黃瓜不同發(fā)育時(shí)期抗冷特性的研究

摘要：試驗(yàn)表明，低溫條件下黃瓜幼苗期葉片中葉綠素含量、葉片的光合速率、蒸騰強(qiáng)度均能保持較高的水平，對低溫不敏感，有一定的適應(yīng)能力，細(xì)胞膜受低溫傷害較輕，膜脂過氧化程度較低，膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量較低，電解質(zhì)滲漏率較小；滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖、脯氨酸含量大幅度提高，增強(qiáng)了細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力，增加了植物組織束縛水的含量，由于增強(qiáng)了持水力，降低了冰點(diǎn)，從而提高了植株的抗冷性。初花期的黃瓜植株對低溫很敏感，膜脂過氧化程度加強(qiáng)，細(xì)胞膜受到嚴(yán)重傷害，電解質(zhì)滲漏率增大，代謝功能急劇下降，尤其光合作用下降明顯，嚴(yán)重影響了黃瓜植株的生長發(fā)育及以后產(chǎn)量的形成。結(jié)果期黃瓜植株抗寒能力明顯下降，可能與植株衰老、代謝機(jī)能衰退有關(guān)。

關(guān)鍵詞：黃瓜；抗冷特性；發(fā)育時(shí)期

中圖分類號：S642.2；Q945.78；Q945.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：0439-8114(2008)05-0544-05

Cold Tolerance of the Cucumber in Different Development Period

GUO Feng-ling1，LU Yu-hua2，DAI Zhao-yi1

(1.Institute of Economic Crop of Hubei Academy of Agricultural Science，Wuhan 430064，China；

2. Horticultural Institute of Shandong Agricultural University，Taian 271018，Shandong，China)

Abstract：Experiment result indicated that the content of chlorophyll，photosynthesis，rate of transpiration of young cucumber seedling under low temperature condition could keep higher level. Cell membrane was hurt slightly by low temperature. MDA content was lower. The rate of electrolyte seepage was smaller. Dissolubility sugar and proline content increased. These all strengthened the regulating ability of penetration，raised the anti-cold ability of the plant. The cucumber plant during the flowering period was very sensitive to the low temperature，the cell membrane was hurt seriously，electrolyte seepage rate increased，metabolism functionh decreased sharply，photosynthesis decreased obviously. These influenced seriously the growth of the cucumber plant and the formation of the yield. The anti-cold ability of the cucumber plant during the fruit period decreased obviously，which probably related to plant decrepitude.

Key words：cucumber；anti-cold characteristic；development period

在我國保護(hù)地蔬菜生產(chǎn)中，黃瓜是主要的蔬菜種類之一。黃瓜是喜溫蔬菜，起源于亞熱帶，對低溫反應(yīng)敏感，因此保護(hù)地生產(chǎn)中最大的生產(chǎn)障礙就是經(jīng)常出現(xiàn)低溫冷害，這對產(chǎn)量和質(zhì)量影響很大。黃瓜的耐冷力與低溫冷害有直接的關(guān)系，而耐冷力的強(qiáng)弱則是黃瓜長期適應(yīng)環(huán)境形成的，并受遺傳因素控制的一種生理特性，不同品種間存在著差異。另一方面，有生命的生物體必須具有對外部環(huán)境條件敏感并對外部環(huán)境因子有生理反應(yīng)的能力，才能維持其穩(wěn)定的生長。在低溫條件下，黃瓜是通過形態(tài)變化、生理生化反應(yīng)和代謝功能的改變來提高對逆境的適應(yīng)能力的。有關(guān)黃瓜低溫冷害的研究越來越多，包括黃瓜在低溫條件下的生理生化過程與正常條件下有明顯不同、黃瓜抗冷品種的篩選及鑒定、鑒定冷害的指標(biāo)、黃瓜對低溫敏感性的變化規(guī)律、低溫冷害的化學(xué)保護(hù)、黃瓜嫁接苗的抗冷特性、土壤低溫對黃瓜生理生化特性的影響等等。這些研究初步弄清了黃瓜低溫冷害的機(jī)制，并篩選出了許多抗冷品種，在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。盡管有關(guān)黃瓜低溫冷害的研究很多，但大多是關(guān)于黃瓜幼苗期抗冷性的研究，而有關(guān)黃瓜不同發(fā)育時(shí)期的抗冷性及其相互關(guān)系還未見報(bào)道。為此，我們在這方面做了一些工作，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 材料及試驗(yàn)處理

