張 麗， 李正麗， 蒙 輝

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所， 貴陽 550006； 2.從江縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局， 貴州 從江 557400)

淹水脅迫是植物非生物脅迫當中水分脅迫的一種重要表現(xiàn)方式[1]。淹水使土壤水分過多，造成低氧或缺氧脅迫，改變了植物代謝方式，危害植物正常生長發(fā)育[2]。我國南方地區(qū)夏季降雨量大、時間長、洪澇災(zāi)害頻發(fā)，給蔬菜生產(chǎn)造成巨大的損失。研究表明，淹水脅迫使棉花[3]、甜瓜[4]、苦瓜[5]、絲瓜[6]等生長受到抑制，產(chǎn)量降低，不利于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

番茄(Solanumlycopersicum)作為大宗蔬菜，營養(yǎng)價值高，市場廣闊。番茄耐旱不耐澇，目前對番茄非生物脅迫的研究主要集中在鹽堿、干旱、低溫、弱光等方面，而對淹水脅迫的研究相對較少。鈣作為植物體內(nèi)必須的營養(yǎng)元素，參與多種理化過程的調(diào)節(jié)。研究表明，鈣參與低氧脅迫甜瓜幼苗多胺代謝過程，增強幼苗耐低氧性[7]， 緩解黃瓜NaCl脅迫對光合作用的傷害[8]，增強番茄耐弱光性[9]。呂桂云等[10]研究表明，10～20 mmol/LCa2+浸泡西葫蘆種子可以緩解鹽脅迫對種子萌發(fā)的抑制作用，Ca2+施用效果有一定的濃度范圍。然而關(guān)于Ca2+對番茄淹水脅迫的研究鮮見報道。因此，本試驗通過對番茄進行淹水處理，采用不同濃度的氯化鈣(CaCl2)進行葉面噴施，探討Ca2+對番茄淹水脅迫的作用，篩選出適宜的Ca2+濃度為實際生產(chǎn)上合理使用Ca2+緩解淹水脅迫提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所科研基地進行，以“金棚一號”番茄為試材。

1.2 試驗方法

采用穴盤育苗的方式培育幼苗，當番茄幼苗三葉一心移栽到15 cm×15 cm 的營養(yǎng)缽中，每缽一苗，采用田園土∶有機肥∶復(fù)合肥=8∶1∶1的營養(yǎng)土。番茄幼苗移栽在營養(yǎng)缽進行緩苗10 d，然后將栽有番茄苗的營養(yǎng)缽放入水池使土壤表面水層可見，水層大約2 cm。Ca2+采用CaCl2作為鈣源，濃度設(shè)為0、5、10、20、40 mmol/L，以正常水分管理并噴施等量的蒸餾水為對照(ck)；W：單純淹水脅迫；WA：淹水脅迫+5 mmol/L CaCl2；WB：淹水脅迫+10 mmol/L CaCl2；WC：淹水脅迫+20 mmol/L CaCl2；WD：淹水脅迫+40 mmol/L CaCl2。每天早晚各進行葉片正反面噴施(噴施時加入1滴Tween-20)，淹水處理第6 d取樣進行指標測定，每個處理36株，3次重復(fù)。

1.3 測定指標與方法

1.3.1生長指標測定

干鮮重測定：每個處理選取8株用自來水將植株沖洗干凈，再用蒸餾水沖洗一遍，用吸水紙將植株的水分擦干稱鮮重。將地上部、地下部分別裝入牛皮紙袋迅速放入105 ℃烘箱殺青15 min， 75 ℃烘干至恒重，稱量記錄干重。

1.3.2色素含量測定

參照高俊鳳[11]的方法，采用打孔器打取葉片稱取0.1 g，加入95%酒精20 mL，均勻混合，黑暗放置24 h，用提取液進行葉綠素、類胡蘿卜素含量測定。

1.3.3抗氧化酶、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)測定

過氧化氫(H2O2)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司試劑盒進行測定，可溶性蛋白參照高俊鳳的G-250染色法。

1.3.4光合測定

采用Li-6400便攜式光合儀(Li-Cor Inc,USA)，09：00—11：30時對各處理植株功能葉進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件繪圖和SAS 8.1軟件Duncan’s多重比較法進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源Ca2+對淹水脅迫下番茄幼苗生長的影響

