林麗琳，陳 晟，施木田，吳宇芬，趙依杰，王俊芳，周慶云，彭密紅

(1.福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院，福建 福州350002;2.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物資源研究所，福建 福州350003;3.福州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，福建 福州350019)

西瓜(Citrullus lanatus)是當(dāng)今第五大世界性水果?！诿廊恕鞴咸嵌雀?，肉色鮮紅，口感嫩而多汁，外觀精美，廣受消費(fèi)者青睞。然而在種植過程中經(jīng)常出現(xiàn)Mg 肥施用不當(dāng)而間接影響西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失［1］。Mg 是植物生長中不可或缺的中量元素［2］。Mg 的缺失會(huì)導(dǎo)致植物葉綠素合成受阻，影響光合作用［3－4］及植物體蛋白質(zhì)、糖類等C、N 代謝功能［5－7］，最終影響植物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。本文研究了Mg2+對(duì)‘黑美人’西瓜葉片C、N 代謝的影響，以期為西瓜施用Mg 肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

‘黑美人’由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物資源研究所提供，于2014年3 －6月在福建省福州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所玻璃溫室進(jìn)行砂質(zhì)培養(yǎng)。砂培營養(yǎng)液中含1000 mg·L－1Ca(NO3)2·4H2O、500 mg·L－1KNO3、250 mg·L－1KH2PO4、160 mg·L－1K2SO4、21.00 mg·L－1C10H12FeN2NaO8·3H2O、2.02 mg·L－1MnSO4·4H2O、2.86 mg·L－1H3BO3、0.22 mg·L－1ZnSO4·7H2O、0.08 mg·L－1CuSO4·5H2O、0.02 mg·L－1(NH4)6Mo7O24·4H2O。

1.2 試驗(yàn)方法

挑選優(yōu)質(zhì)西瓜種子，溫湯浸種消毒后用清水浸泡8 h，于30 ℃培養(yǎng)箱中催芽，待種子露白后播種。培養(yǎng)基質(zhì)保持一定濕度，當(dāng)西瓜苗長至兩葉一心時(shí)定植于裝有干凈河砂的盆中，每盆1 株，采用雙蔓整枝法進(jìn)行整枝，即留主蔓與第一側(cè)蔓并修剪掉所有多余側(cè)蔓。

營養(yǎng)液Mg2+濃度分別設(shè)置0(CK)、24、48、96、192 mg·L－1等5 個(gè)處理，Mg 源為分析純MgSO4·7H2O，每個(gè)處理設(shè)6 次重復(fù)。定植前期僅澆水，待瓜苗長勢穩(wěn)定后隔天澆1 次營養(yǎng)液，瓜蔓旺盛生長時(shí)每天澆1次營養(yǎng)液，膨瓜期遇炎熱天氣早晚各澆1 次營養(yǎng)液。分別于伸蔓期、盛花期、膨瓜期各采樣1 次，樣品儲(chǔ)存于－20 ℃冰箱中冷藏。

1.3 測定方法

1.3.1 葉綠素 采用混合液提取法［8］測定葉綠素含量。取0.1 g 鮮葉，加入10 mL 反應(yīng)混合液(乙醇∶丙酮∶水=4.5∶4.5∶1)于暗處浸提24 h，分別測定D663nm、D645nm、D440nm，以混合液為空白對(duì)照。利用以下公式計(jì)算葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素及類胡蘿卜素含量。

式中，Ca表示葉綠素a 含量，Cb表示葉綠素b 含量，CT表示總?cè)~綠素含量，Ccar表示類胡蘿卜素含量。1.3.2 可溶性蛋白 采用考馬斯亮藍(lán)法［9］測定組織中可溶性蛋白含量。取0.1 g 鮮葉，加入2 mL 磷酸緩沖液(50 mmol·L－1，pH 7.0)研磨提取，提取液以10000 r·min－1離心10 min。吸取樣品提取液0.1 mL，加入5 mL 考馬斯亮蘭G-250 試劑充分混合，2 min 后測定D595nm，以牛血清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)蛋白做標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線分析蛋白質(zhì)含量。

1.3.3 可溶性糖 采用蒽酮比色法［10］測定可溶性糖含量。取0.1 g 鮮葉置于試管中，加入5 mL 去離子水，加塞，沸水浴中提取30 min，過濾，定容至10 mL。吸取提取液0.5 mL，加入1.5 mL 去離子水、0.5 mL蒽酮試劑、5 mL 硫酸(冷水浴)，充分振蕩，沸水浴中保溫1 min，自然冷卻至室溫，測量D630nm。

