CaCl2浸種對苗期干旱脅迫下花生生長、生理及產(chǎn)量的影響

劉衛(wèi)星 張楓葉 張軍 賀群嶺 陳雷 李可 吳繼華 范小玉

摘要：本試驗以商花30號和商花26號為材料，研究不同濃度CaCl2浸種對苗期干旱脅迫下花生生長、生理及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，苗期干旱顯著抑制兩個花生品種的營養(yǎng)生長，葉片葉綠素含量（SPAD值）下降，超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性升高，丙二醛（MDA）含量增加;復(fù)水后兩品種CaCl2浸種處理SPAD值升高，SOD和POD活性以及MDA含量恢復(fù)到正常供水處理（CK1）水平。與單純干旱脅迫（CK2）相比，干旱脅迫下CaCl2浸種處理花生株高、葉面積指數(shù)、植株干重、SPAD值、SOD和POD活性顯著提高，MDA含量顯著下降。商花30號以40mmol/LCaCl2浸種、商花26號以60mmol/LCaCl2浸種效果最好，莢果產(chǎn)量分別比單純干旱脅迫處理（CK2）增產(chǎn)13.90%和15.52%。說明苗期干旱脅迫下CaCl2浸種可以通過提高葉片葉綠素含量和SOD、POD活性，降低MDA含量，增強(qiáng)活性氧清除能力，從而增加干物質(zhì)積累，最終提高產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：花生;CaCl2浸種;苗期干旱;生理特性;莢果產(chǎn)量

花生是我國重要的油料作物，近十年來花生產(chǎn)業(yè)發(fā)展穩(wěn)步增長，至2019年底種植面積已達(dá)到463.3萬hm2，總產(chǎn)量達(dá)到1752.0萬t[1]，在緩解我國食用油短缺、調(diào)整優(yōu)化種植業(yè)結(jié)構(gòu)和促進(jìn)農(nóng)民增收等方面起到重要作用[2]。我國花生產(chǎn)區(qū)主要集中在干旱半干旱地區(qū)，生長季節(jié)降雨不均且年度、月份間波動較大[3]，季節(jié)性干旱頻發(fā)?；ㄉm然具有較強(qiáng)的耐旱耐瘠特性，但干旱脅迫對花生的生長發(fā)育仍有不同程度的抑制作用，特別是夏播花生苗期，此時溫度高、光照強(qiáng)，土地裸露面積較大、水分蒸發(fā)散失嚴(yán)重，極易形成干旱脅迫[4]。據(jù)統(tǒng)計，我國每年有近70%的花生種植面積遭受干旱威脅，每年因干旱引起的減產(chǎn)達(dá)30%～50%[5]。干旱脅迫已成為限制花生產(chǎn)量提高的最重要的非生物脅迫因子[6]。

鈣是花生生長發(fā)育所必需的第三大營養(yǎng)元素（除氮和鉀外）[7]，不僅可以穩(wěn)定和保護(hù)細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)與功能，作為細(xì)胞內(nèi)的第二信使，還可調(diào)控多種酶的活性[8]，參與植物響應(yīng)的各種非生物和生物脅迫的信號傳導(dǎo)[9]，在植物抵御不良環(huán)境過程中發(fā)揮著重要作用[10]。Ma等[11]研究表明，干旱脅迫下玉米中Ca2+的分布與細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)有關(guān)，且鈣調(diào)素參與脫落酸（ABA）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。劉拓等[12]研究表明，一定濃度的CaCl2浸種可以提高棉花幼苗的抗旱性。李波等[13]研究顯示，外源氯化鈣可提高干旱脅迫下苜蓿幼苗過氧化物酶和過氧化氫酶活性，增加葉綠素含量。顧學(xué)花等[14，15]研究表明，花針期和結(jié)莢期干旱脅迫下施鈣，可以促進(jìn)花生的營養(yǎng)生長，提高花生葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，緩解干旱對花生的不利影響，顯著增加花生莢果和籽仁產(chǎn)量。然而，CaCl2浸種對花生苗期抗旱調(diào)控機(jī)制及產(chǎn)量的影響尚不清楚。因此，本試驗以兩個花生品種為材料，研究不同濃度CaCl2浸種對苗期干旱脅迫下花生營養(yǎng)生長、生理調(diào)控及產(chǎn)量的影響，旨在為生產(chǎn)中推廣提高花生苗期抗旱能力的技術(shù)措施提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

