劉金泉,嚴(yán)海歐,張清梅,侯 佳
(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 內(nèi)蒙古包頭 014109)
黃瓜(Cucumis sativus L.)是設(shè)施栽培中經(jīng)濟(jì)效益較高的一種喜溫性蔬菜。目前,為降低病害、改善果實(shí)品質(zhì)和提高產(chǎn)量,普遍采取嫁接技術(shù)[1-2]。我國(guó)黃瓜嫁接苗使用面積約510 833 hm2,嫁接栽培比例占約30%,溫室生產(chǎn)中嫁接苗的利用率占95%以上[3]。在我國(guó)北方春末至秋初季節(jié)的晴天,溫室內(nèi)常因放風(fēng)不及時(shí)或通風(fēng)量太小而造成溫度偏高,出現(xiàn)亞高溫或高溫危害,影響植株正常的生理代謝和生長(zhǎng)發(fā)育,導(dǎo)致作物最終的產(chǎn)量和品質(zhì)降低[4];而黃瓜生長(zhǎng)最適溫度25~32℃,不耐高溫,在夏秋之際常由于高溫引起細(xì)胞大量失水,進(jìn)而引起代謝異常,使植株逐漸受害,導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降[5];同時(shí)在封閉的設(shè)施內(nèi),光照充足、光合作用旺盛時(shí),CO2虧缺更為突出,作物處于嚴(yán)重的CO2饑餓狀態(tài)。因此,黃瓜在溫室春末至秋初季節(jié)的生產(chǎn)中,亞高溫或高溫及CO2虧缺是限制其高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要環(huán)境因子。前人對(duì)黃瓜CO2加富[6-8]、高溫對(duì)黃瓜的影響[9-12]等單一因素的研究鮮見報(bào)道,高溫、高CO2濃度對(duì)黃瓜的影響也有一定的研究[13-14],但CO2加富與亞高溫復(fù)合對(duì)溫室嫁接黃瓜影響的研究報(bào)道較少。因此,本試驗(yàn)以溫室嫁接黃瓜為試材,在CO2加富條件下進(jìn)行短期亞高溫處理,探討CO2加富及短期亞高溫對(duì)溫室嫁接黃瓜生長(zhǎng)性狀和葉片酶保護(hù)系統(tǒng)的影響,以期為高溫季節(jié)溫室黃瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
本試驗(yàn)采用靠接法嫁接黃瓜,以‘津春4號(hào)’為接穗、‘姿三四郎’為砧木。
試驗(yàn)于2014年在內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科技園區(qū)溫室和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院植物生理實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行,4月2日播種,接穗采用穴盤、砧木采用營(yíng)養(yǎng)缽育苗。4月17日采用靠接法進(jìn)行嫁接。5月8日定植,高壟覆膜栽培,株行距為30 cm×50 cm。
試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理,即亞高溫、CO2加富+亞高溫、CO2加富+常溫和常溫(CK)。各處理在同一溫室內(nèi)進(jìn)行,相鄰小區(qū)用2層塑料薄膜(間距50 cm,作為緩沖)隔離成相對(duì)獨(dú)立的環(huán)境,各處理區(qū)面積為30 m2(長(zhǎng)6 m、寬5 m,通過(guò)調(diào)節(jié)各處理區(qū)對(duì)應(yīng)的前屋面和后墻通風(fēng)口大小進(jìn)行放風(fēng)及溫度管理),3次重復(fù)。CO2加富采用鋼瓶釋放法[15],從黃瓜初花期開始施用,共施25 d。用北京旗碩基業(yè)科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的旗碩“農(nóng)用通”,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CO2濃度、溫度變化。各處理區(qū)環(huán)境管理操作如下。
1.2.1 亞高溫處理(T1) 密閉溫室至溫度接近40℃時(shí)放微風(fēng),調(diào)節(jié)通風(fēng)口大小,使溫度晴天穩(wěn)定在35~40℃,維持4 h左右,并適當(dāng)噴水降低溫度并提高濕度。
1.2.2 亞高溫+CO2加富處理(T2) 溫度管理同T1,同時(shí)從上午7:30—9:30增施高濃度的CO2(1 000~1 200 μmol·L-1)。
1.2.3 常溫+CO2加富處理(T3) CO2加富同T2,溫度為常溫管理模式,即每天9:30開始放微風(fēng),11:00—18:00全放風(fēng)。
1.2.4 對(duì)照處理(CK) 采取常規(guī)管理模式,每天9:30—18:00 放風(fēng)。
每處理區(qū)隨機(jī)選取5株,并選取第4片及以上最大葉,做好標(biāo)記,于處理后5 d和處理后25 d分別用米尺測(cè)定株高、L-I3000A便攜式葉面積儀測(cè)定最大葉面積。計(jì)算2次測(cè)定數(shù)據(jù)平均值之差再除以20,即為株高和最大葉面積的日變化量。
