全 文 ：武汉植物学研究 2003, 21 (6) : 497～ 502
J ourna l of W uhan B otan ica l Resea rch
甜瓜幼苗生长及光合特性与育苗基质 pH 相关性研究Ξ
潘静娴1, 黄丹枫2, 王世平2, 贾志宽3
(1. 上海师范大学生命与环境学院, 上海　200234; 2. 上海交通大学农业与生物学院, 上海　201101;
3. 西北农林科技大学农学院, 陕西杨陵　712100)
摘　要: 以新疆厚皮甜瓜皇后为试材, 在泥炭珍珠岩复合基质中, 按一定比例加入 CaCO 3, 构成 pH 梯度值分别为
510、515、610、615、710、715 和 810 的 7 种基质类型, 研究了基质pH 对甜瓜幼苗生长及其光合特性的影响。结果
表明, 基质酸碱性对甜瓜幼苗的光合特性、根系活力、单株叶面积、根系和地上部干物重都产生显著影响, 酸性和微
酸性基质 (pH < 610) 时, 幼苗叶片叶绿体超微结构发生降解, 叶绿素堆积, 叶片净光合速率下降, 单株叶面积减小,
根和地上部干重降低; pH 为 610～ 710 的各处理在叶面积以及根和地上部干重指标上, F 检验不显著; pH > 710 的
微碱性和碱性基质虽然对幼苗产生不利影响, 但与 pH < 610 的处理比较, 其影响要小些。鉴于此, 甜瓜幼苗生长的
基质 pH 范围为 610～ 710, 偏碱不会对幼苗产生严重的生理障碍。采用 CaCO 3 调节基质 pH 时, 最佳调节范围为
pH 610～ 615。
关键词: 甜瓜幼苗; 基质 pH; 光合特性
　　中图分类号: Q 945; S652　　　　　文献标识码: A 　　　　　文章编号: 10002470X (2003) 0620497206
Study on Grow ing M ed ia pH on Growth and
Photosyn thetic Character ist ics of M uskm elon Seedl ings
PAN J ing2X ian1, HUAN G D an2Feng2, W AN G Sh i2P ing2, J IA Zh i2Kuan3
(1. Colleg e of B iology and E nv ironm en t, S hang ha i N orm a l U n iversity , Shanghai　200232, Ch ina; 2. Colleg e of
A g ricu ltu re and B iology , S hang ha i J iaotong U n iversity , Shanghai　201101, Ch ina; 3. Colleg e of A g ronomy ,
N orthw est S ci2T ech U n iversity of A g ricu ltu re and F orest, Yangling, Shaanx i 712100, Ch ina)
Abstract: U sing X in jiang“H uang Hou”m u skm elon (Cucum is m elo L ) as m ateria l, by adding cer2
ta in quan t ity of CaCO 3 to the nu rsery m edia, a m ix tu re of peat and p ro lite, seven types of m edia
w ith pH 510, 515, 610, 615, 710, 715 and 810 w ere bu ilt and their effects on the grow th and
pho to syn thet ic characterist ics of m u skm elon seedlings studied. T he leaf area and dry m atter of
roo ts and seedlings per p lan t, pho to syn thet ic characterist ics and roo t act ivity w ere show ed
changes w ith m edia pH from 510 to 810. If m edia pH w as below 610, the u lt rast ructu re of ch lo ro2
p last had the trend of co llision, concen tra t ion of ch lo rophyll w as increased, and net value of pho2
to syn thet ic ra te decreased so that the leaf area and dry m atter of roo ts and seedlings per p lan t fell
dow n. T hese changes did no t com e among the trea tm en ts w ith pH from 610 to 710. W ith pH of
trea tm en ts over 710, these eff luences w ere also p resen ted bu t no t severe, compared to pH low in
610. T herefo re, the reasonab le range of m edia pH w as 6102710, and sligh t a lkaline w ith m edia
pH over 710 w ou ld no t cau se physio logica l ob stacle of seedlings. By u sing CaCO 3 to adju st the
m edia pH , pH from 610 to 615 w as bet ter.
