甄駿超，張彥萍,2，劉海河，王亞倫，朱立保

（1.河北農(nóng)業(yè)大學 園藝學院，河北 保定 071000；2.河北農(nóng)業(yè)大學 科教興農(nóng)中心，河北 保定 071000）

厚皮甜瓜是起源于非洲的葫蘆科甜瓜屬草本植物，其果實甜美，香氣濃郁，富含人體所需的多種維生素和礦物質(zhì)，深受人們喜愛。［1］在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，隨著我國厚皮甜瓜的栽培面積急速擴大，人們使用N、P、K 化肥比例越來越大，有機肥使用比例不斷下降，土壤中的鎂肥不斷消耗而得不到補充，植物缺鎂的現(xiàn)象陸續(xù)出現(xiàn)，尤其在北方土棚較為明顯，造成植物體內(nèi)葉綠素含量下降，葉片失綠，光合作用受到抑制，碳水化合物和蛋白質(zhì)和合成受阻，嚴重影響了果實的產(chǎn)量與品質(zhì)。因此，研究鎂肥對甜瓜生長代謝的影響對提高果實品質(zhì)與產(chǎn)量有著重要的意義。

鎂是影響植物生長代謝非常重要的元素，是植物體內(nèi)許多重要成分的組成元素。葉綠素的形成需要鎂的參與［2-3］。植物一旦缺鎂，葉綠體的結構就會被破壞，基粒和類囊體數(shù)目降低［4］。鎂對光合作用有較大影響，可以促進PSII 活性［5］，還可以提高光合作用的效率［6］。鎂也是多種酶激活的必要元素，光合作用、呼吸作用、硝酸還原等過程的酶反應都需要鎂來激活［7］。同時，人們對鎂研究發(fā)現(xiàn)，鎂對提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)有著極大的作用。申曉芳［8］的研究發(fā)現(xiàn)，施用鎂肥可以有效提高番茄果實的單果重；于婷［9］的研究表明，在駿棗幼果期和果實膨大期噴施鎂肥有利于提高果實品質(zhì)。鎂對植株氮代謝也有重要作用，有研究認為，銨態(tài)氮對鎂的吸收表現(xiàn)為拮抗作用，使用硝態(tài)氮則有利于鎂的吸收，表現(xiàn)為協(xié)同作用；徐洋［10］的研究發(fā)現(xiàn)，施鎂可以促進大豆對氮素的吸收同化；鎂還可以提高NR 活性，促進氮代謝循環(huán)。有關鎂對厚皮甜瓜結果期氮代謝影響的研究尚未見報道。本課題組研究了噴施不同濃度的硫酸鎂對厚皮甜瓜結果期葉片硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、蛋白質(zhì)含量以及氮代謝相關酶活性等生理指標的影響，為厚皮甜瓜高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2019 年在河北省保定市清苑區(qū)西甜瓜栽培基地進行。供試作物為厚皮甜瓜品種‘農(nóng)大103’，由河北農(nóng)業(yè)大學甜瓜栽培和育種研究室提供。篩選顆粒飽滿的種子，經(jīng)浸種催芽后穴盤育苗，三葉一心時選擇長勢均勻，生長健壯的幼苗將其按照株行距0.35 m×1 m 定植于塑料大棚中。共設置5 個處理水平，分別為0（CK）、20、40、60、80 mg/L的硫酸鎂溶液，每14 d 噴施1 次，共噴施3 次，噴至葉片正反面濕潤且不滴落為止，每個處理選取30株幼苗，3 次重復，從處理當天開始，每7 d 進行1次取樣，取生長點倒數(shù)第4 片功能葉，共取5 次，用冰盒低溫保存帶回，待授粉后42 d 在每個小區(qū)隨機采摘5 個果實，計算產(chǎn)量并測定果實品質(zhì)等相關指標。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 硝態(tài)氮 硝態(tài)氮的測定參考李合生［11］主編的《植物生理生化實驗原理和技術》。

