葉面噴施蔗糖對弱光脅迫下南瓜幼苗生長和光合特性的影響

宋苗影 廖媛琦 方珂 王軍偉 何長征

摘 要：為探究外源蔗糖對弱光脅迫下南瓜幼苗生長和光合特性的影響，以蜜本南瓜為材料，設置4個處理：正常光照（300 μmol·m-2·s-1）下葉面噴施清水（CK），弱光（150 μmol·m-2·s-1）下噴施清水（T0）、1%的蔗糖（T1）和2%的蔗糖（T2）。結果表明，與正常光照相比，弱光顯著降低了南瓜幼苗的株高、莖粗、生物量、壯苗指數、比葉重等生長指標，以及熒光參數、凈光合速率等光合指標。弱光下葉面噴施1%和2%的蔗糖提高了南瓜幼苗的株高、莖粗、生物量、比葉重、葉綠素含量、熒光參數和Pn-PPFD響應曲線及其參數等，其中噴施1%蔗糖增加幅度較大，地上部鮮質量、干質量、比葉重、葉綠素總含量、Fv/Fm、qP、TRO/RC、Ψo、AQY和Pn max分別比弱光處理顯著增加了28.5%、40.6%、31.3%、5.7%、27.9%、37.5%、3.4%、14.3%、38.5%和34.3%，以上指標噴施2%蔗糖處理與1%蔗糖處理無顯著差異。綜上所述，弱光下噴施蔗糖可促進南瓜幼苗的生長并有效改善光和性能，且以1%蔗糖處理效果最好。

關鍵詞：南瓜;外源蔗糖;葉面噴施;弱光;生長;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，是我國重要的傳統蔬菜作物之一。隨著設施農業的發展，南瓜常作為一種重要瓜菜進行設施栽培，但由于受季節、覆蓋材料及結構的影響，經常產生弱光逆境，嚴重影響蔬菜等設施作物的產量和品質[1]。有研究表明，弱光通過抑制植物光合性能降低同化作用來影響植物的生長發育[2-4]和植株形態[5]，進而影響花芽分化[6]和開花坐果[7-8]以及果實的品質和產量[9]。因此，研究如何緩解弱光逆境的不良影響顯得尤為重要。

葉面噴肥是蔬菜生產上常用的措施，用于蔬菜葉面噴施的肥料種類較多，一般以大量和微量元素為主，以補充光合產物的不足[10]。已有報道表明，外源糖類物質以及其他含碳化合物可以調控植物體內各種生長發育進程，同時也是物質代謝和呼吸的底物[11]，如在葡萄葉面噴施蔗糖，可以改善弱光條件下同化物供給不足的狀況，可顯著提高植物體內葉綠素含量 [12];葉面噴施葡萄糖可明顯提高番茄葉片葉綠素含量及葉片凈光合速率[11];而葉面噴施0.8%蔗糖卻會促進紅葉桃葉片衰老，降低葉片葉綠素含量[13];葉面噴施1.0%丙三醇會提高韭菜葉綠素a和總葉綠素含量[14]。此外，外源蔗糖可促進水稻幼苗根系生長和向地上部轉運物質[15];用90 mmol·L-1蔗糖進行處理可提高黃瓜幼苗的生長[16]。

為此，筆者在前期研究的基礎上，通過在人工氣候箱內模擬弱光150 μmol·m-2·s-1脅迫，研究噴施外源蔗糖對南瓜葉片生長及光合作用的影響，探討蔗糖緩解南瓜弱光脅迫傷害的生理機制，以期為設施作物育苗及抗逆栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為蜜本南瓜，種子由長沙春潤種業有限公司提供。

1.2 試驗設計

待南瓜幼苗長至3葉1心時，挑選整齊一致、長勢較好的植株設4個處理。CK：正常光照（300 μmol·m-2·s-1） +蒸餾水;T0：弱光（150 μmol·m-2·s-1） +蒸餾水;T1：弱光（150 μmol·m-2·s-1） +1%蔗糖;T2：弱光（150 μmol·m-2·s-1） +2%蔗糖。采用隨機區組設計，每處理15株，3次重復，每次重復隨機選取3株等位取樣（生長點下方第3片完全展開的功能葉），計算平均值，光照度由氣候室調控箱自動控制。每7 d噴施1次蔗糖，共噴4次，噴施時間為10：00，CK葉面噴施等量蒸餾水，以南瓜葉片正反兩面全部潤濕且無成滴液體滴下為宜。于最后一次噴施后2 d取樣測定相關指標。

