水分脅迫對檸條基質栽培黃瓜幼苗生長及光合特性的影響

曲繼松　張麗娟　朱倩楠　田永強　高麗紅

摘要：研究水分脅迫對檸條基質栽培黃瓜幼苗光合作用及相關生理指標的影響，為利用新型園藝基質培育優質黃瓜幼苗提供理論參考。采用72穴標準穴盤進行育苗，測定正常供水（CK）、中度水分脅迫（5%PEG6000，DR-M）和重度水分脅迫（10% PEG-6000，DR-S）處理下黃瓜幼苗的株高、莖粗、根冠比、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、光合參數、葉綠素熒光參數的變化。結果表明，水分脅迫顯著抑制了黃瓜幼苗的生長，處理后第17d，與CK相比，DR-M處理的株高降低8.30%，DR-S處理的株高降低16.20%，DR-M處理的黃瓜幼苗莖粗增加0.85%，DR-S處理的莖粗下降7.67%。與CK相比，DR-M處理下黃瓜幼苗干物質積累量增加，根冠比下降，葉綠素含量降低，丙二醛含量增加，SOD和POD活性升高，凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、水分利用效率（WUE）、初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）、單位反應中心捕獲的用于電子傳遞的能量（ETo/RC）均下降。對夏季檸條基質培育黃瓜幼苗而言，中度水分脅迫處理可抑制因溫度過高、水分充足引起的徒長，有利于提高抗逆能力，增加干物質積累量，培育優質壯苗。

關鍵詞：檸條基質;黃瓜;育苗;水分生理;光合作用

中圖分類號：S642.2

文獻標識碼：A

文章編號：1000-4440（2019）02-0384-07

黃瓜（Cucumis sativus Linn）喜溫暖，是設施蔬菜生產主栽作物種類之一。由于黃瓜易管理，生長速度快，茬口安排靈活，因此形成了周年栽培和供應的生產模式”。培育壯苗是園藝作物生產的關鍵環節，因為健壯的幼苗不僅對提高作物抗逆性十分有利，也是果實生產的基礎和豐產的保證。穴盤育苗的出現革新了育苗方式，其基質成分和相對比例均顯著影響幼苗的生長。以檸條粉作為育苗基質的試驗已經取得了初步成效，尤其是在西瓜[2]、甜瓜（3]茄子[4]、辣椒[5]等的育苗上均有較好表現。水分管理是穴盤基質育苗的關鍵環節，水分高低影響著幼苗的質量好壞。有研究結果表明，土壤含水量為田間最大持水量的90%時，黃瓜幼苗莖粗最大，光合速率最高，葉綠素含量高，根系活力強，幼苗長勢健壯[6]。適量的水分有利于保持土壤中水氣比例的平衡，增強土壤中微生物的活性，促進根系的良好生長，提高吸收能力，增加干物質和葉綠素的積累量，從而促進光合能力的增強以及凈光合速率的提高，為后期的栽培管理奠定基礎。目前，有關水分脅迫對黃瓜影響的報道主要集中在模擬水分脅迫對黃瓜幼苗葉綠素、丙二醛（MDA）、脯氨酸、超氧化物歧化酶等生理指標的影響方面，有關水分脅迫對黃瓜幼苗光合特性和葉綠素熒光參數影響的研究較少。光合作用是作物最基本也是最重要的生理功能，對水分脅迫非常敏感，植物受到水分脅迫后會出現光合速率下降的現象171。氣孔限制是水分脅迫下植物光合速率下降的主要原因[12]，嚴重脅迫時非氣孔因子起主導作用[13]。葉綠素熒光是探測和分析植物光合功能的重要指標，為研究光系統II（PS II）及其電子傳遞過程提供了豐富信息。牛鐵泉等[14]以蘋果為試驗材料，發現水分脅迫下Fv/Fo和Fv/Fm顯著降低，PS II反應中心光合潛能下降。葉片氣體交換和葉綠素熒光是光合作用的探針，通過對葉片氣體交換參數和葉綠素熒光參數進行分析，可以了解植物葉片對光能的吸收和利用[15-16]因此，研究水分脅迫下黃瓜葉片氣體交換參數和葉綠素熒光參數的變化，可以進一步了解水分脅迫對黃瓜光合特性的影響。

