0 引言
【研究意义】打瓜是葫芦科西瓜属植物,属于籽用西瓜类型,一年生草本植物。打瓜含有多种天然维生素及微量元素[1]。打瓜起源于我国西北内陆地区,目前广泛分布在新疆、甘肃、内蒙古等省(区)[2]。植物生长调节剂是利用化学控制影响植物内源激素系统而调节作物的生长发育过程[3],具有控上、促下,塑造理想株型,改善田间通风透光,解决空秆多,易倒伏的问题,使植株抵御风灾能力明显增强,达到稳产、高产和高效的目的[4]。杂草会与农作物争夺有限的土壤资源,影响农作物的产量和品质。低成本、效果好的植物化学调节剂,已在农业生产中被广泛使用[5],因此,急需有利于打瓜株型建成及提高打瓜产量的植物化学调节剂,对打瓜作物的科学调控有重要意义。【前人研究进展】近年来,不同浓度及复配的植物化学调节剂、除草剂因其既能增强除草效果又能延缓杂草抗药性而被广泛应用,利用2,4-D丁酯和金都尔复配组合化学生长调节剂,除草种类和数量上较单一除草剂具有优势。同一浓度的二甲戊灵和氟乐灵对白切菊花的倍性诱导效果最佳[6]。1 000 mg/L的乙烯利能显著提高茶树的产量[7]。【本研究切入点】目前,在水稻[8]、玉米[9]、棉花[10]和油菜[11]等作物在外源施加化学生长调节剂调控的研究已有较多成果,而在打瓜等瓜类作物中鲜有报道。因此,需研究打瓜在不同浓度和种类化学调节剂处理对打瓜生长发育和生理生化响应影响。【拟解决的关键问题】试验于2022年在新疆昌吉回族自治州昌吉市佃坝镇进行,采用大田栽培方式,以打瓜品种普通红大片为材料,采用6种不同种类化学调节剂处理,为研制有利于打瓜株型建成及提高打瓜产量的化控剂产品奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料
供试打瓜品种为普通红大片,昌吉农奥种业公司提供;供试植物生长调节剂为金都尔(精-异丙甲草胺)、氟乐灵(2,6-二硝基-N)、乙烯利(ETH)、二甲戊灵(N-(1-乙基丙基)-2,6-二硝基-3,4-二甲基苯胺)、氟吡甲禾灵(甲基合氯氟;2-[4-(3-氯-5-三氟甲基-2-吡啶氧基)苯氧基]丙酸甲酯)、仲丁灵(N-仲丁基-4-特丁基-2,6-二硝基苯胺)。
1.2 方法
1.2.1 试验设计
2022年试验在新疆昌吉市佃坝镇进行。该地属于温带大陆性干旱气候,昼夜温差大,日照时间长,年平均气温6.2℃,年平均降水量183.1 mm,平均日照时间2 833 h。试验地前茬作物为葵花,地势平坦、肥力均匀。5月8日播种、滴出苗水,试验区水肥管理和病虫草害防治同大田措施一致。
在打瓜现蕾期,花蕾生长至2.0~3.0 mm时,选择晴朗无风天气,在10:00左右,使用电动喷雾器对材料分别喷施不同浓度梯度的化学生长调节剂药液。化学调节剂为金都尔、氟乐灵、乙烯利、二甲戊灵、氟吡甲禾灵和仲丁灵,分别设置0.005%和0.01%2个浓度,以蒸馏水为对照(CK),共13个处理,随机排列,重复3次。喷施后3 d采集一批材料,共采集5批材料测试相关指标。
1.2.2 测定指标
当植株生长到期时取部位为材料。过氧化氢(H2O2)、丙二醛(malondialdehyde, MDA)和脯氨酸(proline, PRO)的含量以及抗氧化系统中过氧化物酶(peroxidase, POD)、超氧化物歧化酶(super oxidedismutase, SOD)和过氧化氢酶(catalase, CAT)的活性均采用试剂盒测定,具体操作参照试剂盒说明书。生理生化试剂盒均购自于北京盒子生工科技有限公司,包括过氧化氢测定试剂盒(比色法)、丙二醛(MDA)测定试剂盒(硫酸巴比妥酸法)、脯氨酸(Pro)测定试剂盒(比色法)、过氧化物酶(POD)测定试剂盒(测植物)(比色法)、超氧化物歧化酶(SOD)测试盒(NBT法)和过氧化氢酶(CAT)测定试剂盒(可见光法)(钼酸铵法)。生理生化指标测定均进行3次生物学重复,每次重复选取5个单株的叶片混合后测量。
