淹水脅迫對甜瓜幼苗形態及生理特性的影響

劉澤發 鄧欣 謝波 姜艷芳 陽習鵬 曾永賢

摘 ? ?要：為研究淹水脅迫對甜瓜幼苗形態及生理特性的影響，以甜瓜自交系‘1366‘1363及F1（1366×1363）為試驗材料，設置T0（0 d）、T2（2 d）、T4（4 d）和T6（6 d）4個淹水脅迫處理，對甜瓜幼苗形態、光合特性及滲透調節物質含量進行測定和分析。結果表明，F1的萎蔫指數趨于雙親中值，幼苗根冠相對比值高于雙親;F1淹水2 d時氣孔導度達到最大值64.4 mol·m-2·s-1，顯著高于雙親，淹水6 d時‘1366和F1細胞間隙CO2濃度均顯著降低;‘1366PRO含量先下降后上升，變化幅度最大?！?366及F1中 MDA變化明顯，‘1363無明顯變化?？扇苄蕴呛烤噬仙厔?，‘1366在淹水4 d時達到最大值10.51 mg·g-1，‘1363及F1在淹水6 d時分別達最大值11.77、11.41 mg·g-1，差異顯著。研究結果可為甜瓜耐澇育種提供參考依據。

關鍵詞：甜瓜;淹水脅迫;形態特性;光合特性;生理特性

中圖分類號：S652 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2020）11-026-05

Abstract： In order to study the effects of waterlogging stress on the morphological and physiological characteristics of melon， the seedlings of each line at seedling stage were treated with flooding water. The seedling morphology， photosynthetic rate， transpiration rate， stomatal conductance， intercellular CO2 concentration，PRO， soluble protein ， MDA and soluble sugar were detected from 0 to 6 days after treatment. The results showed that the WI of F1 tended to the median value between both parents. The length ratio of aboveground part to underground part of F1 was significantly higher than that each parent. The stomatal conductance reached the maximum value of 64.4 mol·m-2·s-1 after 2 days treatment， which was significantly higher than ‘1366 and ‘1363. The results showed that the intercellular CO2 concentration of ‘1366 and F1 decreased significantly after 6 days of treatment， and the PRO of ‘1366 decreased first and then increased with the largest change range. MDA in the true leaves of ‘1366 and F1 significantly changed， while that of ‘1363 was nonsignificant. The soluble sugar of ‘1366 reached the maximum value of 10.51 mg·g-1 on the 4th day of flooding， and the maximum values of ‘1363 and F1 were 11.77 mg·g-1 and 11.41 mg·g-1 respectively after 6 days treatment. The results can provide reference for melon waterlogging tolerance breeding.

Key words： C. melo L.; Waterlogging stress; Morphological characteristics; Photosynthetic characteristics; Physiological characteristics

甜瓜（Cucumis melo L.）是葫蘆科一年生草本植物，性喜溫熱，對高濕及澇害環境敏感，是世界十大水果之一。據FAO數據顯示，2018年全球甜瓜收獲面積和產量分別為104.73萬hm2、2 734.92萬t，分別位居第15位和第10位，分別占世界水果面積的1.54%和產量的3.15%，甜瓜單位產量為35.90 t·hm-2，排名第7位[1]。2018年我國甜瓜的收獲面積、產量分別為35.45萬hm2、1 272.73萬t，分別占全球的33.85%、46.54%[2]。據國際土壤學協會繪制的世界土壤圖估算，世界上水分過多的土壤約占總土壤面積的12%[3]。水分參與植物體內的代謝過程和植株的形態構成，土壤中水分過多或過少對植株的生長都會產生不利的影響[4-5]。中國南部、中部部分地區及長江中下游地區是甜瓜重要產區，該地區春夏多雨，春季陰雨連綿，常導致土壤處于澇漬狀態，高濕及澇害成為制約甜瓜露地生產的重要因素。甜瓜生產春夏受梅雨季節的影響，產量和品質降低，通過挖深排水溝、改良土壤可以改善甜瓜受水分脅迫的影響。通過篩選耐澇性強的甜瓜資源培育耐澇甜瓜品種，是提高甜瓜耐澇性的根本途徑。有學者對施用外源激素下甜瓜幼苗的根系形態，以及淹水脅迫下的甜瓜幼苗形態及光合、生理特性等指標進行了比較研究，認為外源激素對甜瓜幼苗淹水脅迫下不定根的發生具有明顯影響，不同程度的淹水脅迫對甜瓜生長有抑制作用，且具有一定可逆性，脅迫解除后，甜瓜生長及生理特性有不同程度的恢復[6-9]。筆者利用耐澇及不耐澇甜瓜高代自交系及F1研究淹水脅迫對甜瓜親本及雜交種耐澇特性的影響，為培育甜瓜耐澇新品種奠定初步基礎，對甜瓜耐澇資源研究與利用具有一定的參考意義。