本試驗擬以德爾99黃瓜為試驗材料，研究水分脅迫對檸條基質栽培黃瓜幼苗主要生理指標的影響，旨在了解黃瓜幼苗的抗旱機制，揭示水分脅迫與黃瓜幼苗光合作用及相關生理指標之間的關系，探索利于幼苗生長的檸條基質水分含量，以期為檸條基質培育黃瓜幼苗的水分管理提供理論參考和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏農林科學院園林場試驗基地的育苗專用溫室內進行，位于東經106°9'0.55"，北緯38° 38'57.89"，海拔1117m，屬于典型的中溫帶大陸性氣候，年平均氣溫8.5℃左右，年平均日照時數2800～3000 h，年平均降水量200 mm左右，無霜期185d左右。

1.2 試驗材料

供試黃瓜品種為德爾99（DR），種子購自天津德瑞特公司，檸條粉購自寧夏回族自治區鹽池縣源豐草產業有限公司。1m3檸條粉中加入2 kg尿素和5 kg商品有機肥（N：P20，：K20=12：8：9，質量比），高溫靜態厭氧-好氧交替發酵90d后，加入珍珠巖和蛭石（檸條粉：珍珠巖：蛭石=7：2：1，體積比），作為育苗基質。使用29 cmx58 cm標準72穴穴盤。

檸條復配基質物理性狀為：干體積質量0.2117g/cm3、濕體積質量0.5376g/cm3、總孔隙度60.25%、通氣孔隙度27.66%、持水孔隙度32.59%、大小孔隙比0.8487。

檸條復配基質化學性質為：pH5.50、電導率9.46mS/cm、全鹽21.50 g/kg、有機質402.00 g/kg、全氮18.06 g/kg、速效氮1128.00 mg/kg、速效磷127.50mg/kg速效鉀2450.00 mg/kg、碳氮比12.90。

1.3 試驗設計

試驗于2017年5月20日-2017年8月30日在9m跨度育苗專用日光溫室內進行，育苗床架上的每個穴盤按照南北方向擺放，所有穴盤橫向并一字排開，與溫室前沿平行，距離溫室前沿3m。

試驗設3個處理，分別為：對照（CK，用清水澆灌）、中度水分脅迫處理（DR-M，用體積分數為5%的PEG-6000溶液澆灌）、重度水分脅迫處理（DR-S，用體積分數為10%的PEG-6000溶液澆灌）。每個處理3穴盤，重復3次[17]。當幼苗長到1葉1心（6月27日）時開始處理，之后每7d（7月4日、7月11日）處理1次，每次處理后的第3d進行生長指標和生理指標的測量。第1次處理后的第10d測定氣體交換參數和葉綠素熒光參數。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 生長指標用直尺測量幼苗株高，游標卡尺測量幼苗莖粗，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定根系活力，根冠比=地下部干質量/地上部干質量，每個處理隨機選擇3株幼苗進行測量。

1.4.2 生理指標乙醇比色法測定葉片葉綠素（Chl.）含量，硫代巴比妥酸（TBA）顯色法測定MDA含量，氯化硝基四氮唑藍（NBT）光化還原法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，愈創木酚比色法測定過氧化物酶（POD）活性[18]。以頂部最大的2片完全展開功能葉片為材料，每個樣本測量3次，結果取平均值。

1.4.3 光合參數選取幼苗2葉2心時的最大功能葉片為試驗材料，每個處理隨機選擇3片。采用TPS-2便攜式光合作用測定系統對凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）胞間CO，濃度（Ci）、氣孔限制值（Ls）、水分利用效率（WUE）等光合參數進行測定，育苗溫室內部光照度為（1000+50）μmol/（m2·s），CO2濃度為（400+20）μmol/mol。

1.4.4 葉綠素熒光參數選取幼苗2葉2心時的最大功能葉片為材料，每個處理隨機選擇3片。使用Hansatech公司生產的連續激發式熒光儀Handy PEA測定黃瓜幼苗葉片的熒光參數，測定前暗適應30min，利用配套軟件對數據進行處理，測試指標有：初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）、PSII最大光化學效率（Fv/Fm）、性能指數（PI）、單位反應中心吸收的光能（ABS/RC）、單位反應中心捕獲的用于還原結合有質體醌的蛋白質（QA）的能量（TRo/RC）、單位反應中心捕獲的用于電子傳遞的能量（ETo/RC）、單位反應中心耗散掉的能量（DIo/RC）[19]測定時間為10：00-12：00。

1.5 數據分析

數據處理和制圖采用Excel 2007軟件和DPS 3.01軟件Duncan's新復極差法進行。

2 結果與分析

2.1 水分脅迫對黃瓜幼苗生長發育的影響

2.1.1 生長狀況圖1顯示，CK處理的黃瓜幼苗生長較快。水分脅迫對黃瓜幼苗株高的影響較大，PEG-6000處理后第17d，DR-M處理和DR-S處理的黃瓜幼苗株高均顯著低于CK，分別降低了8.30%、16.20%。說明水分脅迫抑制了幼苗的正常生長，而且脅迫程度越大抑制效果越明顯。