淹水脅迫明顯抑制了番茄幼苗的生長，其地上、地下部干鮮重比正常未淹水處理明顯降低。與正常栽培相比，單純淹水脅迫使得番茄幼苗地上、地下部鮮重、干重分別顯著低于對照(ck)。淹水脅迫下，WA、WB、WC、WD處理番茄幼苗的干鮮重分別比W處理有所增加。淹水脅迫下，10 mmol/L CaCl2處理番茄幼苗地下部干重比單純淹水脅迫顯著增加，由此表明，外源Ca2+在一定程度上緩解淹水脅迫對番茄幼苗生長的抑制作用(見表1)。

表1 外源Ca2+對淹水脅迫下番茄鮮重和干重

2.2 外源Ca2+對淹水脅迫下番茄幼苗葉綠素、類胡蘿卜素含量的影響

與正常栽培ck相比，淹水脅迫下番茄幼苗葉片的色素含量明顯降低。W處理番茄幼苗葉片葉綠素、類胡蘿卜素含量顯著低于ck。與單純淹水脅迫相比，外源噴施CaCl2處理提高了淹水脅迫下番茄幼苗葉片葉綠素含量，其中5 mmol/L CaCl2處理效果最顯著。淹水脅迫顯著降低了類胡蘿卜素含量，與ck相比，5、10 mmol/L降幅較小(見圖1)。由此可知，在淹水脅迫下，隨著外源Ca2+濃度的增加，番茄幼苗葉片色素含量增加的幅度呈下降趨勢，說明Ca2+對淹水脅迫下番茄幼苗葉片色素含量的影響與Ca2+濃度相關(guān)。

圖1 外源Ca2+對淹水脅迫下番茄幼苗葉片葉綠素、類胡蘿卜素含量

2.3 外源Ca2+對淹水脅迫下番茄幼苗MDA、H2O2含量的影響

由圖2可以看出，與正常栽培條件相比，淹水脅迫第6天番茄葉片中MDA、H2O2含量顯著高于ck。在淹水脅迫下，不同濃度外源CaCl2處理對番茄葉片MDA、H2O2含量的變化存在差異，噴施不同濃度 CaCl2對番茄葉片MDA含量無顯著降低，而H2O2含量顯著降低。說明不同濃度的CaCl2對緩解番茄淹水脅迫條件下MDA對番茄葉片的傷害無明顯作用，而有助于降低淹水脅迫下H2O2含量來響應(yīng)淹水脅迫。

圖2 外源Ca2+對淹水脅迫下番茄幼苗葉片MDA、H2O2含量

2.4 外源Ca2+對淹水脅迫下番茄幼苗可溶性蛋白含量的影響

與正常栽培相比，淹水脅迫使得番茄幼苗葉片可溶性蛋白含量升高。不同濃度CaCl2對淹水脅迫可溶性蛋白含量的變化存在差異，其中10、20 mmol/L CaCl2處理番茄葉片可溶性蛋白含量顯著高于單純淹水脅迫，由此可知，外源Ca2+有助于提高番茄葉片滲透物質(zhì)含量來緩解淹水脅迫傷害(見圖3)。

圖3 外源Ca2+對淹水脅迫下番茄幼苗葉片可溶性蛋白含量

2.5 外源Ca2+對淹水脅迫下番茄幼苗抗氧化酶活性的影響

由圖4可以看出，淹水脅迫條件下，番茄葉片抗氧化酶活性均顯著高于正常栽培。不同濃度CaCl2對淹水脅迫下番茄幼苗葉片SOD活性與單純淹水脅迫無顯著差異， 但是對CAT活性有顯著的提高，其中10 mmol/L CaCl2的番茄葉片CAT活性最高，Ca2+通過提高植物抗氧化系統(tǒng)中酶活性來清除活性氧，抵御非生物脅迫的傷害。

圖4 外源Ca2+淹水脅迫下番茄幼苗葉片SOD、CAT酶活性

2.6 外源Ca2+對淹水脅迫下番茄幼苗凈光合速率的影響

與正常栽培相比，淹水脅迫使番茄幼苗凈光合速率顯著降低。單純淹水脅迫第6天，番茄幼苗凈光合速率顯著低于正常栽培。與單純淹水脅迫相比，外源不同濃度CaCl2處理有助于提高淹水脅迫下番茄葉片凈光合速率，其中10 mmol/L番茄凈光合速率最大。說明不同濃度外源CaCl2能夠緩解淹水脅迫對植物光合作用的傷害，維持一定的光合水平，CaCl2的作用效果與濃度的大小有關(guān)。

