苗期不同光周期處理對西葫蘆幼苗生長、碳氮代謝關(guān)鍵酶活性和激素含量的影響

吳雪霞,尚 靜,張圣美,朱宗文,張愛冬,查丁石*

(1.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所，上海 201106;2.上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點實驗室,上海201403)

光對植物生長和發(fā)育的影響主要通過光照強度、光質(zhì)及光周期來體現(xiàn)，關(guān)于光照強度和光質(zhì)對植物生長發(fā)育的影響已有很多報道[1-2]，而關(guān)于光周期的研究大多集中于植物成花誘導(dǎo)和花性分化方面[3-4]。光周期通過影響植物生理生化反應(yīng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)種子萌發(fā)、幼苗生長、光合作用、激素含量和營養(yǎng)品質(zhì)等方面[5-6]。關(guān)于光周期對蔬菜幼苗生長、碳氮代謝關(guān)鍵酶活性與內(nèi)源激素的研究較少報道，光周期引起的植物生長發(fā)育機理缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識。

西葫蘆(CucurbitapepoL.)又稱美洲南瓜，為葫蘆科南瓜屬一年生蔓生草本植物，具有較高的營養(yǎng)價值和保健功能，且產(chǎn)量高、耐儲運[7-8]。西葫蘆作為我國普遍栽培的一種瓜類蔬菜，種植面積在逐年增加，保護(hù)地栽培面積僅次于黃瓜。2016年我國西葫蘆栽培總面積達(dá)42.4914萬hm2，年產(chǎn)量達(dá)77894萬kg，分別占世界總量的21.6%和29.4%[8]。據(jù)報道西葫蘆屬短日照植物，長日照條件上有利于莖葉生長，短日照條件下結(jié)瓜期較早。王禎麗等[9]從西葫蘆長勢、促雌效果綜合分析認(rèn)為，在西葫蘆兩葉期進(jìn)行8 h的短日照管理較好。李海云等[10]認(rèn)為24 h光照處理西葫蘆幼苗生長最好。本試驗通過人為控制光照時間，研究了不同光周期對西葫蘆幼苗生長、碳氮代謝關(guān)鍵酶活性與內(nèi)源激素的影響，明確光周期在西葫蘆育苗中的作用，為培育健壯西葫蘆幼苗和生產(chǎn)提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試西葫蘆(CucurbitapeopL.)品種為“德綠808”，購買北京杰德諾農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司。

1.2 試驗方法

試驗在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行試驗站溫室內(nèi)進(jìn)行。挑選飽滿健康的西葫蘆種子進(jìn)行55 ℃溫水浸種，16 h后播于32孔的穴盤中，以蛭石作基質(zhì)，每孔播1粒種子。

當(dāng)幼苗具有3～4片真葉時，選取生長一致的幼苗置于常溫下進(jìn)行光周期處理，采用自然光源并通過人工遮罩或揭開雙層95%遮陽網(wǎng)控制光照時長，遮罩時確保內(nèi)部光照強度約為0 lx。本次試驗設(shè)置4個光周期處理：自然光源約14 h/10 h(晝/夜，數(shù)據(jù)源自當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，以14 h表示)，其余處理分別為10 h/14 h(晝/夜，以10 h表示)、8 h/16 h(晝/夜，以8 h表示)、6 h/18 h(晝/夜，以6 h表示)。共處理12 d。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 樣品采集 光周期處理的第12 d下午3：00左右取樣，取樣時隨機取樣，每個處理皆選用第3片真葉，自來水洗凈后吸干葉片表面水，剪碎混勻，用氮速凍后放在-80 ℃冰箱，用于測各項生理指標(biāo)。

1.3.2 生長指標(biāo)測定 利用直尺測量幼苗株高(子葉節(jié)至生長點)，游標(biāo)卡尺測量莖粗，去離子水沖洗植株并吸干水分，稱量地上部鮮重和根系鮮重。

