王博偉　陳艷麗　朱國鵬　王旭　楊雨　劉金偉

摘 要：為了探索高溫水培環(huán)境下葉面噴施氯化鈣對生菜生長生理的影響，以辛普森精英散葉生菜為材料，在35 ℃/25 ℃（晝/夜）下設(shè)置4個氯化鈣濃度1、3、5、7 mmol·L-1處理，以清水為對照。結(jié)果表明，與對照相比，5 mmol·L-1 氯化鈣處理生菜最大葉寬、地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量和抗氧化酶活性均顯著提高，丙二醛含量和葉片相對電導(dǎo)率均顯著降低。與對照相比，3 mmol·L-1 與5 mmol·L-1 氯化鈣處理后生菜可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸含量，以及根系活力和葉色值均顯著提高，但兩處理間無顯著差異。綜合分析表明，35 ℃/25 ℃（晝/夜）環(huán)境下，葉面噴施氯化鈣提高了生菜葉片抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，緩解高溫脅迫對細(xì)胞質(zhì)膜的傷害，促進生菜的生長，5 mmol·L-1 氯化鈣處理效果最好。

關(guān)鍵詞：水培生菜;氯化鈣;高溫脅迫;生長生理

中圖分類號：S636.2 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）04-094-05

Abstract： In order to explore the effect of foliage spraying calcium chloride on lettuce growth and physiology under high temperature hydroponic environment， the Simpson Elite loose leaf lettuce was used as the test material， 4 calcium chloride concentrations of 1， 3， 5， 7 mmol·L-1 treatments at 35 ℃/25 ℃ （day/night）were set， and the clean water was used as control. The results showed that， compared with the control， the maximum leaf width， fresh weight above ground， fresh weight below ground and antioxidant enzyme activities of lettuce treated with 5 mmol·L-1 calcium chloride were significantly increased; the content of malondialdehyde and relative conductivity of leaves were significantly reduced. Compared with the control， the soluble protein， soluble sugar， proline content， root vigor and leaf color value of lettuce were significantly increased under 3 mmol·L-1 and 5 mmol·L-1 calcium chloride treatments， but there was no significant difference between the two treatments. According to the comprehensive analysis， under 35 ℃/25 ℃ （day/night） environment， spraying calcium chloride on leaves increased the antioxidant enzyme activities and osmotic adjustment substance contents of lettuce leaves， alleviated the damage of high temperature to the cell plasma membrane， promoted the growth of lettuce. The 5 mmol·L-1 calcium chloride treatment showed the best effect.

Key words： Hydroponic lettuce; Calcium chloride; High temperature stress; Growth and physiology

生菜（Lactuca sativa L.）為萵苣屬（Lactuca）蔬菜，原產(chǎn)地中海沿岸。生菜喜冷涼，不耐高溫[1]，最適宜生長溫度為11～18 ℃。海南省地處熱帶地區(qū)，5—10月份平均氣溫27 ℃，在高溫環(huán)境下生菜易抽薹，導(dǎo)致商品性降低[2]。高溫對植物細(xì)胞膜保護酶系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)有重大影響，往往導(dǎo)致其細(xì)胞內(nèi)活性氧產(chǎn)生與清除平衡體系遭到破壞[3]，產(chǎn)生過量自由基、膜脂過氧化，細(xì)胞膜透性改變，電解質(zhì)外滲，進而對植株造成傷害[4]。

