不同光照水平對西瓜生長發(fā)育特性的影響

熊 韜，胡國智，吳海波，馮炯鑫

(新疆農(nóng)業(yè)科學院哈密瓜研究中心，新疆 烏魯木齊 830091)

西瓜(Citrulluslanatus)屬葫蘆科，西瓜屬，為一年生蔓性草本植物，作為一種重要的園藝作物，栽培區(qū)域廣泛分布于世界各地，在世界瓜果生產(chǎn)中占有極其重要的位置[1]。我國是西瓜生產(chǎn)與消費第一大國，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%，長期穩(wěn)居世界第1位[1]。西瓜為喜光植物，整個生育期都需要充足的光照強度和時數(shù)，其光飽和點和光補償點分別為80 000 lx，4 000 lx[2～4]。在光線充足的環(huán)境下，西瓜植株的長勢旺盛，葉片肥厚，抗病能力強，果實品質(zhì)優(yōu)，產(chǎn)量高。而光線條件差，則易導致莖桿細弱，節(jié)間伸長，植株徒長，不利于其生長發(fā)育[5]。

近年來西瓜保護地栽培蓬勃發(fā)展，但在設施反季節(jié)栽培和西瓜春提早—秋延晚實際生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到連續(xù)陰天等弱光氣候條件，不利于植株正常生長和果實發(fā)育。因此，研究不同光照水平對西瓜生長發(fā)育的影響具有重要意義。

郭尚[6]等的研究發(fā)現(xiàn)，西瓜葉片在50% 光照水平下，會出現(xiàn)輕度的“午睡” 現(xiàn)象，自然光處理葉片不會出現(xiàn)“午睡”現(xiàn)象。王學梅[7]等通過試驗，獲得了西瓜在連續(xù)弱光條件下果實發(fā)育與正常光照條件下的差別，認為光照也是影響西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。王宇楠[8]等研究得出，西瓜果實生長初期遇到弱光對果實鮮重影響最大。以上研究多以光照對西瓜果實發(fā)育及品質(zhì)影響的為主。

光作為植物所需的自然資源，對促進植物生長發(fā)育、植株形態(tài)構成和果實形成等方面有非常重要的影響[9]。國內(nèi)外有關弱光對西紅柿、番茄等蔬菜影響的研究較多，但有關弱光影響西瓜生長發(fā)育方面研究的報道較少[10]。因此，在日光溫室栽培條件中，通過設置不同的光照強度，探究弱光條件下西瓜植株營養(yǎng)生長及發(fā)育狀態(tài)的變化情況，為設施栽培條件下西瓜的光照管理措施提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗條件與材料

試驗于2017年3-6月在新疆農(nóng)業(yè)科學院哈密瓜研究中心推廣示范基地(東經(jīng)89°6′6″，北緯42°57′43″)進行，該科研基地位于吐魯番市高昌區(qū)亞爾鎮(zhèn)鐵日克其村，當?shù)貧夂蚋珊瞪儆辏杲邓考s17 mm，蒸發(fā)量為2 983.5 mm。供試溫室為磚混墻面，拱形鋼架結(jié)構，溫室長度為90 m，寬度為9.5 m。

供試西瓜品種早佳(8424)是由新疆農(nóng)業(yè)科學院哈密瓜研究中心提供。該品種整個生長周期長勢穩(wěn)健，極易座果，果實品質(zhì)優(yōu)良，適宜作設施栽培和露地栽培。

1.2 試驗設計

2017年3月20日經(jīng)催芽后播種，采用營養(yǎng)缽育苗。4月3日定植在溫室，采用膜下雙毛管滴灌和試驗小區(qū)栽培形式，株行距為45 cm×85 cm。所有小區(qū)統(tǒng)一按照常規(guī)方法進行田間管理。試驗共設置3個處理：處理一為溫室內(nèi)全光照 (CK)，處理二為溫室內(nèi)全光照的55% (L2)，處理三為溫室內(nèi)全光照的32% (L3)。遮光方式以采用搭竹架作為支撐，在植株上方覆蓋單層遮蔭網(wǎng)和雙層白色防蟲網(wǎng)(80目)實現(xiàn)。每個處理3次重復。每個小區(qū)面積為40.5 m2。