1 材料與方法

1.1 材料

甜瓜材料由湖南人文科技學院園藝教研室瓜類課題組提供，分別為甜瓜高代自交‘1363（耐澇）‘1366（不耐澇）及F1（‘1366×1363）。‘1363和‘1366均為厚皮甜瓜與薄皮甜瓜種間雜交高代自交系。

1.2 方法

2018年8—9月，試驗在湖南人文科技學院農業與生物技術學院試驗基地進行。對甜瓜材料‘1366‘1363及F1分別取種400粒進行催芽，播種到直徑為10 cm、高為12 cm的塑料帶漏水孔圓盆中，圓盆中裝約4/5的栽培基質V（泥炭∶V砂子∶V珍珠巖=1∶1∶1）。每盆播種2粒，甜瓜幼苗長到2葉1心葉時，準備6個22 cm×32 cm×18 cm的長方形敞口塑料盆套圓形栽培盆然后進行淹水處理。淹水處理時，大套盆灌水，水面超過栽培盆上平面約2 cm。對照為正常管理，持續保持水分為最大持水量的50%～60%。

試驗共設置4個處理，不淹水處理CK（T0）、淹水處理2 d（T2）、淹水處理4 d（T4）和淹水處理6 d（T6）。試驗采用隨機區組設計，每個處理12盆共24株，每個處理3次重復，共288株。

萎蔫指數采測定用王俊良的方法進行[10]，對不同淹水處理時間甜瓜幼苗進行形態觀察，澇害程度X分為5級，0級：植株完全挺立，無不正常現象;1級：有1/4以下葉片出現萎蔫;2級：1/4～ l/2葉片出現萎蔫;3級：1/2～3/4葉片出現萎蔫;4級：3/4～4/4葉片出現萎蔫。

萎蔫指數=[i=04各級苗的株數×級數5×總株數]。

對不同淹水處理時間甜瓜幼苗進行形態觀察，從子葉下端用刀片將幼苗分切為地上部分與地下部分，將根系泥土沖洗干凈后用吸水濾紙吸干水分，分別測定長度與鮮質量。

相對長度比值/%=處理幼苗地上部分與地下部分長度比值/對照幼苗地上部分與地下部分長度比值×100。

相對根冠比值/%=各處理幼苗根冠比/對照幼苗根冠比×100。

利用Yaxin-1161型便攜式光合作用測定儀，對甜瓜幼苗淹水處理進行光合特性比較試驗。每次選取晴朗天氣早上9：00—10：00測定各處理的凈光合速率、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度、細胞間隙CO2濃度（Ci）等光合參數。每個處理隨機選擇3株靠近莖尖端第3片真葉進行各項指標測定，每個單株測定3次，取平均值。

對不同淹水處理的甜瓜幼苗真葉按照淹水處理不同時間進行采樣，速凍后放入超低溫冰箱備用。甜瓜幼苗真葉的PRO（脯氨酸）含量的測定采用酸性茚酸酮法，可溶性蛋白質含量的測定采用考馬斯亮藍G-250法，MDA（丙二醛）含量的測定采用TCA-TBA法，可溶性糖含量的測定采用硫酸蒽酮法[11]。

1.3 數據處理

采用Excel 2007進行數據處理和作圖，采用SAS 8.1軟件進行方差分析及相關性分析，用隸屬函數值法計算各品系單個指標的數值。

2 結果與分析

2.1 淹水脅迫對甜瓜幼苗萎蔫指數的影響

萎蔫指數可以反映出植物受澇害的情況。淹水2 d時，3個甜瓜品系幼苗葉片均出現了不同程度的萎蔫現象（表1），其中不耐澇品系‘1366的萎蔫指數大于耐澇品系‘1363，F1的萎蔫指數趨于雙親中值。隨著淹水時間的延長不耐澇品系‘1366的萎蔫指數增加幅度大于耐澇品系‘1363。在淹水6 d時，‘1363的萎蔫指數為0.31，‘1366的萎蔫指數為0.58，F1的萎蔫指數為0.46。

