不同低溫處理對(duì)甜瓜幼苗生長和根系生理特性的影響

李琦，別之龍，牛蒙亮，劉志雄，張朝霞

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院/園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，430070）

近年來，厚皮甜瓜設(shè)施栽培面積持續(xù)增長，但在春季設(shè)施栽培中，育苗及定植初期常常會(huì)遭受低溫冷害侵襲，導(dǎo)致幼苗受到傷害，從而影響秧苗的正常生長，導(dǎo)致品質(zhì)和產(chǎn)量降低，因而冷害是厚皮甜瓜生產(chǎn)中面臨的一個(gè)突出問題[1]。

寒冷季節(jié)露地栽培作物在白天和夜間都會(huì)遇到持續(xù)低溫冷害，而在設(shè)施栽培中，由于設(shè)施的升溫和保溫作用，白天的溫度較為適宜，但晚上有時(shí)會(huì)遇到低于生長發(fā)育適溫10℃左右的夜間低溫。夜間低溫影響番茄光合作用及物質(zhì)積累，從而影響番茄幼苗的生長發(fā)育，以及品質(zhì)和產(chǎn)量[2]。目前，關(guān)于晝夜低溫脅迫對(duì)甜瓜影響的報(bào)道較多，但是關(guān)于晝夜低溫與夜間低溫脅迫對(duì)甜瓜幼苗生長是否具有差異鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)通過人工氣候箱控制不同的溫度，研究晝夜低溫以及夜間低溫脅迫對(duì)甜瓜幼苗生長、根系MDA含量及活性氧代謝的影響，為探討低溫脅迫影響甜瓜幼苗生理的機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

供試甜瓜（Cucumis melonL.）品種為伊麗莎白（用Y表示）和玉金香（用J表示），分別購自北京利得農(nóng)業(yè)科技開發(fā)公司和甘肅省河西瓜菜科學(xué)技術(shù)研究所。

試驗(yàn)于2011年春季在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行。選擇籽粒飽滿、色澤正常的種子，浸種催芽后播在50孔的塑料穴盤中，基質(zhì)配方為泥炭∶珍珠巖=2∶1（體積比），配制過程中每1 m3基質(zhì)摻入1.5 kg復(fù)合肥。待幼苗長至3葉1心時(shí)，選取生長一致的植株放入HP1500GS-B型人工氣候植物箱（武漢瑞華儀器設(shè)備有限公司），晝夜溫度為25℃/18℃，光照為95 μmol·m-2·s-1，光照時(shí)數(shù)為12 h，相對(duì)濕度為90%。在生長箱內(nèi)適應(yīng)3 d后開始處理，以正常溫度（25℃/18℃，12 h）為對(duì)照（CK），分別進(jìn)行晝夜低溫D（10℃/5℃，12 h）及夜低溫 YD（20℃/5℃，12 h）處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，每次重復(fù)50株苗。處理7 d后進(jìn)行第一次取樣，隨機(jī)取25株，測量生長和生理指標(biāo)。取樣后停止低溫處理，將余下的植株放回正常溫度（25℃/18℃，12 h）下生長，待恢復(fù) 7 d后再進(jìn)行第二次取樣，取剩下25株進(jìn)行分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SAS 9.1軟件進(jìn)行分析。

1.2 測定方法

丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸法；超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用NBT法，以抑制NBT光化學(xué)還原的50%的酶量為1個(gè)酶活性單位；過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創(chuàng)木酚法，以每1 min OD470變化0.1為1個(gè)酶活單位[3]；過氧化氫酶（CAT）活性測定采用過氧化氫法，以每1 min OD值降0.043 6的酶量為1個(gè)酶活單位[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度處理對(duì)甜瓜幼苗生長的影響

如表1所示，晝夜低溫及夜間低溫處理顯著抑制了甜瓜幼苗的生長，在這兩種溫度處理下的植株株高，葉片數(shù)，葉面積，根、莖、葉鮮質(zhì)量均顯著低于對(duì)照，晝夜低溫處理和夜間低溫處理間差異不顯著，表明夜間低溫處理對(duì)甜瓜幼苗生長的抑制效果與晝夜低溫處理相似。玉金香和伊麗莎白2個(gè)品種在不同溫度處理下均表現(xiàn)出相似的響應(yīng)特征，正常生長時(shí)，玉金香比伊麗莎白有更大的葉片干鮮質(zhì)量和葉面積，但晝夜低溫及夜間低溫處理后，玉金香葉片干鮮質(zhì)量和葉面積則比伊麗莎白較小，說明玉金香葉片生長受到的抑制較嚴(yán)重，可能比伊麗莎白對(duì)低溫更加敏感。