Key words: M u skm elon seedling; M edia pH; Pho to syn thet ic characterist ics
　　介质酸碱性是影响作物生长发育的重要化学特
性, 过酸过碱会导致介质发生酸害和盐碱化。研究表
明[1 3 ] , 不合适的介质 pH 不仅造成介质溶液中
[H + ]或[OH - ]过高或过低, 对根系产生直接毒害作
用, 而且影响介质溶液中离子的有效性及平衡, 导致
作物发生营养障碍。有关土壤酸碱性[1 6 ]和水培中Ξ 收稿日期: 2003203217, 修回日期: 2003207215。基金项目: 上海市科委 (020J00069 ) ; 上海师大资助项目 (DL 200205)。作者简介: 潘静娴 (1963- ) , 女, 副教授, 博士, 主要从事园艺作物育苗和设施园艺的教学和科研工作。
水溶液酸碱度[7 ]对作物生长特性以及营养吸收平衡
影响的报道不少, 但在基质栽培及营养液育苗条件
下, 基质酸碱性对甜瓜幼苗生长、光合特性, 尤其是
叶片叶绿体超微结构的影响和基质酸碱度调控的研
究未见报道。
笔者针对甜瓜穴盘苗生产中, 国产泥炭基质偏
酸引起幼苗出现生理障碍的事实, 设计了基质 pH
对甜瓜幼苗生长的试验, 旨在研究造成甜瓜幼苗出
现生理障碍的主要原因, 探讨甜瓜幼苗生长的 pH
适宜范围, 为防治甜瓜幼苗生理障碍和基质 pH 调
控提供依据。
1　材料与方法
1. 1　供试品种与基质
甜瓜种子为新疆农业科学研究院提供的地方品
种“皇后”, 属厚皮网纹脆肉型地方品种。育苗基质为
上海交通大学农学院购进的泥炭和珍珠岩, 泥炭为
中国东北生产, pH 为 510, 珍珠岩 pH 为 618, 复合
基质起始 pH 值 510。
1. 2　试验设计
试验于上海交通大学农学院R ichal温室中进行,
完全随机区组试验, 重复 3 次。试验前多点取样测定
泥碳、珍珠岩以及泥炭珍珠岩以2÷1形成的复合基质
pH值。以泥炭珍珠岩复合基质pH值为基础, 按基质
体积比, 每立方米分别添加 0、1、2、3、5、7、10 kg
CaCO 3, 构成 pH 分别为 510、515、610、615、710、
715、810 的 7 个处理。育苗容器为 72 孔穴盘。精选
的甜瓜种子用 55℃热水消毒, 待水温降至 30℃时,
静置 6～ 8 h, 随后播于装好不同 pH 基质的穴盘中,
每穴播 1 粒, 在自然光温室电热线苗床中发芽与育
苗。出苗前发芽昼夜温度控制在 30℃ö18℃, 出苗后
降至 20～ 25℃ö15℃, 第 1 片真叶萌出后升至25～
30℃ö15～ 20℃。基质内水势保持pF 为 117, 每天称
重并补充水分, 稳定基质水分在开始含水量 (pF 为
117 时的含水量)。出苗后浇灌营养液, 配方为荷兰
Po lyfeed, 苗期 (出苗—移栽) 营养液浓度保持在 112
～ 116 m Söcm [多种肥料溶于水后形成营养液 (Ec)
的浓度即盐度, 用电导率仪测定, 单位为m Söcm (毫
西门子ö厘米) 或 ΛSöcm (微西门子ö厘米) ], 一周 2
次, 每次每株用自制的矿泉水瓶灌溉1617 mL。当第
1 片真叶展平后, 取样测定生物学的各级指标。
1. 3　研究方法
叶面积采用叶长与叶面积的经验函数 y =
01525 6 x 2+ 01085 9 x + 01299 9 (x 为最大叶长, 单
位 cm , y 为叶面积, x > 0, 相关系数 r= 01957 933 ) ;
干物重采用烘干称重法测定; 叶绿体超微结构为植株
第 2 片真叶, 透射电镜制样, 观察并拍照。叶绿素含量
采用 1÷ 1 丙酮醋酸浸提法提取, 分光光度计测定; 光
合速率采用C I301PS 光合系统测定; 根系活力采用
T TC 法测定; 基质pH 采用 1÷5 的水土比浸提 24 h,
pHB 24pH (pH 计型号)测定。数据采用 Excel 以及陕
西农业科学研究院编制的LN T 310 软件处理。
2　结果与分析
2. 1　基质 pH 对甜瓜幼苗光合面积的影响
进入真叶期后, 绿色光合器官的大小与基质pH
的高低明显相关, 但真叶的萌出速率与基质 pH 的
相关性不显著 (数据未给出)。结果表明 (表 1) , 播种
后 14 d 到 35 d, 单株叶面积的 3 次测定值明显受基
质 pH 的影响。基质 pH 由 510 增至 610, 单株叶面
积明显增加, 且随着苗龄的增加更加显著; 基质 pH
