低溫脅迫對(duì)“西州密25號(hào)”幼苗葉片的生理變化

新疆葡萄瓜果研究所，新疆吐魯番 838200

倒春寒是指初春氣溫回升較快，而在春季后期氣溫較正常年份偏低的天氣現(xiàn)象。哈密瓜是新疆吐魯番市的特色農(nóng)業(yè)，是當(dāng)?shù)氐闹饕?jīng)濟(jì)支柱。近年來隨著全球氣候的劇變，“倒春寒”現(xiàn)象日益頻繁，2014年春季吐魯番市的“倒春寒”現(xiàn)象給當(dāng)?shù)氐钠咸旬a(chǎn)業(yè)和哈密瓜產(chǎn)業(yè)造成了無法挽回的損失，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的收入。

為了減少“倒春寒”現(xiàn)象造成的損失，研究低溫脅迫對(duì)植株生理的影響顯得尤為重要。目前，關(guān)于低溫脅迫對(duì)植株的影響已在果樹、蔬菜、花卉上都有報(bào)道。趙明明等[1]以研究了歐洲稠李的抗寒性，電解質(zhì)滲出率隨溫度降低而增加，可溶性糖含量明顯上升，脯氨酸含量總體上呈增加趨勢，謝麗芬[2]研究了葡萄砧木的抗寒性，隨處理溫度的降低，電解質(zhì)滲出率、丙二醛含量明顯增加，可溶性蛋白、游離脯氨酸含量總體上呈上升趨勢。李建設(shè)等[3]研究了低溫脅迫對(duì)茄子生理生化的影響，隨溫度降低，MDA含量增加，SOD、POD活性上升，脯氨酸含量增加。低溫脅迫在籽用西瓜上也都有報(bào)道。楊燕等[4]認(rèn)為，脯氨酸、MDA、相對(duì)電導(dǎo)率隨低溫脅迫時(shí)間延長而升高，品種的耐冷性與品種來源、類型及在低溫下植株的冷害指數(shù)、光合特性與細(xì)胞膜穩(wěn)定性有關(guān)。張志等[5]認(rèn)為，低溫脅迫使得黃瓜葉片脯氨酸含量先上升后下降，葉綠素、可溶性糖含量先下降后上升，隨溫度的降低，細(xì)胞膜受損程度加重，保護(hù)酶的活性降低。此外，低溫處理對(duì)云南含笑[6]、棉花[7]等上都有研究。在哈密瓜上報(bào)道較少。本文以哈密瓜新品種“西州密25號(hào)”為試驗(yàn)材料，采取人工氣候培養(yǎng)箱模擬低溫，分析低溫脅迫對(duì)“西州密25號(hào)”幼苗葉片的影響，為其栽培管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及來源

試驗(yàn)材料為新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所培育的哈密瓜新品種西州密25號(hào)。中熟品種，果實(shí)發(fā)育期50 d左右，果實(shí)橢圓，淺綠底，網(wǎng)紋細(xì)密全，單瓜重1.5～2.4 kg，果肉桔紅，肉質(zhì)細(xì)、松、脆，爽口，風(fēng)味好，中心平均折光含糖量17～18%，抗白粉病。

1.2 方法

本試驗(yàn)?zāi)M移栽時(shí)的苗齡大小。2015年5月19日催芽，溫湯浸種，待種子露白后播種于50穴的穴盤中，出土后及時(shí)通風(fēng)透氣，常規(guī)管理，待幼苗大部分長至2葉1心時(shí)，置于不同溫度的智能人工氣候培養(yǎng)箱（型號(hào)為RTOP430D）中，從20℃開始以5℃為梯度進(jìn)行低 溫脅迫直到溫度達(dá)到0℃為止，光暗交替12 h。每處理50株，三次重復(fù)。以20℃處理作為溫度脅迫對(duì)照，0 h處理作為時(shí)間脅迫對(duì)照。

不同溫度處理后，每12 h采取同一節(jié)位葉片測定電導(dǎo)率（用于計(jì)算細(xì)胞傷害率），游離脯氨酸含量，然后將剩余的葉片迅速置于-40℃的冰箱中冷凍保藏用來測量可溶性蛋白含量。同時(shí)每24 h取植株的嫩根系用來測定根系活力。

1.3 電解質(zhì)及各生理指標(biāo)的測定

1.3.1 電導(dǎo)率的測定、細(xì)胞傷害率的計(jì)算

參照李合生方法[8]，略有改動(dòng)，用雷磁DDSJ-308A電導(dǎo)儀測定浸泡液的電導(dǎo)率S1，再將浸泡液的試管置于沸水中，水浴30 min，冷卻至室溫后測定電導(dǎo)率S2，以去離子水的電導(dǎo)率Lck為對(duì)照，計(jì)算細(xì)胞傷害率。