于處理后5 d,每處理區(qū)選取生長(zhǎng)節(jié)位較一致、處于膨瓜期的黃瓜5個(gè),并做好標(biāo)記及日期,用游標(biāo)卡尺測(cè)定瓜長(zhǎng),取其平均值記為始期瓜長(zhǎng),待任一處理區(qū)做標(biāo)記的黃瓜有3個(gè)達(dá)到商品成熟時(shí),確定為果實(shí)生長(zhǎng)時(shí)間(實(shí)際為10 d),并再次測(cè)定瓜長(zhǎng),取其平均值記為終期瓜長(zhǎng),瓜長(zhǎng)日變化=(終期瓜長(zhǎng)平均值-始期瓜長(zhǎng)平均值)/生長(zhǎng)時(shí)間(天)。產(chǎn)量為各處理區(qū)25 d內(nèi)商品瓜的實(shí)際產(chǎn)量。
SOD、POD、CAT活性和MDA含量測(cè)定:取樣時(shí)間于處理后每隔5 d取頂部第2片真葉測(cè)定,3次重復(fù)。過(guò)氧化物酶活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)法測(cè)定[16],過(guò)氧化氫酶活性、超氧化物歧化酶活性測(cè)定采用紫外吸收法[17],丙二醛(MDA)含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸顯色法[16]。
采用Excel 2007對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和制圖,利用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
由表1可見,各處理對(duì)株高日變化、最大葉面積日變化、瓜長(zhǎng)日變化和小區(qū)產(chǎn)量均有顯著影響。在株高日變化、最大葉面積日變化、瓜長(zhǎng)日變化和小區(qū)產(chǎn)量上,亞高溫處理顯著低于其余處理,分別是對(duì)照的81%、87%、78%和79%;CO2加富+亞高溫處理處于顯著最高水平,分別是對(duì)照的134%、125%、115%和139%;CO2加富+常溫處理均低于CO2+亞高溫處理,其中在株高日變化、最大葉面積日增長(zhǎng)量和小區(qū)產(chǎn)量上差異顯著,均顯著高于亞高溫處理和對(duì)照,分別是對(duì)照的117%、108%、113%和116%。
由此可知,CO2加富時(shí)給以亞高溫管理,更加顯著地促進(jìn)植株長(zhǎng)勢(shì)、增加產(chǎn)量,但單一的亞高溫處理顯著抑制了植株長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量。
表1 CO2加富、亞高溫處理對(duì)黃瓜生長(zhǎng)性狀的影響
不同處理對(duì)嫁接黃瓜葉片SOD的影響見圖1。亞高溫處理的SOD活性隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后下降的趨勢(shì),在處理10 d達(dá)到峰值,整個(gè)處理期間SOD活性一直高于對(duì)照,處理10d和15d分別是對(duì)照的144%和121%,均形成顯著差異。CO2加富+亞高溫處理的SOD活性隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)一直呈上升趨勢(shì),處理5 d時(shí)略低于亞高溫處理、高于對(duì)照;處理10 d、15 d一直高于其余處理,處理10 d和15 d分別是對(duì)照的160%和161%,均呈顯著差異。CO2加富+常溫處理的SOD活性呈現(xiàn)先降低后增高的趨勢(shì),處理5 d時(shí)略有下降,是對(duì)照的90%;之后略有上升,但幅度不大,處理10 d和15 d分別是對(duì)照的114%和106%。對(duì)照處理的SOD活性隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)略有上升,但變化幅度不大。
圖1 不同處理對(duì)SOD酶的影響
POD酶是植物體內(nèi)重要的保護(hù)酶之一。由圖2可以看出,亞高溫處理POD活性隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì),在處理的10 d達(dá)到峰值,是對(duì)照的140%,差異極顯著,之后呈下降趨勢(shì);CO2加富+亞高溫處理的POD酶活性隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)一直呈現(xiàn)升高的變化趨勢(shì),且一直高于其余處理,到處理10 d時(shí),是對(duì)照的155%,差異極顯著;CO2加富+常溫處理的SOD活性隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì),但一直低于亞高溫處理和CO2加富+亞高溫處理,高于對(duì)照,到處理10 d時(shí),是對(duì)照的107%,差異顯著。
圖2 不同處理對(duì)POD酶的影響
