钙是植物生长发育过程中必不可少的中量元素之一，具有调节细胞的功能，不仅影响细胞膜的形成、生物膜结构的稳定性和完整性，还参与调节植物体内多种生理生化过程[1]。有关外源钙在马铃薯、苹果等植物上的影响研究较多，高静[2]研究指出，施钙对不同品种马铃薯的株高、茎粗、叶面积和干物质含量增加均有促进作用；付璐璐[3]研究认为，外源钙离子（Ca2+）的施用能够提高苹果叶片光合性能，提高其植株对氮素的利用率。实际生产中，有关外源钙对丝瓜生长发育方面影响的研究报道较少。为此，本试验通过无土栽培的方式，设置不同梯度的外源钙浓度，研究其对丝瓜植株形态建成、光合色素、光合能力及根系活力的影响，以探寻适宜丝瓜生长的外源钙浓度，为外源钙对丝瓜生长机理的研究提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试丝瓜品种为绿钻88[瑞克斯旺（中国）种子有限公司]。钙肥类型为硝酸钙液体肥，购自当地农资市场。
1.2 试验设计
采用水培试验，设置1个对照（CK）和4个处理（T1、T2、T3和T4），其中对照Ca2+浓度0 mmol/L，T1、T2、T3和T4处理的Ca2+浓度分别为3、6、12和24 mmol/L。设置3次重复，每10株丝瓜苗为1个重复。选取长势基本一致的3叶1心丝瓜幼苗，栽于长50 cm、宽30 cm的装有营养液的栽培框中，每框栽10株，按试验设计的浓度添加外源钙，14 d后进行指标测定。
1.3 测定指标与方法
1.4 数据处理
利用Microsoft Excel 2007软件进行数据处理，使用SPSS 23.0软件进行数据统计分析。
2 结果与分析
2.1 对丝瓜植株形态建成的影响
由表1可知，不同浓度的外源钙对丝瓜植株株高、茎粗、叶面积和根长的影响不同。在Ca2+浓度在0～24 mmol/L时，该作物植株株高、茎粗、叶面积和根长随着外源钙浓度的增加呈现先升高再降低的趋势，当外源钙浓度在12 mmol/L（T3）时，各形态指标值最大，较CK处理分别增加19.47%、25.15%、19.60%和17.85%，差异具有统计学意义（P<0.05），表明增施外源钙能够促进丝瓜植株形态建成，但其促进作用存在一定的阈值，超出阈值会使其植株形态建成的促进作用减弱。T1处理的丝瓜植株株高、茎粗、叶面积和根长与CK处理差异无统计学意义（P>0.05），说明低浓度外源钙对其植株形态建成的影响较小。
表1 不同浓度的外源钙对丝瓜植株株高、茎粗、叶面积和根长的影响 |
| 处理 | 株高/cm | 茎粗/mm | 叶面积/cm2 | 根长/cm |
|---|---|---|---|---|
| CK | 12.38 c | 3.26 c | 41.69 c | 13.61 b |
| T1 | 12.67 bc | 3.37 c | 42.21 bc | 13.94 b |
| T2 | 13.50 b | 3.62 b | 44.54 bc | 14.77 ab |
| T3 | 14.79 a | 4.08 a | 49.86 a | 16.04 a |
| T4 | 13.15 bc | 3.45 bc | 45.32 b | 14.56 b |
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2.2 对丝瓜叶片光合色素含量的影响
由表2可知，施加外源钙处理的丝瓜叶片叶绿素a含量高于对照，其中，T1、T4处理与CK处理差异无统计学意义（P>0.05）；T2、T3处理与CK处理差异具有统计学意义（P<0.05），较CK处理分别增加16.24%、29.06%。T2、T3和T4处理的叶绿素b含量与CK处理差异均具有统计学意义（P<0.05），且以T3处理含量最高，较对照增加33.33%。叶绿素a+b含量的变化趋势与叶绿素b含量的变化趋势基本一致，以T3处理最高，较CK处理增加30.13%。类胡萝卜素含量在T1、T4处理下与CK处理无统计学意义（P>0.05），在T2、T3处理下与CK处理差异具有统计学意义（P<0.05），分别增加12.90%、20.81%。外源钙的增施有利于丝瓜叶片光合色素含量的增加，以T3处理的叶片光合色素含量较高。
表2 不同浓度外源钙对丝瓜叶片光合色素含量的影响 (mg/g) |