1.3 数据处理
采用Excel2022和R语言进行数据整理与分析,采用最小显著性差异LSD法进行显著性测验。
2 结果与分析
2.1 不同浓度化学生长调节剂对MDA的影响
研究表明,不同处理对打瓜生长发育过程中MDA影响差异显著。相较于对照组(CK),处理组的丙二醛(MDA)含量表现出显著性差异。在0.005%浓度处理下,六种化学调节剂随处理时间的增加,均呈先上升后下降的趋势。处理3 d时,乙烯利和仲丁灵较其他化学生长调节剂的MDA含量显著提高。处理6 d时,六种化学生长调节剂的MDA含量均到达峰值,随后在处理9、12、15 d时MDA含量显著下降。在0.01%浓度处理下,氟吡甲禾灵呈先显著上升后下降的趋势,氟吡甲禾灵在6和9 d持续达到最大值。而其他化学生长调节剂随处理时间的增加呈显著下降的趋势,且在处理3 d时MDA已经达到峰值。高浓度的化学调节剂处理的MDA含量显著高于低浓度的化学调节剂处理。丙二醛(MDA)反映膜脂过氧化,体现膜系统受损程度以及植物的抗逆性,仲丁灵和氟吡甲禾灵在2种浓度的MDA含量均处于较低水平,作为除草剂对打瓜影响较小。图1
图1
图1
不同化学生长调节剂处理下打瓜MDA含量的变化
注:0(CK)、3、6、9、12和15 d分别表示化学生长调剂处理0、3、6、9、12和15 d,下同
Fig.1
Changes of different chemical growth regulator treatments on MDA content of beating melon
Notes: 0(CK), 3, 6, 9, 12, and 15 d indicate 0, 3, 6, 9, 12, and 15 days of chemical growth regulator treatment, respectively,the same as below
2.2 不同浓度化学生长调节剂对可溶性蛋白的影响
研究表明,由化学试剂处理后,可溶性蛋白质的含量相较于对照组(CK)显著提高。在0.005%浓度处理下,乙烯利在3 d处理时可溶性蛋白含量较其他化学生长调节剂显著提高。随处理时间的增加,金都尔、二甲戊灵、氟吡甲禾灵和仲丁灵呈先上升后下降的趋势,其中二甲戊灵变化无显著差异。而氟乐灵和乙烯利呈先下降后上升的趋势,其中乙烯利变化无显著差异。金都尔在处理6~12 d时,可溶性蛋白含量维持在较高含量,较其他化学生长调节剂差异显著。在处理9 d时达到峰值,为352.5 mg/g。在0.001%浓度处理下,仲丁灵在3 d处理时可溶性蛋白含量较其他化学生长调节剂显著提高,达到273.3 mg/g,之后随处理时间的增加显著下降。六种化学生长调节剂的可溶性蛋白含量均呈下降后显著上升趋势,其中金都尔、氟乐灵、乙烯利和二甲戊灵的在15d时均达到峰值,范围为327.1~370.2 mg/g,而氟吡甲禾灵和仲丁灵在3 d时,可溶性蛋白含量最高,之后随时间增加而显著下降。高浓度的化学生长调节剂在开始处理3 d时的可溶性蛋白含量较低浓度化学生长调节剂处理高,均达到200 mg/g。
不同化学生长调节剂在高浓度处理下随时间的增加,可溶性蛋白含量最高能达到370.2 mg/g,而在低浓度处理下,可溶性蛋白含量最高为352.5 mg/g。可溶性蛋白为重要的营养物质和渗透调节物质,对细胞的生命物质及生物膜起到保护作用。金都尔、氟乐灵、乙烯利、二甲戊灵处理的可溶性蛋白含量维持在较高含量,而氟吡甲禾灵、仲丁灵处理的可溶性蛋白含量维持在较低含量,对打瓜的影响小。图2
图2
图2
不同化学生长调节剂处理下打瓜可溶性蛋白含量的变化
Fig.2
Changes of different chemical growth regulator treatments on soluble protein content of seed melon
2.3 不同浓度化学生长调节剂对过氧化氢的影响