1.3.4 硝酸還原酶活性 參照文獻(xiàn)［11］測定硝酸還原酶活性。取0.1 g 鮮葉于研缽中，冰浴中加少量石英砂和1.0 mL 提取緩沖液，研磨至勻漿，轉(zhuǎn)移于離心管中，在4 ℃，4000 r·min－1下離心15 min，上清液即為粗酶提取液。取粗酶液0.4 mL 于10 mL 試管中，加入1.4 mL 磷酸緩沖液(0.01 mol·L－1)及0.2 mL NADH 溶液，混勻，25 ℃水浴保溫30 min，對(duì)照管中加入0.2 mL 磷酸緩沖液(0.1 mol·L－1，pH 7.5)代替NADH。保溫結(jié)束后立即加入1 mL 1%磺胺溶液以終止酶反應(yīng)，再加入1 mL 0.02% α-萘胺溶液，顯色15 min后于4000 r·min－1下離心5 min，測定D540nm。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及圖表制作，采用SPSS 軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Mg 對(duì)‘黑美人’西瓜葉片光合色素含量的影響

葉綠素是葉綠體的主要組成成分，在植物光合作用中參與光能的捕獲、吸收與傳遞，Mg 是葉綠素的重要組成成分。Mg2+對(duì)‘黑美人’西瓜各生育期葉片中葉綠素、類胡蘿卜素含量均有影響(表1)。由表1 可知，整個(gè)生育期‘黑美人’西瓜葉片葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量均隨Mg2+濃度的提高呈先升高后降低趨勢，并在48 mg·L－1時(shí)達(dá)到最大值。伸蔓期Mg2+對(duì)葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量影響不顯著，Mg2+濃度為48 mg·L－1時(shí)，類胡蘿卜素含量明顯提高，其他3 個(gè)濃度處理類胡蘿卜素含量提高不明顯。盛花期葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量在Mg2+濃度為0(CK)時(shí)最低，48 mg·L－1Mg2+處理分別比CK 提高了33.47%、43.01%、35.66%、29.18%，差異達(dá)極顯著水平;96 mg·L－1處理分別比CK 提高了25.85%、42.56%、30.00%、20.50%，差異達(dá)顯著水平。膨瓜期葉綠素a 含量在濃度為24、96 mg·L－1時(shí)升高比較明顯，但葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量在48 mg·L－1處理時(shí)分別比CK 提高了54.51%、47.71%、34.43%，差異極顯著，而其他濃度處理提高不明顯。

表1 Mg 對(duì)‘黑美人’西瓜葉片光合色素含量的影響1)Table 1 Effect of magnesium on contents of photosynthetic pigments of‘Heimeiren’watermelon leaves

對(duì)西瓜葉片葉綠素a(Ca)、葉綠素b(Cb)、總?cè)~綠素(CT)、類胡蘿卜素(Ccar)進(jìn)行生物相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析(表2)，得到其兩兩關(guān)系:Cb= －0.26 +0.39Ca(r =0.97＊＊)、CT= －0.26 +1.39Ca(r =1.00＊＊)、Ccar=0.25 +0.35Ca(r=0.95＊＊)、CT=0.76 +3.42Cb(r=0.99＊＊)、Ccar=0.56 +0.81Cb(r =0.87＊＊)、Ccar=0.33 +0.25CT(r=0.93＊＊)。該結(jié)果表明葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素及類胡蘿卜素兩兩間關(guān)系極為密切，Mg2+對(duì)其中任何一指標(biāo)的影響均會(huì)引起其他指標(biāo)的變化。

2.2 Mg 對(duì)‘黑美人’西瓜葉片中可溶性蛋白含量的影響

Mg2+對(duì)‘黑美人’西瓜生育期葉片中可溶性蛋白含量均有影響(圖1)。由圖1 可知，葉片中蛋白質(zhì)含量隨Mg2+濃度的增加呈先提高后降低的趨勢，并在Mg2+濃度為48 mg·L－1時(shí)達(dá)到最大值，各生育期缺Mg 和低Mg 處理的影響均比高M(jìn)g 處理顯著。Mg2+濃度為0(CK)時(shí)，膨瓜期蛋白質(zhì)含量明顯低于其他2個(gè)生育期，而其他4 個(gè)濃度處理下葉片蛋白質(zhì)含量下降不明顯。48 mg·L－1處理時(shí)，3 個(gè)生育期蛋白質(zhì)含量未出現(xiàn)明顯差異。由此可見，膨瓜期是缺Mg 對(duì)西瓜葉片中可溶性蛋白含量影響的關(guān)鍵時(shí)期，適當(dāng)增施Mg 肥可以提高葉片中可溶性蛋白含量，過量施Mg 肥也會(huì)影響其含量。