1.3.2 各生理指標(biāo)的測定

根系活力的測定采用TTC法[9]，脯氨酸含量的測定采用茚三酮顯色法[9]，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[9]，各項(xiàng)指標(biāo)均測定3次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同低溫脅迫下根系活力的變化

“西州密25號(hào)”在不同的低溫脅迫下，隨處理時(shí)間的延長根系活力呈下降趨勢，且明顯低于20℃處理，溫度越低，根系活力越弱（圖1）。處理結(jié)束后，0℃的根系活力最弱，其次是5℃，試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外界氣溫降至0℃時(shí)，穴盤中的基質(zhì)呈結(jié)冰狀態(tài)，因此嚴(yán)重影響了幼苗的根系活力。

2.2 不同低溫脅迫下細(xì)胞傷害率的變化

葉片的細(xì)胞傷害率隨低溫脅迫時(shí)間的延長而呈增加的趨勢，0℃和5℃下細(xì)胞傷害率高于其他溫度處理，且明顯高于對(duì)照，24 h是細(xì)胞傷害率達(dá)到最大值（圖2），初期細(xì)胞傷害率的增加可能突然的低溫導(dǎo)致細(xì)胞膜系統(tǒng)開始對(duì)低溫逆境產(chǎn)生反應(yīng)，細(xì)胞膜透性發(fā)生不同程度的增大，電解質(zhì)有不同程度的外滲，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率有不同程度的增加，細(xì)胞傷害率增大。后期細(xì)胞傷害率增加不顯著可能是驟然低溫對(duì)葉片的傷害達(dá)到了最大。

2.3 不同低溫脅迫下游離脯氨酸含量的變化

游離脯氨酸是植物體內(nèi)一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可反映植物受脅迫狀況[10]。游離脯氨酸含量隨低溫脅迫時(shí)間的延長呈現(xiàn)增加的趨勢，且溫度越低其含量增加越多。經(jīng)過60 h的低溫脅迫，0℃下的游離脯氨酸含量明顯高于其他處理,其含量比0 h增加了3.12倍（圖3）。

2.4 不同低溫脅迫下可溶性蛋白含量的變化

可溶性蛋白含量變化規(guī)律不是特別的明顯，但大體上呈增加趨勢，且大多高于對(duì)照，處理結(jié)束時(shí)，可溶性蛋白的含量明顯高于對(duì)照。處理結(jié)束后，20℃、15℃、10℃、5℃、0℃下可溶性蛋白含量分別比0h 增加了 1.68、1.69、1.81、1.87、1.79 倍（圖 4）。

3 結(jié)論與討論

根系對(duì)于植株生長來說具有至關(guān)重要的作用，植物通過根系從土壤中吸收水分、營養(yǎng)物質(zhì)等。當(dāng)外界溫度驟降時(shí)，會(huì)影響植物的根系活力并對(duì)植株的葉片造成傷害。隨著處理時(shí)間的延長，根系活性明顯下降，96 h后根系活力最低的為0℃處理。

細(xì)胞傷害率也是植株相應(yīng)逆境脅迫的一項(xiàng)重要生理指標(biāo)。0～24 h時(shí)，各處理的細(xì)胞傷害率明顯增加，24 h后細(xì)胞傷害率增加不明顯，可能是驟然低溫對(duì)葉片的傷害達(dá)到了最大。這與武輝等[7]的研究結(jié)論不太一致，武輝等認(rèn)為REC隨著低溫脅迫時(shí)間的延長而增加。

游離脯氨酸是植物體內(nèi)重要和有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。隨處理時(shí)間的延長游離脯氨酸含量大體上呈增加趨勢，其中0℃處理器含量最高，比處理前增加了3.12倍。造成脯氨酸含量增加的原因可能是一是低溫脅迫導(dǎo)致脯氨酸合成加強(qiáng)，二是脯氨酸氧化作用受抑，而且脯氨酸氧化的中間產(chǎn)物逆轉(zhuǎn)為脯氨酸，三是蛋白質(zhì)的合成減弱，低溫抑制了蛋白質(zhì)合成，也就抑制了脯氨酸摻入蛋白質(zhì)的過程。

可溶性蛋白具有較強(qiáng)的親水性，其含量的增加可以束縛更多的水分，減少低溫條件下原生質(zhì)因結(jié)冰而受傷害致死的機(jī)會(huì)[11]。大量研究表明隨低溫脅迫時(shí)間的延長可溶性蛋白含量增加。試驗(yàn)中可溶性蛋白含量隨低溫脅迫時(shí)間的延長大體上增加的趨勢，但變化規(guī)律不強(qiáng)，這可能與試驗(yàn)中采取凍樣測定有關(guān)。

低溫脅迫導(dǎo)致細(xì)胞傷害率、游離脯氨酸含量、可溶性蛋白含量增加，根系活性下降。隨著處理時(shí)間的延長，0℃對(duì)植株的傷害最為嚴(yán)重。