葉面噴施不同濃度腐胺復配劑對黃瓜幼苗高溫抗性的影響

劉宏運 林威柱 王 健 孫 錦 束 勝 郭世榮 王 玉

（南京農業大學園藝學院，江蘇南京 210095）

腐胺（Put）廣泛存在于植物體內，是一種含氮化合物，在植物生長發育和逆境脅迫響應中具有重要的作用。短期高溫處理會增加植物葉片中Put 的含量，外源噴施Put 能夠通過調節NO 合成提高植物耐熱性（Kolupaev et al.，2021）。此外，在短期高溫脅迫前葉面噴施Put 可提高甜瓜的果實品質（María et al.，2020）。褪黑素（MT）是一種生物調節劑，可以抑制ROS 產生，保護質膜結構的穩定，提高黃瓜幼苗對高溫環境的適應性（徐向東 等，2010；Imran et al.，2021）。高溫脅迫誘導MT 積累，外源葉面噴施100 μmol·L-1MT 可有效提高番茄的耐熱性（Jahan et al.，2019，2021）。脯氨酸（Pro）是一種有效的滲透調節物質，通過保護生物大分子的功能結構，為生理生化反應提供充足的自由水和活性物質，從而提高植物對脅迫的適應性。外源施用Pro 能夠顯著提高植物抗氧化酶活性，減少高溫造成的氧化脅迫，增強植物的光合作用能力（蘇貝貝 等，2015）。高溫脅迫下，葉面噴施3 mmol·L-1的Pro 明顯促進了黃瓜幼苗的生長，降低細胞滲透勢，緩解了滲透脅迫對植株生長的抑制作用（劉書仁 等，2010）。黃腐酸鉀（MFA）是一種黃腐酸肥料，具有分子量小、易于生物吸收利用、生理活性強、易溶于水等特點；MFA 不僅可以調節作物生長，還可以補充作物生長發育所需的鉀元素（van Oosten et al.，2017）。MFA 也能夠提高植物中多種抗氧化酶的活性，降低電解質滲透率和MDA 含量，提高根系活力，促進營養吸收和植物生長，從而增強植株耐熱性（林梅桂，2013；沈偉 等，2022）。

近年來，單獨施用Put、MT、Pro 和MFA 緩解逆境脅迫的研究報道較多，但對其復合效果的研究較少。本試驗以Put 為主，配合施用MT、Pro 和MFA，研究不同濃度組合對黃瓜幼苗高溫抗性、光合速率和抗氧化酶活性的影響，以期篩選出緩解高溫脅迫最優的配方，為指導設施黃瓜耐熱栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

供試黃瓜品種為津春4 號，購自天津科潤農業科技股份有限公司。試驗于2020 年10—12 月在南京農業大學人工氣候室進行。選擇飽滿、整齊一致的種子，溫湯浸種后于28 ℃催芽，發芽后播于15 孔穴盤，育苗基質購自江蘇興農基質科技有限公司。育苗在人工氣候室內進行，白天溫度控制在25～28 ℃，夜間溫度為18～20 ℃，14 h/10 h（晝/夜），相對濕度保持在75%～80%。試驗處理采用L9（34）正交試驗設計（表1），在第2 片真葉完全展開時，各處理選擇長勢一致的幼苗15 株，葉面噴施不同濃度的Put 復配劑后放置于42 ℃光照培養箱中進行高溫處理，以葉片噴施等量蒸餾水為對照，3 次重復。高溫處理48 h 后隨機選擇3 株取樣，測定各項生理指標。

表1 腐胺復配劑濃度篩選處理

1.2 測定指標及方法

1.2.1 光合及葉綠素熒光參數測定 高溫處理結束后，將黃瓜幼苗移至25 ℃人工氣候室恢復1 h，選擇生長點往下完全展開的第2 片真葉，采用LI-6400 便攜式光合儀（美國LI-COR 公司）測定凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Gs）和蒸騰速率（Tr）等光合參數。測量時儀器的參數設定如下：光照強度為800 μmol·m-2·s-1，葉室內溫度控制在25 ℃，葉室內CO2濃度為380 μmol ·mol-1，相對濕度為60%～70%。

