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温室黄瓜(Cucumis sativus L.)镁含量变化规律及镁作用机理研究

谢小玉  
【摘要】: 镁在植物中的生理作用尤其是光合作用中有着其他阳离子不可替代的重要地位,植物一旦缺镁,势必对整个生理代谢过程造成很大影响,进而影响植物的生育。黄瓜是温室栽培的最重要的蔬菜之一。近几年,温室黄瓜尤其长季节栽培的黄瓜常出现缺镁症状。为解决温室黄瓜缺镁问题,探讨镁胁迫对黄瓜生长发育的影响,本研究利用温室和人工气候箱,采用珍珠岩栽培,研究了影响温室黄瓜镁含量的因素、镁含量的变化规律和镁在黄瓜各个器官的分布以及温度和镁胁迫对黄瓜生育的影响。研究结果如下: 1.温室黄瓜开花结果期镁含量的影响因素研究 采用三因素五水平通用旋转组合设计,研究了地温、营养液中镁离子浓度、钾离子浓度配比对温室黄瓜开花结果期叶片中镁含量的影响,建立了温室黄瓜开花结果期叶片中镁含量的影响因素的回归模型。前期、中期、后期分别为: Y=8.291491+0.25382X_1+0.57983X~2+0.14774X_3+0.106438X_1X~2+0.052937X_1X_3 -0.45944X~2X_3-0.18869X_1~2-0.1405X~22-0.24527X_3~2 Y=8.634707+0.60173X_1+0.94884X~2+0.20542X_3+0.231813X_1X~2+0.136313X_1X_3ˉ0.66181X_2X_3ˉ0.16578X_1~2ˉ0.1534X~22ˉ0.4772 X 32 Y=8.260308+0.38767X_1+0.92443X~2+0.24856X_3+0.208625X_1X~2+0.221875X_1X_3ˉ0.57788X~2X_3ˉ0.32114X_1~2ˉ0.14618X~22ˉ0.4X_3~2 通过对模型的分析,结果表明:(1)在黄瓜开花结果的前、中、后期,对叶片中镁含量的影响因素大小顺序是营养液中镁离子浓度地温营养液中钾离子浓度;(2)各因素间存在交互作用,地温与营养液中镁离子浓度和钾离子浓度均呈正相关,镁离子浓度与钾离子呈负相关;(3)根据方程在计算机上选优,得出三因子的取值在黄瓜整个开花结果期均为X_1= 1、X_2=1.682、X_3=-1,其对应量分别为29.13℃、4mmol/L、4.43mmol/L时,叶片中镁含量达最高值,前、中、后期分别为8.9638 mg/g干重、10.0256 mg/g干重和8.5703 mg/g干重;(4)试验结果经后续验证,证明构建的模型准确可靠。 2.镁对黄瓜镁钾钙吸收分布及产量和品质的影响 采用无土栽培(栽培基质为膨化珍珠岩)方式,研究根际镁离子浓度对温室黄瓜开花结果期镁、钾、钙的吸收和分布及产量和品质的影响。结果表明:(1)在相同镁处理下,黄瓜整个开花结果期茎叶中镁含量变化不大,钙、钾含量逐渐降低。黄瓜对镁胁迫耐受力的强弱次序:开花结果初期后期盛期。(2)黄瓜根际环境的镁离子浓度,不仅影响黄瓜镁、钾、钙在黄瓜植株中的含量,还影响在各个器官的分布。黄瓜植株中镁含量随根际镁离子浓度的增大而增大,而钾钙在植株中的含量随开花结果期的不同阶段发生变化;镁和钙在各器官的含量是:叶片根茎瓜;而各个器官钾含量随根际镁离子浓度的不同而不同,适镁下,钾在各器官的含量是茎叶瓜根,镁胁迫下,各个器官钾含量茎瓜叶根。(3)根际环境的镁离子浓度影响到黄瓜的生长、产量和品质。镁胁迫降低了黄瓜的单株产量、单位面积产量和单株瓜数;多镁处理降低了黄瓜硝酸盐含量,提高了黄瓜的可溶性蛋白质、还原糖和可溶性糖的含量,增大了茎粗和叶面积;缺镁胁迫显著降低了维生素C的含量,增加了可溶性蛋白质、还原糖、可溶性糖和硝酸盐的含量,抑制了黄瓜株高、总叶片数和叶面积的增大。