試驗(yàn)采用4個(gè)抗寒力不同的黃瓜品種：津春3號、長春密刺、津研7號、津研4號(其耐冷性指數(shù)分別為4.49、4.28、4.01、3.32)[1]。將供試品種播種于營養(yǎng)缽中，常溫下進(jìn)行統(tǒng)一管理。子葉期(子葉展平)和苗期(3葉1心時(shí)期)處理，每個(gè)品種選20株置于光照培養(yǎng)箱中，先于晝夜溫度15℃±0.5℃/10.5℃±0.5℃的環(huán)境下預(yù)處理2 d，然后再置于晝夜溫度10.5℃±0.5℃/5℃±0.5℃的條件下處理3 d，取出幼苗進(jìn)行有關(guān)項(xiàng)目的測定；初花期(第1雌花開放至根瓜坐住)，結(jié)果期(即結(jié)果盛期)的處理是通過在溫室中調(diào)節(jié)風(fēng)口的大小控制晝夜溫度在10.5℃±0.5℃/5℃±0.5℃，處理3 d，光照強(qiáng)度在4 500～

5 000 Lx，然后進(jìn)行有關(guān)項(xiàng)目的測定，初花期的植株取第4、5葉片(從植株頂端計(jì)數(shù))，結(jié)果期的植株取壯齡葉片進(jìn)行有關(guān)項(xiàng)目的測定。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

葉綠素含量的測定采用丙酮比色法[2]。可溶性糖含量的測定采用蒽酮法[3]。脯氨酸含量的測定采用酸性水合茚三酮顯示法[3]，按公式計(jì)算含量：

式中，C為提取液中脯氨酸濃度(μg·mL^-1)；V為提取液總體積(mL)；a為測定所用體積(mL)；W為樣品重(g)。

光合強(qiáng)度、氣孔阻力、蒸騰強(qiáng)度、細(xì)胞間隙CO₂濃度的測定采用LI—6200型便攜式光合測定系統(tǒng)(美國產(chǎn))進(jìn)行測定。

電解質(zhì)滲漏率的測定[4]：以O(shè)RION TDS電導(dǎo)儀(美國產(chǎn))測定脅迫后葉片的電導(dǎo)率，按下式計(jì)算電解質(zhì)滲漏率(%)：

膜脂過氧化產(chǎn)物MDA的測定采用Heath等的方法[5]，MDA的含量按△Emol(532 nm-600 nm)=1.55×105換算，用nmol·g-1 FW表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對黃瓜不同發(fā)育時(shí)期葉片電解質(zhì)滲漏率的影響

電解質(zhì)滲漏率是檢驗(yàn)植物受逆境脅迫以后細(xì)胞膜透性的重要指標(biāo)，電解質(zhì)滲漏率的變化與作物的耐冷力呈相反的趨勢[6]。在正常適宜的溫度條件下，4個(gè)黃瓜品種測定的4個(gè)生育期(除結(jié)果期外)葉片的電解質(zhì)滲漏率沒有明顯的差異。低溫脅迫引起黃瓜葉片電解質(zhì)滲漏率的大幅度增加，而且品種之間存在很大差異(表1)，津春3號電解質(zhì)滲漏率最小且增加量最少(除幼苗期以外)，津研4號電解質(zhì)滲漏率最大且增加最多，與品種的抗冷性強(qiáng)弱呈相反的趨勢；從不同發(fā)育時(shí)期來看，均以幼苗期受影響最輕，電解質(zhì)滲漏率最小且增加量最少，子葉期、初花期次之，結(jié)果期受到的傷害最嚴(yán)重，這說明黃瓜隨著生育期的進(jìn)展，幼苗期植株的抗冷力最強(qiáng)，初花期次之，而后隨著植株的衰老，抗冷性逐漸減弱，到結(jié)果后期，植株對低溫脅迫最敏感，最易受低溫的襲擊而受到傷害。這可能與結(jié)果期根系迅速衰老、抵御逆境脅迫的能力下降有關(guān)。