高溫處理48 h、葉片暗適應30 min 后，采用PAM-2100 便攜式調制熒光儀（德國Walz 公司）測定生長點往下完全展開的第2 片真葉的PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm）和PSⅡ實際光化學效率〔Y（Ⅱ）〕。

1.2.2 生理生化指標測定 葉綠素含量采用乙醇浸提法測定（Wellburn，1994），相對電導率采用型號為DDS-11C 的電導率儀進行測定（Hong et al.，2003），MDA 含量采用硫代巴比妥酸法測定（Hodges et al.，1999），可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定（Bradford，1976），H2O2含量采用紫外分光光度法測定（Velikova et al.，2000），超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑（NBT）光還原法測定（Dhindsa et al.，1981），過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚法測定（Kochba et al.，1977），過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外分光光度法測定（Dhindsa et al.，1981）。

1.3 數據處理

利用模糊數學中隸屬函數的方法，綜合評價不同處理的高溫抗性。挑選測定指標中對植物高溫抗性正相關的指標，并計算其指標的隸屬函數值，計算公式為：

X（mz）＝（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）

結合相關文獻調查我們發現在發生CRE感染的科室中，急診科、ICU和手術科室是感染的“重災區”，這可能是由于以上科室的患者大多病情危重，機體免疫力較差，大多會接受抗生素治療，與醫護人員接觸更加密切等，因而更容易發生感染。多數學者都將既往接受過抗生素治療，老齡患者，機械通氣或其他有創支持治療，慢性疾病，曾接受過移植或進行免疫抑制相關治療等列為危險因素。還有研究者提出感染CRE為患者死亡的獨立危險因素，而這也促使我們在平時的工作中將更加關注具有相關危險因素的患者。

挑選測定指標中對植物高溫抗性負相關的指標，計算其指標的反隸屬函數值，計算公式為：

X（mf）＝1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）

式中，X為該指標的測量值，Xmax為測量指標的最大值，Xmin為測量指標的最小值。

將指標的隸屬函數值和反隸屬函數值進行累計相加，求平均值，平均值越大，則該處理的綜合高溫抗性越強，此配方效果越優。

使用直觀分析法對正交試驗結果進行分析（董如何 等，2004）。試驗數據使用Excel 2017 軟件進行統計整理并作圖，采用SPSS 18.0 軟件Duncan法進行多重比較（P＜0.05），使用Pearson 分析各指標相關性。

2 結果與分析

2.1 腐胺復配劑對高溫脅迫下黃瓜幼苗表型及高溫抗性指標的影響

如圖1 所示，黃瓜幼苗對高溫脅迫比較敏感，高溫脅迫下對照幼苗葉片發黃、失水、萎蔫；T3、T4 和T6 處理效果較差，雖有一定緩解高溫脅迫的作用，但并不明顯；T7、T8 和T9 處理幼苗僅葉緣失水卷曲，植株形態較為正常，受高溫影響較小。

圖1 高溫脅迫下腐胺復配劑處理48 h 的黃瓜幼苗表型

從表2 可以看出，與對照相比，T1、T2、T5、T7、T8 和T9 處理顯著抑制了高溫誘導下黃瓜幼苗葉片相對電導率升高，其中T8 處理的效果最優，降低了57.50%。外源噴施Put 復配劑能夠顯著降低H2O2含量，其中T9 處理的H2O2含量下降最多，比對照降低了40.64%。MDA 含量與相對電導率的變化趨勢相同，T8 處理的效果最優，比對照降低了76.00%。此外，Put 復配劑噴施處理在不同程度上增加了幼苗葉片可溶性蛋白含量，其中T9 處理可溶性蛋白含量最高，比對照增加了126.92%。

表2 腐胺復配劑對高溫脅迫下黃瓜幼苗高溫抗性指標的影響 （FW）

2.2 腐胺復配劑對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉綠素含量及葉綠素熒光參數的影響

如表3 所示，T7、T8 和T9 處理的黃瓜幼苗葉片葉綠素含量均顯著高于對照，分別比對照提高了21.90%、32.12% 和35.77%；T1、T7、T8 和T9處理的Fv/Fm 顯著高于對照，其中T9 處理最高，比對照增加了29.82%；T9 處理的Y（Ⅱ）亦最高，比對照增加了227.59%。