增施镁肥有利于改善黄瓜的品质。 3.低温下镁胁迫对黄瓜幼苗生育的影响 利用人工气候箱、LI-6400光合仪,采用无土栽培(栽培基质为珍珠岩)方式,研究了低温下镁对黄瓜幼苗生长、光合特性、活性氧清除系统、碳氮代谢的影响。结果表明:(1)低温下,镁胁迫明显抑制了黄瓜的生长;适温下,镁胁迫降低了黄瓜幼苗的茎粗、总叶片数、叶面积、地上部干重,增大了株高和根冠比,多镁有利于地下部分生长。(2)不论温度高低,镁胁迫均增加了叶绿素A/B,缺镁胁迫比多镁胁迫增加幅度大。缺镁胁迫在两种温度下均降低了叶绿素A、B和类胡萝卜素的含量,而多镁胁迫在适温下增加了叶绿素A、B和类胡萝卜素的含量,低温下使其降低;黄瓜叶片镁含量与根际营养液镁离子浓度和温度都呈正相关。两种温度下镁胁迫均降低了Pn、Gs和Tr,低温下多镁胁迫降低幅度最大;对Ci、WUE和Ls的影响因温度和镁离子浓度不同而不同;缺镁胁迫下黄瓜幼苗光合作用的主要限制因素是非气孔因素,而多镁胁迫下主要限制因素是气孔因素。(3)镁胁迫使黄瓜幼苗叶片MDA含量、O~(2-).产生速率、H_2O_2含量增加,缺镁胁迫增加幅度大于多镁胁迫,低温加剧了膜脂过氧化。低温下,POD活性下降,SOD活性升高,而CAT活性与对照差异不显著;适温下,镁胁迫使POD活性上升,CAT活性下降,而SOD活性与对照差异不显著;低温缺镁对植株的伤害较大,可能与活性氧的增加有关。(4)适温下,镁胁迫使黄瓜叶片可溶性蛋白下降;低温下,NR活性降低,多镁胁迫降低了可溶性蛋白的含量,而缺镁胁迫提高了可溶性蛋白的含量,这可能与氮代谢产物的运转有关。(5)适温下,镁胁迫降低了黄瓜幼苗叶片的还原糖和可溶性总糖含量,其中多镁胁迫降低幅度大。镁胁迫提高了根系活力,这表明了植物对逆境的一种适应能力。低温下,黄瓜根系活力下降;但还原糖含量升高,升高幅度多镁缺镁适镁;而可溶性总糖含量降低,降低幅度适镁缺镁多镁。这表明植物根系对逆境的适应是有选择性的和一定限度的。 4.地温和镁胁迫对黄瓜开花结果期生育的影响 在温室条件下研究了地温和镁胁迫对黄瓜开花结果期生长、光合等生理特性的影响。结果表明:(1)低地温和镁胁迫抑制了黄瓜的生长,降低了黄瓜的产量和黄瓜叶片的叶绿素A、叶绿素B、类胡萝卜素的含量,镁离子浓度的影响大于地温的影响;(2)黄瓜叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)的日变化在缺镁胁迫下呈单峰曲线变化,且随地温的降低和缺镁程度的加剧而降低,而在多镁胁迫下Pn和Tr呈近似双峰曲线;多镁和适镁处理叶片的光饱和点、光补偿点、CO_2饱和点、CO_2补偿点以及表观量子效率和羧化效率都大于缺镁处理。叶片细胞间隙CO_2浓度(Ci)的日变化、Pn对光强和外界CO_2浓度的响应受缺镁处理的影响很小,表明缺镁胁迫下黄瓜光合作用主要是受非气孔限制,而多镁胁迫下气孔因素和非气孔因素二者兼具。(3)黄瓜叶片的净光合速率变化趋势表现出在较高地温下,适镁处理的老叶始终保持较高的光合速率,多镁处理的老叶的净光合速率略微上升,而缺镁处理的黄瓜的老叶一直呈下降趋势。(4)MDA在开花结果期开始上升,经过一段时间后开始下降。低地温下主要依靠SOD清除活性氧,适温和高温下,主要依靠CAT清除活性氧,以维持活性氧的产生与清除的平衡。(5)地温和镁营养对黄瓜叶片的镁钾钙含量及根际环境产生影响,根际镁离子浓度与叶片中镁含量、钙含量及根际基质的EC值呈正相关,与叶片中钾含量和根际的pH值呈负相关。


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