表2 M g 對(duì)‘黑美人’西瓜葉片光合色素含量相關(guān)性分析1)Table 2 Analysis of the correlativity of magnesium to contents of photosynthetic pigments in‘Heimeiren’

2.3 M g 對(duì)‘黑美人’西瓜葉片中可溶性糖含量的影響

Mg2+對(duì)‘黑美人’西瓜生育期葉片中可溶性糖含量均有影響(圖2)。由圖2 可知，伸蔓期、膨瓜期葉片中可溶性糖含量隨Mg2+濃度的增加呈先提高后降低的趨勢，Mg2+濃度為48 mg·L－1時(shí)，可溶性糖含量達(dá)到最高值。盛花期缺Mg 處理可溶性糖含量在各處理間沒有顯著差異。膨瓜期Mg2+濃度為48 mg·L－1時(shí)可溶性糖含量明顯高于其他4 個(gè)處理，缺Mg、低Mg 和高M(jìn)g 處理間沒有顯著性差異。由此可見，膨瓜期是缺Mg 對(duì)西瓜葉片中可溶性糖含量影響的關(guān)鍵時(shí)期，該期適當(dāng)增施Mg 肥可以提高葉片中可溶性糖含量，過量施Mg 肥也會(huì)影響其含量。

圖2 M g 對(duì)‘黑美人’西瓜葉片中可溶性糖含量的影響Fig.2 Effect of magnesium on the content of soluble sugar in‘Heimeiren’watermelon leaves

2.4 M g 對(duì)‘黑美人’西瓜葉片中硝酸還原酶活性的影響

硝酸還原酶可以催化植物體內(nèi)硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，是植物體內(nèi)N 代謝的關(guān)鍵酶。植物體吸收的能力可以通過硝酸還原酶活性反映出來，硝酸還原酶活性越強(qiáng)，植物吸收利用NO－3能力越強(qiáng)，反之越弱。隨著Mg2+濃度的增加，‘黑美人’西瓜生育期硝酸還原酶活性呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢，并在48 mg·L－1時(shí)達(dá)最大值(圖3)。各濃度處理下，硝酸還原酶活性隨西瓜植株生長明顯減弱，膨瓜期為同處理下的最小值。由此可見，膨瓜期是Mg 對(duì)硝酸還原酶影響的關(guān)鍵時(shí)期，此期適當(dāng)施Mg 肥可以提高硝酸還原酶活性，促進(jìn)根系對(duì)NO－3 的吸收，但過量施用Mg 肥也會(huì)減弱硝酸還原酶活性。

圖3 Mg 對(duì)‘黑美人’西瓜葉片中硝酸還原酶活性的影響Fig.3 Effect of magnesium on nitrate reductase activity in‘Heimeiren’watermelon leaves

通過生物統(tǒng)計(jì)進(jìn)行相關(guān)性分析，得到可溶性糖(Y)與可溶性蛋白(X)關(guān)系:Y =2.46 +0.33X(r =0.701＊＊);硝酸還原酶(Y)與可溶性糖(X)關(guān)系:Y=17.38 +3.07X(r=0.703＊＊);硝酸還原酶(Y)與可溶性蛋白(X)關(guān)系:Y=21.48 +1.5X(r=0.742＊＊)。兩兩間差異極顯著，說明Mg2+可以影響西瓜葉片C、N 代謝及相關(guān)酶活性。