1.3 方法

試驗于2020年5—7月在湖南農業大學第十一教學樓人工氣候室內進行。種子經消毒、浸泡、催芽后播種于裝有基質（V草炭∶V珍珠巖=3∶1）的營養缽（9 cm× 9 cm）中，每缽1株，放置于托盤（28 cm×55 cm×6 cm）中，期間晝/夜溫度為25 ℃/18 ℃，光合有效福射 （PPFD） 為300 μmol·m-2·s-1，相對濕度維持在60%。待子葉完全展平后每3 d澆灌1次營養液，常規管理。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 生長指標測定 用直尺測量幼苗株高（植株子葉節基部到頂部心葉的距離）;用游標卡尺測量莖粗（與子葉展開方向平行的子葉節粗度）。將植株用去離子水洗凈并吸干表面水分，在根頸處剪斷分為地上部和地下部，用電子天平測定鮮質量，在烘箱中105 ℃殺青15 min、75 ℃烘干至恒重后測定植株干質量。壯苗指數 =（莖粗/株高 + 地下部干質量/地上部干質量）× 全株干質量。

1.4.2 葉片形態指標測定 用便攜式葉面積儀（LI-3100 AREA METER）測定南瓜葉面積，用電子天平測定葉片鮮質量，烘干至恒重后測定葉片干質量。比葉重為葉片單位面積的干質量。

1.4.3 葉綠素含量測定 參照沈偉其[17]的方法測定。采用分光光度計法，計算葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）、葉綠素a/b（Chla/Chlb）和總葉綠素含量。

1.4.4 葉綠素熒光參數測定 使用便攜式手持熒光儀（PAR-FluorPen FP 110/D），暗適應20 min后，測定如下參數：最大光化學效率（Fv/Fm）、實際光化學效率（ΦPSⅡ）、光化學猝滅系數（qp）和非光化學猝滅系數（NPQ）。并計算以下參數：單位反應中心里，吸收的光能（ABS/RC），捕獲用于還原QA的能量（TRo/RC），捕獲用于電子傳遞的能量（ETo/RC），熱耗散的能量（DIo/RC）;捕獲的激子將電子傳遞至電子傳遞鏈中超過 QA 的其他電子受體的概率（Ψo），用于還原PSⅠ 受體側末端電子受體的量子產額（φRo），用于電子傳遞的量子產額（φEo），用于熱耗散的量子比率（φDo）。

1.4.5 光合-光響應曲線（Pn-PPFD）的測定和制作 參照高輝遠等[18-20]的方法測定。用LI-6400XT型便攜式光合作用分析系統測定植株光合作用參數。設定不同光照度為2000、1600、1200、800、600、400、200、100、50、25、0 μmol·m-2·s-1，從高到低測定每個光照度下的Pn，以光合有效福射（PPFD）為橫軸制作光響應曲線Pn-PPFD，并求出表觀量子效率（AQY）、暗呼吸速率（Rd）、光補償點（LCP）、光飽和點（LSP）、和最大光化學效率（Pn max）。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2013和SPSS 20.0軟件進行數據處理和分析，并采用單因素方差分析和Duncan's多重比較法檢驗處理間差異顯著水平。

2 結果與分析

2.1 噴施蔗糖對弱光脅迫下南瓜幼苗生長的影響

由表1可知，3個弱光處理南瓜幼苗株高、莖粗、地上部分鮮質量和干質量、地下部分鮮質量和干質量、壯苗指數均顯著低于CK，葉片數僅T0處理顯著低于CK，而T1、T2處理葉片數與CK差異不顯著。與CK相比，T0處理南瓜幼苗株高、莖粗、葉片數、地上部分鮮質量和干質量、地下部分鮮質量和干質量、壯苗指數均顯著降低，分別比CK降低了48.7%、17.7%、21.9%、47.5%、59.0%、61.9%、74.2%和47.7%。T1處理南瓜幼苗株高、莖粗、葉片數、地上部鮮質量和干質量、壯苗指數均比T0處理顯著增加了41.2%、6.3%、18.7%、28.5%、40.6%和13.9%。T2與T1處理間南瓜幼苗各生長指標均無顯著差異。