表3 腐胺復配劑對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片葉綠素含量及葉綠素熒光參數的影響

2.3 腐胺復配劑對高溫脅迫下黃瓜幼苗光合作用的影響

如表4 所示，除T1、T4 和T5 處理外，其他處理的黃瓜幼苗葉片Pn 均顯著高于對照，其中T9處理最高，比對照提高了160.71%；此外，T2、T3、T6、T7 和T8 處理的Pn 分別比對照提高了81.92%、55.21%、65.03%、45.97% 和151.47%。T1、T2、T7、T8 和T9 處理的Ci 顯著高于對照，分別比對照提高了27.96%、93.45%、84.00%、63.48%和60.83%。與對照相比，外源噴施Put 復配劑能夠顯著提高高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片的Tr，其中T9 處理Tr 最高，比對照提高了600.00%，效果最顯著；T1～T8 處理分別比對照提高了126.73%、164.36%、181.19%、121.78%、82.18%、169.31%、300.99%和111.88%。除T4 處理外，其他Put 復配劑處理的Gs 均顯著高于對照，其中T9處理Gs 最大，比對照提高了457.69%。

表4 腐胺復配劑對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片光合參數的影響

2.4 腐胺復配劑對高溫脅迫下黃瓜幼苗抗氧化酶活性的影響

由表5 可知，T9 處理的黃瓜幼苗葉片抗氧化酶活性均高于其他處理，且均顯著高于對照，SOD、POD、CAT 活性分別比對照提高了29.32%、31.66%、52.16%。此外，T1、T2、T7 和T8 處理的SOD 活性也顯著高于對照，分別比對照提高了19.96%、20.37%、18.65% 和20.29%；T8 處理的POD 活性顯著高于對照，比對照提高了29.14%；T1、T2、T5、T7 和T8 處理的CAT 活性也顯著高于對照，分別比對照提高了33.84%、19.42%、12.77%、32.67%和38.44%。

表5 腐胺復配劑對高溫脅迫下黃瓜幼苗抗氧化酶活性的影響（FW）

2.5 腐胺復配劑處理下黃瓜幼苗各指標的相關性分析

將Put 復配劑處理下黃瓜幼苗的各項指標進行相關性分析。結果表明（圖2），各數據可分為兩組，Pn、Gs、Ci、Tr、Fv/Fm、Y（Ⅱ）、可溶性蛋白含量、SOD 活性、POD 活性和CAT 活性兩兩之間均成正相關關系，而與H2O2含量、MDA 含量、相對電導率均成負相關關系。Pn 與Gs、Fv/Fm、Y（Ⅱ）、SOD 活性和CAT 活性呈顯著正相關關系。H2O2含量、MDA 含量和相對電導率與3 種抗氧化酶活性呈顯著負相關關系。表明，Put 復配劑可能通過提高抗氧化酶活性清除H2O2，同時提高光合速率，進而提高黃瓜幼苗的高溫抗性。

圖2 腐胺復配劑處理下黃瓜幼苗各指標的相關關系

2.6 腐胺復配劑處理下黃瓜幼苗高溫抗性綜合評價

采用模糊隸屬函數法對不同濃度Put 復配劑處理的黃瓜幼苗葉片葉綠素含量、相對電導率、MDA 含量、H2O2含量、可溶性蛋白含量、SOD 活性、POD 活性和CAT 活性等8 項指標進行高溫抗性隸屬函數值計算，通過隸屬函數平均值進行噴施效果的優劣排名。結果表明（表6），T9 處理的隸屬函數平均值最高，為0.974，其次為T8 處理。表明，T9 處理黃瓜幼苗的高溫抗性最強，即8 mmol·L-1Put 配合施用0.3 g·L-1MFA、1.5 mmol·L-1Pro和50 μmol·L-1MT 緩解高溫脅迫對黃瓜幼苗傷害的效果最好。

表6 腐胺復配劑對高溫脅迫下黃瓜幼苗高溫抗性的影響

2.7 正交試驗結果分析

采用直觀分析法對試驗結果進行分析，結果表明（表7），影響黃瓜幼苗高溫抗性因素的主次順序為：D＞B＞C＞A，即MT 的濃度對黃瓜幼苗高溫抗性的影響最大；比較各因素K1、K2、K3 大小，篩選出最優的配方為A2B1C1D3。