低溫處理結(jié)束再恢復(fù)生長7 d之后，與對(duì)照溫度相比，夜間低溫處理的幼苗根長和根干鮮質(zhì)量無顯著性差異，晝夜低溫處理下伊麗莎白根長和根干鮮質(zhì)量與對(duì)照無顯著性差異，玉金香根長與對(duì)照無顯著性差異；晝夜低溫及夜間低溫處理的幼苗株高、莖干鮮質(zhì)量、葉鮮質(zhì)量、葉片數(shù)和葉面積均顯著低于對(duì)照，說明恢復(fù)生長7 d之后，夜間低溫處理下2個(gè)甜瓜品種的幼苗根系以及晝夜低溫處理下伊麗莎白幼苗根系能夠較快恢復(fù)生長，并達(dá)到對(duì)照水平，但晝夜低溫處理下玉金香幼苗根系和2個(gè)甜瓜品種幼苗地上部還沒有恢復(fù)到對(duì)照水平，暗示晝夜低溫處理下玉金香幼苗根系受到的傷害程度比伊麗莎白大?；謴?fù)生長7 d后晝夜低溫及夜間低溫處理的玉金香比伊麗莎白有較大的葉片干鮮質(zhì)量，較小的莖粗、根長、莖干鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、葉面積和較少的葉片數(shù)。

表1 不同溫度處理對(duì)甜瓜幼苗生長的影響

2.2 不同溫度處理對(duì)甜瓜幼苗根系中MDA含量的影響

MDA是細(xì)胞膜脂過氧化的產(chǎn)物，通常用于衡量膜脂過氧化的程度和對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱[5]。李天來等[6]研究結(jié)果表明，夜間低溫處理的番茄幼苗根系MDA、H2O2含量顯著上升，O2-·產(chǎn)生速率也顯著高于對(duì)照。

經(jīng)過雙因素方差分析（P<0.05）發(fā)現(xiàn)，處理7 d后，不同品種以及不同溫度處理間甜瓜幼苗根系中MDA含量差異顯著；恢復(fù)7 d之后，品種之間差異不顯著，不同溫度處理之間的差異顯著。

如圖1所示，與對(duì)照相比，低溫處理顯著提高2個(gè)甜瓜品種幼苗根系MDA含量，表明晝夜低溫與夜間低溫處理都對(duì)植物細(xì)胞膜產(chǎn)生了破壞。各溫度處理中伊麗莎白根系MDA含量都低于玉金香?；謴?fù)生長7 d后，低溫處理下2個(gè)甜瓜品種幼苗根系MDA含量均下降，表明2個(gè)甜瓜品種幼苗根系都逐漸恢復(fù)生長，低溫處理對(duì)根系的傷害減弱。夜間低溫處理2個(gè)品種幼苗根系的MDA含量與對(duì)照無顯著差異，而晝夜低溫處理過的幼苗根系MDA含量仍然高于對(duì)照，且玉金香品種晝夜溫度處理與對(duì)照間差異顯著，伊麗莎白品種則與對(duì)照差異不顯著。

2.3 不同溫度處理對(duì)甜瓜幼苗根系中SOD活性的影響

武雁軍等[7]認(rèn)為一定低溫和一定處理時(shí)間下，葉片中SOD、POD、CAT活性呈現(xiàn)上升水平。林多等[8]研究發(fā)現(xiàn)，低溫處理初期（l～3 d），番茄幼苗葉片中的POD、SOD活性均上升，而后SOD活性下降，POD活性則隨低溫處理時(shí)間延長而持續(xù)增強(qiáng)。劉芳等[9]認(rèn)為SOD的活性總體上隨溫度降低而降低。

經(jīng)過雙因素方差分析（P<0.05）發(fā)現(xiàn)，處理7 d后與恢復(fù)生長7 d后，不同溫度處理和品種間甜瓜幼苗根系中SOD活性差異都不顯著。