本試驗于2020年在商丘市農(nóng)林科學(xué)院雙八試驗示范中心防雨池內(nèi)進(jìn)行。供試高油酸小?；ㄉ贩N商花30號和高油酸大粒品種商花26號，均由商丘市農(nóng)林科學(xué)院提供。浸種試劑為無水氯化鈣（CaCl2，分析純），天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

1.2試驗設(shè)計與栽培管理

采用池栽方式，栽培池面積1.4m×1.4m=1.96m2，深1.5m。土壤為粘壤，其有機(jī)質(zhì)、水解氮（N）、速效磷（P2O5）、速效鉀（K2O）和代換性鈣含量分別為14.30g/kg、73.36mg/kg、37.23mg/kg、152.46mg/kg和3.96g/kg。前茬小麥?zhǔn)斋@后秸稈粉碎撒入池中，深翻入土，每池基施硫酸鉀型復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=14∶16∶15）110g。

選取健康飽滿、大小一致的花生種子，分別用蒸餾水和不同濃度的CaCl2溶液浸種8h，后用蒸餾水沖洗3遍。試驗共設(shè)7個處理，即CK1（正常供水+0mmol/LCaCl2）、CK2（干旱脅迫+0mmol/LCaCl2）、S20（干旱脅迫+20mmol/LCaCl2）、S40（干旱脅迫+40mmol/LCaCl2）、S60（干旱脅迫+60mmol/LCaCl2）、S80（干旱脅迫+80mmol/LCaCl2）和S100（干旱脅迫+100mmol/LCaCl2），重復(fù)3次。每池露地直播4行花生?；ㄉ芯?5cm，穴距15cm，每穴2粒。

正常供水處理土壤相對含水量為70%，干旱脅迫處理土壤相對含水量為50%。各干旱處理從出苗第5天開始控水，每處理控水15d?？厮陂g，采用便攜式土壤水分測定儀控制土壤含水量，當(dāng)土壤相對含水量（20cm土層處）低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)3%時進(jìn)行補(bǔ)水，直至達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。干旱處理結(jié)束后復(fù)水到正常供水處理水平，以后保持土壤相對含水量為70%左右。其它田間管理同一般大田。6月5日播種，9月27日收獲。

1.3測定指標(biāo)及方法

1.3.1花生生長情況 分別在干旱脅迫結(jié)束日（D1，7月1日）、復(fù)水后10d（D2，7月11日）和復(fù)水后40d（D3，8月10日）調(diào)查株高、葉面積指數(shù)（LAI）及植株干重。LAI采用LP-80植物冠層分析儀（美國METER公司）進(jìn)行測定。每處理取4株完整植株，根部深入土壤30cm進(jìn)行挖掘，測量株高后，置于105℃烘箱內(nèi)殺青30min，65℃烘干48h至恒重后稱量植株干重。

1.3.2花生植株生理指標(biāo) 分別在D1、D2和D3時測定主莖倒三葉各項生理指標(biāo)。葉綠素含量（SPAD值）采用SPAD-502Plus便攜式葉綠素測定儀測定。主莖倒三葉液氮速凍后測其SOD、POD活性和MDA含量，其中SOD活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化學(xué)還原法測定，POD活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測定，MDA含量用硫代巴比妥酸（TBA）比色法測定[16]。

1.3.3花生產(chǎn)量 花生成熟收獲時（9月27日），每處理選取10株有代表性植株，調(diào)查單株結(jié)果數(shù)、單株飽果數(shù)。全池花生收獲晾干后調(diào)查百果重、出仁率，計算莢果產(chǎn)量。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用MicrosoftExcel2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及圖表制作，用DPS7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1CaCl2浸種對苗期干旱脅迫下花生生長的影響

