不同水分脅迫條件下腐植酸類鉀鹽對西葫蘆幼苗生長及光合熒光特性的影響

王艷芳 武月勝 李靈芝 張 偉 高清蘭 王 研李海平*

1 山西農業大學園藝學院 太谷 030801

2 山西省農業機械化服務中心 太原 030031

3 大同市氣象局 大同 037010

腐植酸是一種廣泛存在于土壤、泥炭中的天然高分子有機混合物[1]，在農業領域的作用已受到社會的廣泛關注[2]。已有研究表明，施用腐植酸不僅可提高小麥、玉米等大田農作物的產量，而且在蔬菜應用上增產提質效果明顯[3]。腐植酸還可以通過調節植物的生理生態變化，或者改變植物的生長環境來增強植物抗逆性。西葫蘆（Cucurbita pepoL）是僅次于黃瓜的主要商品蔬菜之一[4]，其生長環境宜濕潤不宜干旱，缺水會影響植株生長和產量，還會誘發病毒病。水分也是影響植物光合作用的重要因子之一。有研究表明，噴施新型腐植酸有機液肥能顯著提高植物凈光合速率，增強光合作用，促進營養吸收，增強根系活力，減緩土壤水分消耗，起到保水節水和緩解干旱脅迫的作用[5]，尤其適合應用于旱作農業。

本試驗系統探究了在水分脅迫條件下腐植酸類鉀鹽對西葫蘆幼苗光合特性和熒光參數的影響。在不同水分脅迫條件下分別澆灌3種腐植酸類鉀鹽，測定西葫蘆幼苗的光合指標并分析其變化情況，為進一步深入研究腐植酸類鉀鹽的緩解緩解水分脅迫的有效成分、機理及栽培生產應用提供參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

西葫蘆品種為“農園1號”。3種腐植酸類鉀鹽為黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀。

1.2 試驗方法

試驗在山西省晉中市榆次區蔬菜溫室中進行，2021年9月16日將西葫蘆種子用0.2%高錳酸鉀溶液消毒20 min，放于25 ℃恒溫箱浸種4 h。把種子放在鋪有濾紙的培養皿中30 ℃催芽24 h。待種子發芽后播種于21孔穴盤，共播12盤，每個處理1盤，各處理設計如表1所示。幼苗長出子葉開始灌溉1/3濃度山崎黃瓜配方營養液（表2，因山崎配方營養液中沒有西葫蘆的配方營養液，黃瓜與西葫蘆同屬葫蘆科植物，所以選擇經典的山崎黃瓜配方營養液代替）；兩葉一心時澆灌3種腐植酸類鉀鹽（黃腐酸鉀、腐植酸鉀和生化腐植酸鉀），每2天處理1次，處理時每穴澆灌20 mL，共處理5次。3種腐植酸類鉀鹽處理后設置不同水分處理，每種腐植酸類鉀鹽處理的幼苗分別補充作物蒸發蒸騰量（ET）的100%、75%和50%，在不同水分處理下生長10天后取樣并測定其相關指標。

表1 試驗處理設計Tab.1 The design of experimental treatment

表2 山崎黃瓜配方營養液Tab.2 Yamazaki cucumber formula nutrient solution mg/L

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生長指標的測定

試驗結束時，每個處理隨機選取5株西葫蘆幼苗用于生長指標的測量，用直尺測量植株的株高（莖基部到生長點的距離）、葉長和葉寬；用游標卡尺測量莖粗（基部粗度）；用電子天平稱量西葫蘆幼苗地上部鮮重和地下部鮮重；放于烘箱105 ℃殺青25 min后在75 ℃下烘干至恒重，稱量地上部干重和地下部干重。根據公式（1）（2）計算葉面積[6]和根冠比[7]。

1.3.2 葉綠素含量的測定

試驗結束時，每個處理隨機選取5株長勢均勻的西葫蘆幼苗，剪取其葉片，參照高俊鳳等[8]的分光光度計法測定。根據公式（3）（4）（5）（6）計算葉綠素a（Ca）、葉綠素b（Cb）、類胡蘿卜素（Cx·c）和總葉綠素（CT）含量。

