范 輝,尹偉僮,王明姣,李青云,高志奎,薛占軍

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,河北保定,071001)

近年隨著作為植物生長發(fā)育必需的微量元素氯(Cl)的有益效應(yīng)引起廣泛關(guān)注[1],有關(guān)含Cl肥料的調(diào)控作用也被重新認(rèn)識[2-3]。但是,以往被認(rèn)為能產(chǎn)生次生鹽漬化的NaCl調(diào)節(jié)效應(yīng)則更需要重新加以明確,因為前人大量研究關(guān)注的是高濃度(50～300 mmol·L-1)NaCl的Na+脅迫效應(yīng)及耐鹽機(jī)制[4-5],而忽視或掩蓋了Cl對植物生命活動和代謝活性的調(diào)節(jié)效應(yīng)。于是,有關(guān)低濃度(5～20 mmol·L-1)NaCl對植物生理代謝調(diào)節(jié)效應(yīng)開始被重視,因為低濃度NaCl處理下的Na+不僅不會產(chǎn)生累積脅迫效應(yīng),而且還能作為植物液泡中重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),維持細(xì)胞正常生命活動所需的膨壓;此外,Cl還能在植物特定組織器官中累積到與大量元素K相近的含量水平(15～50 mg·g-1DW),對葉片擴(kuò)展、物質(zhì)累積、細(xì)胞膨壓、水裂解系統(tǒng)和氮代謝相關(guān)酶活等生理生化過程進(jìn)行正向調(diào)節(jié)[1]。所以,進(jìn)行低濃度NaCl的施用技術(shù)研究是充分發(fā)揮其有益調(diào)控效應(yīng)的首要關(guān)鍵任務(wù)。

目前園藝作物生產(chǎn)仍以土壤栽培為主,若采用土壤根施低濃度NaCl的方式,一方面或多或少會帶來土壤次生鹽漬化隱患;另一方面還可能隱藏著根際多種離子間吸收相互促抑的問題。于是,本課題組提出低濃度NaCl葉部噴施技術(shù),發(fā)現(xiàn)低濃度 NaCl 能顯著提高日光溫室中低溫區(qū)黃瓜幼苗形態(tài)和光合生理指標(biāo),緩解由于溫度降低對黃瓜幼苗生長發(fā)育的抑制效應(yīng),達(dá)到培育黃瓜壯苗的目的[6]。此外,噴施低濃度NaCl還能促進(jìn)小白菜和櫻桃蘿卜的干物質(zhì)累積和營養(yǎng)品質(zhì)改善[7-8],在對西蘭花的研究中也有相關(guān)驗證[9],上述研究結(jié)果不僅直接拓寬了低濃度NaCl的施用技術(shù),而且進(jìn)一步明確了低濃度NaCl的有益調(diào)節(jié)效應(yīng),為在更多園藝作物中應(yīng)用提供了重要的技術(shù)保障和數(shù)據(jù)支撐。

草莓Fragaria×ananassaDuch.作為世界各地均有廣泛栽種的多年生草本植物[10-11],具有“果中皇后”的美譽,深受廣大消費者喜愛。我國北方利用日光溫室進(jìn)行草莓促成栽培是提高其生產(chǎn)效益的一種主要方式[12],采收期可以從12月延續(xù)至翌年5月。但是進(jìn)入翌年3月后,日光溫室內(nèi)的晝夜氣溫開始回升,逐步超越10～26 ℃的生長發(fā)育適溫,時常遭受26～35 ℃甚至更高溫度的影響,加速草莓葉片蛋白質(zhì)分解[13]和光系統(tǒng)II反應(yīng)中心失活[14],產(chǎn)生嚴(yán)重的光合光抑制[15],突出表現(xiàn)為草莓果個變小、產(chǎn)量降低和品質(zhì)變差等問題[16]。隨后,相關(guān)學(xué)者提出選種耐熱型草莓品種[17]、適度遮陰[18]、葉面噴施或滴灌硅肥[19]等農(nóng)藝和理化調(diào)控技術(shù)措施,緩解日光溫室偶發(fā)或持續(xù)高溫脅迫對草莓生長及品質(zhì)的影響。但是,噴施低濃度NaCl能否調(diào)控日光溫室高溫期草莓生長及品質(zhì)的研究還未見報道。

