锑胁迫对西瓜光合生理特性的影响

摘    要：为了探讨锑胁迫对西瓜光合生理特性的影响，为重金属污染地区西瓜品种选育提供理论依据，通过对3个西瓜品种进行盆栽试验，研究不同锑浓度（w）0（CK）、50、100、200、400 mg·kg-1胁迫对西瓜光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度、气孔导度以及西瓜超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性和丙二醛（MDA）含量的影响。结果表明，澳华西农八号在成熟期的光合速率、蒸腾速率和气孔导度随着锑浓度的增加呈先升高后降低的趋势，而胞间CO2浓度呈逐渐升高的趋势。欣红888的SOD活性出现“低抑高促”现象，澳华西农八号和麒麟先锋F1的CAT活性出现“低促高抑”现象；3个西瓜品种在不同锑浓度处理下的POD活性均高于CK。3个西瓜品种对锑胁迫的生理反应有一定差异，澳华西农八号内部响应锑胁迫的机制更为完善。

关键词：西瓜；锑；光合作用；生理特性

中图分类号：S651 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）12-071-07

Effects of antimony stress on photosynthetic physiological characteristics of watermelon

XU Wei1， LUO Jianfeng2， HE Ziyu1， ZHU Zanjiang1， JING Yuanrong1， DANG Jiancheng1， XIA Binglong1， DAI Haitao1， GAO Sheng1， LUO Yucai1

（1. Hunan University of Humanities， Science and Technology， Loudi 417000， Hunan， China; 2. Loudi Agricultural Technology Promotion Center， Loudi 417000， Hunan， China）

Abstract： In order to study the effects of antimony stress on photosynthetic physiological characteristics of watermelon and provide theoretical basis for breeding watermelon varieties in heavy metal polluted areas. Through pot experiment on three watermelon varieties， the effects of 0（CK） 50， 100， 200， 400 mg·kg-1 Sb（III）on photosynthetic rate， transpiration rate， intercellular CO2 concentration， stomatal conductance， and activities of superoxide dismutase（SOD）， catalase（CAT） and peroxidase（POD）， and malondialdehyde（MDA）content in watermelon were studied. The results showed that the photosynthetic rate， transpiration rate and stomatal conductance of Aohua Xinong No. 8 at maturity increased firstly and then decreased with the increase of Sb concentration， while the intercellular CO2 concentration increased gradually. The activity of SOD in Xinhong 888 appeared‘low inhibition and high enhancement’， while the activity of CAT in Aohua Xinong No.8 and Kylin Pioneer F1 appeared ‘low enhancement and high inhibition’. The POD activity of three watermelon varieties was higher than that of CK at different antimony concentrations. The physiological responses of the three watermelon cultivars to antimony stress were different， and the response mechanism of Aohua Xinong No.8 was more advanced.

Key words： Watermelon; Antimony; Photosynthesis; Physiological characteristics

锑（Sb）是一种全球性污染金属元素，金属锑及其化合物具有潜在的高危性和慢性毒性，被美国和欧盟列为优先关注的污染物[1]。锑在工业方面的应用效果显著，可制作成阻燃剂、催化剂、硬化剂和脱渗剂等含锑产品[2]。由于含锑化合物的广泛使用，大量锑元素进入环境中，土壤和河流受Sb污染日益加剧，进而对动植物造成伤害，过高浓度锑会影响植物的正常生长发育，如生长受限、抑制光合作用、营养元素吸收受限、产量和品质下降等[3]。此外，Sb还可以通过食物链方式进入人体，导致癌症、心血管疾病、肝脏疾病和呼吸系统疾病发生，危及人体健康[4]。我国拥有世界上最多的重金属Sb[5]，长期的开采不仅迅速消耗Sb资源，同时也对土壤产生了严重污染。湖南冷水江锡矿山地区有“世界锑都”之称，长时间开采锑矿，使得锑矿周边的农用土壤锑含量较高，锑矿周边同时还伴生着其他的重金属[6-7]，当地农作物生长受到严重危害。目前，国外学者对全世界存在的锑污染现状及锑污染土壤修复进行了相关研究[8]，国内专家学者在受锑污染的土壤中进行大豆[9]、水稻[10]、玉米[11]等农作物相关方面的研究，但对锑超标土壤情况下正常种植蔬菜方面的研究不足。