从 610 增至 710, 无论苗龄大小, 其单株叶面积在处
理间没有显著差异。基质pH 由 710 增至碱性 810,
单株叶面积开始降低, 但降幅不大, 其绝对值仍显著
高于酸性基质 (510～ 515) 处理。差异表明, 基质
pH 610～ 710 的酸碱度环境, 宜于甜瓜幼苗的生长,
偏碱不会对甜瓜幼苗生长造成较大影响, 但基质pH
< 610 会造成甜瓜幼苗出现生长障碍。
表 1　基质 pH 对甜瓜幼苗单株叶面积的影响 (cm 2ö株)
T ab le 1　Effect of m edia pH on the leaf area of
m uskm elon per seedling (cm 2öper seedling)
处理
T reatm ent
播种后天数　　D ay after sow ing (d)
21 28 35
pH 5. 0 2. 39c±0. 08y 4. 08c±0. 10 6. 70d±0. 16
pH 5. 5 3. 01cx±0. 09 4. 22c±0. 09 8. 57d±0. 09
pH 6. 0 3. 88a±0. 07 7. 24a±0. 21 12. 66b±0. 07
pH 6. 5 3. 87a±0. 03 7. 15a±0. 08 12. 10b±0. 09
pH 7. 0 3. 81a±0. 10 6. 66a±0. 14 14. 35a±0. 13
pH 7. 5 3. 39b±0. 12 6. 54b±0. 12 11. 46bc±0. 17
pH 8. 0 3. 25b±0. 15 6. 95b±0. 06 10. 82c±0. 13
注: pH 5. 0、5. 5、6. 0、6. 5、7. 0、7. 5、8. 0 分别表示基质起
始 pH 值; y 为 3 次之平均值±标准差; x 同列数值间字
母不同表明D uncan’s 多种比较差异显著 (p < 0. 05)。
N o tes: pH 5. 0, 5. 5, 6. 0, 6. 5, 7. 0, 715, 810 indicated
treatm ents w ith pH 5. 0, 5. 5, 6. 0, 6. 5, 7. 0, 7. 5, 810,
respectively. y. the m eans of th ree rep licates±standard
deviat ion. x. sign ifican t difference by D uncan’s m ult i2
p le range test (p < 0. 05) fo r values w ith in the sam e
co lum n.
2. 2　基质 pH 对甜瓜幼苗干重的影响
基质pH 对甜瓜幼苗干重的影响见图 1。图 1 显
894 武 汉 植 物 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 21 卷　
示, 无论是酸性、中性还是碱性基质, 甜瓜幼苗根干
重 (图 1: A )和地上部干重 (图 1: B ) 在育苗周期内的
变化趋势基本相同, 呈现前期增长平缓、中期增长迅
速、后期增长又变慢的规律。但根和地上部干重受基
质pH 的影响程度有所不同。数据分析表明, 整个苗
期的根干重测定值在处理间均呈显著性差异; 地上
部干重变化则不同, 生长前期 (14 d 和 21 d) , 各处
理 F 检验不显著; 生长中后期, 除pH 610、615、710
处理间 F 检验不显著外, 其他处理间达到显著水
平。这一结果表明, 介质酸碱度首先损伤作物根系,
图 1　基质 pH 对甜瓜幼苗根、地上部干物重的影响
F ig11　Effect of m adia pH on shoo t and roo t day w eigh t of m uskm elon per seedling
降低根生长量, 继而影响地上部幼苗的生长, 即根系
是对介质 pH 反应最敏感的器官 (同时测定的根长
度和根系体积均较好地支持了这一结论, 另文发
表) , 其次为地上部的茎和叶。
2. 3　基质 pH 对幼苗根系活力的影响
研究表明, 甜瓜幼苗根系活力对基质 pH 的反
应并非是简单的相关关系。幼苗生长前期, 随着基质
pH 从 510→610→710→810, 幼苗根系活力逐渐下
降, 以酸性基质根系活力最高, 中性和碱性处理根系
活力最低。但幼苗生长的中后期 (大于 32 d) , 随着基