外源物質(zhì)（如水楊酸、褪黑素、鈣）處理在一定程度上能降低膜脂過氧化程度，保護細(xì)胞膜的完整性，緩解逆境對植株造成的傷害。鈣是植物生長發(fā)育所必需的元素，對許多生理生化反應(yīng)和代謝的調(diào)節(jié)和控制至關(guān)重要。有研究表明，鈣對改善蔬菜品質(zhì)、增加蔬菜產(chǎn)量效果明顯，可提高水培甜葉菊[5]、露地栽培白菜和芹菜等的產(chǎn)量和品質(zhì)[6]。同時鈣和植物的多種抗逆性密切相關(guān)[7]，張燕等[8]研究表明氯化鈣處理提高了煙草葉片保護酶活性和膜穩(wěn)定性，降低了高溫對煙草幼苗的傷害。陳貴林等[9]研究表明，外源鈣處理有效緩解了高溫脅迫對茄子細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害，耐熱性提高。目前關(guān)于鈣緩解植物寒冷[10-11]、高溫[10，12-13]、鹽漬[10，14]等非生物脅迫的研究已有很多，但外源鈣對高溫季節(jié)水培生菜生長生理的影響尚未見報道。本試驗旨在探索葉面噴施氯化鈣溶液對高溫季節(jié)水培生菜生長相關(guān)生理指標(biāo)的影響，篩選出合適的氯化鈣噴施濃度，為海南及熱帶地區(qū)高溫季節(jié)水培生菜高效生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為辛普森精英散葉生菜，來源于美國圣尼斯種子公司。

1.2 方法

試驗于2020年8—10月在海南大學(xué)園藝學(xué)院蔬菜生理實驗室進行。選取籽粒飽滿大小相對一致的生菜種子，室溫下0.2% KNO3溶液浸種8 h[15]后，移至人工氣候箱中17 ℃催芽，露白后播種于育苗盤中育苗。幼苗長至3葉1心時，選長勢基本一致的健壯幼苗，定植于營養(yǎng)液槽中（營養(yǎng)液為1/2濃度的日本園試配方營養(yǎng)液），使用充氧泵進行人工充氧，每3 d測一次營養(yǎng)液pH并調(diào)節(jié)至6.0左右。緩苗后進行葉面噴施氯化鈣（購自西隴科學(xué)公司）處理，濃度分別為1、3、5、7 mmol·L-1，以清水為對照，參考?？?—10月氣象資料，設(shè)置培養(yǎng)條件為：溫度35 ℃/25 ℃（晝/夜），光照度10 000 lx，相對濕度80%，光周期12 h。試驗重復(fù)3次，每天18：00均勻噴施處理液，以葉片全部濕潤為宜。噴施20 d后取同一葉位的葉片用于指標(biāo)測定。

1.3 測定指標(biāo)及方法

葉片數(shù)指植株展開的葉片數(shù);最大葉長和最大葉寬用直尺測量，最大葉長為每株最大葉片葉基部至葉頂端的長度，最大葉寬為每株最大葉片的最寬處寬度;植株的鮮質(zhì)量用1/1000天平稱量。用SPAD-502儀器測定葉綠素含量;采用電導(dǎo)率儀法測定相對電導(dǎo)率[16];采用TTC染色法測定根系活力[17];采用紫外吸收法測定過氧化氫酶（CAT）活性[17];采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性[17];采用NBT還原法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性[17];采用硫代巴比妥酸比色法測定丙二醛（MDA）含量[17];采用酸性茚三酮比色法測定游離脯氨酸（Pro）含量[17];采用考馬斯亮藍(lán)法測定可溶性蛋白含量[17];采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 2019和DPS 9.01（Duncan新復(fù)極差法）對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對生菜形態(tài)指標(biāo)的影響

由表1可以看出，高溫水培環(huán)境下，隨氯化鈣濃度的增大，各處理生菜最大葉長、最大葉寬、地上部鮮質(zhì)量以及地下部鮮質(zhì)量均表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢;各處理間葉片數(shù)差異不顯著。氯化鈣處理的生菜地上部鮮質(zhì)量均顯著高于對照，分別比對照高11.55%、16.83%、22.24%、18.67%，其中5 mmol·L-1氯化鈣處理生菜地上部鮮質(zhì)量最大，且該濃度處理下生菜最大葉寬和地下部鮮質(zhì)量均為最大，分別比對照提高17.56%、42.86%。

