苗期不同光周期处理对西葫芦幼苗生长、碳氮代谢关键酶活性和激素含量的影响

吴雪霞,尚 静,张圣美,朱宗文,张爱冬,查丁石*

(1.上海市农业科学院 园艺研究所，上海 201106;2.上海市设施园艺技术重点实验室,上海201403)

光对植物生长和发育的影响主要通过光照强度、光质及光周期来体现，关于光照强度和光质对植物生长发育的影响已有很多报道[1-2]，而关于光周期的研究大多集中于植物成花诱导和花性分化方面[3-4]。光周期通过影响植物生理生化反应，进而调节种子萌发、幼苗生长、光合作用、激素含量和营养品质等方面[5-6]。关于光周期对蔬菜幼苗生长、碳氮代谢关键酶活性与内源激素的研究较少报道，光周期引起的植物生长发育机理缺乏系统的认识。

西葫芦(CucurbitapepoL.)又称美洲南瓜，为葫芦科南瓜属一年生蔓生草本植物，具有较高的营养价值和保健功能，且产量高、耐储运[7-8]。西葫芦作为我国普遍栽培的一种瓜类蔬菜，种植面积在逐年增加，保护地栽培面积仅次于黄瓜。2016年我国西葫芦栽培总面积达42.4914万hm2，年产量达77894万kg，分别占世界总量的21.6%和29.4%[8]。据报道西葫芦属短日照植物，长日照条件上有利于茎叶生长，短日照条件下结瓜期较早。王祯丽等[9]从西葫芦长势、促雌效果综合分析认为，在西葫芦两叶期进行8 h的短日照管理较好。李海云等[10]认为24 h光照处理西葫芦幼苗生长最好。本试验通过人为控制光照时间，研究了不同光周期对西葫芦幼苗生长、碳氮代谢关键酶活性与内源激素的影响，明确光周期在西葫芦育苗中的作用，为培育健壮西葫芦幼苗和生产提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试西葫芦(CucurbitapeopL.)品种为“德绿808”，购买北京杰德诺农业科技发展有限公司。

1.2 试验方法

试验在上海市农业科学院庄行试验站温室内进行。挑选饱满健康的西葫芦种子进行55 ℃温水浸种，16 h后播于32孔的穴盘中，以蛭石作基质，每孔播1粒种子。

当幼苗具有3～4片真叶时，选取生长一致的幼苗置于常温下进行光周期处理，采用自然光源并通过人工遮罩或揭开双层95%遮阳网控制光照时长，遮罩时确保内部光照强度约为0 lx。本次试验设置4个光周期处理：自然光源约14 h/10 h(昼/夜，数据源自当地气象资料，以14 h表示)，其余处理分别为10 h/14 h(昼/夜，以10 h表示)、8 h/16 h(昼/夜，以8 h表示)、6 h/18 h(昼/夜，以6 h表示)。共处理12 d。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 样品采集 光周期处理的第12 d下午3：00左右取样，取样时随机取样，每个处理皆选用第3片真叶，自来水洗净后吸干叶片表面水，剪碎混匀，用氮速冻后放在-80 ℃冰箱，用于测各项生理指标。

1.3.2 生长指标测定 利用直尺测量幼苗株高(子叶节至生长点)，游标卡尺测量茎粗，去离子水冲洗植株并吸干水分，称量地上部鲜重和根系鲜重。

1.3.3 叶绿素含量的测定 参照张永平等[11]方法并做修改，取0.1 g叶片置于50 mL刻度试管中，加入15 mL 95%乙醇黑暗浸提12 h，分别测定A665 nm、A649 nm，计算叶绿素a、叶绿素b含量和叶绿素总含量。

1.3.4 碳氮代谢相关酶类的测定 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术有限公司研制的SS、SPS试剂盒测定。

硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)采用苏州科铭生物技术有限公司的试剂盒测定。

1.3.5 激素含量测定 IAA、ZT含量的提取和测定参照张国斌等[12]的酶联免疫法(ELISA)。

1.4 统计分析

数据采用Origin 7.5软件绘图，用SPSS 19.0统计软件对平均数用Duncan’s新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同光周期对西葫芦幼苗生长的影响

由表1可以看出，随着光周期的延长，西葫芦幼苗株高、茎粗、叶面积、地上部鲜重和根系鲜重呈上升趋势。与自然光照(14 h)相比，10 h处理的株高、茎粗、地上部鲜重和根系鲜重均无显著变化，叶面积显著降低；8 h、6 h处理的以上指标均显著降低，8 h与6 h处理之间除茎粗没有显著差异外，其余前者均显著高于后者。推断西葫芦幼苗光周期较短时，合成的光合产物较少，其生长受到抑制。

表1 不同光周期对西葫芦幼苗生长的影响

2.2 不同光周期对西葫芦幼苗叶绿素含量的影响

由表2可知，随着光周期时间的增加，西葫芦叶片叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量均呈先增加后降低的趋势，10 h处理的三者指标最高。与自然光照(14 h)相比，10 h处理的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量均显著增加，8 h和6 h处理的均显著降低。西葫芦叶片的叶绿素a/b值随着光周期的延长呈显著降低趋势，表现为6 h>8 h>10 h>14 h。