3 小結(jié)與討論

C、N 代謝是植物重要的生理代謝之一［12］，C 代謝為植物N 代謝提供了能量和C 源，N 代謝為C 代謝提供光合色素和酶等［13］，二者共同促進(jìn)植物的生長發(fā)育。葉綠素是植物光合作用的核心，其結(jié)構(gòu)為1 個(gè)Mg 原子與4 個(gè)吡咯環(huán)上的N 結(jié)合的以卟啉為骨架的綠色色素。Mg 原子存在于葉綠素分子的卟啉環(huán)中心，占葉綠素分子量的2.7%。本研究表明，‘黑美人’西瓜各生育期Mg2+均對(duì)葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量產(chǎn)生影響，這與凌麗俐等［14］研究結(jié)論相符。隨著Mg2+濃度的增加，‘黑美人’西瓜3 個(gè)生育期葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量均呈先升高后降低趨勢，在48 mg·L－1時(shí)達(dá)到最大值，說明48 mg·L－1是‘黑美人’西瓜進(jìn)行光合C 代謝合成糖等碳水化合物的適合Mg2+濃度，低于或超過此濃度會(huì)產(chǎn)生不利影響，這種影響在西瓜膨瓜期時(shí)達(dá)到顯著效果;隨著Mg2+濃度的增加，‘黑美人’西瓜葉片中可溶性糖含量呈先升高后降低趨勢，在48 mg·L－1時(shí)達(dá)到最大值，膨瓜期各Mg2+濃度處理的可溶性糖含量均比同處理下的其他兩個(gè)生育期少，進(jìn)一步說明了膨瓜期是西瓜缺Mg 的敏感時(shí)期，各生育期‘黑美人’西瓜適合生長的Mg2+濃度為48 mg·L－1。Mg2+通過影響葉綠素組成和組分含量不同程度地影響西瓜葉片的光合系統(tǒng)，最終影響其C 代謝，造成西瓜體內(nèi)碳水化合物含量降低。故在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)增施Mg 肥可提高西瓜葉片葉綠素含量，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)可溶性糖等碳水化合物積累;過量增施Mg 肥反而影響葉綠素的積累，破壞光和系統(tǒng)，導(dǎo)致碳水化合物積累減少，減弱C、N 代謝能力。

硝酸還原酶是N 素代謝的限速酶，對(duì)植物的呼吸、光合及C 素代謝影響重大［15］。本研究表明，Mg 脅迫下‘黑美人’西瓜N 代謝紊亂，這與謝小玉等［16］對(duì)黃瓜的研究相似，主要表現(xiàn)在硝酸還原酶活性下降，缺Mg 脅迫比高M(jìn)g 脅迫影響更大，隨著西瓜的生長，Mg 脅迫使硝酸還原酶活性下降幅度加大，在膨瓜期最嚴(yán)重。

可溶性蛋白質(zhì)是植物正常生長必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)，其含量能夠影響植物的生長發(fā)育和生物產(chǎn)量及果實(shí)品質(zhì)［17］，Mg2+可以穩(wěn)定合成蛋白質(zhì)所必需的核糖體構(gòu)型，缺Mg 使核蛋白體解離成小的核蛋白體亞單位，造成蛋白質(zhì)合成受阻。本研究表明，在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)增施Mg 肥可以提高西瓜葉片中蛋白質(zhì)含量，施Mg 肥過量則會(huì)降低含量。‘黑美人’西瓜各生育期缺Mg 或Mg 過量均會(huì)對(duì)其葉片中可溶性蛋白含量造成影響。膨瓜期各個(gè)Mg2+濃度處理下的可溶性蛋白質(zhì)含量為3 個(gè)時(shí)期中的最小值，其中缺Mg 處理的影響顯著，而Mg2+濃度為48 mg·L－1時(shí)，影響不顯著，說明48 mg·L－1為‘黑美人’西瓜葉片合成與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)的適合Mg2+濃度。生物統(tǒng)計(jì)表明，硝酸還原酶(Y)與可溶性蛋白(X)關(guān)系:Y=21.48 +1.5X(r =0.742＊＊)，兩者呈極顯著正相關(guān)，說明Mg 抑制了西瓜葉片中硝酸還原酶活性，從而影響西瓜體內(nèi)蛋白質(zhì)等含N 有機(jī)化合物的含量。

綜上所述，在西瓜生產(chǎn)上應(yīng)特別注意掌控好膨瓜期Mg 肥的用量，一定范圍內(nèi)適當(dāng)增施Mg 肥可提高‘黑美人’西瓜葉片葉綠素含量，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)可溶性糖等碳水化合物積累，提高硝酸還原酶活性，增加可溶性蛋白的合成。不施Mg 肥、施Mg 肥不足、過量增施Mg 肥將會(huì)影響西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。

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