表7 正交試驗結果分析

3 討論與結論

高溫脅迫會破壞植物光合作用系統，導致光合效率下降，也會破壞抗氧化系統，提高ROS 和MDA 含量，影響植物正常的生理生化反應（孫勝楠 等，2017）。更重要的是，高溫脅迫導致果實畸形和脫落，嚴重影響黃瓜的產量和品質（薛思嘉等，2017）。

外源Put 通過調節H2O2和NO 合成提高植物抗氧化系統的功能，進而增強植物的高溫脅迫抗性（Kolupaev et al.，2021；Jahan et al.，2022）。MT在植物耐熱方面有著重要的作用，外源施用MT 有效提高了甘藍、黃瓜、甜瓜和番茄等作物的耐熱性（徐向東 等，2010；曾慶棟 等，2017；Jahan et al.，2019；周永海 等，2020）。Pro 作為重要的滲透調節物質，通過提高植物的抗氧化和滲透調節能力增強高溫脅迫抗性（曹毅 等，2011）。MFA 可以促進植物對K+的利用，提高營養吸收能力，促進植物生長，在提高辣椒植株的耐熱性方面也有一定的作用（林梅桂，2013）。受到逆境脅迫的植物，體內ROS 增多，細胞膜遭到破壞，導致膜透性增大，從而使細胞內的電解質外滲，同時生成大量的MDA，而MDA 會進一步加劇細胞生物膜的氧化反應，造成生物膜結構破壞（徐松華，2021）。因此，植物細胞內MDA 含量可以間接代表其受氧化脅迫的程度。本試驗結果表明，合適配比的Put復配劑處理能夠顯著降低黃瓜葉片的相對電導率，減少H2O2和MDA 含量，提高植物體內的可溶性蛋白含量。向玥如等（2014）研究表明，逆境脅迫下外源多胺能夠清除植物體內自由基和ROS，提高保護酶活性，降低膜脂過氧化程度。本試驗也發現外源噴施合適配比的Put 復配劑后，黃瓜幼苗葉片中抗氧化酶的活性可得到不同程度的增強。因此，合適配比的Put 復配劑能夠減少植物質膜的損傷，維持滲透平衡，減少氧化脅迫，提高植株抗性。

Put 復配劑處理可以緩解高溫脅迫對植物光合作用的抑制。當植物遇到非生物脅迫時，可以通過調節葉片氣孔的分布、大小和數量來適應逆境，提高光合作用能力，抵抗外部環境脅迫（Casson &Gray，2008）。高溫脅迫下植物Gs 減小伴隨著Ci的降低，光合速率的降低是由于氣孔限制引起的，外源Put 復配劑的使用可通過解除氣孔因素的限制改善高溫對光合作用的影響。在高溫脅迫下，植物的光合系統會受到一定程度的損傷，因此葉綠素熒光參數也會受到相應的影響（崔慶梅 等，2021）。高溫脅迫也會影響葉綠素合成相關酶的活性，降低光合色素的含量。本試驗結果表明，與對照相比，合適配比的外源Put 復配劑處理可以提高黃瓜幼苗葉片Fv/Fm 和Y（Ⅱ），表明其能夠提高PSⅡ反應中心內的光能轉換效率，這可能與葉綠素含量的增加有關。

本試驗中，隸屬函數綜合評價各處理的高溫抗性排序為T9＞T8＞T1＞T7＞T2＞T5＞T6＞T3＞CK＞T4。T9 處理的綜合排名最高，此配方可以在高溫脅迫下有效提高黃瓜幼苗光合作用，提高Fv/Fm 和Y（Ⅱ），降低相對電導率、H2O2和MDA 含量，提高可溶性蛋白含量及抗氧化酶SOD、POD、CAT 活性，有效緩解高溫脅迫引起的傷害。正交試驗結果分析表明，4 mmol·L-1Put、0.3 g·L-1MFA、1.0 mmol·L-1Pro 和50 μmol·L-1MT 組成的腐胺復配制劑為最優的配方。