鈣素配方對弱光影響番茄幼苗質量的補償作用

劉玉鳳，王珍琪，董文閣，寧曉峰，李天來

(1.沈陽農業大學 園藝學院，設施園藝省部共建教育部重點實驗室，環渤海灣地區設施蔬菜優質高效生產協同創新中心，遼寧 沈陽 110866；2.沈陽農業大學 工程學院，遼寧 沈陽 110866)

番茄是重要的園藝作物，在溫室、大棚等設施中因有保溫覆蓋材料，再加上氣候和季節的變化，易形成弱光逆境條件，而導致番茄的產量和品質下降。前人研究表明，光照減弱降低了番茄葉片的光合能力，延遲花期[1]；葉面積變小，總干質量與莖粗均有所降低[2]。在對黃瓜、番茄、桃等研究時發現，弱光條件下植株葉片變薄、變大、平展，葉色變淡[3-5]；朱延姝等[6]研究發現，弱光導致番茄的葉面積和比葉重變小。番茄在弱光逆境條件下營養體生長衰弱，番茄紅素和含糖量降低，品質變劣，產量下降[7]。弱光條件下同化產物流向葉片和莖的比例增加，而向果實中的分配比例減少，葉片內光合產物輸出比例減少，改變了光合產物的流向[8]。齊紅巖等[4]研究發現，弱光導致番茄葉片中的葉綠素含量增加，許多人從黃瓜、大豆、辣椒、甜瓜等作物上也證實了這一結論[9-12]。目前，弱光逆境是限制冬季設施番茄栽培發展的重要因素之一，因此，研究弱光環境下番茄的生長發育和生理代謝過程的變化是很有必要的，因為它可以為耐弱光番茄育種工作提供理論依據，為冬季設施栽培番茄提供技術支持。作為植物第二信使的鈣在提高和改善作物的抗性方面有明顯的作用，有試驗表明弱光逆境下CaCl2處理可顯著提高壯苗指數，提高SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性，降低番茄葉片MDA含量[13-14]；李益清等[15]報道弱光下Ca2+處理的番茄植株最終產量及果實風味品質都較遮光對照植株有所提高；在低溫弱光條件下，CaCl2處理的番茄植株生長健壯，保護光合機構，抑制膜質過氧化，有效防護了弱光逆境對番茄植株造成的傷害[16]。雖然鈣對弱光下番茄的調控已有一些報道，但提高番茄弱光耐受性的方法并無定論，并且，至今也沒有明顯改善植株弱光性，提高產量和品質的成熟配方。本試驗以普通栽培番茄(LycopersiconesculentumMill.)品種遼園多麗為試材，研究各種鈣素配方對弱光下番茄的補償作用，篩選出可應用于生產的鈣素配方，以期達到有效提高番茄幼苗弱光耐受性，提高番茄產量，改善品質的目的。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗在沈陽農業大學園藝基地日光溫室內進行。供試番茄品種為遼園多麗。鈣素配方由生長素、Ca2+、水楊酸等物質按一定比例配合制成。

1.2 試驗方法

2012年3月13日播種，采用穴盤基質育苗，幼苗四葉一心時移至12 cm×13 cm的塑料育苗缽中，采用營養基質育苗。幼苗移植后長到六葉一心時，用遮陽網進行遮光處理，以溫室內自然光強(855～1 033 μmol/(m2·s))為無遮光區、以50%溫室內自然光強(427～516 μmol/(m2·s))作為遮光區進行處理；遮光處理的當天8：00，無遮光區植株噴灑蒸餾水作為自然光對照(CN，Control natural light)，遮光區噴灑蒸餾水作為遮光對照(CL，Control low light)，分別采用鈣素配方P1、P2、P3噴灑遮光區植株作為處理，用微量噴霧器均勻噴灑番茄全株，白天溫度25～28 ℃，晚間溫度10～15 ℃。

在弱光處理0，3，6，9，12 d時選擇各處理中生長勢相近的3株番茄為調查樣本，分別測定株高(子葉至生長點)、莖粗(莖基部)、根、莖、葉干質量。耐弱光系數根據番茄開花坐果期的耐弱光性回歸方程計算：Y=-0.702 9X+1.104，X為相對的株高/莖粗[17]。在處理后的0，3，12 d采用TTC法測定番茄根系活力。采用便攜式光合作用儀GFS-3000(德國WALZ公司)分別在處理后0，3，6，9，12 d的晴天8：30-9：30測定植株自上向下第4片葉的光合參數。采用Dual-PAM-100熒光儀(德國WALZ公司)在處理后測定植株自上向下第4片葉PS Ⅱ的熒光參數。超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性及過氧化物酶(POD)活性測定分別采用NBT法、比色法和愈創木酚法[18]；MDA含量的測定采用硫代巴比妥酸法。