1.2.2 銨態(tài)氮 銨態(tài)氮的測定參考中國科學院上海植物生理研究室［12］主編的《現(xiàn)代植物生理學實驗指南》,使用改良過的茚三酮測定法。

1.2.3 硝酸還原酶（NR）活性 取0.5 g 新鮮甜瓜葉片于研缽中，在4 ℃冰箱中預冷30 min，加入石英石和4 mL 提取緩沖液，研磨后于4 000 r/min離心機冷凍離心15 min，取上清液0.4 mL，加入0.1 mol/L 磷酸緩沖液1.3 mL，25 ℃水浴保溫30 min，然后加入1 mL 磺胺溶液終止反應，加入1 mL 萘基乙烯胺溶液反應15 min，然后離心5 min，取上清液在540 nm 下比色。

1.2.4 谷氨酰胺合成酶（GS） 活性和谷氨酸合酶（GOGAT）活性的測定方法均參照李合生［11］的方法。

1.2.5 果實品質(zhì)指標的測定 使用便攜式數(shù)字測糖儀測定可溶性固形物。2,6-二氯酚靛酚滴定法測定維生素C。酸堿滴定法測定有機酸含量。硫酸-蒽酮法測定可溶性糖含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)均為3 次重復的平均值，采用SPSS 對數(shù)據(jù)進行方差分析，并用Duncan 法進行多重比較，檢驗差異顯著性。

2 結果分析

2.1 外源鎂對厚皮甜瓜葉片硝態(tài)氮含量的影響

由圖1 可知，隨著厚皮甜瓜的生長，葉片中硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)先上升后下降的的趨勢。20、40、60 mg/L 3 個硫酸鎂濃度處理在各個時期均顯著低于CK（P＜0.05）。60 mg/L 處理硝態(tài)氮含量與CK 不同時期相比分別降低了17.79%、28.33%、32.43%、27.69%、28.82%。40 mg/L 處 理 葉 片 硝態(tài)氮含量較CK 不同時期降低29.49%、32.17%、36.42%、27.99%、26.71%。20 mg/L 處理葉片硝態(tài)氮含量較不同時期CK 分別降低17.40%、22.01%、24.70%、23.57%、22.31%。

圖1 外源鎂處理對厚皮甜瓜葉片硝態(tài)氮含量的影響Fig. 1 Effect of exogenous magnesium on nitrate content in the leaves of muskmelon

以上結果表明，外源鎂處理加速了葉片中硝態(tài)氮的分解，降低了硝態(tài)氮含量，各種處理中，40 mg/L的處理分解效率優(yōu)于其它處理。

2.2 外源鎂對厚皮甜瓜葉片銨態(tài)氮含量的影響

由圖2 可以看出，外源噴施鎂溶液可以顯著提高甜瓜葉片中銨態(tài)氮的含量，不同濃度硫酸鎂處理的銨態(tài)氮含量存在著差異，同一時期的測定結果隨著噴施濃度的升高，呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。4種處理銨態(tài)氮含量均顯著高于CK，在處理后14 與35 d，40 與60 mg/L 的處理差異不顯著。60 mg/L 處理銨態(tài)氮含量較CK 不同時期分別增加了17.41%、79.60%、76.31%、66.41%、72.79%。40 mg/L處理銨態(tài)氮含量與CK 不同時期相比分別增加了57.39%、80.48%、92.27%、79.67%、83.88%。20 mg/L 處理葉片銨態(tài)氮含量較不同時期CK 分別增幅29.30%、29.10%、31.83%、24.59%、19.59%。

圖2 外源鎂處理對厚皮甜瓜葉片銨態(tài)氮含量的影響Fig. 2 Effect of exogenous magnesium on ammonium nitrogen content in the leaves of muskmelon