圖2顯示，PEG-6000處理后第17d，DR-M處理的黃瓜幼苗莖粗比CK高0.85%，但DR-S處理的黃瓜幼苗莖粗卻顯著低于CK，下降了7.67%，表明適當的水分脅迫處理可以使幼苗莖粗增大。

2.1.2 根系狀況圖3顯示，處理后第10d，與CK相比，DR-M處理下黃瓜幼苗的根系活力提高了16.22%，DR-S處理下黃瓜幼苗的根系活力提高了29.29%。表明短期水分脅迫有利于幼苗根系活力的提升，而且脅迫強度越高根系活力提高越多。

隨著水分脅迫時間的延長，DR-M處理根系活力持續增強，處理后第17d，較CK提升29.69%，較7d前增加28.68%。DR-S處理的水分脅迫程度最高，隨著水分脅迫時間的延長，黃瓜幼苗出現萎蔫狀況，根系活力出現了下降趨勢，處理后第17d，較CK提高0.78%，較7d前下降10.10%。說明中度水分脅迫可以增強幼苗的根系活力，但重度且長時間的水分脅迫會傷害幼苗的根系，導致根系活力降低。

2.1.3 干物質積累量圖4顯示，處理后第3d，與CK相比，DR-M處理下的干物質積累量增加9.75%，DR-S處理下的干物質積累量減少1.43%。處理后第10d，各處理干物質積累量之間的差異加大，處理后第17d，DR-M處理的干物質積累量較CK增加21.43%，而DR-S處理較CK下降19.55%，DR-M處理較DR-S處理增加50.94%，差異均達到顯著水平。表明中度水分脅迫有利于黃瓜幼苗干物質的積累。

圖5顯示，CK的黃瓜幼苗根冠比較高，經過PEG-6000處理的幼苗根冠比較低，隨著PEG-6000體積分數增大，根冠比降低。隨著水分脅迫時間的延長，CK根冠比逐漸升高，而DR-M和DR-S處理的根冠比在處理后第10d小幅上升，處理后第17d又下降。中度水分脅迫可以降低黃瓜幼苗的根冠比，防止幼苗徒長。高度水分脅迫同樣降低黃瓜幼苗的根冠比，而且根冠比值更低。

2.1.4 葉綠素含量圖6顯示，CK的黃瓜葉片葉綠素含量較高，而且隨著時間的延長，葉綠素含量逐漸升高。水分脅迫下，幼苗葉片葉綠素含量均較CK降低。PEG-6000處理第3d，CK組的葉綠素含量為1.427 mg/g，DR-M處理組的葉綠素含量為1.168 mg/g，DR-S處理組的葉綠素含量為0.727 mg/g。DR-M處理后第10d的葉綠素含量較處理后第3d增加10.19%，DR-S處理后第10d較處理后第3d增加38.93%，DR-M處理后第17d較處理后第10d降低18.03%，DR-S處理后第17d較處理后第10d降低15.64%。處理后第17d，DR-M和DR-S處理組黃瓜幼苗葉片的葉綠素含量與CK相比，分別降低47.80%和57.84%（P<0.05）。說明黃瓜幼苗受到水分脅迫后，隨脅迫時間延長葉綠素含量下降，幼苗葉片變黃并趨于死亡。

2.1.5 MDA含量圖7顯示，CK的黃瓜幼苗葉片的MDA含量較低，隨著脅迫時間延長，MDA含量緩慢升高。PEG-6000處理使黃瓜幼苗葉片MDA含量顯著增加，處理后第10d，與CK相比，DR-M處理和DR-S處理的黃瓜幼苗葉片MDA含量分別增加16.30%、73.64%（P<0.05）。CK、DR-M和DR-S3個處理的線性相關方程直線斜率分別為0.105、0.248、0.341，斜率的大小反映了幼苗葉片MDA含量增加速率的大小。由此可知，黃瓜幼苗只能忍受短時間的中度水分脅迫，隨著水分脅迫時間延長和脅迫程度的增加，黃瓜幼苗的生長發育嚴重受阻，甚至出現萎蔫。這是因為，黃瓜植株在逆境下保護酶活性下降，細胞內自由基平衡被打破，自由基累積量增加，造成膜脂過氧化，產生較多的MDA，使膜結構受損程度加重，導致植物受害甚至死亡！[20]