1.3.3 葉綠素含量的測定 參照張永平等[11]方法并做修改，取0.1 g葉片置于50 mL刻度試管中，加入15 mL 95%乙醇黑暗浸提12 h，分別測定A665 nm、A649 nm，計算葉綠素a、葉綠素b含量和葉綠素總含量。

1.3.4 碳氮代謝相關(guān)酶類的測定 蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)的活性采用南京建成生物技術(shù)有限公司研制的SS、SPS試劑盒測定。

硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司的試劑盒測定。

1.3.5 激素含量測定 IAA、ZT含量的提取和測定參照張國斌等[12]的酶聯(lián)免疫法(ELISA)。

1.4 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用Origin 7.5軟件繪圖，用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對平均數(shù)用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光周期對西葫蘆幼苗生長的影響

由表1可以看出，隨著光周期的延長，西葫蘆幼苗株高、莖粗、葉面積、地上部鮮重和根系鮮重呈上升趨勢。與自然光照(14 h)相比，10 h處理的株高、莖粗、地上部鮮重和根系鮮重均無顯著變化，葉面積顯著降低；8 h、6 h處理的以上指標(biāo)均顯著降低，8 h與6 h處理之間除莖粗沒有顯著差異外，其余前者均顯著高于后者。推斷西葫蘆幼苗光周期較短時，合成的光合產(chǎn)物較少，其生長受到抑制。

表1 不同光周期對西葫蘆幼苗生長的影響

2.2 不同光周期對西葫蘆幼苗葉綠素含量的影響

由表2可知，隨著光周期時間的增加，西葫蘆葉片葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量均呈先增加后降低的趨勢，10 h處理的三者指標(biāo)最高。與自然光照(14 h)相比，10 h處理的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量均顯著增加，8 h和6 h處理的均顯著降低。西葫蘆葉片的葉綠素a/b值隨著光周期的延長呈顯著降低趨勢，表現(xiàn)為6 h>8 h>10 h>14 h。

2.3 不同光周期對西葫蘆幼苗碳氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響

由表3可以看出，不同光周期處理對西葫蘆幼苗5種碳氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響基本一致，蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)、硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性均呈先增加后降低的趨勢，10 h處理的最高。與自然光照(14 h)相比，10 h、8 h處理的SPS活性均顯著增加，6 h處理的顯著降低；10 h處理的SS活性顯著增加，8 h、6 h處理的顯著降低，且8 h與6 h處理之間無顯著變化。

表2 不同光周期對西葫蘆幼苗葉綠素含量的影響

10 h、8 h和6 h處理的NR、GS和GOGAT活性均顯著高于14 h處理的；10 h和8 h處理之間的3種酶活性均無顯著差異，10 h處理的顯著高于6 h處理的，8 h處理的GS活性顯著高于6 h處理的，NR和GOGAT活性無顯著變化。

表3 不同光周期對西葫蘆幼苗碳氮代謝酶活性的影響

2.4 不同光周期對西葫蘆幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由表4可知，與自然光照(14 h)相比，10 h、8 h和6 h處理的可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量均顯著增加；10 h處理的均顯著高于8 h和6 h處理的，8 h處理的均顯著高于6 h處理的。

表4 不同光周期對西葫蘆幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

2.5 不同光周期對西葫蘆幼苗激素含量的影響

從表5可以看出，不同光周期對西葫蘆葉片IAA、ZT含量的影響不同，隨著光周期時間的增加，IAA和ZT含量均呈先增加后降低的趨勢，10 h處理時兩種激素含量均達(dá)最大值。與自然光照(14 h)相比，10 h處理的IAA含量顯著增加，ZT含量增加不顯著；8 h處理的IAA和ZT含量均無顯著差異，6 h處理的IAA含量顯著降低，ZT含量無顯著變化。10 h處理的IAA含量顯著高于8 h和6 h處理的，ZT含量與8 h處理的無顯著變化，顯著高于6 h處理的。8 h處理的IAA含量顯著高于6 h處理的，ZT含量無顯著差異。