因此,本試驗通過對日光溫室高溫期草莓噴施不同低濃度NaCl溶液,分析草莓葉片色素含量、光合作用參數(shù)、抗氧化酶活性和果實形態(tài)及營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)指標(biāo),明確噴施低濃度NaCl對草莓生長及品質(zhì)的有益效應(yīng),篩選促進(jìn)草莓生長和改善草莓品質(zhì)的適宜NaCl濃度,為提高日光溫室高溫期草莓耐熱性、改善其品質(zhì)和延長采收期提供技術(shù)參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗在保定市徐水區(qū)增賢農(nóng)業(yè)科技有限公司日光溫室中進(jìn)行,選取在保定地區(qū)草莓設(shè)施栽培中常見的栽培品種“紅顏”為試材,在2021年9月初采用高畦雙行移栽定植,采用水肥一體化滴灌技術(shù)進(jìn)行常規(guī)肥水管理。于翌年3月底,當(dāng)日光溫室內(nèi)氣溫開始快速升高時,進(jìn)行低濃度NaCl噴施處理。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗共設(shè)置5個低濃度NaCl處理,即0(CK)、5 (T1)、10 (T2)、15 (T3)和20 mmol·L-1(T4),配制用的NaCl均為分析純(摩爾質(zhì)量為 58.44 g/mol,于保定萬科藥品有限公司購買),配制用水為公司基地的深層井水(Na+和Cl-的濃度分別為0.68 mmol·L-1和0.54 mmol·L-1),配好后裝入15 L電動噴霧器中,再加入3 mL天然橙皮精油助劑(自保定農(nóng)資市場購買),搖勻后備用。

試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,選取生長勢一致的草莓健壯植株,將紅熟期果實全部摘除,只保留剛剛著穩(wěn)果、大小一致的綠熟期果實,將綠熟期果實掛牌標(biāo)記,白熟期果實在試驗處理期間成熟后摘除。每個小區(qū)面積為5.85 m2(9.0 m×0.65 m),每個處理3個小區(qū)重復(fù)。每天上午8:30—9:00噴施一次,每次噴施的溶液以在葉面上出現(xiàn)液滴微落為宜,噴施試驗處理直至90%的掛牌標(biāo)記草莓果實完全成熟時停止,噴施共23次。每個處理小區(qū)隨機(jī)選取掛牌成熟度一致的草莓植株10株,總計每個處理30株,進(jìn)行葉片生理活性及果實品質(zhì)指標(biāo)的測定。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 葉片光合色素 選擇生長期一致的功能葉片,使用圓形打孔器把葉片打成大小、形狀一致的小圓片,采用丙酮提取法[20]測定葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的含量,并采用U-5100(日本日立公司生產(chǎn))紫外-可見分光光度計在663、645、470 nm下進(jìn)行比色,每個處理5次重復(fù)。

1.3.2 光合特征參數(shù) 在取樣測定的當(dāng)天上午9:00—11:00,采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的Li-6800便攜式光合儀測定草莓葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)等參數(shù),測定時葉室內(nèi)CO2濃度與外界相同光強為溫室內(nèi)自然光(650～700 μmol·m-2·s-1),葉片溫度為27～31 ℃,選擇由生長點向外的第3片葉測定。每個處理3次生物學(xué)重復(fù)測定。

1.3.3 葉片抗氧化酶活性 參照李合生等[20]的方法進(jìn)行測定。超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍(lán)四唑光還原法;過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚法;過氧化氫酶(CAT)活性測定采用紫外吸收法;丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸法。每個處理5次重復(fù)。

1.3.4 果實外觀形態(tài) 在每個處理小區(qū)選取成熟度一致的草莓10顆,使用電子天平測定單果質(zhì)量,游標(biāo)卡尺測量果實橫徑、縱徑。采用MINOLTACR-400色差儀測定果實外觀色度值(L*:亮度,表示黑白;a*:紅綠色度;b*:黃藍(lán)色度)。

1.3.5 果實營養(yǎng)品質(zhì) 在每個處理小區(qū)選取成熟度一致的草莓10顆,均勻混樣后進(jìn)行營養(yǎng)品質(zhì)測定。采用蒽酮試劑法[21]測定可溶性糖含量;氫氧化鈉滴定法測定可滴定酸含量[21];采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[21]測定維生素C含量;茚三酮比色法[21]測定游離氨基酸含量。每個處理5次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與繪圖,利用SPSS 23.0統(tǒng)計軟件中的Duncan’s法進(jìn)行方差分析,不同小寫字母表示在p=0.05水平上存在差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施低濃度NaCl對草莓葉片光合色素的影響

由表1可以看出,噴施低濃度NaCl對草莓葉片光合色素產(chǎn)生了顯著影響(p<0.05)。與噴施清水(CK)相比,噴施低濃度NaCl(5、10、15和20 mmol·L-1)均顯著增加了草莓葉片的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量(p<0.05),葉綠素a含量增幅分別達(dá)11.41%、30.59%、31.52%和10.12%,葉綠素b含量增幅分別達(dá)8.98%、21.13%、25.52%和10.12%,葉綠素總含量增幅分別達(dá)10.19%、27.36%、29.21%和17.06%。10、15 mmol·L-1NaCl可顯著促進(jìn)類胡蘿卜素含量的積累(p<0.05),分別較對照(CK)升高了15.15%和16.96%。光合色素含量均在15 mmol·L-1處理下促進(jìn)效應(yīng)最好,表明噴施適宜低濃度NaCl對草莓葉片光合色素含量的積累具有促進(jìn)效應(yīng)。