1.3 樣品的采集處理與測定

1.3.1 植株不同部位葉片SPAD值的測定方法

各小區(qū)挑選3株長勢及發(fā)育水平相似的植株進行數(shù)據(jù)采集，選取植株上部(第15節(jié))、中部(第10節(jié))、下部(第5節(jié))的葉片進行SPAD值測定。使用KONICA MINOLTA公司生產(chǎn)的手持式SPAD-502Plus葉綠素儀，分別對葉片不同部位測取5次，將5次測量的平均值作為每片葉的SPAD值，測定時為保證數(shù)據(jù)準確性，注意避開葉脈。

1.3.2 莖粗和節(jié)間長度測定 當西瓜幼苗長出三片真葉時，開始采取遮光處理，待處理7 d 后，各小區(qū)根據(jù)生長情況選取3株生長勢相近的植株進行掛牌標記，從幼苗期開始至開花期每隔5d 對莖粗和株高進行測量記錄，共測定7次。株高用卷尺測量生長點到子葉的垂直距離，莖粗用游標卡尺測量西瓜主蔓第7～8莖節(jié)處[11]。

1.3.3 干物質(zhì)積累量測定 干物質(zhì)測定采用烘干稱重法。在西瓜五個生育期進行采樣，每次采完整植株5棵，用電子天平稱量并記錄鮮重，然后將鮮樣置于105℃的烘箱中殺青30 min，然后降溫至75℃的條件下烘干至恒重，分別測定記錄其干重。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理 試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0、Excel 2007數(shù)據(jù)處理軟件進行方差分析及顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照強度對西瓜植株不同部位葉片SPAD值的影響

圖1 光照強度對西瓜三個部位葉片SPAD值的影響

葉綠素是高等植物含有的一類綠色色素，是進行光合作用的主要色素。通常情況下可直觀的根據(jù)葉綠素水平的高低來衡量植物的光合能力及判斷植株的生長狀態(tài)。葉綠素的合成及含量與植物所處的環(huán)境條件息息相關[12]。前人在薄皮甜瓜[13]、棉花[14]、小麥[15]上的研究表明，葉片SPAD值與其葉綠素含量相關性極其顯著。通過對西瓜植株上、中、下三個部位葉片SPAD值的測定發(fā)現(xiàn)，遮光處理顯著降低了L2、L3處理三個部位葉片的SPAD值水平，與CK相比，分別降低了15.3%、10.2%、21.2%和23.6%、21.5%、25.5%。

由此可見，持續(xù)的弱光條件不利于葉片光合色素的合成，使葉綠素含量出現(xiàn)減少，從而將直接降低葉片的進行光合作用的能力，導致后期植株生長發(fā)育受到不利影響。

2.2 不同光照強度對西瓜植株生長發(fā)育的影響

圖2 不同光照強度下西瓜株高的變化

圖3 不同光照強度下西瓜莖粗的變化

植株的形態(tài)特性是植物整個生長周期中具有代表性和說服力的指標。圖2表明，2個光照處理的株高均>CK，并且2個光照處理間的株高也存在差異，在整個處理期間，L3處理株高均>L2處理。最后1次測量株高時，L2處理和L3處理的株高分別為92.3 cm 和71.9 cm，分別比CK處

理高33%和10.3%，這表明西瓜在營養(yǎng)生長這一階段出現(xiàn)莖稈徒長的現(xiàn)象與長期、持續(xù)性的弱光環(huán)境有著重要的因果關系；L2處理的植株在生長初期表現(xiàn)出徒長趨勢，但在生長后期株高增加速度開始放緩，逐漸與自然光照條件下植株的株高相近。

圖3中，各遮光處理的莖粗都隨著植株生育期的進行在逐漸的增加，4月20日之后，各處理間的莖粗開始出現(xiàn)明顯的差異。兩個光照處理莖粗的增量均顯著低于CK處理，5月20日測量各處理莖粗的結(jié)果中，L3處理的莖粗比CK處理低69%；L2處理的莖粗明顯>L3處理，但

2.3 不同光照強度對西瓜光和產(chǎn)量積累的影響

圖4 各處理生物產(chǎn)量積累分配情況

植物的整個生育期的生物產(chǎn)量與其生長狀況存在著非常密切的聯(lián)系。由圖4可知，光照強度對西瓜植株光和產(chǎn)量積累有顯著的影響，兩個光照處理與對照的鮮重和干重差異極顯著(P<0.05)，比對照的葉鮮重分別下降19.8%、26.3%，葉干重分別下降38.3%、52.5%，莖鮮重和莖干重的下降幅度都已超過了40%，分別達到40.1%、52.6%%和53%、62%，根鮮重和根干重降幅比例最大，分別達到45.6%、53.1%和57.6%、63.7%。這表明，光照強度的降低進一步減小了總輻射量，造成作物同化CO2的含量隨之降低，從而引起植株各器官的光合生產(chǎn)量不斷下降。由此可見，光照不足是影響西瓜生長發(fā)育的一個重要因素。