2.2 低溫脅迫對黃瓜不同發(fā)育時(shí)期葉片中MDA含量的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，在適宜的溫度條件下，植株體內(nèi)MDA的含量都較低，且品種間不同生育期的植株體內(nèi)MDA含量沒有明顯差異(表2)。低溫脅迫使黃瓜葉片中的MDA含量明顯增加，其中津研4號無論哪個(gè)生育期MDA含量都最高，增加了183.6%；津春3號含量最低，僅僅增加了90.9%；其次為長春密刺和津研7號(分別增加138.89%、138.87%)。低溫條件下MDA含量和增加量與各品種的耐寒性呈顯著負(fù)相關(guān)，這與王以柔等的結(jié)果一致[7]。另外，各黃瓜品種葉片中MDA含量的變化隨著植株的生長發(fā)育表現(xiàn)出不同的變化趨勢，從子葉期、幼苗期到初花期，MDA增加量逐漸減少，再到結(jié)果期則有一個(gè)增加的趨勢，以幼苗期、初花期MDA的含量及增加量最少，而以結(jié)果期含量及增加量都最大。由此我們可以推測黃瓜植株的抗冷力隨著生育期先是逐漸提高，而后下降，到結(jié)果后期最弱。

2.3 低溫脅迫對不同發(fā)育時(shí)期黃瓜葉片中葉綠素含量的影響

黃瓜植株在正常適宜的溫度條件下，津研4號葉綠素含量最高，津春3號含量最低，從子葉期到結(jié)果期，隨著植株的生長發(fā)育，葉片中葉綠素的含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，但到結(jié)果后期又明顯降低。經(jīng)低溫處理后，4個(gè)黃瓜品種各測定時(shí)期的葉綠素含量明顯比對照低，但各生育期的變化情況不同。低溫條件下，幼苗期的植株葉片中葉綠素含量最高，子葉期和初花期次之，結(jié)果期含量最低，葉綠素在低溫下大量降解，遭到嚴(yán)重破壞(表3)。

2.4 低溫脅迫對各時(shí)期黃瓜葉片的光合作用、氣孔阻力、蒸騰速率和細(xì)胞間隙CO₂濃度的影響

正常適宜的溫度條件下，不同黃瓜品種在同一發(fā)育時(shí)期，黃瓜葉片的光合速率、氣孔阻力的差異不明顯，而同一品種的不同發(fā)育時(shí)期的光合速率、氣孔阻力則表現(xiàn)出明顯的差異(表4)，均以子葉期、幼苗期的光合速率最低，氣孔阻力最大，結(jié)果后期的光合速率比較小，初花期光合速率較大(平均為19.52μmol·m-2·s-1)。子葉期和幼苗期的葉片較小，葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)育可能不夠完善，葉綠素含量低且發(fā)育不成熟；同時(shí)氣孔阻力大，造成細(xì)胞間隙CO₂濃度低，因而光合速率比較低；結(jié)果后期植株衰老，葉片老化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，生理機(jī)能逐漸衰退；同時(shí)葉綠素明顯下降，氣孔阻力大，光合速率也隨之下降；而初花期和結(jié)果期在正常溫度條件下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)育完善，葉綠素含量高，并且此時(shí)的產(chǎn)品器官逐漸形成和陸續(xù)產(chǎn)生，大量的光合產(chǎn)物向產(chǎn)品器官運(yùn)輸分配，源庫關(guān)系良好，因而促進(jìn)了光合作用的進(jìn)行，光合速率較高。低溫脅迫條件下，黃瓜葉片的光合作用明顯下降，氣孔阻力上升，細(xì)胞間隙CO₂濃度降低(表5)，但不同發(fā)育時(shí)期的變化情況不同，不同品種之間抗寒性強(qiáng)的品種津春3號無論在哪個(gè)發(fā)育時(shí)期光合速率下降的幅度都較小，仍保持較高的光合速率，而耐冷性最弱的津研4號光合速率下降的幅度最大，低溫對其光合作用的影響最大，長春密刺和津研7號，光合速率下降幅度中等。從不同發(fā)育時(shí)期來看，均以幼苗期光合速率下降的幅度最小，仍保持較高的光合速率，低溫對它們的影響較小，初花期的光合速率仍最高，但其光合速率的下降率也最大，說明初花期黃瓜葉片的光合速率受到了很大的影響，而這個(gè)時(shí)期正是花芽分化和產(chǎn)品器官形成的重要時(shí)期，光合速率的下降，必然造成黃瓜產(chǎn)量及品質(zhì)的下降。結(jié)果期尤其是結(jié)果后期黃瓜光合速率急劇下降。低溫條件下，光合速率下降，氣孔阻力上升，說明低溫條件下氣孔對光合的限制作用增加，但光合速率的下降與氣孔阻力的升高并不完全吻合，因此光合速率的下降除氣孔因素外，還有非氣孔因素的影響。低溫脅迫條件下，不同品種不同發(fā)育時(shí)期的黃瓜葉片的蒸騰速率下降，其變化特點(diǎn)與光合作用的變化特點(diǎn)相似。