表5 不同光周期對西葫蘆幼苗激素含量的影響

3 討論

3.1 不同光周期對西葫蘆幼苗生長的影響

不同光周期處理可以明顯改變植物的生長發(fā)育進(jìn)程[10]。本試驗中，隨著光周期的延長，西葫蘆幼苗的株高、莖粗、葉面積、地上部鮮重和根系鮮重均呈增加趨勢，這與李海云等[10]在西葫蘆上、王冰華等[13]在黃瓜幼苗上的研究結(jié)果是一致的?？赡苁枪庵芷谘娱L增加了植株的光合作用，調(diào)控了植株的碳氮代謝，從而促進(jìn)了植株的生長發(fā)育[2]。

3.2 不同光周期對西葫蘆幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素是光合反應(yīng)中最重要的光合色素，其含量的高低直接影響到葉片光合能力的強弱。植株長期光照不足會影響光合色素的合成，從而限制了光合碳同化，不利于植物生長及同化產(chǎn)物的積累[14]。本試驗結(jié)果表明，不同光周期處理對西葫蘆幼苗葉綠素a含量、葉綠素b含量的影響不同，光照10 h處理的色素含量達(dá)到最大值，顯著高于光照14 h、8 h和6 h時的。表明過長或過短的光照時間均不利于葉綠素的生物合成。與徐超華等[14]在煙草、鮑順淑等[15]在鐵皮石斛上的研究結(jié)果一致。

3.3 不同光周期對西葫蘆幼苗碳氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響

蔗糖代謝是碳代謝過程中糖轉(zhuǎn)化與積累的重要環(huán)節(jié)，與之密切相關(guān)酶類包括轉(zhuǎn)化酶、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)[16]。氮代謝是植株體內(nèi)合成氨基酸和蛋白質(zhì)的主要途徑，硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)等參與氮代謝過程[17]。本研究表明，隨著光周期時間的延長，SPS、SS、NR、GS和GOGAT活性均呈先增加后降低的趨勢，10 h處理的最高；同時碳氮的積累代謝產(chǎn)物可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量與酶活性變化一致，說明光周期10 h可促進(jìn)西葫蘆幼苗碳同化與氮代謝，進(jìn)而促進(jìn)植株生長發(fā)育。與文蓮蓮等[2]在番茄幼苗研究中的結(jié)果類似，其生理機制還有待進(jìn)一步探究。

3.4 不同光周期對西葫蘆幼苗激素含量的影響

不同光周期下植物的幼苗生長受到影響，可能是因為光周期調(diào)控了植物內(nèi)源激素的濃度。林貴玉等[18]報道短日照促進(jìn)菊花葉片ZT和IAA含量減少，GA3和ABA含量增加。鄔奇等[3]研究表明，光周期可能通過調(diào)節(jié)內(nèi)源性ZT、IAA的激素水平來調(diào)控莖的伸長，葉面積的擴展和根系的發(fā)育。本研究結(jié)果表明，隨著光周期時間的增加，IAA和ZT含量均呈先增加后降低的趨勢，10 h處理的達(dá)到最大值。與光周期對西葫蘆幼苗生長的影響基本一致，可能光周期處理能通過改變植物內(nèi)源激素影響西葫蘆的生長發(fā)育。

綜上所述，隨著光周期的延長，西葫蘆幼苗生長均呈逐漸增加趨勢；葉綠素含量、SPS、SS、NR、GS和GOGAT活性、可溶性糖和可溶性蛋白含量及IAA和ZT均先呈增加后降低的趨勢，10 h光周期處理最高。說明西葫蘆光周期處理可通過調(diào)控酶活性和激素含量來影響其生長發(fā)育，綜合分析認(rèn)為，10 h時最有利于促進(jìn)西葫蘆幼苗的生長和發(fā)育。