壤的變化(韓哲 等,2012;王東凱 等, 2012)。

本試驗采用田間試驗,在伴生小麥栽培模式下通過對黃瓜葉片形態指標、生理指標以及光合參數等指標進行分析,初步探明了伴生小麥對黃瓜生長及生理指標的影響,旨在為進一步開展黃瓜衰老問題的研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2013年6～10月在東北農業大學園藝試驗站大棚和園藝學院蔬菜生理生態研究室進行。供試黃瓜(Cucumis sativus L.)品種為津春9號,小麥(Triticum aeslivum L.)品種為品資 II-5(馬亞飛,2011)。供試土壤為園藝站設施內多年的黃瓜連作土,土壤基本理化性質為：有機質71.30 g·kg-1,全氮2.98 g·kg-1,堿解氮194.75 mg·kg-1,速效磷308.12 mg·kg-1,速效鉀327.94 mg·kg-1,pH 7.31,EC 0.43 mS·cm-1。

1.2 試驗設計

黃瓜于6月5日在溫室內播種育苗,常規育苗管理,7月2日(幼苗二葉一心)定植于大棚,定植株距30 cm,行距60 cm,壟作,壟長5 m。伴生小麥于黃瓜定植后7 d條播在黃瓜栽培壟的兩側、距黃瓜植株5～10 cm處,播種量為每壟25 g。以不播種小麥的單作黃瓜為對照,每個處理4壟,在中間2壟取樣,3次重復,隨機區組排列。按常規黃瓜生產進行管理。小麥伴隨黃瓜全生長期生長,當小麥長到35～40 cm高時留茬10 cm左右,留茬的下部留有生長點可分糵繼續生長,割去的上部填到黃瓜兩壟之間作為綠肥。

待幼苗三葉一心時,對第4片葉片進行葉齡(葉片伸出后天數)標記,于第4片葉葉齡20 d時開始取第4、第5片葉,每隔10 d取第4、第5片葉1次,共取樣5次(第4片葉葉齡60 d后,定位追蹤的黃瓜第4、第5片葉已經基本枯萎),每次取樣選取長勢比較一致的植株3株作為1次重復,共3次重復,除葉綠素含量用鮮樣進行測定、光合參數指標用活體測定外,其余指標測定樣品均采用液氮速凍方法保存于-80 ℃冰箱中備用。

1.3 測定項目

1.3.1 形態指標測定 常規方法測定株高(莖基部到植株生長最高處,用米尺測定)、莖粗(莖基部的粗度,用游標卡尺測定)及植株干鮮質量(用分析天平測定)。

1.3.2 生理指標測定 葉綠素含量采用比色法測定;可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定;丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法測定(郝再彬 等,2004)。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四哇(NBT)法測定;過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚比色法測定(李合生,2000)。

1.3.3 光合參數的測定 選擇晴好天氣用美國Li-COR公司LI-6400便攜式光合儀在9： 00～11：00對黃瓜第5片葉進行氣孔導度(Gs)、凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)的測定。

1.4 數據處理

數據整理采用Excel軟件完成,差異顯著性測驗采用SAS V9數據處理軟件完成。

2 結果與分析

2.1 伴生小麥對黃瓜生長的影響

由表1可知,黃瓜在第4片葉葉齡40 d前處于生長發育時期,黃瓜株高、莖粗快速增長,后期增長緩慢。伴生小麥處理的黃瓜各項生理指標均高于黃瓜單作,其中株高、植株鮮質量在第4片葉葉齡40 d時顯著高于單作。從整體來看,與黃瓜單作相比,伴生小麥處理的黃瓜長勢較好。