由表1可知，與CK1（正常供水）相比，單純干旱脅迫（CK2）下兩個花生品種的株高、葉面積指數(shù)和植株干重均顯著降低，且干旱脅迫對商花26號生長的抑制大于商花30號。CaCl2浸種可增加干旱脅迫下花生的株高、葉面積指數(shù)和植株干重，且增幅隨CaCl2濃度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。其中商花30號以S40處理效果最佳，與CK2相比，D1時株高、葉面積指數(shù)和植株干重分別增加25.16%、40.00%和25.64%，而商花26號以S60處理效果最佳，與CK2相比，株高、葉面積指數(shù)和植株干重分別增加27.69%、41.67%和34.17%。復(fù)水后，各干旱脅迫處理花生生長均能得到恢復(fù)，兩品種均以S40和S60處理恢復(fù)最快，復(fù)水后10d（D2）株高、葉面積指數(shù)和植株干重均超過CK1，而單純干旱脅迫（CK2）處理復(fù)水后40d（D3）仍未恢復(fù)到CK1水平。

2.2 CaCl2浸種對苗期干旱脅迫下花生葉片SPAD值的影響

由圖1可見，干旱脅迫顯著降低兩個花生品種葉片的SPAD值，與CK1相比，單純干旱脅迫（CK2）下商花30號和商花26號葉片的SPAD值分別降低27.16%和30.21%。CaCl2浸種可顯著提高干旱脅迫下花生葉片的SPAD值，且增幅隨CaCl2濃度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。D1時，商花30號和商花26號均以S60處理葉片的SPAD值最高，分別比CK2增加30.69%和33.02%，但仍較CK1低4.80%和7.17%。

隨著花生生育進(jìn)程，CK1的SPAD值呈先增后降趨勢，各干旱脅迫處理復(fù)水后花生葉片的SPAD值得到恢復(fù)，且CaCl2浸種處理恢復(fù)速度快于CK2，至D2時商花30號S40和S60處理葉片SPAD值均超過CK1，商花26號S40、S60和S80處理葉片SPAD值均超過CK1。

2.3CaCl2浸種對苗期干旱脅迫下花生葉片抗氧化酶活性的影響

由圖2可見，干旱脅迫下兩個花生品種葉片SOD、POD活性顯著升高，與CK1（正常供水）相比，商花30號和商花26號SOD活性提高15.72%和16.16%，POD活性提高25.23%和29.35%。CaCl2浸種可進(jìn)一步提高兩個花生品種葉片SOD、POD活性，并且兩種保護(hù)酶活性增幅均隨CaCl2濃度升高而呈現(xiàn)先升高后降低趨勢。其中商花30號以S40處理效果最佳，與CK2相比，D1時其SOD、POD活性分別提高28.93%和29.25%，而商花26號以S60處理效果最佳，與CK2相比，D1時其SOD、POD活性分別提高22.42%和24.19%。

隨著花生生育進(jìn)程，CK1葉片SOD、POD活性呈先增后降趨勢，而各干旱脅迫處理復(fù)水后葉片SOD、POD活性逐漸降低。D2時兩品種各CaCl2浸種處理的SOD、POD活性仍顯著高于CK2（S100處理除外），D3時各干旱脅迫處理SOD活性與CK1、CK2趨于一致，POD活性均高于CK1、CK2，且S40、S60、S80處理達(dá)到顯著水平。

2.4CaCl2浸種對苗期干旱脅迫下花生葉片MDA含量的影響

由圖3可見，干旱脅迫可顯著增加花生葉片MDA含量，與CK1相比，商花30號和商花26號葉片MDA含量分別升高38.43%和32.51%，CaCl2浸種則可顯著降低干旱脅迫下花生葉片MDA含量。隨CaCl2浸種濃度的升高，兩品種葉片MDA含量均表現(xiàn)為先下降后升高趨勢，其中商花30號以S40處理含量最低，與CK2相比，其MDA含量降低23.38%，而商花26號以S60處理含量最低，與CK2相比，其MDA含量降低18.68%。