质 pH 的升高, 根系活力呈现上升趋势, 达到了显著
性水平, 酸性基质幼苗根系活力处于最低水平, 但中
性和碱性基质间无显著差异。差异说明, 短期的酸性
胁迫刺激根系活力即呼吸强度增强, 通过呼吸保卫
作用, 抵御酸性毒害, 但继续施加酸性胁迫, 长期高
浓度 H + 将会对根系产生伤害, 使活力呈实质性的
下降。相对而言, 基质碱性对甜瓜根系的毒害不如酸
性的严重, 根系活力降低较少。基质酸碱度不适而造
成根系活力的下降, 可能是植株生长不良的原因之
一 (图 2)。
图 2　基质 pH 对甜瓜幼苗根系活力的影响
F ig12　Effect of m edia pH on the roo t activity
of m uskm elon seedling
2. 4　基质 pH 对甜瓜幼苗光合特性的影响
2. 4. 1　基质 pH 对幼苗叶片叶绿体超微结构的作
用
基质 pH 对幼苗叶片超微结构的影响见图
版É。图版É 显示, 基质 pH 对甜瓜幼苗的影响, 在
994　第 6 期　　　　　　　　　　潘静娴等: 甜瓜幼苗生长及光合特性与育苗基质 pH 相关性研究
二叶一心期的叶绿体超微结构上有一定差异。基质
pH 为酸性条件下, 叶绿体结构有一定程度的降解,
淀粉粒明显增多 (×2 000, 放大倍数) 下, 淀粉粒 67
粒, 嗜锇颗粒增加, 基粒片层受到淀粉粒的挤压, 排
列混乱; 基质 pH 710 处理, 叶绿体结构完整, 基粒片
层排列整齐, 基质中有少许液泡出现, 淀粉粒相对较
少, 同样倍数下为 22 粒, 嗜锇颗粒不多; 基质 pH 为
碱性时, 叶片叶绿体超微结构降解较少, 基粒片层清
晰, 整齐, 嗜锇颗粒较少, 但淀粉粒相对于 pH 710 已
明显增多, 同样倍数下达到 53 粒。
2. 4. 2 基质 pH 对幼苗叶片叶绿素含量和净光合速
率的影响
在不同基质 pH 下, 甜瓜幼苗叶色特征差异非
常明显。第 1 片真叶萌出展开后, 生长于酸性基质上
的甜瓜幼苗, 叶片叶色明显加深, 呈深绿色, 叶片有
变厚变硬趋势。随着基质pH 的升高, 幼苗叶色逐渐
变淡, 呈鲜绿色, 叶片挺而不僵硬。当基质 pH 为碱
性时, 叶色又有加深的趋势, 但浅于酸性基质上生长
的幼苗。显然, 随着基质 pH 的升高, 幼苗叶绿素含
量逐渐下降, 基本呈现 pH 510 > pH 610 > pH 710、
pH 810 的趋势 (图 3: A ) , 整个苗期的测定值 F 检验
均达到显著性水平, 但pH 710 和pH 810 两处理间没
有明显差异。这一差异表明基质 pH 低于 515 以下
时, 叶绿素发生明显堆积, 叶色呈现僵态。然而叶绿
素含量的增加并未增加幼苗的干物质积累, 这可能
与叶片叶绿素的钝化以及叶片叶绿体结构发生一定
程度的降解有关。
此外, 基质在不同 pH 条件下, 幼苗叶片的叶绿
素组分 (用CaöCb 比值表示)也有差异。基质pH 从
酸性升至中性再到碱性, 在整个育苗周期内, CaöCb
比值均呈上升趋势。苗龄 25 d 时, pH 510、610、
710、810 的 CaöCb 比值分别为 2174、2183、2194、
2189; 53 d 时分别为 2164、2177、2187、2196。
叶片净光合速率是植物碳素同化以及积累的一
个重要指标。图 3: B 为 21 d 苗龄幼苗的各时间相对
测定值。测定结果表明, 生长于不同酸碱度基质中的
幼苗, 叶片净光合速率相对值在测定时段内存在明
显差异。酸性介质下 (pH 为 510～ 515) , 其幼苗的相
对值为测定时间内所有处理的最低值; 随着基质pH
的升高 (pH 为 610～ 710) , 相对值迅速上升至较高
水平, 尤其是pH 610 和pH 615 在 8÷00 a1m 1 的相对
值超过了对照 pH 710, 达到最高值; 当基质 pH 升至
碱性后 (pH 为 710～ 810) , 相对值又明显低于对照
pH 710 水平, 但仍高于酸性基质中的幼苗。上述差
异显示, 酸性或碱性基质下, 幼苗的干物质积累的降
低可能是叶片净光合速率的下降造成的。因此, 有利
于甜瓜幼苗生长发育的基质 pH 范围为 610～ 710,
微碱性基质优于酸性基质。
图 3　基质 pH 对甜瓜幼苗叶绿素和叶片净光合速率的影响
F ig13　Effect of m edia pH on the concen tra t ion of ch lo rophyll and net pho to syn thetic ra te of