3 結(jié)論與討論

植物光合生產(chǎn)所需要的能量主要由光照提供，光照環(huán)境對其各階段的生長發(fā)育狀態(tài)有非常重要的影響。光照通過改變作物外部的生長環(huán)境，影響其光合作用 、對水分和營養(yǎng)物質(zhì)的利用、吸收及再分配等一系列生理過程，影響作物的后期經(jīng)濟產(chǎn)量 。蔡昆爭等[16]認為遮蔭影響了水稻分蘗數(shù)和有效穗數(shù)，降低了干物質(zhì)累積速率和葉面積指數(shù)，最終造成根系活力和密度的降低，導致成熟期受到推遲。王洋等[17]通過對不同玉米品種進行持續(xù)遮蔭處理研究得出，降低光照強度，極易導致玉米根、莖、葉、穗等器官內(nèi)的干物質(zhì)積累量出現(xiàn)不同程度的下降，同時縮小了莖基直徑，推遲了開花日期，最終對行粒數(shù)和千粒重這兩個產(chǎn)量指標產(chǎn)生不利影響。

通常情況下，植物在輕度遮光環(huán)境中通過對植株形態(tài)和生長進行自我調(diào)節(jié)，如增加株高和葉面積，在水平空間上調(diào)整葉平面的方向等方式適應弱光、遮光環(huán)境；如弱光程度嚴重，會嚴重阻礙植株生長發(fā)育，主要表現(xiàn)為葉片黃化、植株莖桿瘦弱甚至死亡[18,19]。

本試驗結(jié)果表明，持續(xù)弱光環(huán)境致使西瓜植株逐漸出現(xiàn)徒長現(xiàn)象，兩種光照處理植株的株高均>正常光照 ( CK) ，而莖粗均<正常光照 ( CK) 。弱光下的植株只能通過增加株高，調(diào)整長勢的方式找尋更有效的光合面積，容易造成植株營養(yǎng)物質(zhì)的浪費，尤其不利于后期植株開花、授粉、坐果，特別在花期授粉時易出現(xiàn)雌花粘液減少、雄花花粉質(zhì)量下降，花器發(fā)育不良，極易導致果實出現(xiàn)“歪瓜”和“化瓜”的現(xiàn)象[20]。

光是葉綠素形成的重要因子，光照不足會影響葉片中的葉綠素含量，從而降低光合作用強度。本研究結(jié)果表明，遮光環(huán)境顯著降低了L2、L3處理的三個部位葉片SPAD值水平，與CK相比，分別降低了15.3%、10.2%、21.2%和23.6%、21.5%、25.5%，并且遮光強度越高，持續(xù)時間越長，葉綠素含量越低，這與前人在其他植物上研究分析得出的結(jié)論相近，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是由于受到光照水平降低的影響，合成葉綠素所需的物質(zhì)成分的量逐漸減少，從而引起葉片“失綠”和“褪綠”[21]。

前人研究表明，光照強度的減弱會影響作物的光合產(chǎn)量的分配，進而影響作物后期的栽培生產(chǎn)[22]。本研究中，遮光處理后，西瓜的各器官莖桿、葉片、根系的干鮮重都出現(xiàn)明顯下降，其中根系下降的幅度最大，分別比CK低57.6%、63.7%。說明光照強度的降低進一步減小了總輻射量，導致植株各器官的光合生產(chǎn)量出現(xiàn)了不同程度的下降。

綜上所述，在春秋季日光溫室光照強度較弱的栽培環(huán)境下，弱光耐受性低的西瓜品系，往往會產(chǎn)生較重弱光脅迫的反應。因此在實際生產(chǎn)中，為避免弱光環(huán)境對西瓜植株生長造成脅迫，應合理安排播種和定植日期，確定適宜的栽培密度，或者通過對植株進行適當?shù)恼φ{(diào)節(jié)，提高植株功能葉片的受光面積和強度，保證西瓜獲得足夠的光照輻射量，從而促進西瓜能正常生長發(fā)育。