西瓜味甜汁多，是人们夏季消暑的主要水果。湖南省地理位置优越，西瓜种植历史悠久，种植面积广，生产产量高，有较高的商业价值，带动了地方经济发展，成为湖南省的重要园艺作物[12]。目前冷水江锡矿山地区的土壤受到锑污染，成为该地区西瓜大面积推广种植的关键影响因素。锑污染对西瓜植株生长影响的研究还未见报道，笔者以3个西瓜品种为试材，采用盆栽试验，研究不同锑浓度对西瓜光合生理特性的影响，以期为锑胁迫下西瓜抗性品种筛选及实际生产应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

西瓜品种：麒麟先锋F1（购于河北盈优种子有限公司）、欣红888（购于兴城市种旺种子有限公司）、澳华西农八号（购于澳华科农生物科技有限公司），3个西瓜品种均为杂交种。

试验药品：三价锑酒石酸锑钾（SbIII，分析级），由西陇科学有限公司生产。

试验仪器：便携式叶绿素仪（SPAD-520Plus，日本生产）、iFL便携式光合荧光复合测量系统来自澳作生态仪器有限公司。

丙二醛（MDA）含量以及过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性等指标测定试剂盒均购于北京盒子生工科技有限公司。

1.2 方法

试验于2022年4－7月在湖南人文科技学院校内基地进行。供试土壤经过自然风干，剔除动植物残体、碎石等异物，过4 mm尼龙筛备用，然后装入内口径30 cm×24 cm，高26 cm塑料盆，每盆7.0 kg。事先将盆中的土壤进行锑胁迫处理，用酒石酸锑钾溶解于水的形式施入土壤，设置5个浓度（w，后同）梯度，分别为0（CK）、50、100、200和400 mg·kg-1，锑胁迫土壤老化30 d。在50孔穴盘内育苗至2叶1心时，于4月20日选取长势一致的西瓜苗，移栽至塑料盆中，每盆1株，每个处理种植5盆，3次重复。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 酶活性指标 采集西瓜成熟期同一部位的新鲜叶片，用蒸馏水清洗干净、晾干，置于冰水浴条件下研磨，取上清液置于冰中进行酶活性测定。按照北京盒子生工科技有限公司生产的试剂盒说明书测定以下各指标。采用TBA法测定丙二醛含量（b，后同），采用可见光法测定过氧化氢酶活性，采用羟胺法测定超氧化物歧化酶活性，采用比色法测定过氧化物酶活性。

1.3.2 叶绿素含量 使用SPAD-502叶绿素仪测定坐果期和成熟期西瓜叶片的叶绿素含量，每株西瓜选择相同部位长势较好的2片叶进行测定，每个处理3次重复，取平均值。用SPAD值表示叶绿素相对含量。

1.3.3 光合指标 采用iFL便携式光合荧光复合测量系统在晴朗的09：00-11：00，测定光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度和气孔导度等指标。在西瓜伸蔓期、坐果期和成熟期，分别选择相同部位长势一致的西瓜叶片中部进行测定，每个处理3次重复。

1.4 数据处理

采用WPS office进行试验数据处理和作图，采用SPSS26软件进行方差分析和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 锑胁迫对西瓜叶片叶绿素含量的影响

由表1可知，随着锑处理浓度的增加，不同西瓜品种叶片的叶绿素含量变化趋势并不一致。在坐果期和成熟期，澳华西农八号叶绿素含量均呈降-升-降-升趋势，麒麟先锋F1叶绿素含量呈现降-升-降趋势，而欣红888叶绿素在坐果期呈现降-升趋势，成熟期呈现降-升-降趋势。3个西瓜品种在不同锑浓度处理下的叶绿素含量和CK相比均未显著增加。澳华西农八号在100和400 mg·kg-1锑浓度处理下，坐果期的叶绿素含量均高于CK，成熟期的叶绿素含量仅在50 mg·kg-1锑浓度处理下低于CK；在坐果期和成熟期，麒麟先锋F1的叶绿素含量在锑胁迫下均低于CK；在坐果期，欣红888的叶绿素含量仅在400 mg·kg-1锑浓度处理下高于CK，成熟期仅在200 mg·kg-1锑浓度处理下高于CK。同一锑浓度处理下，在西瓜的生长时期，各品种叶绿素含量均呈现逐渐增加的趋势，说明西瓜接近成熟时，叶片长势好，体内叶绿素含量高。