1.3.3 光合特性的測定

試驗結束時，每個處理隨機選取5株西葫蘆幼苗，每株取自上往下第3片葉，在自然光下用美國LI-COR生產的LI-6800光合儀測量西葫蘆的光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）等指標。測定時間9：00—11：00，測量時光量子通量密度設置為500 μmol/m2·s，濕度設置為50%。

1.3.4 葉綠素熒光參數的測定

試驗結束時，每個處理隨機選取5株西葫蘆幼苗，每株取自上往下第3片葉，用美國LI-COR生產的LI-6800光合儀熒光葉室測定光適應下熒光參數，包括光系統Ⅱ（PSⅡ）的有效光化學量子產量（Fv'/Fm'）、電子傳遞效率（ETR）、光化學猝滅系數（qP）；葉片暗適應20 min后，測量暗適應下熒光參數，包括PSⅡ的最大光化學量子效率（Fv/Fm）。

1.4 數據統計與分析

用Excel 2007、SAS 9.2軟件進行數據處理及方差分析。

2 結果分析

2.1 不同處理對西葫蘆幼苗生長指標的影響

表3為不同處理對西葫蘆幼苗生長指標的影響。由表可知，在不同水分脅迫條件下，西葫蘆幼苗在澆灌3種腐植酸類鉀鹽后株高、莖粗、葉面積均顯著增加。與CKI1相比，FI1、HI1和BI1的西葫蘆幼苗株高分別顯著增加了6.48%、5.56%和8.80%，莖粗分別顯著增加了3.78%、2.36%和4.25%，葉面積分別顯著增加了2.86%、4.70%和13.08%。與CKI2相比，FI2、HI2和BI2的西葫蘆幼苗株高分別增加了6.48%、5.56%和8.80%，莖粗分別增加了3.78%、2.36%和4.25%，葉面積分別增加了2.86%、4.70%和13.08%。與CKI3相比，FI3、HI3和BI3的西葫蘆幼苗，株高分別增加了16.67%、0.98%、4.88%，莖粗分別增加了3.37%、2.66%和5.06%，葉面積分別顯著增加了6.63%、5.84%和18.72%。

由表3可知，植株干重隨水分脅迫程度加劇而逐漸減小，在同一水分脅迫條件下，澆灌3種腐植酸類鉀鹽可以增加西葫蘆幼苗干重，與CKI1相比，FI1、HI1和BI1的西葫蘆幼苗地上部干重分別增加了6.23%、2.93%和12.44%；與CKI2相比，FI2、HI2和BI2的西葫蘆幼苗地上部干重分別顯著增加了7.93%、8.34%和8.27%；與CKI3相比，BI3對西葫蘆幼苗地上部干重增加作用顯著，增加了9.08%。隨水分脅迫程度增加，添加黃腐酸鉀和腐植酸鉀對增加西葫蘆幼苗地下部干重的作用先減小后增大，FI1和CKI1、FI2和CKI2、FI3和CKI3相比分別增加了7.75%、5.31%和9.27%，HI1和CKI1、HI2和CKI2、HI3和CKI3相比分別增加了5.13%、0.91%和10.98%；而生化腐植酸鉀對增加西葫蘆幼苗地下部干重的作用逐漸增強，BI1和CKI1、BI2和CKI2、BI3和CKI3相比分別增加了7.99%、9.97%和10.13%。

由表3還可以看出，西葫蘆幼苗地上部鮮重和地下部鮮重隨水分脅迫程度增加而減小，澆灌3種腐植酸類鉀鹽均可增加西葫蘆幼苗鮮重。與CKI2相比，FI2、HI2和BI2的西葫蘆幼苗地上部鮮重分別顯著增加了14.39%、5.45%、14.68%；與CKI3相比，BI3的西葫蘆幼苗地上部鮮重顯著增加了10.00%；添加生化腐植酸鉀對增加地下部鮮重作用最顯著，BI1和CKI1、BI2和CKI2、BI3和CKI3相比分別增加了8.31%、11.29%和11.95%。添加生化腐植酸鉀的西葫蘆幼苗根冠比增加效果最佳，而添加腐植酸鉀和黃腐酸鉀的西葫蘆幼苗在輕度水分脅迫下對地上部的促進作用比地下部效果好，進而根冠比減小。