2.5 低溫脅迫對不同發(fā)育時(shí)期黃瓜葉片中可溶性糖含量的影響

在正常適宜的溫度條件下，黃瓜葉片中可溶性糖的含量品種間存在明顯差異，均以耐冷性最強(qiáng)的津春3號含量最高，其次是長春密刺和津研7號，津研4號含量最低，但同一品種的不同生育期之間葉片中可溶性糖的含量沒有明顯差異；低溫處理后，葉片中可溶性糖的含量明顯增加。均以幼苗期黃瓜葉片中可溶性糖的含量最高，增加的也最多，而以結(jié)果期增加的最少，含量也最低(表6)。

2.6 低溫脅迫對不同發(fā)育時(shí)期黃瓜葉片中脯氨酸含量的影響

植物或其器官的抗冷性與游離脯氨酸的含量呈正相關(guān)關(guān)系[8]，在低溫脅迫條件下，黃瓜葉片中游離脯氨酸積累，但不同黃瓜品種之間脯氨酸濃度的變化存在很大差異(表7)，均以抗寒性最強(qiáng)的津春3號增加的幅度最大，且葉片中脯氨酸濃度保持相當(dāng)高的水平，以長春密刺、津研7號次之，而以抗冷性最弱的津研4號脯氨酸濃度的變化量最小，含量最低。從不同發(fā)育時(shí)期來看，在低溫條件下，以初花期黃瓜葉片中脯氨酸濃度最大，增加的幅度最大，其次是幼苗期、子葉期增加的最少，而結(jié)果期脯氨酸濃度不但沒有增加，反而發(fā)生大幅度的減少，這可能由于結(jié)果期植株衰老，抵抗低溫的能力急劇下降，細(xì)胞受到了嚴(yán)重傷害，代謝活動(dòng)紊亂而造成的。

3 小結(jié)與討論

3.1 低溫脅迫對黃瓜細(xì)胞膜透性的影響

細(xì)胞膜是低溫影響的最敏感部位之一，低溫造成膜傷害，傷害的結(jié)果是膜半透性的喪失，從而導(dǎo)致膜內(nèi)物質(zhì)向外滲漏，并最終引起細(xì)胞死亡。因此膜內(nèi)物質(zhì)的滲漏率能準(zhǔn)確的衡量出低溫對植物的傷害程度。通常可用低溫傷害前后的相對電導(dǎo)率來表示膜內(nèi)電解質(zhì)滲漏率[9]，眾多研究證明電解質(zhì)滲漏率達(dá)50%時(shí)，植物會(huì)因傷害而死亡。研究發(fā)現(xiàn)在正常適宜的溫度條件下，4個(gè)黃瓜品種測定的4個(gè)生育時(shí)期葉片電解質(zhì)滲漏率沒有明顯差異，低溫脅迫則引起葉片電解質(zhì)滲漏率的大幅度增加，但品種間存在很大差異，其大小與品種的耐冷性之間呈負(fù)相關(guān)。不同生育期的黃瓜葉片電解質(zhì)滲漏率不同，均以幼苗期的最小，結(jié)果期的最大，單從電解質(zhì)滲漏率的大小來看，結(jié)果期植株對低溫較敏感，受到的傷害最嚴(yán)重，而幼苗期的植株抵抗低溫的能力較強(qiáng)，子葉期和初花期植株耐低溫能力次之。