研究表明,在两种不同浓度的化学生长调节剂处理下,随时间的增加H2O2含量均呈先上升后下降的趋势。相较于对照组,处理组的H2O2含量显著提高。六种化学生长调节剂,H2O2含量均在6~9 d时显著提高,H2O2达到最大值,12 d时显著下降,随后15 d时又显著提高。金都尔在0.005%浓度处理3 d时的H2O2含量达到4.73 μmol/g,随后H2O2含量显著提高,达到峰值,为7.60 μmol/g。金都尔在0.01%浓度处理下3 d时含量为3.99 μmol/g,6d时H2O2含量显著提高。氟乐灵在0.01%浓度处理下,6 d时H2O2含量达到峰值,为8.83 μmol/g。其他化学生长调节剂在不同浓度处理下H2O2含量随时间增加无显著差异。图3
图3
图3
不同化学生长调节剂处理下打瓜H2O2含量的变化
Fig.3
Changes of different chemical growth regulator treatments on H2O2 content of seed melon
2.4 不同浓度化学生长调节剂对POD活性的影响
研究表明,不同浓度化学生长调节剂随处理时间增加,POD活性变化差异显著。相较于对照组(CK),化学试剂处理显著提升了POD的活性水平。在0.005%浓度处理下,六种化学生长调节剂岁处理时间的增加POD活性均呈先上升后下降的趋势,其中,乙烯利在6~9 d时POD活性显著增加,在9 d达到最大值,为1 203.3 U/g。二甲戊灵在6 d时POD活性显著增加,并达到最大值,为601.3 U/g。其余化学生长调节剂随处理时间递增变化差异不显著。在0.01%浓度处理下,除仲丁灵随处理时间的增加POD呈先下降后上升的趋势,其余化学生长调节剂均呈先上升后下降的趋势,其中乙烯利在6~9 d时POD活性显著增加,9 d达到最大值,为1 159.3 U/g,与0.005%浓度处理下变化趋势一致。在氟乐灵处理下,6 d时POD活性显著增加,并达到最大值,1 156.6 U/g。外源施加乙烯利对打瓜POD活性影响最显著。图4
图4
图4
不同化学生长调节剂处理下打瓜POD活性的变化
Fig.4
Changes of different chemical growth regulator treatments on POD content of seed melon
2.5 不同浓度化学生长调节剂对SOD活性的影响
研究表明,SOD活性在不同浓度化学生长调节剂处理下,随时间递增其活性变化趋势差异显著,且与对照组相比,SOD活性变化显著提高。化学试剂处理组的在0.005%浓度处理下,六种化学生长调节剂均呈先下降后上升的趋势,除二甲戊灵外,其他化学生长调节剂均在3 d时SOD活性最高,随后显著下降。其中,仲丁灵3 d时SOD活性最高,为1 181.4 U/g。在0.01%浓度处理下,六种化学生长调节剂在处理3 d时SOD活性达到最大值,其中氟乐灵最高为1 782.7 U/g,后随处理时间递增显著下降。除仲丁灵处理的SOD活性呈逐渐下降趋势,其余五种化学生长调节剂均呈先下降后上升趋势,且在处理9 d时变化差异无显著差异。六种化学生长调节剂均在3~6 d处理时,SOD有较高的活性,随后下降且变化差异不显著。打瓜的SOD酶活性对外源施加的化学生长调节剂有较高的敏感性。图5
图5
图5
不同化学生长调节剂处理下打瓜SOD活性的变化
Fig.5
Changes of different chemical growth regulator treatments on SOD content of seed melon
2.6 不同化学生长调节剂对CAT活性的影响