以上結果表明，40 mg/L 的硫酸鎂處理可以顯著增加葉片中銨態(tài)氮含量，較其他處理效果最佳。

2.3 外源鎂對厚皮甜瓜葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

由圖3 可知，厚皮甜瓜葉片可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，處理后21 d 達到最大值，不同濃度的處理促進效果不同。與對照相比，20、40、60 mg/L 3 種濃度的硫酸鎂處理均可增加葉片可溶性蛋白質(zhì)含量，其中40 與60mg/L 2 種處理之間沒有顯著差異（P＞0.05），在處理后14 d，80 mg/L濃度的硫酸鎂處理可溶性蛋白含量低于對照。與不同時期對照相比，20 mg/L 的處理分別增加了20.76%、20.58%、7.19%、8.18%、17.18%；40 mg/L的處理分別增加了49.37%、35.79%、23.01%、22.58%、27.68%；60 mg/L 的處理分別增加了39.91%、46.93%、14.38%、18.71%、27.92%。

圖3 外源鎂處理對厚皮甜瓜葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量的影響Fig. 3 Effects of exogenous magnesium on soluble protein content in the leaves of muskmelon

以上結果表明，20、40、60 mg/L 3 個濃度的硫酸鎂處理可以促進葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量的積累，處理濃度范圍在40 ～60 mg/L 之間時，對可溶性蛋白含量的促進效果最好。

2.4 外源鎂對厚皮甜瓜葉片中硝酸還原酶（NR）活性的影響

由圖4 可知，外源噴施不同濃度的硫酸鎂對厚皮甜瓜葉片NR 活性有不同程度的影響，整體呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。在處理后7 d，4 種處理顯著高于CK（P＜0.05），隨著處理濃度的增加，NR 活性也隨之增加。在處理后14 ～35 d，20、40、60 mg/L 3 種處理均顯著高于CK，80 mg/L的處理顯著低于CK。60 mg/L 處理NR 活性較不同時期CK 分別增幅41.92%、41.31%、40.36%、30.96%、65.55%。

圖4 外源鎂處理對厚皮甜瓜葉片中NR 活性的影響Fig. 4 Effect of exogenous magnesium on the activity of NR in the leaves of muskmelon

40 mg/L 處理葉片NR 活性較CK 分別增幅26.04%、49.04%、42.50%、35.03%、61.48%。20 mg/L 處理NR 活性較不同時期CK 分別增幅13.46%、23.49%、21.39%、27.79%、33.45%。

以上結果表明，外源噴施硫酸鎂可以促進葉片中NR 活性，加速了氮代謝的進程，其中40 和60 mg/L外源鎂處理后期活性較高，促進效果較好。

2.5 外源鎂對厚皮甜瓜葉片中谷氨酰胺合成酶（GS）活性的影響

由圖5 可以看出，外源噴施不同濃度的硫酸鎂對厚皮甜瓜葉片中GS 活性有不同程度的影響，整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在處理后7 ～21 d，4 種處理GS 活性顯著高于CK，28 和35 d，20、40、60 mg/L 3 種濃度處理顯著高于CK（P＜0.05）。60 mg/L 處理GS 活性較不同時期CK 分別增幅79.70%、119.2%、71.30%、19.20%、33.24%。40 mg/L 濃度處理的葉片GS 活性較不同時期CK分別增加66.73%、144.56%、101.84%、19.63%、35.58%。20 mg/L 處 理GS 活 性 較CK 分 別 增 加37.22%、99.73%、68.58%、9.96%、17.03%。

圖5 外源鎂處理對厚皮甜瓜葉片中GS 活性的影響Fig. 5 Effects of exogenous magnesium on GS activity in the leaves of muskmelon