由圖3可知,亞高溫處理的CAT活性隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后下降的變化趨勢(shì),處理10 d,CAT活性達(dá)到最大值,是對(duì)照的192%,差異極顯著。CO2加富+亞高溫處理的CAT活性隨處理時(shí)間延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì),處理10 d,CAT活性是對(duì)照的172%,極顯著高于對(duì)照;處理15 d,CAT活性處于極顯著最高水平,是對(duì)照195%。CO2加富+常溫處理的CAT活性一直呈遞增趨勢(shì),但始終低于亞高溫處理和CO2加富+亞高溫處理、高于對(duì)照。
圖3 不同處理對(duì)CAT酶的影響
MDA是膜脂過(guò)氧化水平的標(biāo)志。圖4表明,亞高溫處理黃瓜葉片MDA含量隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì),并一直高于其余處理,處理5、10、15 d,其 MDA 含量分別是對(duì)照的 102%、137%和150%,其中處理10 d和15 d均極顯著高于對(duì)照。CO2加富+亞高溫處理的CAT活性隨處理時(shí)間延長(zhǎng)呈先增加后降低的趨勢(shì),處理5 d時(shí),其含量低于亞高溫處理,高于對(duì)照和CO2加富+常溫處理;處理10 d時(shí)明顯低于其余處理;處理15 d,其含量是對(duì)照的66%,差異極顯著。CO2加富+常溫處理在整個(gè)處理時(shí)間MDA含量一直低于對(duì)照,處理15 d是對(duì)照的85%,差異極顯著。由此可知,黃瓜葉片經(jīng)高溫脅迫后,短時(shí)間內(nèi)傷害不大,但隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)作為膜傷害的指標(biāo),膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量明顯增加。
圖4 不同處理對(duì)MDA的影響
有研究表明,黃瓜生長(zhǎng)不耐高溫,且高溫下植株生長(zhǎng)后期早衰現(xiàn)象比較嚴(yán)重[18]。本研究結(jié)果表明,在株高日變化、最大葉面積日變化、果實(shí)生長(zhǎng)速度和產(chǎn)量等指標(biāo)上,CO2加富+亞高溫處理>CO2加富+常溫處理>對(duì)照>亞高溫處理,這與潘璐[14]、王全智[19]等的研究結(jié)果相似。說(shuō)明亞高溫抑制了黃瓜生長(zhǎng)與產(chǎn)量提高,增施高濃度的CO2促進(jìn)了黃瓜生長(zhǎng)與產(chǎn)量提高,在亞高溫下增施高濃度的CO2比常溫下更有利于黃瓜的生長(zhǎng)發(fā)育,并緩解亞高溫對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的抑制作用。
超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)等抗氧化酶類,是植物活性氧清除系統(tǒng)中重要的酶,能維持活性氧自由基產(chǎn)生與清除系統(tǒng)的平衡,MDA是脂質(zhì)過(guò)氧化作用的主要產(chǎn)物之一,其含量的高低在一定程度上反映脂膜過(guò)氧化作用水平和膜結(jié)構(gòu)的受害程度[18]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明,亞高溫處理,嫁接黃瓜葉片的SOD、POD、CAT活性均呈先增加后減少的變化趨勢(shì),MDA含量呈增加趨勢(shì);CO2加富+亞高溫處理,嫁接黃瓜葉片的SOD、POD、CAT活性均呈現(xiàn)上升趨勢(shì),且活性強(qiáng)度均顯著增高,MDA含量呈顯著下降趨勢(shì),CO2加富+常溫處理的SOD、POD、CAT活性強(qiáng)度均高于對(duì)照,且低于亞高溫處理,這與何曉明[10]的研究結(jié)果相似,說(shuō)明短時(shí)間高溫促進(jìn)嫁接黃瓜酶保護(hù)系統(tǒng)活性,清除自由基的能力加強(qiáng),對(duì)高溫下嫁接黃瓜的生長(zhǎng)有一定的自我保護(hù)能力,但長(zhǎng)時(shí)間的高溫處理導(dǎo)致了葉片膜系統(tǒng)受到傷害,清除體內(nèi)自由基的能力下降,脂膜過(guò)氧化作用加強(qiáng);CO2加富和亞高溫結(jié)合清除自由基的能力要比單純CO2加富效果明顯,可以有效地減輕嫁接黃瓜葉片細(xì)胞膜傷害程度;在CO2加富+常溫處理下,MDA含量低于對(duì)照,說(shuō)明膜系統(tǒng)受損程度相對(duì)較輕。
因此在高溫季節(jié)CO2加富時(shí)配合亞高溫管理,不僅緩解了因溫室內(nèi)高溫需放風(fēng)而CO2加富需密閉的矛盾,同時(shí)延長(zhǎng)了CO2加富的時(shí)間,而且更能有效地減輕高溫對(duì)嫁接黃瓜葉片引起的傷害程度,提高嫁接黃瓜植株防御高溫的能力,更顯著地促進(jìn)植株長(zhǎng)勢(shì)和增加果實(shí)產(chǎn)量。