2.3 不同光周期对西葫芦幼苗碳氮代谢关键酶活性的影响

由表3可以看出，不同光周期处理对西葫芦幼苗5种碳氮代谢关键酶活性的影响基本一致，蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)、硝酸还原酶(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趋势，10 h处理的最高。与自然光照(14 h)相比，10 h、8 h处理的SPS活性均显著增加，6 h处理的显著降低；10 h处理的SS活性显著增加，8 h、6 h处理的显著降低，且8 h与6 h处理之间无显著变化。

表2 不同光周期对西葫芦幼苗叶绿素含量的影响

10 h、8 h和6 h处理的NR、GS和GOGAT活性均显著高于14 h处理的；10 h和8 h处理之间的3种酶活性均无显著差异，10 h处理的显著高于6 h处理的，8 h处理的GS活性显著高于6 h处理的，NR和GOGAT活性无显著变化。

表3 不同光周期对西葫芦幼苗碳氮代谢酶活性的影响

2.4 不同光周期对西葫芦幼苗渗透调节物质含量的影响

由表4可知，与自然光照(14 h)相比，10 h、8 h和6 h处理的可溶性糖和可溶性蛋白质含量均显著增加；10 h处理的均显著高于8 h和6 h处理的，8 h处理的均显著高于6 h处理的。

表4 不同光周期对西葫芦幼苗渗透调节物质含量的影响

2.5 不同光周期对西葫芦幼苗激素含量的影响

从表5可以看出，不同光周期对西葫芦叶片IAA、ZT含量的影响不同，随着光周期时间的增加，IAA和ZT含量均呈先增加后降低的趋势，10 h处理时两种激素含量均达最大值。与自然光照(14 h)相比，10 h处理的IAA含量显著增加，ZT含量增加不显著；8 h处理的IAA和ZT含量均无显著差异，6 h处理的IAA含量显著降低，ZT含量无显著变化。10 h处理的IAA含量显著高于8 h和6 h处理的，ZT含量与8 h处理的无显著变化，显著高于6 h处理的。8 h处理的IAA含量显著高于6 h处理的，ZT含量无显著差异。

表5 不同光周期对西葫芦幼苗激素含量的影响

3 讨论

3.1 不同光周期对西葫芦幼苗生长的影响

不同光周期处理可以明显改变植物的生长发育进程[10]。本试验中，随着光周期的延长，西葫芦幼苗的株高、茎粗、叶面积、地上部鲜重和根系鲜重均呈增加趋势，这与李海云等[10]在西葫芦上、王冰华等[13]在黄瓜幼苗上的研究结果是一致的。可能是光周期延长增加了植株的光合作用，调控了植株的碳氮代谢，从而促进了植株的生长发育[2]。

3.2 不同光周期对西葫芦幼苗叶绿素含量的影响

叶绿素是光合反应中最重要的光合色素，其含量的高低直接影响到叶片光合能力的强弱。植株长期光照不足会影响光合色素的合成，从而限制了光合碳同化，不利于植物生长及同化产物的积累[14]。本试验结果表明，不同光周期处理对西葫芦幼苗叶绿素a含量、叶绿素b含量的影响不同，光照10 h处理的色素含量达到最大值，显著高于光照14 h、8 h和6 h时的。表明过长或过短的光照时间均不利于叶绿素的生物合成。与徐超华等[14]在烟草、鲍顺淑等[15]在铁皮石斛上的研究结果一致。

3.3 不同光周期对西葫芦幼苗碳氮代谢关键酶活性的影响

蔗糖代谢是碳代谢过程中糖转化与积累的重要环节，与之密切相关酶类包括转化酶、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)[16]。氮代谢是植株体内合成氨基酸和蛋白质的主要途径，硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)等参与氮代谢过程[17]。本研究表明，随着光周期时间的延长，SPS、SS、NR、GS和GOGAT活性均呈先增加后降低的趋势，10 h处理的最高；同时碳氮的积累代谢产物可溶性糖、可溶性蛋白质含量与酶活性变化一致，说明光周期10 h可促进西葫芦幼苗碳同化与氮代谢，进而促进植株生长发育。与文莲莲等[2]在番茄幼苗研究中的结果类似，其生理机制还有待进一步探究。

3.4 不同光周期对西葫芦幼苗激素含量的影响

不同光周期下植物的幼苗生长受到影响，可能是因为光周期调控了植物内源激素的浓度。林贵玉等[18]报道短日照促进菊花叶片ZT和IAA含量减少，GA3和ABA含量增加。邬奇等[3]研究表明，光周期可能通过调节内源性ZT、IAA的激素水平来调控茎的伸长，叶面积的扩展和根系的发育。本研究结果表明，随着光周期时间的增加，IAA和ZT含量均呈先增加后降低的趋势，10 h处理的达到最大值。与光周期对西葫芦幼苗生长的影响基本一致，可能光周期处理能通过改变植物内源激素影响西葫芦的生长发育。

综上所述，随着光周期的延长，西葫芦幼苗生长均呈逐渐增加趋势；叶绿素含量、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趋势，10 h光周期处理最高。说明西葫芦光周期处理可通过调控酶活性和激素含量来影响其生长发育，综合分析认为，10 h时最有利于促进西葫芦幼苗的生长和发育。