隨著花生生育進(jìn)程，CK1葉片MDA含量呈先升后降趨勢，而各干旱脅迫處理復(fù)水后葉片MDA含量呈逐漸下降趨勢，D2時商花30號S40處理葉片MDA含量低于CK1，商花26號S60處理葉片MDA含量低于CK1，D3時兩品種S40和S60處理葉片MDA含量均低于CK1

2.5 CaCl2浸種對苗期干旱脅迫下花生產(chǎn)量的影響

由表2可知，干旱脅迫可顯著降低花生的單株結(jié)果數(shù)、飽果率、百果重和出仁率，從而導(dǎo)致花生減產(chǎn)。其中，與CK1相比，商花30號CK2的單株結(jié)果數(shù)、飽果率、百果重、出仁率和莢果產(chǎn)量分別降低14.21%、5.74%、7.82%、2.27%和7.50%，商花26號CK2的單株結(jié)果數(shù)、飽果率、百果重、出仁率和莢果產(chǎn)量分別降低17.45%、6.85%、9.23%、3.69%和8.75%，這說明干旱脅迫對商花26號產(chǎn)量的影響大于商花30號。

CaCl2浸種可提高干旱脅迫下的單株結(jié)果數(shù)、飽果率、百果重、出仁率和莢果產(chǎn)量，且增幅隨CaCl2濃度的升高而呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。其中，商花30號以S40處理莢果產(chǎn)量最高，為4672.07kg/hm2，分別比CK1和CK2增產(chǎn)5.36%與13.90%;商花26號以S60處理莢果產(chǎn)量最高，為4947.68kg/hm2，分別比CK1和CK2增產(chǎn)5.41%與15.52%。

3討論

水是作物生長賴以生存的基礎(chǔ)，苗期輕度干旱可促進(jìn)作物根系生長，有利于提高后期抗旱能力[17]，而嚴(yán)重干旱則會使作物生長受到抑制，代謝失調(diào)，產(chǎn)量顯著下降[18]。已有研究表明，葉面噴施CaCl2能阻止干旱脅迫對芝麻植株的傷害，提高植株的種子重量、單株蒴果數(shù)、株高[19]，且被認(rèn)為具有緩解作物干旱脅迫的效應(yīng)[20]。本研究顯示，花生苗期干旱顯著降低株高、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量，但CaCl2浸種均可提高花生的株高、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量，這與劉拓等[12]在棉花上的研究結(jié)果一致。其原因可能是，一方面外源鈣促進(jìn)了作物對氮磷鉀的吸收[21]，另一方面可能是外源鈣提高作物葉片的凈光合速率和水分利用率，促進(jìn)作物生長[22]。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的首要物質(zhì)，其含量高低是衡量植物對環(huán)境脅迫抗性的重要指標(biāo)，但干旱脅迫對花生葉綠素含量影響的研究結(jié)果不盡相同：李俊慶[23]研究指出，干旱脅迫可使葉片葉綠素含量升高，而孫愛清等[24]研究顯示，干旱脅迫會引起葉綠體色素降解，造成葉綠素含量下降。本研究表明，花生苗期干旱脅迫顯著降低葉片SPAD值。造成上述結(jié)果不一致的原因可能與干旱脅迫程度、取樣時間等有關(guān)[25]。已有研究發(fā)現(xiàn)，活性氧可攻擊葉綠素，從而加速葉綠素降解和含量降低[26]，而外源鈣有助于葉綠體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[27]。本研究也發(fā)現(xiàn)，外源CaCl2浸種可明顯提高干旱脅迫下花生葉片SPAD值，兩個花生品種均以60mmol/LCaCl2浸種效果最佳。這可能是因為外源Ca2+提高葉綠體的光還原活性，保護(hù)作物葉綠體Ca2+ATPase、Mg2+ATPase活性[28]。