以上結果表明，外源噴施適宜濃度的硫酸鎂可以明顯增加GS 活性，其中40 mg/L 處理效果高于其它處理。

2.6 外源鎂對厚皮甜瓜葉片中谷氨酸合酶（GOGAT）活性的影響

由圖6 可知，在厚皮甜瓜果實生長期，隨著甜瓜的生長，葉片中GOGAT 活性呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢，不同濃度的硫酸鎂處理效果不同。在處理后7 ～14 d，4 種處理GOGAT 活性顯著高于CK（P＜0.05），在21、28 和35 d，80 mg/L 處理葉片中GOGAT 活性有下降的趨勢，21 和28 d 時低于CK，35 d 時與CK 無顯著差異。60 mg/L 處理GOGAT 活性與不同時期CK 相比分別增幅43.68%、71.56%、79.31%、80.15%、125.51%。40 mg/L 葉片GOGAT活性較不同時期CK 分別增幅68.99%、96.31%、104.57%、98.49%、119.74%。20 mg/L 處理葉片中GOGAT 活性較不同時期CK 分別增加了18.52%、31.22%、41.66%、38.22%、58.01%。

圖6 外源鎂處理對厚皮甜瓜葉片中GOGAT 活性的影響Fig. 6 Effects of exogenous magnesium on GOGAT activity in the leaves of Muskmelon

以上結果表明，20、40 和60 mg/L 3 種濃度硫酸鎂可以明顯增加葉片中GOGAT 活性，促進厚皮甜瓜氮代謝進程，其中40 mg/L 處理效果最佳。

2.7 外源鎂對厚皮甜瓜果實品質(zhì)的影響

由表1 可知，除80 mg/L 濃度的硫酸鎂處理外，其它3 種濃度的處理均顯著增加了果實中可溶性固形物含量，其中20 與40 mg/L 的 處理效果最大，兩者之間差異不顯著，與對照相比分別增加了6.88%、10.26%。20、40 和60 mg/L 3 種處理的可溶性糖含量顯著高于對照，其中40 mg/L 的處理顯著高于其它處理，與對照相比增加了24.09%。4 種處理濃度的Vc 含量顯著高于CK，其中60 mg/L 的處理含量最高且顯著高于其它處理，與對照相比增加了25.93%。除80 mg/L 的處理外，其它3 種處理均顯著降低了果實中可滴定酸含量，40 與60 mg/L 2 種處理之間差異不顯著。以上數(shù)據(jù)表明，20、40和60 mg/L 3 種處理對果實品質(zhì)都有一定的改善效果，其中效果最好的處理濃度是40 mg/L。

表1 外源鎂對厚皮甜瓜果實品質(zhì)的影響Table 1 Effect of exogenous magnesium on fruit quality of muskmelon

3 討論

3.1 外源鎂對厚皮甜瓜葉片中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和蛋白質(zhì)含量的影響

氮素是植物體內(nèi)必不可少的元素之一，在植物的各種生理代謝中，氮素都有著不可取代的作用，當植株氮供應不足時，蛋白質(zhì)的合成受到抑制，嚴重影響細胞分裂的速度，造成產(chǎn)量降低［13-14］。有研究表明，缺氮會嚴重影響黃瓜的形態(tài)發(fā)育，使植株矮小、細弱、葉片小而易脫落，嚴重影響花芽分化［15］。同樣，過多的氮素也會影響植物本身的正常發(fā)育，當植物吸收氮素過多時，會影響體內(nèi)的碳水化合物的形成，導致植物易倒伏。有研究發(fā)現(xiàn)，過量施氮會影響果實中的可溶性糖和維生素C 的積累，嚴重影響果實的品質(zhì)［16］。在本試驗中，外源施鎂對的分解和的積累都有著顯著的促進作用，對葉片蛋白質(zhì)含量也有顯著影響，當施鎂量為40 mg/L 時，銨態(tài)氮積累量最大，硝態(tài)氮的積累量最低，蛋白質(zhì)含量也顯著升高，這是因為外源鎂離子通過影響氮代謝相關酶活性大小，加速了硝態(tài)氮分解，促進了氮素的轉(zhuǎn)化速率，使硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮的速率加快，促進了葉片蛋白質(zhì)的合成與積累。