圖1不同溫度處理對(duì)甜瓜幼苗根系中MDA含量的影響

圖2 不同溫度處理對(duì)甜瓜幼苗根系中SOD活性的影響

如圖2所示，與對(duì)照溫度相比，晝夜低溫和夜間低溫使甜瓜幼苗和根系中SOD活性下降，但差異不顯著。SOD活性下降的原因在于隨著低溫脅迫時(shí)間延長，細(xì)胞膜保護(hù)能力逐漸減弱，使得自我保護(hù)調(diào)節(jié)能力逐漸降低，所以SOD活性在低溫脅迫時(shí)間較長時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)?；謴?fù)處理7 d后，低溫處理過的幼苗根系中SOD活性與對(duì)照無顯著性差異。伊麗莎白與玉金香在不同溫度處理下表現(xiàn)的相似響應(yīng)，但恢復(fù)7 d后，低溫處理的伊麗莎白幼苗根系SOD活性高于玉金香。

圖3 不同溫度處理對(duì)甜瓜幼苗根系中POD活性的影響

圖4 不同溫度處理對(duì)甜瓜幼苗根系中CAT活性的影響

2.4 不同溫度處理對(duì)甜瓜幼苗根系中POD活性的影響

經(jīng)過雙因素方差分析（P<0.05）發(fā)現(xiàn)，處理7 d和恢復(fù)生長7 d后，不同溫度處理間甜瓜幼苗根系中POD活性差異顯著，品種間差異不顯著。

如圖3所示，與對(duì)照相比，低溫處理下甜瓜幼苗根系中POD活性均升高，且玉金香根系中POD活性顯著高于對(duì)照，同一甜瓜品種幼苗根系中晝夜低溫處理POD活性高于夜間低溫處理POD活性?；謴?fù)處理7 d后，各處理根系中POD活性均下降，晝夜低溫及夜間低溫處理的伊麗莎白根系中POD活性與對(duì)照差異不顯著，但晝夜低溫處理過的玉金香與對(duì)照差異顯著。

2.5 不同溫度處理對(duì)甜瓜幼苗根系中CAT活性的影響

沈征言等[10]研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜苗夜晚在（6±0.5）℃條件下鍛煉12 h，連續(xù)6 d后，POD和CAT活性都有明顯提高。

雙因素方差分析（P<0.05）發(fā)現(xiàn)，處理7 d后，不同溫度處理間甜瓜幼苗根系中CAT活性差異顯著，品種間差異不顯著；恢復(fù)生長7 d后，不同溫度處理和不同品種間甜瓜幼苗根系中CAT活性差異都不顯著。

如圖4所示，處理7 d后，低溫處理的2個(gè)甜瓜品種幼苗根系中CAT活性比對(duì)照升高，且晝夜低溫時(shí)與對(duì)照有顯著性差異；恢復(fù)處理7 d后，低溫處理的2個(gè)甜瓜品種幼苗根系中CAT活性下降，且與對(duì)照無顯著性差異，表明2個(gè)甜瓜品種幼苗根系CAT活性恢復(fù)到對(duì)照水平。伊麗莎白與玉金香幼苗根系中CAT活性在不同溫度處理下表現(xiàn)的響應(yīng)相似。