3.2 低溫脅迫對黃瓜膜保護(hù)系統(tǒng)的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，低溫造成黃瓜膜脂過氧化，膜脂過氧化的最終產(chǎn)物MDA的含量明顯增加，且品種間存在明顯的差異，低溫耐性強(qiáng)的品種津春3號葉片中MDA的含量最低，耐性弱的品種津研4號MDA含量最高，所以低溫耐性強(qiáng)的品種膜脂過氧化程度明顯低于耐性弱的品種。膜脂過氧化程度與黃瓜對低溫的耐性密切相關(guān)。從不同生育時(shí)期來看膜脂過氧化的程度，發(fā)現(xiàn)在幼苗期葉片中MDA的含量及增加量都最少，其次是子葉期和初花期，結(jié)果期MDA含量及增加量均最多。因此黃瓜植株在幼苗期和初花期膜脂過氧化的程度較弱，受到的傷害較輕；而結(jié)果期膜脂過氧化程度較高，受到的傷害較嚴(yán)重，對低溫脅迫敏感，這也許與結(jié)果期植株衰老、對逆境的抵抗能力下降有關(guān)。

3.3 低溫對黃瓜葉片中葉綠素含量及光合速率的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，低溫脅迫對黃瓜植株的光合特性有顯著影響，低溫降低了光合速率和蒸騰速率。光合速率的降低，一方面是由氣孔因素引起的，低溫造成葉片水勢明顯降低，水分虧缺，氣孔關(guān)閉，氣孔阻力增大，細(xì)胞間隙CO₂濃度降低，光合速率降低；另一方面光合速率的下降與氣孔阻力的升高并不完全吻合，說明有非氣孔因素存在。

低溫脅迫使植物葉片綠素含量下降。研究認(rèn)為低溫條件下幼苗期黃瓜葉片葉綠素下降量較少，受低溫的影響小，因此對維持葉片較高的光合速率有一定的作用，而初花期、結(jié)果期葉綠素含量下降較多，受低溫的影響大，也嚴(yán)重影響葉片的光合速率。

光合作用和蒸騰強(qiáng)度是植物主要的代謝過程，在低溫下幼苗期的黃瓜植株能夠維持較高的光合速率和蒸騰速率，也就維持了較高的代謝水平，這是幼苗期植株較抗冷的重要生理原因。

3.4 低溫脅迫對黃瓜葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

我們對黃瓜不同發(fā)育時(shí)期的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)中的可溶性糖、脯氨酸進(jìn)行了測定。結(jié)果表明，低溫脅迫下植物體內(nèi)可溶性糖、游離脯氨酸大量積累，但不同發(fā)育時(shí)期這些物質(zhì)的增加量不同，幼苗期可溶性糖的增加量最多，而初花期則是脯氨酸的增加量最多，這可能與各個(gè)時(shí)期生長特性不同有關(guān)，具體的調(diào)節(jié)機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

3.5 小結(jié)

本試驗(yàn)通過對黃瓜4個(gè)不同發(fā)育時(shí)期抗冷指標(biāo)的研究，發(fā)現(xiàn)黃瓜在幼苗期對低溫的抵抗能力強(qiáng)，受到的傷害最輕，而且在常溫下易于恢復(fù)；幼苗期的黃瓜植株仍保持較高的生理代謝功能，光合速率、蒸騰速率能保持較高的水平。而子葉期、初花期植株的抗冷力下降，對低溫敏感，尤其初花期對低溫的敏感性將會(huì)嚴(yán)重影響到以后產(chǎn)量的形成。因此在黃瓜冬季生產(chǎn)中，于早春天氣多變期，對于處于結(jié)果初期的黃瓜植株一定要加強(qiáng)保溫防寒，避免不良后果的發(fā)生。結(jié)果盛期黃瓜植株的抗冷力最差，這可能與結(jié)果期植株衰老、內(nèi)部結(jié)構(gòu)開始遭到破壞、代謝機(jī)能的下降有關(guān)，其中的原因還有待于進(jìn)一步的研究。

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(責(zé)任編輯 王 珞)

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