2.1.6 SOD和POD活性表1顯示，隨著脅迫時間的延長，DR-M和DR-S處理黃瓜幼苗葉片的SOD和POD活性逐漸升高。處理后第17d，與CK相比，DR-M處理組黃瓜幼苗葉片的SOD和POD活性分別提高了61.96%和52.17%，DR-S處理分別提高113.85%和81.64%。水分脅迫可以提高SOD和POD的活性，降低細胞膜系統的傷害，抗細胞衰老，增強幼苗的木質化程度。

2.2 水分脅迫對黃瓜幼苗葉片光合參數的影響

表2顯示，隨著水分脅迫程度的加劇，黃瓜幼苗的Pn、Tr、Gs、Ci均顯著降低，CK的黃瓜幼苗葉片WUE最高，為2.4063，DR-M處理次之，為2.2541，DR-S處理最小，為1.6509。水分脅迫下，Pn下降，主要是由于植物葉片氣孔阻力增大甚至，直接關閉氣孔，Gs下降，導致葉肉細胞梭化位點的CO2量減少，Ci減少，而且脅迫程度越大，Pn越低。

2.3水分脅迫對黃瓜幼苗葉綠素熒光參數的影響

表3顯示，水分脅迫下黃瓜幼苗葉片葉綠素熒光基本參數Fo、Fm和Fv變化較大，且各處理間的差異達到顯著水平。CK的黃瓜幼苗Fo、Fm和Fv最大，分別為544.50、2511.50和1995.00。水分脅迫嚴重影響黃瓜幼苗的性能指數，CK最高，為1.0885，比DR-S處理高118.31%。DR-M和DR-S處理葉片的Fv/Fm降低，說明水分脅迫下，植物發生了光抑制。

2.4 水分脅迫對黃瓜幼苗PSII反應中心活性參數的影響

表4顯示，3個處理的黃瓜幼苗均表現為ABS/RC>TRo/RC>ETo/RC，表明隨著電子傳遞鏈的延伸，熱耗散增加，光能利用率降低。DR-M和DR-S處理的ETo/RC均比DIo/RC小，CK則相反，說明水分脅迫使得PSII反應中心用于熱耗散的能量高于用于電子傳遞的能量。隨著水分脅迫程度的加重，單位反應中心吸收的能量增加，但在碳同化降低的情況下，易導致PSII的過量激發，造成PSII的進一步損害。

3 討論

水分脅迫程度越大，對株高的抑制越顯著。中度水分脅迫有利于增加黃瓜幼苗干物質的積累量，降低黃瓜幼苗的根冠比，增加幼苗莖粗，增強根系活力，提高根系吸收能力，但重度水分脅迫以及長時間的水分脅迫會傷害幼苗的根系，導致根系活力顯著降低。說明中度水分脅迫有助于提高抗逆能力，益于檸條基質中黃瓜壯苗的培育。

植物受到水分脅迫時，通過滲透調節降低滲透勢，維持細胞膨壓是保證體內正常生理功能的重要調節方式。SOD和POD是細胞膜活性氧清除酶系統中的關鍵酶，在清除超氧自由基，控制膜脂過氧化以及保護細胞膜正常代謝等方面起著重要的作用[13]。本研究結果表明，隨著PEG-6000體積分數的增加，黃瓜幼苗葉片中SOD、POD酶活性升高。

中度水分脅迫時，氣孔導度的限制是導致光合速率降低的主要原因，重度水分脅迫時，葉肉細胞利用CO2的能力降低，光合能力下降是引起光合速率降低的主要原因[21]水分脅迫會導致葉片氣孔導度下降，CO2反應受阻，進而造成葉片光合能力降低，作物可以通過提高葉片水分利用效率來適應這種逆境[22-23]。氣孔導度是反映葉片氣體交換的重要指標，植物氣孔的開閉主要受光照和CO2控制，表現為晝開夜閉，但當植物缺水時，水分就成為決定氣孔開閉的決定性因素，水分過少會導致植物葉片氣孔關閉，使植物避免因繼續大量失水而受到傷害，進而導致光合速率下降。作物對水分脅迫最早、最敏感的響應是氣孔的關閉[24]，本研究結果中氣孔導度大小與水分脅迫程度呈負相關，即隨著水分脅迫程度加劇，氣孔導度值逐漸降低。水分脅迫明顯降低了植株的氣孔導度、蒸騰速率凈光合速率。

作物受到水分脅迫后會出現光合速率下降的現，象[25-27]黃瓜幼苗葉綠素熒光參數中的Fo、Fm和Fv受水分脅迫的影響較大。作物水分利用效率是其生存的關鍵因子[28]和抗旱策略的重要組成部分[29]。

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