3 討論與結(jié)論

低溫脅迫通常會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞中積累大量的活性氧和自由基，對(duì)細(xì)胞膜產(chǎn)生傷害，膜脂過氧化生成代謝產(chǎn)物MDA，它與蛋白質(zhì)、核酸起反應(yīng)修飾其特性，或抑制蛋白質(zhì)的合成，它還可以與酶反應(yīng)，使酶喪失活性，甚至成為一種催化錯(cuò)誤代謝的分子[11]，所以MDA含量的多少可以直接反映植物受傷害程度的高低，也可反映植物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的強(qiáng)弱。SOD、POD和CAT等抗氧化酶在清除由于環(huán)境脅迫產(chǎn)生的自由基方面起著重要作用。SOD是存在于植物細(xì)胞中最重要的抗氧化酶之一，其主要功能是清除O2-·，而POD、CAT具有分解H2O2的作用。3種保護(hù)酶協(xié)同作用可以清除體內(nèi)一定數(shù)量的過剩O2-·，從而使膜系統(tǒng)減輕自由基引發(fā)的過氧化傷害，使植物的抗逆性提高[12]。本試驗(yàn)中（圖1），晝夜低溫處理和夜間低溫處理7 d后，根系中MDA含量均顯著高于對(duì)照，晝夜低溫處理后根系MDA含量顯著高于夜間低溫處理，恢復(fù)生長7 d后根系的MDA含量亦是晝夜低溫處理最高，表明晝夜低溫處理對(duì)幼苗根系傷害的程度更深。恢復(fù)生長7 d后，晝夜低溫處理下的葉面積、根干質(zhì)量、葉干質(zhì)量均低于夜間低溫處理（表1），表明晝夜低溫處理后幼苗生長恢復(fù)速度慢于夜間低溫處理，進(jìn)一步印證了晝夜低溫處理對(duì)甜瓜幼苗所帶來的低溫傷害程度比夜間低溫處理深，盡管晝夜低溫處理和夜間低溫處理對(duì)甜瓜幼苗生長抑制的效果相似。

本試驗(yàn)的結(jié)果表明，晝夜低溫處理和夜間低溫處理7 d均顯著抑制了甜瓜幼苗的生長，2種低溫處理對(duì)甜瓜幼苗生長抑制的效果相似。在正常溫度下恢復(fù)生長7 d后，夜間低溫處理的甜瓜幼苗生長恢復(fù)速度快于晝夜低溫處理，這可能是由于晝夜低溫處理比夜間低溫處理對(duì)甜瓜幼苗傷害的程度更深，膜脂過氧化產(chǎn)物積累更多。此外本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，2個(gè)甜瓜品種在低溫處理下均表現(xiàn)出相似的響應(yīng)特征，但玉金香可能比伊麗莎白對(duì)低溫更加敏感，低溫處理后玉金香生長恢復(fù)的程度要低于伊麗莎白。

由于夜間低溫處理也會(huì)嚴(yán)重抑制甜瓜幼苗的生長，因此在設(shè)施栽培中應(yīng)尤其注意甜瓜幼苗的夜間防寒保溫工作，避免低溫對(duì)甜瓜幼苗的傷害。

[1]董玉梅，焦自高，王崇啟，等.低溫弱光脅迫對(duì)網(wǎng)紋甜瓜嫁接苗與自根苗某些物質(zhì)含量的影響[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，36（1）：67-69.

[2]李國強(qiáng)，齊明芳，李天來，等.夜間低溫后恢復(fù)期番茄幼苗光合作用和生長發(fā)育的變化[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，37（3）：491-494.

[3]李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[4]鄒琦.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[5]馬德華，盧育華，龐金安.低溫對(duì)黃瓜幼苗膜脂過氧化的影響[J].園藝學(xué)報(bào)，1998，25（l）：6l-64.

[6]李天來，高曉倩，劉玉鳳.夜間低溫脅迫下鈣對(duì)番茄幼苗根系活力及活性氧代謝的調(diào)控作用[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，20（8）：127-132.

[7]武雁軍，劉建輝.低溫脅迫對(duì)厚皮甜瓜幼苗抗寒性生理生化指標(biāo)的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，35（3）：3-5.

[8]林多，楊延杰，范文麗，等.低溫對(duì)番茄幼苗葉片活性氧代謝的影響[J].遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001（5）：l-4.

[9]劉芳，陳年來，李仲芳，等.低溫對(duì)白蘭瓜果實(shí)膜脂過氧化和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[J].食品科學(xué)，2007，28（5）：339.

[10]沈征言，簡令成.低溫鍛煉對(duì)黃瓜幼苗幾種酶活性的影響[J].植物學(xué)報(bào)，1991，33（8）：627-632.

[11]王愛國，邵從本，羅廣華.丙二醛作為脂質(zhì)過氧化指標(biāo)的探討[J].植物生理學(xué)通訊，1986（2）：55-57.

[12]Pandey S,Tiwari S B,Upadhyaya K C,et al.Calcium signaling:Linking environmental signals to cellular functions[J].Critical Reviews in Plant Sciences,2000,19:291-318.