甜菜堿對(duì)低溫脅迫下黃瓜幼苗耐冷性相關(guān)指標(biāo)的影響

李陽(yáng)　董然　劉在民等

摘要：以“津優(yōu)1號(hào)”黃瓜為材料，以根施的方式在黃瓜2葉1心時(shí)施用不同濃度（20、30、40、50 mmol/L）的甜菜堿水溶液，研究低溫脅迫下甜菜堿對(duì)黃瓜幼苗耐冷性的影響。結(jié)果表明：一定濃度的外源甜菜堿可以有效降低低溫脅迫下黃瓜幼苗冷害指數(shù)和相對(duì)電導(dǎo)率，提高SOD酶和POD酶活性，提高可溶性蛋白含量，從而減輕低溫脅迫對(duì)黃瓜幼苗的傷害，增強(qiáng)了黃瓜幼苗抵御低溫脅迫的能力。其中以外源施用40 mmol/L甜菜堿溶液處理的效果最好。

關(guān)鍵詞：黃瓜；甜菜堿；耐冷性；生理指標(biāo)；冷害

中圖分類號(hào)： S642.201文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）11-0217-02

收稿日期：2014-12-20

資助項(xiàng)目：國(guó)家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)（編號(hào)：CARS-25-C-08）；黑龍江省自然科學(xué)基金（編號(hào)：C201109）。

作者簡(jiǎn)介：李陽(yáng)（1990—），女，黑龍江集賢人，碩士研究生，主要從事蔬菜栽培與生理方面的研究。E-mail：195909752@qq.com。

通信作者：蔣欣梅（1968—），女，浙江諸暨人，副研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事蔬菜栽培與生理方向研究，E-mail：jxm0917@163.com；于錫宏（1965—），男，黑龍江尚志人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事蔬菜栽培與生理方向研究，E-mail：yxh100@sohu.com。甜菜堿是一種存在于大多數(shù)植物中的季銨型水溶性生物堿，在植物體內(nèi)一旦合成就幾乎不再被進(jìn)一步代謝，屬于永久性或半永久性的非毒性調(diào)節(jié)物質(zhì)。它和多胺、甘露糖、脯氨酸等物質(zhì)一樣，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透勢(shì)，保持細(xì)胞膨壓，在抗逆性植物當(dāng)中甜菜堿就有大量積累[1]。目前相關(guān)研究主要集中在甜菜堿醛脫氫酶的活性和轉(zhuǎn)甜菜堿醛脫氫酶基因植物等方面，在植物體內(nèi)甜菜堿的生物合成及其滲透調(diào)節(jié)作用取得了一些進(jìn)展，證明了植物體內(nèi)積累甜菜堿能提高植物的抗旱性、抗鹽堿性和抗冷性[2]。外源甜菜堿可以增強(qiáng)抗氧化酶活性，提高清除活性氧自由基的能力，從而提高香蕉對(duì)冷害的抵抗能力[3]。有關(guān)甜菜堿對(duì)低溫脅迫下黃瓜幼苗耐冷性方面的研究很少有報(bào)道。為此，本試驗(yàn)以黃瓜為試材，研究不同濃度的外源甜菜堿對(duì)低溫脅迫下黃瓜幼苗耐冷性相關(guān)指標(biāo)的影響，旨在為甜菜堿的合理使用提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

黃瓜品種為“津優(yōu)1號(hào)”（天津科潤(rùn)農(nóng)業(yè)科技股份有限公司提供）；甜菜堿（哈爾濱美萊公司提供）。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2013—2014年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施園藝中心和蔬菜生產(chǎn)設(shè)施工程與環(huán)境調(diào)控實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。選取均一種子，置于28 ℃恒溫箱中催芽12 h后溫室播種，當(dāng)子葉展平時(shí)分苗于8 cm×8 cm營(yíng)養(yǎng)缽中。在黃瓜幼苗長(zhǎng)到2葉1心時(shí)，采用根施的方式進(jìn)行外源甜菜堿處理。甜菜堿溶液設(shè)置4個(gè)水平，即20、30、40、 50 mmol/L（代碼為T(mén)20、T30、T40、T50），澆灌量為70 mL/缽（即0.14 mL/cm3），分2次施用，即第一次每個(gè)營(yíng)養(yǎng)缽施用35 mL后，間隔3 d每個(gè)營(yíng)養(yǎng)缽再施用35 mL；以澆灌等量清水處理為對(duì)照。然后，置于光照培養(yǎng)箱（PQX-450B-30H型）內(nèi)進(jìn)行低溫脅迫處理，即溫度為（15±0.5） ℃/（8±0.5） ℃（晝/夜），光照時(shí)間為12 h，光照度4 000 lx，連續(xù)處理8 d。本試驗(yàn)中設(shè)置2個(gè)對(duì)照，一個(gè)為清水根施的常溫對(duì)照（代碼 CK1），一個(gè)為清水根施的低溫脅迫對(duì)照（代碼CK2）。每個(gè)處理選取36株，3次重復(fù)。

在低溫脅迫結(jié)束后進(jìn)行冷害指數(shù)、相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性蛋白含量、POD（過(guò)氧化物酶）及SOD（超氧化物歧化酶）活性的測(cè)定。其中冷害指數(shù)的測(cè)定采用姜述君等的標(biāo)準(zhǔn)[4]，相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定采用電導(dǎo)率儀法[5]，可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法[6]，POD活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[7]，SOD活性的測(cè)定采用比色法[8]。