2.2 噴施蔗糖對弱光脅迫下南瓜幼苗葉片形態的影響

由表2可知，與CK相比，T0處理南瓜幼苗的葉面積顯著增加26.6%，而葉片鮮質量、葉片干質量和比葉重均顯著低于CK，分別比CK降低了22.8%、40.0%和52.3%。T1處理南瓜幼苗葉面積比T0顯著降低10.9%，而葉片鮮質量、葉片干質量和比葉重分別顯著增加19.7%、18.5%和31.3%。南瓜幼苗葉面形態各指標T2處理與T1處理均無顯著差異。

2.3 噴施蔗糖對弱光脅迫下南瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響

由表3可知，與CK相比，3個弱光處理南瓜幼苗Chla含量、Chlb含量和葉綠素總量均顯著高于CK，而3個處理Chla/Chlb值均顯著低于CK。其中T0處理Chla含量、Chlb含量和葉綠素總量分別比CK提升3.1%、15.1%和6.0%，Chla/Chlb值顯著減少10.1%。T1處理南瓜幼苗Chla含量、Chlb含量和葉綠素總含量比T0處理顯著增加5.4%、6.6%和5.7%，兩者間Chla/Chlb值差異不顯著。T2處理與T1無顯著差異。

2.4 噴施蔗糖對弱光脅迫下南瓜幼苗葉片葉綠素熒光參數的影響

由圖1可知，與CK相比，3個弱光處理南瓜幼苗Fv /Fm、ΦPSⅡ和qp均低于CK，而NPQ均高于CK。其中，T0處理南瓜幼苗Fv /Fm、ΦPSⅡ和qp均顯著低于CK，分別比CK降低了25.6%、28.3%和48.4%，而NPQ顯著增加77.0%。T1處理南瓜幼苗的Fv /Fm、ΦPSⅡ和qp均比T0處理顯著增加了27.9%、26.3%和37.5%，而NPQ顯著降低23.3%。T2處理與T1處理間Fv/Fm、ΦPSⅡ和qp均無顯著差異。

由表4可知，與CK相比，3個處理的南瓜葉片ABS/RC、TRO/RC、ETO/RC、DIo/RC、Ψo、φRo、φEo和φDo均低于CK。其中，T0處理的南瓜葉片ABS/RC、TRO/RC、ETO/RC、DIo/RC、Ψo、φRo、φEo和φDo均顯著低于CK，分別比CK降低2.4%、4.6%、13.5%、12.8%、17.6%、6.8%、23.1%和6.7%。T1處理的南瓜葉片ABS/RC、TRO/RC、Ψo、φRo和 φEo均與CK差異不顯著;與T0處理差異顯著，分別比T0處理顯著增加1.7%、3.4%、14.3%、4.3%和20.0%;而DIo/RC和φDo分別比T0處理顯著降低7.3%和7.1%。T2處理與T1處理以上各參數均無顯著差異，但與CK相比，T1和T2處理的DIo/RC和φDo均顯著降低。

2.5 噴施蔗糖對弱光脅迫下南瓜幼苗葉片Pn-PPFD響應曲線的影響

由圖2可知，各處理光照度在0～800 μmol·m-2·s-1范圍變化時，Pn均隨著光合有效輻射（PPFD）的增強而逐漸增大，尤其PPFD低于200 μmol·m-2·s-1時，Pn快速增加，當PPFD超過200 μmol·m-2·s-1后， 不同處理的Pn增加幅度變緩，其中以CK的增加幅度最大。各處理在800～2 000 μmol·m-2·s-1范圍變化時，Pn均隨著PPFD的增強先增大后減少，且降低幅度T0>T2>T1>CK。總體來看，與CK相比，弱光脅迫處理Pn隨PPFD增加幅度明顯低于CK，弱光下噴施蔗糖后，Pn隨PPFD變化的趨勢都介于CK和弱光處理之間，但T1的增加幅度大于T2。

2.6 噴施蔗糖對弱光脅迫下南瓜幼苗葉片Pn-PPFD響應曲線參數的影響

由表5可知，各處理南瓜幼苗AQY、Rd、LSP和Pn max均低于CK，而LCP均高于CK。與CK相比，T0處理南瓜幼苗AQY、Rd、LSP和Pn max均顯著低于CK，分別比CK降低了37.5%、20.3%、38.5%和38.3%，而光補償點LCP顯著升高28.2%。T1處理南瓜幼苗的AQY、Rd、LSP和Pn max分別比T0處理顯著增加38.5%、17.3%、37.5%和34.3%，而LCP則顯著降低15.7%。T2處理的南瓜幼苗以上各項生長指標均與T1處理無顯著差異。