表3 不同處理對西葫蘆幼苗生長指標的影響Tab.3 Effects of different treatments on the growth indexes of zucchini seedlings

2.2 不同處理對西葫蘆幼苗葉片葉綠素含量的影響

表4為不同處理對西葫蘆幼苗葉片葉綠素含量的影響。由表可知，隨著水分脅迫程度的增加，不同處理對西葫蘆幼苗葉片葉綠素含量影響不同。未經過澆灌腐植酸類鉀鹽的幼苗隨水分脅迫程度的增加，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素含量均有增加。FI2幼苗的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素含量分別比FI1增加了23.13%、21.15%、10.70%和22.61%；FI3幼苗的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素含量分別比FI1減少了16.42%、17.53%、16.70%和4.95%。HI2幼苗的葉綠素a、葉綠素總量和類胡蘿卜素含量分別比HI1減少了17.29%、12.49%和20.71%，葉綠素b含量增加了1.26%；HI3幼苗的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素含量分別比HI1減少了13.99%、15.05%、14.27%和20.71%。BI2幼苗的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素含量分別比BI1增加了10.37%、14.14%、11.35%和13.19%，BI3幼苗的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素含量分別比BI1增加了19.96%、25.06%、21.28%和44.04%。

表4 不同處理對西葫蘆幼苗葉片葉綠素含量的影響Tab.4 Effects of different treatments on the chlorophyll content of zucchini seedling leaves mg/g

在相同水分脅迫條件下，澆灌3種腐植酸類鉀鹽均可以提高幼苗葉片葉綠素含量，BI1和CKI1相比，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素含量分別增加了16.96%、26.79%、19.36%和6.05%，BI2和CKI2相比，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素含量分別增加了15.17%、26.34%、17.94%和4.43%，BI3和CKI3相比，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素含量分別增加了6.20%、12.95%、7.93%和14.99%。

2.3 不同處理對西葫蘆幼苗葉片光合特性的影響

表5為不同處理對西葫蘆幼苗葉片光合特性的影響。由表可知，不同腐植酸類鉀鹽的西葫蘆幼苗Pn、Gs和Ci均高于對照，且生化腐植酸鉀的作用最佳。與CKI1相比，經FI1、HI1、BI1的西葫蘆幼苗Pn分別提高了23.47%、13.30%、29.11%；與CKI2相比，添加FI2、HI2、BI2西葫蘆幼苗Pn分別提高了11.29%、6.94%和18.48%；與CKI3相比，FI3、HI3、BI3的西葫蘆幼苗Pn分別提高了7.61%、6.70%和9.99%?？梢?，3種腐植酸類鉀鹽在不同水分脅迫條件下均可提高Pn，且生化腐植酸鉀效果最優。

表5 不同處理對西葫蘆幼苗葉片光合特性的影響Tab.5 Effects of different treatments on the photosynthetic characteristics of zucchini seedling leaves

植物受到水分脅迫時，西葫蘆幼苗葉片Gs會隨著脅迫程度的加劇而降低，與CKI1相比，CKI2和CKI3葉片Gs分別降低27.64%和64.37%。澆灌腐植酸類鉀鹽的西葫蘆幼苗在不同程度水分脅迫下對Gs的影響程度都小于相對應的對照。與FI1相比，FI2和FI3幼苗葉片Gs降低了27.09%和46.69%。與HI1相比，HI2和HI3幼苗葉片Gs分別降低了24.18%和61.58%。與BI1相比，BI2和BI3幼苗葉片Gs分別降低了21.79%和40.64%。在75%補充ET和50%補充ET時，澆灌3種腐植酸類鉀鹽的西葫蘆幼苗葉片的Gs下降幅度均降低。由此可見，西葫蘆幼苗受到水分脅迫時，澆灌腐植酸類鉀鹽可緩解Gs的下降趨勢，且生化腐植酸鉀效果最優。

Ci也會隨水分脅迫程度增加而降低，而澆灌3種腐植酸類鉀鹽均對其降低有緩解作用，且生化腐植酸鉀對水分脅迫下幼苗葉片Ci的影響緩解作用最明顯。與CKI2相比，FI2、HI2和BI2的幼苗分別增加了2.87%、1.31%和5.10%；與CKI3相比，FI3、HI3和BI3的幼苗比CKI3分別顯著增加了5.52%、3.76%和7.41%。說明澆灌3種腐植酸類鉀鹽均可促進西葫蘆幼苗的Ci，且生化腐植酸鉀效果最優。