2結(jié)果與分析

2.1甜菜堿對(duì)低溫脅迫下黃瓜幼苗冷害指數(shù)的影響

如圖1所示，與未進(jìn)行低溫脅迫的清水對(duì)照CK1相比，低溫脅迫的清水對(duì)照CK2和甜菜堿處理后經(jīng)低溫脅迫的各個(gè)處理（T20、T30、T40、T50）的冷害指數(shù)均有不同程度提高，其中除了T40的冷害指數(shù)與CK1差異不顯著外，其他的處理及CK2的冷害指數(shù)均顯著高于CK1。施用甜菜堿對(duì)冷害有一定的緩解作用，隨著施用濃度的增大冷害指數(shù)表現(xiàn)為先降低后升高，當(dāng)濃度達(dá)到40 mmol/L（T40）時(shí)，其冷害指數(shù)顯著低于其他低溫處理，比CK2處理降低了38%。

2.2甜菜堿對(duì)低溫脅迫下黃瓜幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

圖2表明，黃瓜幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)同冷害指數(shù)。除了處理T40（施用40 mmol/L甜菜堿溶液處理）外，其他低溫脅迫處理的黃瓜幼苗電導(dǎo)率均高于常溫對(duì)照CK1。未經(jīng)甜菜堿處理的低溫對(duì)照CK2的相對(duì)電導(dǎo)率比常溫對(duì)照升高了0.8倍。施用甜菜堿后的相對(duì)電導(dǎo)率均比CK2有不同程度的降低。當(dāng)甜菜堿濃度達(dá)到40 mmol/L時(shí)（T40），相對(duì)電導(dǎo)率降到最低值，甚至比常溫對(duì)照CK1略低，比CK2處理降低了49.7%，而后隨甜菜堿濃度的增大而升高。

2.3甜菜堿對(duì)低溫脅迫下對(duì)黃瓜幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

圖3表明，與CK1相比，低溫脅迫后黃瓜葉片中的可溶性蛋白質(zhì)含量下降。與CK2相比，在低溫脅迫前施用甜菜堿可以使可溶性蛋白質(zhì)含量提高。可溶性蛋白質(zhì)含量隨著甜菜堿溶液濃度的增大而增加，當(dāng)達(dá)到40 mmol/L（T40）時(shí)達(dá)最大值，而后隨著濃度的繼續(xù)增大而下降。

2.4甜菜堿對(duì)低溫脅迫下對(duì)黃瓜幼苗POD酶和SOD酶活性的影響

圖4和圖5表明，低溫脅迫下，黃瓜幼苗POD酶和SOD酶活性均低于常溫對(duì)照CK1，在甜菜堿溶液處理下POD酶和SOD酶活性明顯高于低溫對(duì)照CK2。隨著甜菜堿溶液濃度的增大，POD酶和SOD酶活性均呈上升趨勢(shì)，在濃度為40 mmol/L 甜菜堿處理下（T40）POD酶和SOD酶活性增幅最大，該處理下POD酶活性值為對(duì)照CK2處理時(shí)的1.5倍。而后隨著甜菜堿濃度的繼續(xù)增大，POD酶和SOD酶活性呈下降趨勢(shì)。

3討論與結(jié)論

當(dāng)植物受到逆境脅迫時(shí)，細(xì)胞體內(nèi)自由基產(chǎn)生和清除的平衡受到破壞而出現(xiàn)自由基的積累，并由此而引發(fā)或加劇細(xì)胞膜的過(guò)氧化，導(dǎo)致植物受到傷害。植物抗冷性的增強(qiáng)與蛋白質(zhì)的合成有關(guān)。植物體內(nèi)的保護(hù)酶包括超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）等。保護(hù)酶活性的提高能夠清除植物體內(nèi)在低溫下產(chǎn)生的大量 O-2· 、OH-等活性氧自由基，從而避免過(guò)多的自由基對(duì)細(xì)胞造成質(zhì)膜脂化、大分子活性物質(zhì)失活等傷害，達(dá)到維持細(xì)胞正常活動(dòng)的目的[9]。本試驗(yàn)表明，施用一定濃度的甜菜堿能提高低溫脅迫下黃瓜幼苗體內(nèi)質(zhì)膜過(guò)氧化保護(hù)酶SOD、POD的活性，緩解膜質(zhì)過(guò)氧化加劇、減輕細(xì)胞膜系統(tǒng)損傷和溶質(zhì)外滲，降低相對(duì)電導(dǎo)率升高，增強(qiáng)細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。

在逆境脅迫條件下，植物體內(nèi)甜菜堿的積累與品種的抗逆性呈正相關(guān)[10-11]。內(nèi)源甜菜堿可提高作物體內(nèi)葉綠素和蛋白質(zhì)的含量[12]，提高作物的光合作用[13]，降低H2O2的積累[14]。本試驗(yàn)中，施用甜菜堿溶液后增加了黃瓜幼苗可溶性蛋白含量，從而提高了黃瓜的抗冷能力，這與張士功等在小麥上的抗鹽堿性試驗(yàn)結(jié)果[15]一致。

外源甜菜堿提高了黃瓜幼苗的抗冷能力，但其作用途徑是通過(guò)影響內(nèi)源甜菜堿的積累而起間接作用還是與其器官或某些內(nèi)源物質(zhì)發(fā)生直接作用還有待進(jìn)一步探討。

總之，一定濃度的外源甜菜堿可有效降低低溫脅迫下黃瓜幼苗冷害指數(shù)和相對(duì)電導(dǎo)率，提高SOD酶和POD酶活性，提高可溶性蛋白含量，從而減輕低溫脅迫對(duì)黃瓜幼苗的傷害，增強(qiáng)其抵御低溫脅迫的能力。其中以外源施用40 mmol/L甜菜堿溶液處理效果最好。

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