表1伴生小麥對黃瓜生長的影響

2.2 伴生小麥對黃瓜生理指標的影響

由圖1可知,伴生小麥處理的黃瓜葉片葉綠素含量始終高于黃瓜單作,并在第4片葉葉齡30、40、60 d時差異顯著;黃瓜單作的葉綠素含量在第4片葉葉齡20～30 d時下降最快,葉齡30 d時比葉齡20 d下降30.8%;從整體來看,黃瓜葉片的葉綠素含量一直呈下降趨勢,且伴生小麥處理的下降趨勢較黃瓜單作緩慢。伴生小麥處理的黃瓜葉片可溶性蛋白含量在第4片葉葉齡50 d時顯著高于黃瓜單作;整體上,黃瓜葉片的可溶性蛋白含量均呈先上升后下降的趨勢,伴生小麥處理的黃瓜葉片可溶性蛋白含量與黃瓜單作相比下降緩慢。在第4片葉葉齡30 d時,伴生小麥處理的黃瓜葉片MDA的含量顯著低于黃瓜單作,單作的黃瓜葉片MDA含量在第4片葉葉齡30 d時迅速上升,伴生小麥處理的黃瓜葉片MDA含量在第4片葉葉齡40 d時迅速上升。從整體來看,MDA含量均呈逐漸上升的變化趨勢,與單作相比,伴生小麥處理的黃瓜葉片MDA含量上升緩慢。

如圖2所示,伴生小麥處理的黃瓜葉片SOD活性在第4片葉葉齡30、40 d時均顯著高于黃瓜單作;黃瓜單作的葉片SOD活性一直呈現下降的趨勢,而伴生小麥處理的黃瓜葉片SOD活性呈現先上升后下降的變化趨勢,在第4片葉葉齡30 d時達到最大。伴生小麥處理的黃瓜葉片POD活性在第4片葉葉齡20、30 d時顯著高于黃瓜單作,并在葉齡30 d時達到最大;整體看,POD的活性均呈現先上升后下降的變化趨勢;前期變化程度大,后期POD的活性與前期相比較穩定。

圖1伴生小麥對黃瓜葉綠素、可溶性蛋白和MDA含量的影響

圖2伴生小麥對黃瓜葉片SOD、POD活性的影響

2.3 伴生小麥對黃瓜葉片光合參數的影響

如圖3所示,在第4片葉葉齡20 d時,伴生小麥處理的黃瓜葉片凈光合速率顯著低于黃瓜單作,但在第4片葉葉齡50、60 d時,伴生小麥處理的黃瓜葉片凈光合速率顯著高于黃瓜單作;整體來看,前期,伴生小麥的黃瓜葉片凈光合速率低于黃瓜單作,后期,伴生小麥處理的黃瓜葉片凈光合速率高于黃瓜單作;單作的黃瓜葉片凈光合速率一直呈現下降的趨勢,而伴生小麥處理的黃瓜葉片凈光合速率呈現先上升后下降的變化趨勢。伴生小麥處理與單作的黃瓜葉片氣孔導度均呈持續下降的趨勢,且二者之間差異不顯著。在第4片葉葉齡20、40、50 d時,伴生小麥處理的黃瓜葉片胞間CO2濃度顯著低于黃瓜單作;黃瓜葉片的胞間CO2濃度整體呈現先下降后上升的趨勢。在第4片葉葉齡30 d時,伴生小麥處理的黃瓜葉片蒸騰速率顯著高于黃瓜單作;黃瓜葉片的蒸騰速率均呈現下降的趨勢,在第4片葉葉齡30 d時下降最快。