2.4 不同處理對西葫蘆幼苗葉片葉綠素熒光參數的影響

表6為不同處理對西葫蘆幼苗葉片葉綠素熒光參數的影響。由表可知，在不同水分脅迫條件下，不澆灌腐植酸類鉀鹽的西葫蘆幼苗葉片葉綠素熒光參數Fv/Fm、Fv'/Fm'、ETR、qP均低于CKI1，說明水分脅迫導致西葫蘆幼苗PSⅡ部分失活或傷害，光能利用率降低，不利于光能向化學能的轉化。而澆灌腐植酸類鉀鹽可使水分脅迫下的西葫蘆幼苗葉片Fv/Fm、Fv'/Fm'、ETR、qP參數下降程度降低。

表6 不同處理對西葫蘆幼苗葉片葉綠素熒光參數的影響Tab.6 Effects of different treatments on the fl uorescence parameters of zucchini seedling leaves

與CKI1相比，FI1、HI1、BI1的西葫蘆幼苗Fv/Fm分別提高了0.28%、0.11%、0.53%；相比于CKI2，FI2、HI2和BI2的西葫蘆幼苗Fv/Fm分別提高了0.15%、0.09%和0.25%；相比于CKI3，FI3、HI3、BI3的西葫蘆幼苗Fv/Fm分別提高了0.47%、0.04%和0.59%?？梢?，3種腐植酸類鉀鹽在不同水分條件下均可提高Fv/Fm，且生化腐植酸鉀效果最優。

與CKI1相比，FI1、HI1、BI1的西葫蘆幼苗Fv'/Fm'分別提高了4.38%、0.62%、7.34%；相比于CKI2，FI2、HI2和BI2的西葫蘆幼苗Fv'/Fm'分別提高了1.94%、0.76%和2.00%；相比于CKI3，FI3、HI3、BI3的西葫蘆幼苗Fv'/Fm'分別提高了0.89%、0.25%和1.63%。可見，3種腐植酸類鉀鹽在不同水分條件下均可提高Fv'/Fm'，且生化腐植酸鉀效果最優。

與CKI1相比，FI1、HI1、BI1的西葫蘆幼苗ETR分別提高了3.87%、4.78%、2.96%；相比于CKI2，FI2、HI2和BI2的西葫蘆幼苗ETR分別提高了2.38%、1.32%和4.42%；相比于CKI3，FI3和HI3的西葫蘆幼苗ETR分別提高了0.91%和1.41%，添加生化腐酸鉀的西葫蘆幼苗ETR下降了0.29%。說明在50% ET水分脅迫條件下添加生化腐植酸鉀未能通過升高ETR緩解水分脅迫對PSII光合機構的傷害，但3種腐植酸類鉀鹽未表現出顯著差異。

與CKI1相比，FI1、HI1、BI1的西葫蘆幼苗qP分別提高了5.41%、2.42%、5.70%；相比于CKI2，FI2、HI2和BI2的西葫蘆幼苗qP分別提高了4.61%、4.27%和4.93%；相比于CKI3，FI3、HI3和BI3的西葫蘆幼苗qP分別提高了7.75%、5.57%和8.02%。可見，3種腐植酸類鉀鹽在不同水分脅迫條件下均可提高qP，且生化腐植酸鉀對提高西葫蘆幼苗葉片的qP效果最優。