3 討論與結論

生物量是植物對脅迫響應的綜合體現，直接反映植物是否受到逆境脅迫，也是衡量植物脅迫耐性最可靠的指標之一[21]。研究證明，葉面噴施3 mmol ·L-1蔗糖可提高白菜地上部鮮/干質量和根鮮/干質量[22];葉面噴施1.0% 的蔗糖可促進越冬番茄蔓長、最大葉面積、葉片數等的增加，并且增強番茄的抗寒能力[23]。本研究結果表明，弱光脅迫顯著降低南瓜的株高、莖粗、地上部鮮質量/干質量、地下部鮮質量/干質量和比葉重，而葉面噴施1%和2%蔗糖可有效緩解弱光脅迫對南瓜生長的抑制，改善植株生長狀況，這與龐強強等[22]在白菜、王振學等[23]在番茄上的研究結果相一致。

光合色素存在于葉綠體類囊體上，主要包含葉綠素、反應中心色素和輔助色素，在光合作用中參與吸收、傳遞光能或引起原初光化學反應等過程。葉綠素作為光合作用中最主要的色素分子，其含量的高低與光合作用密切相關，并影響著植株干物質的積累[24]，是反映作物光合能力的一個重要指標[25]。本試驗結果表明，弱光脅迫引起南瓜葉片Chla和Chlb含量顯著升高，Chla/Chlb比值顯著下降，這與Lakshmi 等對水稻[26]的研究結果相一致，施加1%和2%蔗糖后提高了Chla和Chlb含量。這表明噴施外源蔗糖可以提高弱光條件下南瓜幼苗的葉綠素含量，促進對光能的吸收傳遞和轉化、原初光化學反應和對光能的利用，從而增強植株對弱光的適應能力。

利用葉綠素熒光動力學技術可以對光合器官進行準確探測，被稱為測定葉片光合功能快速、無損傷的探針[27]。在光合作用的光能轉化和電子傳遞過程中，PSⅡ起重要的作用，被稱為逆境脅迫對光合器官破壞的原初位點之一[28]。本試驗弱光條件下，T0處理的Fv/Fm、ΦPSⅡ和qp均最低、NPQ最高，同時，ABS/RC、TRO/RC、Ψo、 φRo和 φEo均最低、DIo/RC和φDo均最高，表明弱光降低了葉片電子傳遞活性和光反應活性，減弱了吸收、捕獲光量子的能力，減少了用于電子傳遞的光能，增大了用于熱耗散的能量比率。但葉面噴施蔗糖后，T1和T2處理的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，表明外源蔗糖能夠緩解弱光對南瓜葉片PSⅡ反應中心的傷害，增大了PSⅡ反應中心的開放比例，提高了電子傳遞和光能轉化的能力，降低了熱耗散程度。

弱光條件下的光合作用效率是描述光合器官功能和運轉狀態的基本指標，是光合機制研究的重要內容，尤其在弱光條件下，常用來揭示植物葉片是如何通過光合作用的自我調節以適應環境[29]。根據李天來等[30]的報道，筆者選取200 μmol·m-2·s-1下的光合-光響應曲線（Pn-PPFD）來反映弱光脅迫下南瓜幼苗的光合特性。本試驗中弱光條件下AQY、LSP 和Pn max降低，LCP升高，表明光合能力減弱，光能利用效率降低。而葉面噴施1%和2%蔗糖后AQY、Rd、LSP 和Pn max均有一定程度提高，表明碳同化能力增強，有機產物增多。

綜上所述，弱光脅迫下南瓜幼苗的葉綠素含量改變，葉綠素組成比例失衡，電子傳遞和光能轉化能力下降，凈光合速率降低，進而導致干物質積累減少，生長受到抑制。而在噴施蔗糖后提高了弱光下南瓜的光合能力。由此可見，噴施1%和2%蔗糖都可以緩解弱光逆境對南瓜幼苗的脅迫作用，而以1%蔗糖處理對南瓜生長和光合作用的促進效果最好。

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