leaves of m uskm elon seedling
005 武 汉 植 物 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 21 卷　
3　结论与讨论
基质酸碱性显著影响甜瓜穴盘苗的生长, pH <
610 和 pH≥715, 甜瓜幼苗的生长势、光合特性以及
其他生理特征受到显著影响, 尤其是pH < 610, 甜瓜
幼苗受到的酸性毒害更加严重, 幼苗出现明显的生
理障碍, 苗小而僵。表明甜瓜对酸性的耐受性低于对
碱性的抵抗力。
甜瓜幼苗光合特性受基质酸碱性影响明显, 尤
其是 pH < 610 的条件下, 叶绿体超微结构发生明显
解体, 净光合速率严重下降, CaöCb 下降, 但叶绿素
总量却呈增加趋势, 发生明显堆积。叶绿体超微结构
的降解, 表明酸性的影响已达到了植物组织结构水
平; CaöCb 的下降可能是为了捕捉更多的光量子,
通过某种信息传导促进叶绿素 b 的增加, 加强光合
磷酸化作用, 合成更多的A T P 和NAD PH 以抵御
介质酸性的胁迫; 叶绿素总量的增加, 并未引起净光
合速率和单株干重的同步增加, 可以从两方面进行
解释。首先, 叶片中 Fe 含量在酸性条件下是增加
的[8 ] , 叶绿素的合成能力增强, 加上单叶叶面积的减
少, 单位重量叶绿素含量的增加是可能的, 其他研究
者的试验也得出了同样结论[9 ]; 其次, 酸性条件下,
叶绿体超微结构的降解, 叶绿素生理功能钝化, 同时
植株易于积累NO 3- N , 降低N 代谢水平和蛋白质
合成,N 素同化受阻, 从而导致干物质积累下降。前
人在水稻[10 ]、烟草[4, 5 ]等作物上的研究较好地支持
了该结论。
目前, 国内泥炭主要来自东北的黑龙江和吉林
两省, 开发的泥炭大多未进行酸碱性调节, pH 只有
510 左右, 因此使用者必须根据作物需求进行pH 调
节。大多数情况下, 生产中采用增施CaCO 3 调节是
一种安全有效的调控手段, 但石灰的添加量应严格
控制, 添加过多会导致植株营养比例严重失
调[10 12 ]; 结合基质 pH 随时间变化规律, 即无论基质
起始 pH 的高低, 随时间变化均在 pH 710 左右波
动[8 ] , 甜瓜育苗基质起始 pH 可调至 610～ 710, 最好
调至 610～ 615 的范围。
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105　第 6 期　　　　　　　　　　潘静娴等: 甜瓜幼苗生长及光合特性与育苗基质 pH 相关性研究
潘静娴等: 图版É PAN J ing2X ian et a l. : P la teÉ
基质 pH 对甜瓜幼苗叶片叶绿体超微结构的影响
1. pH 5. 0 处理, ×10 000; 2. pH 5. 0 处理, ×2 000; 3. pH 7. 0 处理, ×15 000; 4. pH 7. 0 处理, ×2 000; 5. pH 810 处
理, ×15 000; 6. pH 8. 0 处理, ×2 000。ch. 叶绿体; gl. 基粒片层; sl. 基质片层; s. 淀粉粒; p. 嗜锇颗粒; v. 液泡
Effect of m edia pH on the altrastructu re of ch lo rop last of m uskm elon seedling
1. T reatm ent of m edia pH 5. 0, ×10 000; 2. T reatm ent of m edia pH 5. 0, ×2 000; 3. T reatm ent of m edia pH 7. 0, ×15
000; 4. T reatm ent of m edia pH 7. 0, ×2 000; 5. T reatm ent of m edia pH 810, ×15 000; 6. T reatm ent of m edia pH 5. 0,
×2 000. ch. Ch lo rop last; gl. Grana lam ellae; sl. Strom a lam ellae; s. Starch; p. P lastoglob lus; v. V acuo le
205 武 汉 植 物 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 21 卷