2 結果與分析

2.1 鈣素配方對弱光影響番茄幼苗生長的補償作用

2.1.1 鈣素配方對弱光影響番茄株高、莖粗、耐弱光系數的補償作用 從圖1可以看出，與遮光對照(CL)相比，配方一(P1)和三(P3)處理3 d時番茄株高均明顯降低。莖粗有所增加，但未達到顯著水平。與遮光對照(CL)相比，配方處理均可提高番茄的耐弱光系數，其中P1和P3處理與對照相比提高了23.6%和23.8%。可見，P1與P3處理的效果較為明顯。

2.1.2 鈣素配方對弱光影響番茄干質量的補償作用 從圖2中可以看出，遮光對照(CL)的根干質量明顯低于自然光對照(CN)，但是P1與P2均明顯高于CL；P1和P3莖干質量與CN之間無顯著差異，與CL相比二者分別提高了71.5%和51.9%；與CL相比，P1和P2的葉干質量分別升高24.5%和23.0%；P1、P2、P3的總干質量均較明顯高于CL，其中P1效果最明顯，比CL提高了39.0%。所以從物質積累來看，P1的效果最好。

圖1 鈣素配方對弱光影響植株生長量的補償作用Fig.1 Compensating effects of calcium formulation on the plant growth vigor under low light stress

圖2 鈣素配方對弱光影響植株干質量的補償作用Fig.2 Compensating effects of calcium formulation on the weight of dought of plant under low light stress

2.1.3 鈣素配方對弱光影響番茄根系活力的補償作用 根系活力是反映植株根系對水分和礦質元素吸收能力的指標。從圖3中看出，隨著植株生長，根系活力呈上升趨勢，但是在不同取樣時間里，各處理之間存在著差異。在處理3 d時，P1、P2明顯高于CL，分別提高了68.1%和27.0%。到了第12天時，P1明顯高于CL 39.1%。從根系活力方面來分析P1的作用效果明顯，且作用時間長。

2.1.4 鈣素配方對弱光影響番茄壯苗指數的補償作用 由表1可知，弱光條件下莖粗變細，鈣素配方有增加弱光下莖粗的趨勢。從幼苗株高來看，弱光時植株明顯徒長，鈣素配方可以緩解植株徒長，其中配方三(P3)最佳，配方一(P1)次之，分別降低株高9.2%和2.5%。從幼苗干質量來看，弱光下幼苗全株干質量明顯降低，各配方均提高了弱光下番茄干質量，其中配方一(P1)最佳，配方二(P2)次之，配方三(P3)再次之，增幅分別為42.2%，28.2%，17.4%。從壯苗指數看，鈣素配方極大地提高了壯苗指數，其中配方一(P1)的作用最大，比弱光對照CL提高了57.7%。

圖3 鈣素配方對弱光影響植株根系活力的補償作用Fig.3 Compensating effects of calcium formulation on the root activity under low light stress

表1 鈣素配方對弱光影響番茄幼苗生長的補償作用Tab.1 Compensating effects of calcium formulation on growth of tomato seedling under low light stress

注：同列中相同字母表示經鄧肯氏新復極差檢驗在5%水平上差異不顯著。

Note：Mean separation within columns by Duncan′s multiple range test atP=0.05.

2.2 鈣素配方對弱光影響番茄幼苗光合能力的補償作用

2.2.1 鈣素配方對弱光影響番茄葉片光合變化的補償作用 從圖4-A中可以看到，弱光(CL)脅迫導致番茄幼苗的凈光合速率(Pn)明顯低于自然光對照(CN)；而施用鈣素P1、P2、P3在一定程度上提高了弱光下番茄幼苗Pn，與弱光(CL)相比，噴施3 d時分別提高了4.8%，4.6%，6.5%。從圖中進一步看出，P3的有效時間在6 d內較明顯；P1和P2作用時間雖長，但是緩解Pn降低的效果稍差。