3 討論與結(jié)論

番茄喜溫、耐旱不耐澇。受氣候影響，在我國南方地區(qū)番茄春夏、夏秋季栽培時期極易發(fā)生連續(xù)陰雨或連續(xù)大雨至暴雨，土壤水分飽和，土中缺氧，使植物生理活動受到抑制，影響植物的生長發(fā)育，最終導(dǎo)致減產(chǎn)[1,12]。本試驗研究表明，番茄幼苗在淹水處理第6天時其各項生長指標都有所降低，尤其是地上部的鮮重和地下部干重尤為明顯，說明淹水脅迫對番茄幼苗的生長有抑制作用，這與姜玉萍等[1]研究的番茄、黃瓜、茄子和朱進等[5]研究的苦瓜遭受淹水脅迫導(dǎo)致生長受抑制的結(jié)論相一致。關(guān)于鈣能夠抵御非生物脅迫的傷害在甜瓜[7]、黃瓜[13]上均有報道，本試驗葉面噴施5、20、40 mmol/L CaCl2處理番茄幼苗生物量與單純淹水脅迫無顯著差異，而10 mmol/L CaCl2處理顯著提高了地上地下部生物量的積累，這與張恩讓等[14]研究得出的淹水脅迫下外源鈣能夠顯著促進辣椒生長的結(jié)論相一致。

圖5 外源Ca2+淹水脅迫下番茄幼苗葉片凈光合速率

光合色素含量的高低是衡量植物光合作用的一個重要指標，植株因外界環(huán)境因素的改變會引起光合色素含量的變化，進而改變光合性能[15]。本試驗結(jié)果表明，淹水脅迫下，番茄葉綠素、類胡蘿卜素含量顯著降低，隨著外源Ca2+濃度的增加，光合色素含量呈先增加后降低的趨勢， 10 mmol/L CaCl2處理的類胡蘿卜素含量顯著高于淹水脅迫，這與所測凈光合速率結(jié)果相一致，類胡蘿卜素作為光合作用和光保護的重要參與者，此類色素是光合電子傳遞鏈膜上的抗氧化分子，通過耗散過剩的能量來保護葉綠素免受破壞[16]。根據(jù)實驗結(jié)果可知，外源Ca2+通過提高淹水脅迫下葉綠素、類胡蘿卜素含量，進而維持淹水脅迫條件下的光合作用水平。

細胞膜是非生物脅迫攻擊的首要部位[17]。正常情況下，植物細胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除處于平衡狀態(tài)，而非生物脅迫會打破這種平衡，導(dǎo)致膜質(zhì)過氧化[18]。MDA是膜脂過氧化分解的主要產(chǎn)物之一，MDA含量的高低也反映了細胞膜發(fā)生膜脂過氧化傷害程度。本研究表明，淹水脅迫使得MDA、H2O2含量顯著升高，MDA和H2O2的積累達到最大。淹水脅迫下噴施鈣劑使MDA含量無顯著差異，而H2O2含量除5 mmol/L處理無顯著差異外，其余濃度均顯著降低，說明外源Ca2+參與了淹水脅迫膜質(zhì)過氧化過程，而且對緩解MDA的積累作用沒有H2O2敏感。

SOD、CAT作為植物自身抵御外界傷害的保護酶，其含量水平可以說明植物的耐逆性。淹水脅迫下， SOD、CAT活性顯著高于正常條件，植物啟動自身的防御系統(tǒng)來抵御傷害。淹水脅迫下，不同濃度外源Ca2+激活提升SOD、CAT活性來清除活性氧，提高植株抗逆性，10 mmol/L CaCl2處理增幅最大。

可溶性蛋白是植物體內(nèi)普遍存在的物質(zhì)，在逆境環(huán)境下，可以通過參與代謝活動進行保護性調(diào)節(jié)，增強抗逆性[15]。本研究中，不同濃度外源Ca2+使淹水脅迫番茄幼苗可溶性蛋白含量增加，10、20 mmol/L處理達到顯著差異，說明外源Ca2+通過提高淹水脅迫下番茄可溶性蛋白含量，增強植株耐淹性。

綜上，外源Ca2+的施用可以緩解淹水脅迫對番茄幼苗生長的抑制、維持光合色素含量、激活抗氧化酶系統(tǒng)、提高滲透物質(zhì)含量，且10 mmol/L CaCl2效果最明顯，說明外源Ca2+參與淹水脅迫下植株體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)調(diào)控，提高抗氧化酶活性、降低膜質(zhì)過氧化進程、維持高水平的滲透調(diào)節(jié)能力，進而增強番茄幼苗對淹水的耐受性。關(guān)于Ca2+是如何從分子水平來調(diào)控植物淹水脅迫響應(yīng)的機理有待進一步研究。