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我国蔬菜栽培土壤盐渍化不断加重,严重影响了蔬菜的产量和品质,降低了蔬菜生产的经济效益,阻碍了我国蔬菜产业的快速发展。随着设施园艺的快速发展,西瓜设施栽培面积也在不断扩大,但设施土壤次生盐渍化已成为制约西瓜设施栽培发展的因素之一,因此采用不同有效措施来提高西瓜植株的耐盐性具有重要意义。Ca2+对植物抗逆性的研究比较多,特别是在耐盐性方面的研究。研究表明,根际Ca2+(<10.0 mmol·L-1)可获性的增加可缓解盐度效应对大多数植物的有害作用。盐胁迫下,增施Ca2+可提高植株的耐盐性和果实品质,相关研究已经在生理生态、生长发育,生理代谢、基因表达等水平阐明了Ca2+提高植株耐盐性的机理,但对植株整个生育期的耐盐性机理研究较少,并且国内外对Ca2+提高西瓜耐盐性及其对果实品质影响的研究更为少见。本研究采用水培方式,以盐敏感型的小型西瓜(Citrullus lanatus Mansfeld.)品种‘秀丽’为试材,研究了营养液增补Ca2+对盐胁迫下西瓜植株生长发育、蛋白质含量及组分、光合性能、矿质元素、果实品质的影响。主要研究结果如下:
⑴盐胁迫使西瓜叶片和根系质膜相对透性、丙二醛(MDA)及脯氨酸含量(Pro)、叶片渗透势质量摩尔浓度显著升高,使幼苗生物量,根系活力显著下降,显著抑制了西瓜幼苗的生长;营养液中增补不同浓度的Ca2+均对盐胁迫下西瓜幼苗的生长产生影响,并具有明显的浓度效应,其中营养液中6 mmol·L-1 Ca2+对盐胁迫下西瓜幼苗的生长有明显的促进作用,使叶片和根系质膜相对透性、MDA及Pro含量显著降低,同时使叶片净光合速率(Pn)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、叶片渗透势、根系活力、生物量显著增加。
⑵盐胁迫下,西瓜叶片和根系中的可溶性蛋白质含量显著下降,且叶片和根系中蛋白质组分表达发生了明显变化,叶片中的多种蛋白质组分表达上调或下调,根系中多种蛋白质组分表达下调或消失,西瓜幼苗的干重生物量显著降低;营养液中Ca2+浓度由4 mmol·L-1升高到6 mmol·L-1、8 mmol·L-1可明显提高植株干重根冠比(R/T),使盐胁迫下西瓜幼苗的干重生物量显著升高,分别升高到对照的78.2%、89.5%。叶片中的可溶性蛋白质含量分别升高到对照的92.4%,103.7%,根系中的可溶性蛋白质含量分别升高到对照的89.1%、104.3%,并且均显著高于盐胁迫植株的可溶性蛋白质含量。叶片中的28.5 kD蛋白质组分上调,107.4 kD蛋白质组分下调,而根系中的多种蛋白质组分上调接近对照。
⑶营养液中Ca2+浓度的升高可不同程度地增加盐胁迫下西瓜植株体内的Ca2+、K+、Mg2+含量,同时降低Na+、Cl+含量,但较高的Ca2+浓度不利于上位叶及生长点中Mg2+含量的增加;盐胁迫降低了植株生长点中的Fe、Zn及Cu含量,而营养液中Ca2+浓度的升高有利于Fe、Zn及Cu由茎向生长点的运输,进而提高了盐胁迫植株生长点中的Fe、Zn及Cu含量,有利于平衡胁迫植株体内的矿质元素的分布,而其它组织中的微量元素变化则无规律性。
⑷盐胁迫下营养液中Ca2+浓度由4 mmol·L-1升高至6 mmol·L-1可提高Gs、Ci、Pn、Fv/Fm、ФPSⅡ、rETR、qP、qN、叶绿体希尔反应活,降低Ls和1-qP/qN;同时促进盐胁迫下叶片中第二层栅栏组织的形成,增加叶片细胞原生质体中的Ca2+荧光强度和总叶面积,有利于促进叶片的光合性能;此外,使叶片中的蔗糖合酶(SS)活性降低,促进蔗糖向根系的运输。
⑸盐胁迫下营养液中Ca2+浓度由4 mmol·L-1升高至6 mmol·L-1可有效提高盐胁迫西瓜果肉中的抗坏血酸(Vc)、可溶性固形物、可溶性总糖、可溶性蛋白质、游离氨基酸的含量及果实重量,降低有机酸含量,起到改善果实品质的效果;同时,盐胁迫西瓜果实中Ca2+、Mg2+、Fe、Cu、Mn含量升高,Na+含量降低,促进了果实中的矿质离子平衡;此外,营养液中Ca2+浓度的升高还可促进花粉管的伸长,有利于受精的顺利完成,促进果实的生长发育。
⑹研究结果表明,盐胁迫下,适当升高营养液中的Ca2+浓度可降低盐胁迫对西瓜植株的伤害作用,维持盐胁迫西瓜植株的正常生理代谢,有利于果实的生长发育,促进果实品质的形成。