從圖4-B中看出，總體來說遮蔭處理后氣孔導度(Gs)比自然光對照(CN)高，其中P2高出CN16.2%。圖4-C中表明弱光處理后胞間CO2濃度(Ci)在前3 d沒有顯著變化，但是第6天開始各個配方處理后的Ci均明顯高于CL，與CN相比，P3提高了10.8%。氣孔導度(Gs)和蒸騰速率(Tr)均有所升高，氣孔限制值(Ls)下降，胞間CO2濃度(Ci)與對照無顯著差異，表明弱光導致番茄葉片凈光合速率下降是非氣孔因素；施用鈣素配方雖較明顯提高了弱光下番茄葉片Gs、Tr、Ci，但未能顯著影響弱光下番茄葉片Ls。這說明增施鈣素對弱光下番茄光合作用調控的機制可能與Gs、Tr、Ls和Ci關系不大。

圖4 鈣素配方對弱光影響番茄葉片氣體交換的補償作用Fig.4 Compensating effects of calcium formulation on the photosynthesis in leaves under low light stress

2.2.2 鈣素配方對弱光影響光系統Ⅱ(PSⅡ)熒光參數的補償作用 PSⅡ熒光參數是反映植物受逆境脅迫程度的重要指標之一。從圖5中反映的是Fv/Fm的變化情況，Fv/Fm是PSⅡ的最大量子產量，反映植株的潛在最大光合能力。圖5中顯示弱光(CL)下植株的Fv/Fm下降，但并未達到顯著水平，而鈣素配方處理比CL有所提高，在第3天時P3的作用效果明顯，第6天出現明顯下降，此時P1與P2均逐步升高更接近CN。說明P1與P2能有效提高PSⅡ反應中心最大光合效率長達12 d。

從圖6中可以看出，Fo是初始熒光，經過充分暗適應以后PS Ⅱ反應中心處于完全開放狀態時的熒光產量。試驗中，處理6 d內Fo均呈上升趨勢，而弱光(CL)處理的Fo明顯上升；qP是基于“沼澤模型”的光化學淬滅，即光合作用引起的熒光淬滅，qP反映了光合活性的高低。第9天開始弱光下的光化學淬滅qP降低，與CN相比變化明顯。Y(NO)是PS Ⅱ的非調節性能量耗散的量子產量，弱光下Y(NO)有所升高，但均未達到顯著水平；弱光脅迫下，實際光化學效率[Y(Ⅱ)]有所下降。qN是非光化學淬滅，在弱光下qN值有所下降，表明番茄植株的光保護能力下降。Y(NPQ)是調節性能量耗散的量子產量，在弱光下其變化幅度很小。

圖6 鈣素配方對弱光影響番茄葉片PSⅡ的Fo、 Y(Ⅱ)、 Y (NO)、 Y (NPQ)、 qN、qP的補償作用Fig.6 Compensating effects of calcium formulation on the Fo, Y(Ⅱ), Y (NO), Y (NPQ), qN and qP of PSⅡ in leaves under low light stress

2.3 鈣素配方對弱光影響番茄葉片抗氧化能力的補償作用

2.3.1 鈣素配方對弱光影響葉片中超氧化物歧化酶(SOD)活性的補償作用 從圖7中可以看出，弱光處理后的SOD活性(以鮮質量計)總體呈現下降的趨勢。在處理后前6 d，各處理之間的SOD活性無顯著變化。但從第6天開始，弱光處理(CL)的植株表現出SOD活性下降最明顯。而配方二(P2)和配方三(P3)表現出SOD活性明顯下降，尤其是第9天時，也與自然光對照(CN)有明顯變化。3個配方處理都在不同程度上緩解了SOD活性的下降，其中，配方一(P1)的效果最明顯，與自然光下基本沒有差異。

2.3.2 鈣素配方對弱光影響葉片中過氧化物酶(POD)活性的補償作用 從圖8中可以清晰地看到，POD活性在6 d內呈現上升趨勢，6 d后又出現下降趨勢。與弱光對照(CL)比，自然光對照(CN)與各配方在6 d前的變化都更敏感。而到了第12天時，各個處理基本沒有差異，說明，配方的作用只維持到9 d左右。從圖中可以清楚地看到，P1的效果在前6 d與CN比較接近，P3的效果在第9天時與CN比較接近。

