漸降低溫脅迫對(duì)黃瓜幼苗耐冷性及保護(hù)酶活性的影響

于錫宏 鄭姍姍 蔣欣梅* 于廣建* 孫彩虹 李丹

（1東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030；2遼陽市農(nóng)林科學(xué)院，遼寧 遼陽 111000）

低溫脅迫是植物栽培中常遇到的一種災(zāi)害，按照低溫的不同程度，將0 ℃以上的低溫對(duì)植物造成的危害叫做冷害。冷害本質(zhì)上是低溫對(duì)植物體造成的損傷，引起冷害的低溫脅迫在植株整個(gè)生育過程中均會(huì)造成不利影響，如導(dǎo)致植株苗弱、生長遲緩、萎蔫、黃化、局部壞死、產(chǎn)量降低和品質(zhì)下降等（馬文月，2004），給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。

黃瓜（Cucumis sativus L.）屬葫蘆科黃瓜屬，是重要的喜溫果菜類蔬菜之一，起源于亞熱帶，對(duì)低溫非常敏感（張險(xiǎn)峰，2008）。整個(gè)生育期的最適溫度為 18～25 ℃，10 ℃以下不能正常生長發(fā)育（譚其猛，1979）。黃瓜作為冬春設(shè)施反季節(jié)生產(chǎn)的主栽蔬菜，在生育期內(nèi)經(jīng)常遭受低溫脅迫。因此，前人從生態(tài)學(xué)、形態(tài)學(xué)和生理生化等多個(gè)角度探討低溫脅迫對(duì)黃瓜的影響，從而減輕黃瓜的低溫冷害（陳青君 等，2003；逯明輝 等，2004；Meng et al.，2008；Yang et al.，2011）。從目前的研究來看，前人的研究大多都是將黃瓜幼苗直接放在一定的低溫脅迫環(huán)境中進(jìn)行的（崔巖 等，2008；李素梅 等，2009），但自然界所產(chǎn)生的降溫往往不是瞬間就能達(dá)到的，而是一個(gè)漸進(jìn)的過程。筆者認(rèn)為采用直降低溫脅迫研究黃瓜冷害機(jī)理不夠準(zhǔn)確，而模擬自然界的漸降低溫脅迫方式對(duì)黃瓜生長影響方面的研究尚未見報(bào)道。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）是植物體內(nèi)的保護(hù)性酶，當(dāng)植物受到逆境脅迫時(shí)，其活性也隨之變化。為此，本試驗(yàn)以黃瓜幼苗為材料，研究模擬自然界條件的漸降低溫脅迫對(duì)黃瓜幼苗冷害指數(shù)及保護(hù)酶活性影響，進(jìn)一步為低溫冷害機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于 2009～2010年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施中心和黑龍江省教育廳寒地蔬菜生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了兩年重復(fù)試驗(yàn)。選用黃瓜品種津優(yōu)1號(hào)（天津科潤黃瓜研究所選育）為試材。

1.2 方法

于6月5日在陽光板日光溫室內(nèi)，將催芽的黃瓜種子播于8 cm×8 cm營養(yǎng)缽中，低溫脅迫處理前溫室內(nèi)的溫度為25～30 ℃/18～22 ℃（晝/夜，下同），光照強(qiáng)度為6萬～7萬lx，正常管理。當(dāng)幼苗長到三葉一心時(shí)，隨機(jī)選取大小基本一致的三葉期黃瓜幼苗，分成3組于17：00同時(shí)放入LRH250-G型光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行降溫處理。第1組幼苗進(jìn)行模擬自然界的溫度漸降處理（以T表示），即最初溫度設(shè)置為（25±0.5）℃，然后以1 ℃·h-1的平均速度進(jìn)行降溫處理，最終到第2天8：00時(shí)降為（10±0.5）℃，其間17：00～翌日5：00為黑暗處理；第2組幼苗進(jìn)行對(duì)照（CK）試驗(yàn)，即從最初溫度〔（25±0.5）℃〕直接降低到脅迫溫度〔（10±0.5）℃/（5±0.5）℃〕。在低溫脅迫的同時(shí)，本試驗(yàn)還設(shè)置了另一個(gè)常溫條件的第3組對(duì)照CK1〔（25℃±0.5）℃/（18±0.5℃）〕。所有處理的光照時(shí)間均為12 h·d-1，處理8 d，光照強(qiáng)度為4000 lx。每個(gè)處理60株，3次重復(fù)。

低溫脅迫2、4、6、8 d后，分別對(duì)冷害指數(shù)進(jìn)行調(diào)查，同時(shí)隨機(jī)選取10株，剪取葉片混合取樣，測定與冷害有關(guān)的保護(hù)酶。其中冷害指數(shù)參照姜述君等（2007）的標(biāo)準(zhǔn)，分為5級(jí)：0級(jí)—幼苗未受冷害；1級(jí)—少數(shù)葉片有輕度萎蔫，但沒有葉片發(fā)生壞死；2級(jí)—半數(shù)以下的葉片萎蔫死亡，但主莖未死；3級(jí)—超過半數(shù)以上的葉片萎蔫死亡，主莖死亡；4級(jí)—全株死亡。

冷害指數(shù)=Σ（各級(jí)株數(shù)×級(jí)數(shù)）/總株數(shù)

POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚比色法（張立軍和樊金娟，2007），CAT活性測定采用高錳酸鉀滴定法，SOD活性測定參照李合生（2004）的方法。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)差異顯著分析采用鄧肯法（Duncan’s multiple-range test）。

2 結(jié)果與分析

2.1 漸降低溫脅迫對(duì)黃瓜幼苗冷害指數(shù)的影響

由圖1可知，無論是漸降低溫脅迫處理（T）還是直降低溫脅迫（CK），植株的冷害指數(shù)均隨著低溫脅迫時(shí)間的延長而上升，且漸降低溫脅迫對(duì)冷害有一定的緩解作用。在低溫脅迫的8 d內(nèi)，T與CK的黃瓜幼苗雖表現(xiàn)出不同程度的冷害，但處理T的冷害指數(shù)均顯著低于CK。

2.2 漸降低溫脅迫對(duì)黃瓜幼苗保護(hù)酶活性的影響

由表1所知，在低溫脅迫處理的8 d內(nèi)，漸降低溫脅迫（T）與直降低溫脅迫（CK）的黃瓜幼苗SOD、POD、CAT活性均呈先上升后下降的趨勢。

SOD能清除活性氧自由基，保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)，因此其活性大小可以反映細(xì)胞對(duì)低溫逆境的適應(yīng)能力（顧華杰 等，2009）。由表1可知，在處理期間內(nèi)，SOD活性在第6天達(dá)到最大值。而常溫對(duì)照（CK1）的SOD活性在各測定時(shí)間內(nèi)均處于最低水平，隨處理天數(shù)的增加呈緩慢上升趨勢，第2、4天之間的 SOD活性均變化不顯著，從第 6天開始SOD活性顯著提高，但第6天和第8天之間變化不顯著。對(duì)于同一測定時(shí)間，即分別在低溫脅迫第2、4、6、8天，漸降低溫脅迫（T）、直降低溫脅迫（CK）與常溫對(duì)照（CK1）三者之間均有顯著性差異，T的黃瓜幼苗SOD活性顯著高于CK，且兩者同時(shí)顯著高于CK1。

低溫脅迫后的黃瓜幼苗POD活性與CAT活性的變化趨勢同SOD活性相同，無論是漸降低溫脅迫（T）還是直降低溫脅迫（CK），與常溫對(duì)照（CK1）相比，黃瓜植株體內(nèi)的POD活性和CAT活性在測定時(shí)間內(nèi)均顯著提高，而漸降低溫脅迫（T）在各測定時(shí)間內(nèi)酶活性最高，顯著高于直降低溫脅迫（CK）。

圖1 漸降低溫脅迫對(duì)黃瓜幼苗冷害指數(shù)的影響

3 結(jié)論與討論

植物遭受低溫脅迫的主要特征是活性氧代謝的失調(diào)。過多的活性氧自由基可以作用于關(guān)鍵性生物大分子如蛋白質(zhì)、核酸等，改變其生理功能，引起植物體傷害甚至死亡（Dat et al.，2000）。植物體內(nèi)的保護(hù)酶包括SOD、POD、CAT等。SOD存在于細(xì)胞的葉綠體、線粒體、細(xì)胞質(zhì)和過氧化物酶體中，可以催化生成H2O2（Liau et al.，2007）。許多研究發(fā)現(xiàn)，在不同逆境脅迫條件下，SOD活性升高（Martinez et al.，2001；Ali et al.，2005）。如紫萍的SOD活性在10～12 ℃時(shí)比在適宜溫度時(shí)高（Song et al.，2006）。黃瓜葉片的SOD活性在低溫條件下相比于常溫條件有所升高。POD主要存在于非原生質(zhì)體中（Shigeoka et al.，2002），可以減緩過氧化氫的積累。Janda等（2003）認(rèn)為，酶活性的增加有助于增強(qiáng)清除過氧化氫的能力。因此，經(jīng)低溫處理后植物的POD活性要比常溫下高，說明該酶可以減輕低溫脅迫產(chǎn)生的過氧化氫造成的脂質(zhì)過氧化傷害。CAT位于線粒體和微體中，是清除過氧化氫的主要酶之一（Shigeoka et al.，2002）。研究表明，在遭受低溫等逆境脅迫時(shí)，植物的CAT會(huì)起到一定的調(diào)節(jié)作用（Willekens et al.，1994），其CAT活性升高。崔巖等（2008）發(fā)現(xiàn)，黃瓜幼苗經(jīng)過低溫處理后體內(nèi)的CAT活性是升高的。

本試驗(yàn)僅初步研究了與直降低溫脅迫對(duì)照相比，模擬自然界條件的漸降低溫脅迫可以減輕黃瓜幼苗的低溫冷害，至于對(duì)其他與抗冷性相關(guān)的生理指標(biāo)有何影響，還有待于進(jìn)一步研究。

總之，漸降低溫脅迫可以使低溫脅迫下黃瓜幼苗體內(nèi)SOD、POD、CAT活性顯著增強(qiáng)，冷害指數(shù)顯著降低，從而減輕了低溫脅迫對(duì)黃瓜幼苗的傷害，增強(qiáng)了抵御低溫脅迫的能力。

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