| 处理 | 叶绿素a | 叶绿素b | 叶绿素a+b | 类胡萝卜素 |
|---|---|---|---|---|
| CK | 1.17 c | 0.39 c | 1.56 d | 0.31 c |
| T1 | 1.22 c | 0.41 c | 1.63 cd | 0.32 bc |
| T2 | 1.36 b | 0.46 b | 1.83 b | 0.35 b |
| T3 | 1.51 a | 0.52 a | 2.03 a | 0.39 a |
| T4 | 1.25 c | 0.45 b | 1.70 bc | 0.34 bc |
2.3 对丝瓜叶片净光合速率的影响
由图1可以看出，不同浓度的外源钙对丝瓜叶片净光合速率的影响存在差异。施加外源钙处理的叶片净光合速率高于对照，其中，T3处理的净光合速率最大，较CK处理增加11.22%，表明施用外源钙在一定程度上有利于丝瓜叶片光合能力的提高。T4处理的外源钙浓度高于T3处理，但净光合速率低于T3处理，这说明光合能力并不随外源钙浓度的增加呈现持续上升趋势，钙浓度过高可能抑制净光合速率的提升。
2.4 对丝瓜植株根系活力的影响
3 结论与讨论
株高、茎粗、叶面积和根长是衡量植株生长状态、发育水平及营养状况的重要指标。高向阳等[6]研究认为，当Ca2+浓度在0～14 mmol/L时，大豆植株根系生长及干物质积累量随Ca2+浓度的增加呈现上升趋势。本试验结果表明，适宜浓度的外源钙有利于丝瓜株高、茎粗、叶面积和根长等形态建成指标数值的增加，且在12 mmol/L时效果相对较好，这可能是因为钙是细胞壁的重要组成元素之一，增施外源钙有利于植物细胞壁的形成，加速细胞分裂生长，进而促进植株形态建成。T4处理施用的外源钙浓度高于T3处理，而株高、茎粗、叶面积和根长等指标均低于T3处理，可见外源钙对丝瓜形态建成的促进作用并不随其浓度的增加而持续增加，而是具有低浓度促进、高浓度抑制的调节关系，这可能是因为钙可通过调控生长素影响植株生长发育，低浓度的生长素促进植株生长，高浓度的生长素可能在一定程度上抑制植株生长[7]。
叶绿体是植株进行光合作用的主要场所，净光合速率的高低能够反映植物光合作用的强弱程度。Ca2+作为植物体内的重要元素之一，对植株叶片叶绿素含量和光合能力有重要的调控作用。韩龙慧等[8]研究得出，当Ca2+浓度在0～10 mmol/L时，油桃叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度均随Ca2+浓度的升高而表现出先升高后降低趋势，且Ca2+浓度在8 mmol/L时值最大。龙明华等[9]研究认为，适宜浓度的钙能够促进厚皮甜瓜叶片叶绿素含量、类胡萝卜素含量的增加，提高光合速率，而缺钙和高钙条件则引起上述指标的下降。本试验结果表明，Ca2+浓度在0～12 mmol/L时，丝瓜叶片叶绿素含量随着其浓度的增加而提高，适量的钙能够增强植物机体抗氧化保护酶的活性，有利于叶绿体保持稳定；当Ca2+浓度达到24 mmol/L时，叶绿素含量不升反降，这可能是因为高浓度的Ca2+与Mg2+、K+等离子产生拮抗作用，在一定程度上抑制了合成叶绿素所必需的Mg2+等离子的吸收，从而降低了叶绿素含量。Ca2+浓度在0～12 mmol/L时，丝瓜植株叶片光合能力随着其浓度的增加而提升，这可能是因为叶绿素含量的高低与植株光合能力的强弱呈正相关，适宜浓度的钙能够促进植物机体叶绿素含量的提高，从而提高丝瓜叶片的净光合速率。另外，适宜浓度的钙能够有效调节植株气孔的开闭，促进胞内外气体交换，提高光合能力。本试验结果还证明，高浓度的外源钙能够抑制丝瓜叶片光合能力的提高，这可能是因为高浓度的钙素会导致光合系统膜结构被破坏，光系统Ⅰ和光系统Ⅱ受到损伤，致使光合作用的原初反应受到抑制，电子传递链受到破坏，从而导致光合能力的下降[10]。
综上，为探寻适宜丝瓜生长的外源钙浓度，本试验通过对丝瓜植株增施不同浓度的Ca2+，研究其对丝瓜植株形态建成、光合色素、光合能力及根系活力的影响。结果表明，适宜浓度的外源钙对丝瓜植株形态建成、叶片光合色素含量增加、叶片净光合速率提高和植株根系活力增强均有促进作用，而过高浓度的外源钙对上述指标的促进作用减弱。高浓度Ca2+对植株生长的抑制机理有待进一步研究。