2.3.3 鈣素配方對弱光影響葉片中過氧化氫酶(CAT)活性的補償作用 從圖9中CAT活性在第3天出現一個應激的下降，然后開始升高，其中CL升高最明顯。各處理與CL相比，上升趨勢都有所緩和。尤其在前9 d，P1緩和CAT活性上升基本達到了CN水平。而P2和P3也有緩和，只是與CN相差較大。由此，可認為P1效果最好。

2.3.4 鈣素配方對弱光影響葉片中抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的補償作用 在圖10中，弱光逆境中APX的活性先是應激性升高，噴施了鈣素配方后的植株應激性表現也更強烈。隨著弱光的持續，APX活性之后逐漸下降，鈣素配方處理后的植株下降幅度要小于弱光對照，而自然光下則是逐漸上升。其中，配方一(P1)與配方三(P3)一直保持較高水平，說明P1、P3在保護APX活性時效果較優，從而提高了植株的耐弱光性。

圖7 鈣素配方對弱光影響番茄葉片SOD活性的補償作用Fig.7 Compensating effects of calcium formulation on SOD activity under low light stress

圖8 鈣素配方對弱光影響番茄葉片POD活性的補償作用Fig.8 Compensating effects of calcium formulation onPOD activity under low light stress

圖9 鈣素配方對弱光影響番茄葉片CAT活性的補償作用Fig.9 Compensating effects of calcium formulation on CAT activity under low light stress

圖10 鈣素配方對弱光影響番茄葉片APX活性的補償作用Fig.10 Compensating effects of calcium formulation on APX activity content under low light stress

2.4 鈣素配方對弱光影響番茄葉片膜脂過氧化的補償作用

丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的最終產物，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。因此，在弱光條件下，MDA含量也會發生相應變化。由圖11可以看出，各處理的番茄葉片內MDA含量呈上升趨勢，弱光對照(CL)的MDA含量要高于鈣素配方處理。處理后3 d就出現差異，配方P2與弱光對照(CL)差異不顯著，而其他配方一(P1)與配方三(P3)均與弱光對照有明顯差異。

圖11 鈣素配方對弱光影響番茄葉片丙二醛含量的補償作用Fig.11 Compensating effects of calcium formulation on MDA content under low light stress

3 結論與討論

本試驗研究結果顯示，弱光脅迫使得番茄干物質在根、莖、葉中的積累減少，而噴施鈣素配方后，干物質積累有所增加，其中P1的效果最好。這與李天來等[19]用含鈣素的配方處理弱光逆境下的番茄植株的研究結果相同，鈣素配方能夠調節番茄幼苗對弱光逆境的耐受性，提高弱光逆境下番茄植株單果重和單株產量。從根系活力方面來分析鈣素配方P1的作用效果明顯，且作用時間長。從壯苗指數看，增施鈣素配方極大提高了壯苗指數，其中配方P1的效果最佳。鈣素配方可以緩解Pn的降低，雖然較明顯提高了弱光下番茄葉片Gs、Tr、Ci，但未能顯著影響弱光下番茄葉片Ls。這說明增施鈣素對弱光下番茄光合作用調控的機制可能與Gs、Tr、Ls和Ci關系不大，這與李益清等[20]研究結果一致。

本試驗研究結果顯示，各配方處理后凈光合速率均高于弱光對照，其中，P3的調節作用在6 d內較明顯；P1和P2作用時間稍長，但是緩解Pn降低的效果較差。鈣可以保持植株較高的最大光化學效率(Fv/Fm)和較低的初始熒光(Fo)，保護高溫強光逆境下光合結構[21]。本試驗中，鈣素配方有效提高了PSⅡ反應中心最大光合效率。配方處理在不同程度上緩解了SOD活性的下降，其中，P1的效果最明顯。從POD活性角度分析，P1的效果在前6 d與CN比較接近，P3的效果在第9天時與CN比較接近。配方的作用時間約為6～9 d。在弱光下CAT活性降低，配方有效緩解其降低幅度。P1緩和CAT活性上升基本達到了CN水平，其效果最好。從APX活性變化分析，P1、P3提高植株的耐弱光性最佳。

綜上所述，所采用的3種鈣素配方均有降低弱光逆境下番茄株高，增加莖粗，從而提高植株的耐弱光系數的作用；還可以緩解弱光下植物干物質量的減少，促進干物質積累，提高根系活力，保證了植株對鈣素營養的吸收與利用。其中，經過比較，發現配方一的效果最佳，是本試驗中比較理想的提高番茄產量和品質的鈣素復合配方。