圖3伴生小麥對黃瓜葉片光合參數的影響

3 結論與討論

黃瓜伴生小麥栽培能提高黃瓜產量(吳鳳芝和周新剛,2009),使單株產量增加6.41%(韓哲, 2012)。為了探明增產機制,本試驗對黃瓜葉片形態指標、生理指標以及光合參數等指標進行分析。結果表明,在植株長勢上,黃瓜伴生小麥處理優于黃瓜單作。許多研究表明,葉片衰老程度越嚴重,葉綠素含量越低,可溶性蛋白降解越快(Lee et al.,2001)。本試驗中,隨著黃瓜植株的生長,葉片的葉綠素含量呈下降趨勢,但是,在第4片葉葉齡30、40、60 d時伴生小麥處理的黃瓜葉片葉綠素含量顯著高于黃瓜單作;在第4片葉葉齡50 d時伴生小麥處理的黃瓜葉片可溶性蛋白含量顯著高于黃瓜單作。由此可以看出,伴生小麥處理與黃瓜單作相比,黃瓜葉片葉綠素及可溶性蛋白的降解速度相對較慢,在一定程度上減緩了黃瓜葉片衰老的速度。在黃瓜生長后期(第4片葉葉齡50、60 d),伴生小麥處理的黃瓜葉片凈光合速率顯著高于黃瓜單作。這一結果表明,與黃瓜單作相比,伴生小麥處理的黃瓜在后期所積累的凈能量相對增多,固定的能量也越多(王秋姣和廖飛勇,2013),對提高產量起到了積極的作用。

在本試驗中,由于定位追蹤的黃瓜第5片葉位于植株下部,與上部葉片相比吸收的太陽能較少,致使整體的光合參數較低;并且由于取樣的部位一直是從下方數的第5片葉,到第5次取樣時第5片葉已經生長至58 d,葉片衰老黃化嚴重,光合能力弱,光合參數迅速下降,以致試驗不能再繼續進行,如何合理定位取樣是今后試驗中值得注意的問題。

以往研究結果表明,葉綠素含量及SOD、POD活性可以作為鑒定黃瓜葉片衰老的生理生化指標(商慶梅,2009)。本試驗結果表明：通過黃瓜伴生小麥栽培措施后,在第4片葉葉齡30 d時,顯著增強了主栽作物黃瓜的SOD、POD活性,減輕了黃瓜MDA的積累,這一結果與王利等(2007)的研究結果一致,說明在第4片葉葉齡30 d時黃瓜伴生小麥栽培模式能夠有效阻止黃瓜葉片高濃度氧的積累,防止膜脂過氧化作用,對黃瓜葉片進行保護,從而延緩黃瓜葉片衰老。黃瓜伴生小麥生長后期,黃瓜葉片的SOD、POD活性降低,表明清除活性氧能力下降,造成細胞內活性氧積累而產生毒害,引起細胞膜過氧化破壞作用,黃瓜葉片衰老加快(王志坤 等,2010)。

伴生小麥減緩黃瓜葉片衰老的分子機理尚未清楚,植物衰老在分子水平上多表現為許多衰老相關基因的活躍表達以及蛋白質的差異表達等(王建勇等,2011),因此,需進一步研究伴生小麥延緩黃瓜葉片衰老的分子機理。

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Effect of Associated Wheat on Cucumber Growth and Physiological Index

GAO Chun-qi,WU Feng-zhi*

(College of Horticulture,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,Heilongjiang,China)

Field experiment was carried out to study the effects of associated wheat on cucumber growth and physiological index. The result indicated that comparing with cucumber monoculture,associated wheat cultivation model could to certain extent accelerate cucumber growth,delay the decline of chlorophyll and soluble protein contents,improve photosynthesis intensity,enhance SOD,POD activities,and at the same time inhibite the rising of MDA content. The associated wheat cultivation model could reduce the degradation rate of chlorophyll and soluble proteins,improve the activity of antioxidant enzymes,and prevent the accumulation of oxygen free radicals,so as to slow down the senescence rate of cucumber leaf.

Cucumber(Cucumis sativus L. );Associated wheat(Triticum aeslivum L. ); Leaf senescence; Physiological index

高春琦,女,碩士研究生,專業方向：設施園藝與蔬菜生理生態,E-mail：byndgcq@163.com

*通訊作者(Corresponding author)：吳鳳芝,教授,博士生導師,專業方向：設施園藝與蔬菜生理生態,E-mail：fzwu2006@aliyun.com

2014-01-16;接受日期：2014-05-19

國家大宗蔬菜產業技術體系專項(CASR-25)