2.2 不同處理對生菜葉片中抗氧化酶活性的影響

由表2可以看出，高溫水培環(huán)境下，不同濃度氯化鈣處理的生菜葉片抗氧化酶活性均高于對照，隨氯化鈣濃度的增大，生菜葉片中SOD、POD、CAT活性均表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢。其中在氯化鈣濃度為5 mmol·L-1時，生菜葉片中SOD、POD、CAT活性均達到最大值，分別比對照提高36.13%、54.55%、93.75%。由此可以看出，高溫水培環(huán)境下葉面噴施氯化鈣能有效提高生菜的抗氧化酶活性，減弱高溫下葉片膜脂過氧化作用。

2.3 不同處理對生菜葉片相對電導(dǎo)率和MDA含量的影響

由圖1可以看出，高溫水培環(huán)境下，不同濃度氯化鈣處理的生菜葉片的相對電導(dǎo)率和MDA含量均低于對照。隨氯化鈣濃度的增大，葉片的相對電導(dǎo)率和MDA含量均表現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，5 mmol·L-1氯化鈣處理生菜葉片相對電導(dǎo)率和MDA含量均為最低。所有氯化鈣處理的生菜葉片相對電導(dǎo)率均顯著低于對照，分別比對照降低40%、52%、62%、41%。3、5、7 mmol·L-1氯化鈣處理生菜葉片MDA含量均顯著低于對照，分別比對照低18.42%、25.44%、17.98%，1 mmol·L-1氯化鈣處理生菜葉片MDA含量與對照無顯著差異。

2.4 不同處理對生菜根系活力和葉色值的影響

由圖2可以看出，高溫水培環(huán)境下，不同濃度氯化鈣處理生菜根系活力和葉色值均高于對照，隨氯化鈣濃度的增大，生菜根系活力和葉色值均表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。3、5、7 mmol·L-1氯化鈣處理生菜根系活力均顯著高于對照，分別比對照高22.21%、22.10%、18.70%，且3個處理之間生菜根系活力無顯著性差異。其中3、5 mmol·L-1氯化鈣處理濃度生菜根系活力最大，7 mmol·L-1氯化鈣處理濃度生菜根系活力次之。3、5 mmol·L-1處理葉片葉色值顯著高于對照，分別比對照提高10.51%、9.05%，兩處理間葉片葉色值無顯著差異。

2.5 不同處理對生菜葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由表3可以看出，高溫水培環(huán)境下，不同處理對生菜的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量有較大影響。不同濃度氯化鈣處理后，生菜葉片中可溶性蛋白、可溶性糖和游離脯氨酸含量均高于對照，隨著氯化鈣濃度的增大，生菜葉片中可溶性蛋白、可溶性糖和游離脯氨酸含量均表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，氯化鈣處理濃度為3、5 mmol·L-1時，生菜葉片中可溶性蛋白含量顯著高于對照，分別比對照提高43.80%、27.78%。氯化鈣濃度為3、5、7 mmol·L-1 時，生菜葉片中可溶性糖含量和游離脯氨酸含量均顯著高于對照，其中可溶性糖含量分別比對照提高24.18%、22.39%、10.90%，游離脯氨酸含量分別比對照提高95.48%、77.97%、62.15%。

3 討論與結(jié)論

蔬菜作物長期處于高溫環(huán)境下，會導(dǎo)致其代謝異常，致使生長不良。在高溫脅迫下，植物細(xì)胞中會產(chǎn)生大量過剩的自由基，從而導(dǎo)致膜脂質(zhì)過氧化，細(xì)胞膜通透性發(fā)生變化，電解質(zhì)滲漏，相對電導(dǎo)率升高，有毒中間產(chǎn)物丙二醛（MDA）積累[18]并對植株造成損害。為了減輕或避免這種傷害，由超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）組成的植物細(xì)胞膜抗氧化酶系統(tǒng)，在維持細(xì)胞膜穩(wěn)定性和清除活性氧方面起了重要作用[19-20]?？扇苄蕴?、可溶性蛋白和脯氨酸等作為植物重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓、增強細(xì)胞吸水和保水能力[21]，減少不良環(huán)境對其造成的影響方面起著重要作用。