2.2 淹水脅迫對甜瓜幼苗地上部分與地下部分長度及根冠相對比值的影響

淹水處理對幼苗地上部分與地下部分長度相對比值有明顯影響（圖1），淹水處理4 d時，‘1366與F1的地上部分與地下部分長度比值增加不明顯，耐澇品系‘1363地上部分與地下部分長度比值顯著增大，為171.8%。淹水處理6 d時，F1增加明顯，高于‘1366及‘1363，達到229.5%。‘1366‘1363及F1的根冠相對比值表現為先升高后降低趨勢，‘1366在淹水2 d達到最大值137.4%，‘1363及F1在淹水處理4 d時達到最大比值，分別為215.1%和259.2%，F1表現超高優勢。

2.3 淹水處理對甜瓜幼苗光合特性的影響

不同品種甜瓜幼苗葉片在淹水脅迫下凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度及細胞間隙CO2濃度變化差異明顯（圖2）?！?366及F1甜瓜凈光合速率呈先升高后降低趨勢，在4 d時達到最大值，分別為18.45、16.14 μmol·m-2·s-1，‘1363則呈先降后升趨勢，在淹水脅迫2 d時，凈光合速率為7.67 μmol·m-2·s-1，隨后迅速增加，淹水處理4 d達到最大值27.13 μmol·m-2·s-1，顯著高于‘1366和F1。隨著淹水脅迫時間的增加，‘1366‘1363、F1代甜瓜幼苗蒸騰速率均表現出先增加后降低趨勢，其中‘1366‘1363在4 d時達到最高值，F1在淹水2 d時達到最高值，分別為0.99、0.29和0.53 mmol·m-2·s-1，F1表現為趨中親值優勢?！?366氣孔導度在淹水4 d時達到最大值?！?363在T0及淹水2 d時變化不顯著，在淹水4 d時顯著升高，隨后變化不明顯。F1甜瓜氣孔導度變化幅度較大，淹水2 d時氣孔導度達到最大值，為64.4 mol·m-2·s-1，顯著高于‘1366和‘1363。‘1366和F1細胞間隙CO2濃度淹水脅迫0 d、2 d及4 d變化不明顯，淹水6 d均顯著降低，‘1363在淹水脅迫2 d時明顯升高，隨后降低，淹水0 d、4 d及6 d時無明顯差異。F1的細胞間CO2濃度值高于‘1366和‘1363，具有超親優勢。

2.4 淹水脅迫對甜瓜幼苗PRO、可溶性蛋白、MDA及可溶性糖含量的影響

淹水脅迫對甜瓜幼苗真葉PRO、可溶性蛋白、MDA及可溶性糖含量具有影響（圖3）。甜瓜淹水脅迫時間不同，甜瓜幼苗真葉PRO含量不同，‘1366‘1363PRO含量隨著脅迫時間的增加而呈現先下降后上升的趨勢，而F1甜瓜僅在淹水4 d略有升高?！?366甜瓜真葉PRO含量變化幅度較大，淹水脅迫0 d為85.94 μg·g-1、4 d為43.69 μg·g-1、6 d為62.83 μg·g-1?！?366‘1363及F1甜瓜幼苗真葉可溶性蛋白質含量變化明顯，‘1366呈現先降低后升高再降低變化，在淹水脅迫2 d時為15.60 mg·mL-1、4 d時為34.29 mg·mL-1，‘1363與F1甜瓜真葉則呈先降低后升高變化，在淹水處理2 d時，分別為16.54 和16.81 mg·mL-1?！?363甜瓜幼苗真葉MDA含量無明顯變化，‘1366甜瓜幼苗真葉中MDA含量隨著淹水6 d后急劇上升，最高值為36.8 nmol·g-1。F1甜瓜幼苗真葉MDA變化明顯，在淹水4 d時MDA含量達最高值35.02 nmol·g-1。甜瓜幼苗真葉可溶性糖含量總體上呈上升變化趨勢，‘1366在淹水脅迫4 d時甜瓜幼苗葉片可溶性糖含量達到最高值10.51 mg·g-1?！?363在淹水脅迫6 d時可溶性糖含量升高，含量為11.77 mg·g-1。F1甜瓜幼苗真葉可溶性糖含量呈現逐步上升趨勢，淹水脅迫6 d時可溶性糖含量為11.41 mg·g-1，差異顯著。