表1 噴施低濃度NaCl對草莓葉片光合色素的影響 mg·g-1 FW

2.2 噴施低濃度NaCl對草莓葉片光合特性的影響

由表2可以看出,噴施低濃度NaCl對草莓葉片光合特性產(chǎn)生了顯著影響(p<0.05)。與噴施清水(CK)相比,噴施低濃度NaCl(10、15和20 mmol·L-1)顯著增加了草莓葉片的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度。其中,葉片凈光合速率(Pn)增幅分別達(dá)17.88%、10.51%和7.79%,葉片蒸騰速率增幅分別達(dá)31.56%、19.02%和22.25%,葉片氣孔導(dǎo)度增幅分別達(dá)27.71%、16.72%和13.06%。噴施低濃度NaCl(5、10、15和20 mmol·L-1)顯著降低了草莓葉片的胞間CO2濃度,降幅達(dá)6.22%、10.71%、10.57%和7.79%,其中以10 mmol·L-1處理對草莓葉片光合特性的影響效果最好。

表2 噴施低濃度NaCl對草莓葉片光合特性的影響

2.3 噴施低濃度NaCl對草莓葉片抗氧化酶活性的影響

由圖1可以看出,噴施低濃度NaCl對草莓葉片抗氧化酶活性產(chǎn)生了顯著影響(p<0.05)。與噴施清水(CK)相比,噴施低濃度NaCl(5、10和15 mmol·L-1)顯著增加了草莓葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性,增幅達(dá)5.06%、12.86%和16.75%。噴施低濃度NaCl(10、15和20 mmol·L-1)顯著增加了過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性,增幅分別達(dá)14.81%、25.18%、18.04%和11.90%、30.95%、23.81%。噴施低濃度NaCl(5、10、15和20 mmol·L-1)均能顯著降低MDA含量,降幅達(dá)5.50%、10.72%、13.72%和8.11%。噴施低濃度NaCl對葉片抗氧化酶活性影響均為15 mmol·L-1效果最好。

圖1 噴施低濃度NaCl對草莓葉片抗氧化酶活性的影響

2.4 噴施低濃度NaCl對草莓果實外觀形態(tài)的影響

由表3可以看出,噴施低濃度NaCl對草莓形態(tài)指標(biāo)產(chǎn)生了顯著影響(p<0.05)。與噴施清水(CK)相比,噴施低濃度NaCl(5、10、15和20 mmol·L-1)顯著增加了草莓的單果質(zhì)量、橫徑、縱徑。其中,草莓單果質(zhì)量增幅分別達(dá)12.21%、28.08%、35.66%和17.52%;橫徑增幅分別達(dá)3.77%、11.30%、18.44%和8.22%;縱徑增幅分別達(dá)10.5%、27.17%、26.48%和14.38%。對于單果質(zhì)量、橫徑而言,15 mmol·L-1最好;對于縱徑而言,10 mmol·L-1的促進(jìn)效應(yīng)最好;在果實亮度、紅度方面,與噴施清水(CK)相比,噴施15 mmol·L-1NaCl顯著增加了果實亮度,增加6.96%;噴施10和15 mmol·L-1NaCl顯著增加了果實紅度,增幅達(dá)17.02%和18.65%;亮度、紅度均為15 mmol·L-1效果最好。

表3 噴施低濃度NaCl對草莓單果質(zhì)量、縱徑、橫徑、果皮色澤的影響

2.5 噴施低濃度NaCl對草莓營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由圖2可以看出,噴施低濃度NaCl對草莓營養(yǎng)品質(zhì)產(chǎn)生了顯著影響(p<0.05)。與噴施清水(CK)相比,噴施低濃度NaCl(5、10和15 mmol·L-1)顯著增加草莓的可溶性糖含量的同時還降低了草莓的可滴定酸含量。其中,可溶性糖含量增幅分別達(dá)7.45%、13.37%和15.45%;可滴定酸含量降幅達(dá)11.33%、18.67%和9.33%。噴施低濃度NaCl(10、15和20 mmol·L-1)顯著增加了維生素C和游離氨基酸含量。其中,維生素C含量增幅分別達(dá)34.48%、35.34%和12.76%,游離氨基酸含量增幅分別達(dá)11.34%、15.05%和7.46%。對于可溶性糖、維生素C和游離氨基酸而言,均是15 mmol·L-1促進(jìn)效果最好;對于可滴定酸而言,10 mmol·L-1的抑制效果最好。