本次試驗表明，高溫水培環(huán)境下，葉面噴施氯化鈣處理后，生菜葉片的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性均高于對照，有效增強了其抗氧化酶系統(tǒng)清除過量活性氧的能力，維持了細(xì)胞膜穩(wěn)定性，顯著降低了膜脂過氧化程度，其中5 mmol·L-1 和3 mmol·L-1氯化鈣處理的MDA含量和葉片相對電導(dǎo)率均顯著低于對照，這與前人在黃瓜[22]、葡萄[23]等作物上的研究結(jié)果一致。

在遭受不良環(huán)境脅迫時，為維持細(xì)胞內(nèi)水分平衡，植物細(xì)胞會通過積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸等）來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)滲透勢[24-26]，葉面噴施氯化鈣處理生菜葉片中可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均高于對照，表明高溫水培環(huán)境下葉面噴施氯化鈣，對葉片膜結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定起到了積極的保護作用，并提高了耐熱性。同時，本試驗中生菜的葉長、葉寬、植株鮮質(zhì)量、根系活力以及葉色值均高于對照，表明葉面噴施氯化鈣處理后一定程度上緩解了不良環(huán)境對生菜造成的傷害，從而促進了生菜在高溫脅迫下的生長發(fā)育，這與何鑫等[27]、鄭秀芳等[28]、周錄英等[29]在蔬菜作物上的研究結(jié)果一致。

綜上所述，高溫水培環(huán)境下，葉面噴施氯化鈣提高了生菜葉片中抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，緩解了高溫對生菜細(xì)胞質(zhì)膜的傷害，增強了水培生菜對高溫環(huán)境脅迫的抗性，促進了生菜生長，提高了生菜產(chǎn)量。在本次試驗條件下，葉面噴施5 mmol·L-1 氯化鈣緩解水培生菜受高溫環(huán)境脅迫傷害的效果最好。

參考文獻

[1]? 火國濤，葛國軍，張兆輝，等.萵苣種質(zhì)資源耐熱鑒定評價[J].植物遺傳資源學(xué)報，2020，21（3）：637-653.

[2]? MULABAGAL V，NGOUAJIO M，NAIR A，et al.In vitro evaluation of red and green lettuce（Lactuca sativa）for functional food properties[J].Food Chemistry，2010，118（2）：300-306.

[3]? KANAZAWA S，SANO S，KOSHIBA T，et al.Changes in antioxidative enzymes in cucumber cotyledons during natural senescence：comparison with those during dark - induced senescence[J].Physiologia Plantarum，2000，109（2）：211-216.

[4]? 王濤，田雪瑤，謝寅峰，等.植物耐熱性研究進展[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)），2013，28（5）：719-726.

[5]? PAL P K，PRASAD R，PATHANIA V.Effect of decapitation and nutrient applications on shoot branching，yield，and accumulation of secondary metabolites in leaves of Stevia rebaudiana Bertoni[J].Journal of Plant Physiology，2013，170（17）：1526-1535.

[6]? 林葆，朱海舟，周衛(wèi).硝酸鈣對蔬菜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J].土壤肥料，2000（2）：20-22.

[7]? XIONG L，SCHUMAKER K S，ZHU J.Cell Signaling during cold，drought，and salt stress[J].Plant Cell，2002，14（S1）：165-183.

[8]? 張燕，方力，李天飛，等.鈣對煙草葉片熱激忍耐和活性氧代謝的影響[J].植物學(xué)通報，2002，19（6）：721-726.

[9]? 陳貴林，賈開志.鈣和鈣調(diào)素拮抗劑對高溫脅迫下茄子幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38（1）：197-202.