以往研究表明，干旱脅迫會使植物體內(nèi)活性氧自由基大量積累，引起細(xì)胞膜脂過氧化，加速細(xì)胞衰老和解體，而MDA是膜脂過氧化的終產(chǎn)物，其含量高低直接反映植物細(xì)胞膜受傷害的程度[29]。遇干旱脅迫時，作物體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)（SOD、POD）活性提高，以清除產(chǎn)生的活性氧等自由基，維持代謝平衡[30]。本研究顯示，花生苗期遇干旱脅迫，葉片SOD、POD活性升高，MDA含量增加，復(fù)水后兩種酶的活性和MDA含量均下降，這與嚴(yán)美玲等[4]的研究結(jié)果一致。其原因可能是，干旱脅迫導(dǎo)致花生葉片細(xì)胞受到傷害，過氧化物積累，MDA含量增加，誘導(dǎo)SOD、POD等保護(hù)酶活性升高，干旱解除后，葉內(nèi)過氧化物積累減少，誘導(dǎo)保護(hù)酶活性下降，從而保持代謝平衡。另外本研究還發(fā)現(xiàn)，外源CaCl2浸種可明顯提高干旱脅迫下花生葉片SOD和POD活性，且增幅隨著CaCl2浸種濃度的升高表現(xiàn)為先升高后降低趨勢，其中商花30號以40mmol/LCaCl2浸種效果最佳，商花26號以60mmol/LCaCl2浸種效果最佳，此時葉片MDA含量顯著低于單純干旱脅迫處理，這與林松明等[31]的研究結(jié)果一致。其原因可能是適度的外源CaCl2可以誘導(dǎo)花生葉片保護(hù)酶合成關(guān)鍵基因的表達(dá)，提高SOD、POD等保護(hù)酶活性和清除活性氧自由基的能力。

夏播花生苗期地表裸露，極易形成干旱。已有研究表明，花生苗期在中、重度干旱下莢果和籽仁產(chǎn)量大幅下降[4]，復(fù)水后均始終低于對照[32]。本研究表明，干旱脅迫可顯著降低花生的單株結(jié)果數(shù)、飽果率、百果重和出仁率，從而導(dǎo)致花生減產(chǎn)，且干旱脅迫對大?；ㄉ袒?6號的影響大于小?；ㄉ袒?0號。而張俊等[33]的研究表明，中早熟大果品種遇旱時有更好的防御和調(diào)節(jié)能力，而早熟小果品種遇旱時受影響較大，兩者不一致的原因可能是試驗播種時期不同所致，也有可能是不同花生品種間的抗旱性差異所致。研究表明，合理使用鈣肥能增加花生單株結(jié)果數(shù)、出仁率、果仁質(zhì)量和籽仁產(chǎn)量[34，35]。本研究也表明，CaCl2浸種可明顯提高苗期干旱脅迫下花生的單株結(jié)果數(shù)、飽果率、百果重、出仁率和莢果產(chǎn)量，商花30號以40mmol/LCaCl2浸種的莢果產(chǎn)量最高，商花26號以60mmol/LCaCl2浸種的莢果產(chǎn)量最高。

4結(jié)論

本試驗中，苗期干旱脅迫顯著抑制花生的營養(yǎng)生長，SOD和POD活性升高，MDA含量增加，從而導(dǎo)致花生減產(chǎn)。干旱脅迫下，外源CaCl2浸種可以促進(jìn)花生的營養(yǎng)生長，提高葉片保護(hù)酶活性，降低細(xì)胞膜脂過氧化程度，緩解干旱脅迫對花生的傷害，提高單株結(jié)果數(shù)和飽果率，穩(wěn)定莢果產(chǎn)量。其中，小?；ㄉ贩N商花30號以40mmol/LCaCl2浸種效果最佳，大粒花生品種商花26號以60mmol/LCaCl2浸種效果最佳。