圖2 噴施低濃度NaCl對草莓營養(yǎng)品質(zhì)的影響

3 討論與結(jié)論

光合作用作為對外界環(huán)境變化極為敏感的一個重要生理過程,密切關(guān)聯(lián)著作物產(chǎn)量的形成和品質(zhì)的改善[22],其中負(fù)責(zé)光能吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化的葉綠體發(fā)揮了重要作用[23],而高溫脅迫會破壞葉綠體類囊體膜,基粒上的葉綠素生物合成受阻,光能捕獲效率降低,光合作用變?nèi)?產(chǎn)量下降[24]。本試驗發(fā)現(xiàn),高溫期噴施低濃度NaCl可以顯著提升草莓葉片光合色素含量,這與周峰等[25]在菠菜研究和高慧等[26]在金盞菊研究中的結(jié)果相一致,而且適宜濃度NaCl還可以改變西蘭花葉綠體的超微結(jié)構(gòu),使葉綠體變大,基粒數(shù)量增多,從而增強植株光合作用,促進(jìn)植株的生長[27]。

已有研究表明,高溫脅迫下草莓細(xì)胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性被打破、抗氧化物系統(tǒng)發(fā)生變化,放氧復(fù)合體OEC失活,甚至引發(fā)PSI的光抑制問題,最終嚴(yán)重影響到草莓光合作用與正常生長[15]。本試驗發(fā)現(xiàn),噴施低濃度NaCl降低了高溫期草莓葉片丙二醛含量,提升了抗氧化酶活性,維持葉片細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性,表明適宜低濃度NaCl噴施處理可以增強植株抗氧化酶活性,去除植株體內(nèi)活性氧,提高植株對高溫環(huán)境的應(yīng)對能力;這與王寶增等[28]在小麥上的研究結(jié)果一致,抗氧化酶的增多,保證了小麥得以維持較高的光合速率,促進(jìn)小麥生長。同時,相關(guān)研究也表明,NaCl可以使堿蓬中6個與光捕獲相關(guān)的基因上調(diào),從而增強植株的光捕獲能力[29],這或許與本試驗發(fā)現(xiàn)的10 mmol·L-1NaCl處理下草莓葉片光合速率顯著增強有關(guān)。

多項研究表明,低濃度NaCl在植物生長發(fā)育中發(fā)揮著重要作用[1,29-30]。Cl-決定了植株的鮮質(zhì)量增加和干物質(zhì)的積累[1],Franco-Navarro等[31]發(fā)現(xiàn),低濃度Cl-具有促進(jìn)煙草干物質(zhì)累積和葉面積增大的作用。本試驗結(jié)果也發(fā)現(xiàn),隨著低濃度NaCl的連續(xù)噴施,Na+、Cl-也在葉片及果實中不斷積累,在10、15 mmol·L-1NaCl處理下,草莓果實形態(tài)得到有效改善,10 mmol·L-1NaCl顯著增加了草莓縱徑,15 mmol·L-1NaCl顯著增加了草莓單果質(zhì)量與橫徑。田璐等[27]研究表明,適宜低濃度NaCl具有刺激植物內(nèi)源激素ABA、CTK、IAA和GA增多的作用,這些內(nèi)源激素使植株抗逆性增強的同時進(jìn)一步促進(jìn)植株生長,提高產(chǎn)量,但本試驗發(fā)現(xiàn)的草莓在噴施適宜低濃度NaCl后果實形態(tài)的改善是否與植物內(nèi)源激素有關(guān),仍需進(jìn)一步深入探究。

前人研究表明,在碳利用途徑的47個差異表達(dá)基因中,NaCl處理可以使其中35個基因上調(diào),進(jìn)而促進(jìn)植株碳水化合物的累積[29],有利于更多的碳骨架向同化庫轉(zhuǎn)運和轉(zhuǎn)化,為植物產(chǎn)量形成和品質(zhì)改善提供重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。孫紅等[32]研究結(jié)果表明,適宜低濃度NaCl處理利于葡萄果實的著色,提高糖酸積累。本試驗發(fā)現(xiàn),10、15 mmol·L-1NaCl可以有效提高草莓可溶性糖含量、維生素C含量及游離氨基酸的含量;但與前人研究結(jié)果不同的是,本試驗中5、10和15 mmol·L-1NaCl明顯抑制了可滴定酸的合成,原因之一可能是由于草莓在高溫和Na+、Cl-二者的雙重影響下促進(jìn)滲透勢的調(diào)節(jié),使得可溶性糖、游離氨基酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)不斷累積,從而抑制了可滴定酸的形成。

綜上所述,10、15 mmol·L-1NaCl噴施可以有效維持日光溫室高溫期草莓葉片的高生理活性,并通過增加單果質(zhì)量、提高可溶性糖、維生素C、游離氨基酸含量和降低可滴定酸含量,改善草莓果實品質(zhì)。