3.2 外源鎂對厚皮甜瓜葉片中氮代謝相關酶活性的影響

氮代謝是作物生長發(fā)育極為重要的生理過程，對作物的產(chǎn)量品質(zhì)有著決定性的作用［17］。硝酸還原酶是植物氮代謝的限速酶，它決定了NO3-向NO2-轉(zhuǎn)化的速率，NO2-是生成銨態(tài)氮的主要原料，所以NR活性直接影響了氮代謝的速率［18］。本試驗結果表明，外源施鎂顯著增加了植株各個時期NR 活性，對植株氮代謝速率有著明顯的促進作用。當處理濃度為40 mg/L 時，NR 活性始終保持較高的促進效果；當處理濃度為80 mg/L 時，前期對NR 活性有顯著的促進效果，但當處理進行到14 d 時，NR 活性受到顯著的抑制，表明長時間高濃度處理抑制了NR 活性。

谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶是同化NH4+的重要酶，NH4+被GS 催化轉(zhuǎn)化成谷氨酰胺，再經(jīng)GOGAT 轉(zhuǎn)化為谷氨酸，形成的谷氨酸直接參與到氮代謝當中，所以GS 和GOGAT 的活性也是影響氮代謝速率的關鍵酶［19］。通過本試驗可以發(fā)現(xiàn)，外源鎂的處理對GS 和GOGAT 活性都有著顯著的促進作用，這是因為鎂可以穩(wěn)定合成蛋白質(zhì)所必須的核糖體構型［20］，而蛋白質(zhì)是構成GS 與GOGAT 的基本物質(zhì)，所以鎂可以直接影響GS 與GOGAT 的活性。當處理濃度為40 mg/L 時，2 種酶都保持較高的促進效果，而當處理濃度達到80 mg/L 時，酶活性呈現(xiàn)下降的趨勢且逐漸低于對照，這可能是因為高濃度的鎂破壞了核糖體構型，限制了蛋白質(zhì)的合成，使酶活性受到抑制。

3.3 外源鎂對厚皮甜瓜果實品質(zhì)的影響

增施鎂在園藝生產(chǎn)中有著重要意義，增施鎂肥能夠促進糖和Vc 的合成，提高園藝產(chǎn)品的內(nèi)在品質(zhì)。有研究表明，葉片施鎂可以提高碭山酥梨的可溶性糖與Vc 含量，顯著提高果實品質(zhì)［21］。在不同時期噴施硫酸鎂可以有效改善駿棗的果實品質(zhì)，提升各品質(zhì)指標的含量［22］。本研究中，葉片外源施鎂顯著的增加了果實中可溶性糖、Vc、可溶性固形物含量，有效的降低了果實中可滴定酸含量。外源鎂可以改善果實品質(zhì)，這可能是適宜濃度的Mg2+可以提高葉片的光合作用，延緩植物的衰老，促進碳水化物的形成，平衡碳氮代謝，促進果實蛋白質(zhì)合成，從而達到提高Vc、可溶性糖、可溶性固形物和可溶性蛋白含量，降低可滴定酸含量，改善果實內(nèi)在品質(zhì)的作用。而超過一定濃度的Mg2+會對植物造成脅迫，破壞植物代謝平衡，從而使果實品質(zhì)降低。對外源鎂是否影響厚皮甜瓜產(chǎn)量還需進一步深入研究。

4 結論

厚皮甜瓜果實生長期葉片噴施適宜濃度的硫酸鎂溶液，可以有效的加速硝態(tài)氮分解與銨態(tài)氮的積累，顯著提高硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶的活性，對改善植株氮代謝有明顯效果，其中處理濃度為40 mg/L 的效果最佳。

外源施鎂對厚皮甜瓜果實內(nèi)在品質(zhì)也有顯著的改善效果，其中處理濃度在40 ～60 mg/L 之間時，表現(xiàn)出較為適宜的效果。本試驗是在塑料大棚中進行的，在其他條件中的處理效果還需進一步研究。