綜上可見，澆灌3種腐植酸類鉀鹽均可緩解水分脅迫對西葫蘆幼苗PSⅡ的傷害，提高光能利用率，促進西葫蘆幼苗將光能轉化為化學能。

3 討論與結論

植物葉片光合作用的主要色素是葉綠素，葉綠素含量直接影響著植株的光合作用。植物在進行光合作用時需要葉綠素吸收和傳遞能量，葉綠素含量越高，光合作用越強[8]。有研究表明，施用適量的腐植酸會增加葉片葉綠素a和葉綠素b的含量[9]。本試驗中澆灌腐植酸類鉀鹽處理的幼苗葉綠素含量均高于未澆灌腐植酸類鉀鹽處理，其中，生化腐植酸鉀作用最顯著。在不同水分條件下，西葫蘆幼苗葉片中不同葉綠素含量的變化趨勢不同。有關研究結果表明，干旱脅迫下，自由基大量產生，使得葉綠體膜過氧化，膜系統受到損傷，造成葉綠素降解，植物體內葉綠素的合成與降解之間的平衡被破壞，導致葉綠素含量降低[8]。但是，也有研究者發現，干旱脅迫下植物葉片中的葉綠素含量會升高，可能因為干旱脅迫使葉片相對含水量降低，葉片擴展生長受阻，葉片單位面積的葉綠素含量升高[10]。這兩種不同的研究結果表明，植物處于干旱脅迫時的葉綠素含量的變化可能與植物應對干旱脅迫的策略有關。本試驗中，未澆灌腐植酸類鉀鹽的幼苗在水分脅迫下會導致幼苗葉片葉綠素總量增加，說明西葫蘆幼苗通過提高葉綠素含量增加抵抗水分脅迫的能力，水分虧缺條件下澆灌腐植酸類鉀鹽后，植株葉片葉綠素總量均有不同程度的提高，與張金政等[11]、梁文斌等[12]的研究結果一致，即水分虧缺越嚴重，澆灌腐植酸類鉀鹽對提高葉片葉綠素含量的幅度越大。

光合作用是植物物質生產和產量形成的重要生理過程，水分是影響植物光合作用的一個重要因子[13]，植物受到水分脅迫時光合作用將受到抑制。孫雯等[14]研究證明，在較低灌水量下葉面噴施腐植酸溶液可以提高燕麥的光合能力，其原因可能是噴施腐植酸后，使葉片氣孔縮小，減少水分蒸騰，從而提高了農作物的抗旱能力。說明腐植酸一定程度上提高水分虧缺下燕麥的Pn和對水分的利用率，可彌補灌水量不足對燕麥光合作用造成的負面影響。另外，在灌水量充足條件下噴施腐植酸也可以提高燕麥的光合指標，刺激植株生長。許平平等[15]研究表明，水分脅迫下外源多胺可以提高植物的Pn、Gs、葉綠素含量、水分利用率等指標。本試驗結果在灌水量充足條件下澆灌腐植酸類鉀鹽可以提高西葫蘆幼苗的光合指標；水分脅迫下澆灌腐植酸類鉀鹽可以提高植物的Pn、Gs、Ci，與許平平等結果一致。

葉綠素熒光技術是一種探測植物光合作用狀態的技術，熒光與植物的光合作用能力、受脅迫狀況、生理狀況相關。目前，葉綠素熒光應用于溫度、光照、水分、鹽脅迫、營養等各方面研究[16，17]。本試驗中添加腐植酸鉀可使水分脅迫下西葫蘆葉片ETR和qP升高，緩解水分脅迫對PSⅡ的傷害，降低光能在熒光及熱耗散方面的消耗，增加了光能利用率，李英浩等[17]研究表明，噴施腐植酸可緩解干旱脅迫對燕麥葉綠素熒光反應的影響，且與正常供水和中度脅迫相比，重度干旱脅迫條件下腐植酸的抗旱效果最佳，與本研究結果一致。

本文比較系統的研究了在水分脅迫條件下，腐植酸類鉀鹽對西葫蘆幼苗生長、葉綠素含量、葉片光合特性及葉綠素熒光參數的影響。試驗結果表明：澆灌3種腐植酸類鉀鹽均可緩解對西葫蘆幼苗生長和光合熒光特性的抑制現象，增加西葫蘆幼苗干重和鮮重，提高水分脅迫下葉片中的葉綠素含量，提高西葫蘆幼苗葉片的Pn、Gs、Ci和Fv/Fm、Fv'/Fm'、ETR、qP等參數。對比3種腐植酸類鉀鹽的作用效果，以生化腐植酸鉀效果最優。但是，3種腐植酸類鉀鹽的原料來源、制作工藝、腐植酸組分、腐植酸官能團種類及含量等信息還需深入研究，以探究腐植酸類鉀鹽緩解水分脅迫對作物傷害的有效成分及機理。