[10]? KIM K，LEE J，HAN H，et al.Isolation and characterization of a novel rice Ca2+-regulated protein kinase gene involved in responses to diverse signals including cold，light，cytokinins，sugars and salts[J].Plant Molecular Biology，2003，52（6）：1191-1202.

[11]? MONROY A F，SARHAN F，DHINDSA R S.Cold-induced changes in freezing tolerance，protein phosphorylation，and gene expression：evidence for a role of calcium[J].Plant Physiology，1993，102（4）：1227-1235.

[12]? GONG M.Heat-Shock-induced changes in intracellular Ca2+ level in tobacco seedlings in relation to thermo tolerance[J].Plant Physiology，1998，116（1）：429-437.

[13]? GONG M，LI Y，DAI X，et al.Involvement of calcium and calmodulin in the acquisition of heat-shock induced thermotolerance in maize seedlings[J].Journal of Plant Physiology，1997，150（5）：615-621.

[14]? KNIGHT H，TREWAVAS A J，KNIGHT M R.Calcium signalling in Arabidopsis thaliana responding to drought and salinity[J]. The Plant Journal，1997，12（5）：1067-1078.

[15]? 陳艷麗，范飛，劉建，等.不同生長調(diào)節(jié)劑與溫度處理對生菜種子萌發(fā)的影響[J].種子，2014，33（10）：24-27.

[16]? 劉婭.LED補光與根際溫度調(diào)控對越夏水培生菜再生生長的影響[D].海口：海南大學(xué)，2018.

[17]? 李合生.植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[18]? 宋云鵬，劉凱歌，龔繁榮.不同生菜品種苗期耐熱性的綜合評價[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2015，27（2）：176-181.

[19]? LAVANIA D，SIDDIQUI M H，AL-WHAIBI M H，et al.Genetic approaches for breeding heat stress tolerance in faba bean（Vicia faba L.）[J].Acta Physiologiae Plantarum，2015，37（1）1-9.

[20] LIDON F C，TEIXEIRA M G.Oxy radicals production and control in the chloroplast of Mn-treated rice[J].Plant Science，2000，152（1）：7-15.

[21]? 朱長志，張志仙，檀國印，等.蔬菜作物高溫脅迫研究進展[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，29（2）：53-57.

[22]? 韓冰，孫錦，郭世榮，等.鈣對鹽脅迫下黃瓜幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響[J].園藝學(xué)報，2010，37（12）：1937-1943.

[23]? 劉悅萍，黃衛(wèi)東，張俊環(huán).鈣-鈣調(diào)素對水楊酸誘導(dǎo)葡萄幼苗耐熱性的影響及與抗氧化的關(guān)系[J].園藝學(xué)報，2005，32（3）：381-386.

[24]? 陳珣，楊鎮(zhèn)，曹君，等.人參內(nèi)生菌提取物對硝酸鹽脅迫下番茄幼苗生長及氮代謝相關(guān)指標(biāo)的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，33（5）：1111-1116.

[25]? 何明明，王秀峰，谷端銀，等.硝普鈉對缺鐵和硝酸鹽脅迫下番茄幼苗生長及生理特性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2017，28（4）：1246-1254.

[26]? 陳淑芳，朱月林，劉友良，等.NaCl脅迫對番茄嫁接苗保護酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及光合特性的影響[J].園藝學(xué)報，2005，32（4）：609-613.

[27]? 何鑫，張存政，劉賢金，等.外源硝酸鈣對水培生菜生長及礦質(zhì)元素吸收的影響[J].核農(nóng)學(xué)報，2016，30（12）：2460-2466.

[28]? 鄭秀芳，張超強.外源鈣對鹽脅迫下馬鈴薯試管苗生長和相關(guān)生理特性的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2015，24（6）：97-102.

[29]? 周錄英，李向東，王麗麗，等.鈣肥不同用量對花生生理特性及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].作物學(xué)報，2008，34（5）：879-885.