2.2 锑胁迫对西瓜叶片光合特性的影响

从表2可以看出，在同一锑浓度处理下，随着生长发育的进行，澳华西农八号的光合速率在50、100 mg·kg-1锑浓度处理下呈现出降-升趋势，在其他浓度下呈现下降趋势；蒸腾速率在成熟期均高于坐果期，呈现降-升趋势；胞间CO2浓度在CK下呈现为升-降趋势，在100、200 mg·kg-1锑浓度处理下呈现降-升趋势，在50和400 mg·kg-1锑浓度处理下呈现上升趋势；气孔导度在CK下呈现下降趋势，其他浓度呈现降-升趋势。在不同锑浓度处理下，光合速率在伸蔓期呈现升-降-升-降趋势，在坐果期呈现降-升-降趋势，在成熟期呈现升-降趋势；蒸腾速率在伸蔓期呈现降-升-降趋势，其他时期呈现为升-降趋势；胞间CO2浓度在成熟期呈现上升趋势，其他时期呈现降-升-降趋势；气孔导度在坐果期呈现降-升-降趋势，其他时期呈现为升-降趋势。其中在伸蔓期，光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度和气孔导度均在200 mg·kg-1锑浓度处理下最大；在坐果期，光合速率、蒸腾速率和气孔导度均在200 mg·kg-1锑浓度处理下最大，胞间CO2浓度在CK下最大，但与其他处理差异不显著；在成熟期，光合速率在100 mg·kg-1锑浓度处理下最大，蒸腾速率和气孔导度均在200 mg·kg-1锑浓度处理下最大，与CK呈显著差异，胞间CO2浓度在400 mg·kg-1锑浓度处理下最大，与CK呈显著差异。

从表3可以看出，随着生长发育的进行，麒麟先锋F1成熟期的光合速率在0、50、400 mg·kg-1锑浓度处理下均高于坐果期，呈现出降-升趋势，在其他浓度下呈现下降趋势；蒸腾速率在各浓度下均呈现降-升趋势；胞间CO2浓度和气孔导度在400 mg·kg-1锑浓度处理下表现为上升趋势，其余浓度则呈现降-升趋势。在不同锑浓度处理下，光合速率在伸蔓期呈现升-降-升-降趋势，在坐果期呈现升-降趋势，在成熟期呈现升-降-升趋势；蒸腾速率在伸蔓期呈现升-降-升-降趋势，在坐果期呈现上升趋势，在成熟期呈现降-升-降趋势；胞间CO2浓度在伸蔓期呈现降-升-降趋势，在坐果期表现为上升趋势，在成熟期呈现降-升-降-升趋势；气孔导度在伸蔓期呈现升-降-升-降趋势，在坐果期呈现上升趋势，在成熟期呈现升-降-升趋势。其中在伸蔓期，光合速率、蒸腾速率和气孔导度均在200 mg·kg-1锑浓度处理下最大，与CK呈显著差异，胞间CO2浓度在CK下最大，与其他处理差异不显著；在坐果期，光合速率在200 mg·kg-1锑浓度处理下最大，与CK呈显著差异，蒸腾速率、胞间CO2浓度和气孔导度均在400 mg·kg-1锑浓度处理下最大，与CK呈显著差异；在成熟期，光合速率和气孔导度均在50 mg·kg-1锑浓度处理下最大，蒸腾速率在CK下最大，与其他处理差异不显著，胞间CO2浓度在100 mg·kg-1锑浓度处理下最大，与CK和其他处理呈显著差异。