研究表明,CAT活性随化学生长调节剂种类、浓度和处理时间变化相差各异。在化学试剂组处理条件下,CAT的活性相较于对照组表现出显著提升。在0.005%浓度处理下。只有氟吡甲禾灵的CAT活性变化范围和显著性差异较小,其他化学生长调节剂处理的CAT活性,均有较大变化范围和显著差异。除乙烯利为先显著下降后显著上升的变化趋势,在9d处理时,CAT活性最低,为616.7U/g。其他化学生长调节剂处理下CAT活性均为下降的变化趋势,且在15d处理时活性降至最低。在0.01%浓度处理下,在金都尔和氟乐灵的处理下,CAT活性呈先下降后上升的趋势,而在乙烯利、二甲戊灵、氟吡甲禾灵和仲丁灵处理下,CAT活性呈先上升后下降再上升的趋势,二甲戊灵、氟吡甲禾灵和仲丁灵在9d时,CAT活性降到最低。乙烯利在15d时CAT活性最低为294.7U/g。高浓度的化学生长调节剂处理的CAT活性较低浓度化学生长调节剂的高。图6
图6
图6
不同化学生长调节剂处理下打瓜CAT活性的变化
Fig.6
Changes of different chemical growth regulator treatments on CAT content of seed melon
3 讨论
3.1 昼夜温差大,有利于瓜类作物的糖分积累[12
3.2 活性氧是细胞氧化代谢过程中所产生的副产物,植物体内过量的活性氧会引起植物的衰老[21-22],可溶性糖和可溶性蛋白是植物生长和发育的关键营养物质,是植物生长过程中重要的能量和营养物质来源,有助于提高作物的生长速度和生物量积累,进一步增加产量[19]。在研究中,不同浓度化学生长调节剂在6~9 d对打瓜生长过程中H2O2的含量影响显著。其次,研究发现,不同浓度化学生长调节剂对打瓜生长过程中POD、SOD、CAT活性影响显著,POD、CAT、SOD属于过保护酶系统能淸除细胞内的活性氧和自由基,保护性酶活性的高低反映了组织受活性氧自由基破坏的程度,试验结果表明,在处理6~9 d时,乙烯利对打瓜生长过程中POD活性影响较其他化学生长调节剂有明显显著性,在9 d时,在0.005%的化学生长调节剂处理下显著高于0.01%处理,POD的含量高出44.0 U/g,所以,乙烯利在0.005%浓度下对打瓜的生长有较强的影响作用。研究结果发现,不同浓度化学生长调节剂处理,在3 d时,对打瓜SOD活性影响最明显。不同化学生长调节剂在9 d时对打瓜CAT活性的影响尤为显著。
4 结论
打瓜在高浓度的化学调节剂处理的MDA含量、可溶性蛋白含量、H2O2含量和过氧化物酶活性较低浓度处理的显著提高,且随处理时间的增加,各测定指标均有显著差异。乙烯利在0.005%浓度下,MDA、POD、SOD的最大数值分别为29.07 nmol/g、1 250.00 U/g和1 421.86 U/g,在0.01%浓度下,可溶性蛋白和H2O2的最大数值分别为363.53 mg/g、7.45 μmol/g;二甲戊灵在0.005%浓度下,MDA、POD、SOD和CAT的最大数值分别为27.46 nmol/g、1 004.44 U/g、1247.76 U/g和2 766.86 U/g,在0.01%浓度下,可溶性蛋白和H2O2的最大数值分别为348.82 mmol/g、6.68 μmol/g;氟乐灵在0.01%浓度下,MDA、POD、SOD、可溶性蛋白、H2O2的最大数值分别为39.69 nmol/g、1240.00 U/g、1877.07 U/g、355.88 mg/g和9.70 μmol/g;金都尔在0.005%浓度下,可溶性蛋白和H2O2的最大数值分别为363.53 mg/g、7.75 μmol/g;在0.01%浓度下,MDA的最大数值为 35.85 nmol/g;仲丁灵在0.005%浓度下,CAT、可溶性蛋白、H2O2的最大数值分别为2 662.04 U/g、298.24 mg/g、6.59 μmol/g;对打瓜生理指标的影响程度为乙烯利>二甲戊灵>氟乐灵>金都尔>仲丁灵>高效氟吡甲禾灵,仲丁灵和氟吡甲禾灵可作为较为安全的打瓜除草剂。
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