3 討論與結論

本試驗淹水脅迫下甜瓜幼苗的葉片形態表現敏感差異，淹水6 d時，‘1363的萎蔫指數達0.31，‘1366的萎蔫指數為0.58，F1的萎蔫指數為0.46，其中不耐澇品系‘1366的萎蔫指數大于耐澇品系‘1363，F1的萎蔫指數趨于雙親中值。萎蔫指數的高低可以反映出植物受澇害的情況，葉片形態可以作為選育改良植物耐澇性的重要指標，這與在油菜[12]、菊花[13-14]、黃瓜[15]等作物的研究一致。淹水處理對甜瓜幼苗根冠形態有影響，土壤含水量會使根系生物量分配增大，根冠比變大，但隨著淹水處理時間延長出現根系損傷，根系生物量變小，根冠比變小，這與陳鵬等對黑麥草和早熟禾在水分脅迫下根系解剖結構及根冠比研究的結果基本一致[16]，在櫻桃番茄有關研究也認為根冠比是耐澇基因型差異的重要形態指標[17]。

植物光合作用是植物生產過程中碳水化合物積累與生理代謝的基本過程，也是分析環境因素影響植物生長和代謝的重要手段。甜瓜不同淹水處理時間的光合作用有變化，淹水時間超過一定程度，凈光合速率降低越明顯，同時，氣孔導度和蒸騰速率降低也越明顯，這與石楠幼苗、小麥及茄子等[18-20]植物淹水時光合作用特性基本一致。

植物體內的MDA為膜脂過氧化產物，可使細胞中的蛋白質分子交聯失活，已有研究表明淹水脅迫下植物體內的MDA含量與品種的耐澇性呈負相關[21-22]。本研究發現，‘1366甜瓜幼苗真葉中MDA含量隨著淹水6 d后急劇上升，最高值為36.8 nmol·g-1，F1甜瓜幼苗真葉MDA含量變化明顯，這可能是隨著淹水時間的延長，在淹水后期幼苗受到傷害而作出響應。而耐澇的甜瓜‘1363MDA含量無顯著變化，說明不同品種響應程度和時間不同可能與其品種耐澇性不同有關，不耐澇‘1366MDA含量在淹水6 d時急劇升高，這與澇害敏感植物在長期淹水下葉片中MDA含量升高的觀點一致[23-25]。

植物在受到淹水脅迫時，可通過短期內迅速積累可溶性糖和PRO等滲透調節物質，來改變細胞內水勢，從而增強植株的抗逆性[26]。本研究結果表明，淹水脅迫時間不同甜瓜幼苗葉片所含PRO含量不同，‘1366甜瓜真葉PRO含量變化幅度較大?！?366‘1363及F1甜瓜幼苗真葉可溶性蛋白質含量變化明顯，‘1366呈現先降低后升高再降低的變化趨勢。甜瓜幼苗真葉可溶性糖含量總體呈上升變化趨勢，F1甜瓜幼苗真葉可溶性糖含量呈現逐步上升趨勢，淹水脅迫6 d時可溶性糖含量達到11.41 mg·g-1，‘1363甜瓜葉片中可溶性糖含量增加最顯著。這主要是因為甜瓜幼苗在淹水前期有一個短暫適應過程，植株受到短暫傷害導致其滲透調節能力下降，滲透調節物質含量降低。隨后幼苗通過增加這些物質含量調節細胞水勢，適應淹水環境，保護細胞免受傷害，耐澇能力強的甜瓜品系在淹水脅迫下的滲透調節能力最強。

綜上，在淹水脅迫下甜瓜幼苗的葉片形態表現敏感差異，在形態、光合及滲透調節物質含量等抗逆性指標方面，F1具有一定的雜交優勢，親本亦表現差異。根據葉片萎蔫指數、形態及生理等指標，可以篩選甜瓜耐澇育種材料，進而培育出抗澇品種。

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