逆境脅迫對反季節溫室黃瓜品質形成及風險物質累積影響研究

黃瓜屬于葫蘆科黃瓜屬一年生草本植物，富含維生素、礦物質、膳食纖維等多種營養成分，具有較高的食用和藥用價值。我國是世界第一大黃瓜生產國，已經較早地開展反季節溫室黃瓜種植技術的相關農技研究，但由于冬春季節光溫條件差，各地反季節黃瓜植株依然存在徒長、早衰等問題。與此同時，逆境脅迫引起的農藥殘留、重金屬和硝酸鹽等有害物質超標問題，已成為制約反季節黃瓜產業可持續發展的瓶頸。研究表明，低溫、弱光等非生物脅迫因子會誘導活性氧大量產生，引起膜脂過氧化、蛋白質失活、核酸損傷等問題，導致作物生長受阻。同時，逆境脅迫還會改變植物內源激素水平，引起光合作用減弱、養分吸收受限、同化產物運轉異常等生理失調反應。鑒于此，研究以反季節溫室黃瓜為對象，在前期試驗的基礎上，采用盆栽試驗方法，設置低溫、弱光、重茬等逆境脅迫梯度，調查了不同脅迫因子及其交互作用對黃瓜形態建成、生理生化特性、產量品質及風險物質累積的影響規律，進一步分析逆境脅迫誘導黃瓜風險物質累積的生理生化機制，并從優化環境調控、品種選育、栽培管理、風險監測等方面提出切實可行的防控對策，以期為反季節溫室黃瓜綠色優質高效生產和農產品質量安全保障提供理論依據與技術支撐。

1.材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗以津雜3號黃瓜為供試材料，該品種由天津市黃瓜研究所于1986年以自交系82-76-1-5-6-7為母本、金抗-1-5-15-12-3為父本配組而成。津雜3號屬中熟雜交一代品種，抗病性強，商品性狀優良，是我國北方溫室反季節栽培的主栽品種之一。試驗時間為2022年9月至2023年3月。供試土壤有機質含量為27.35g/kg，全氮1.52g/kg，堿解氮130.47mg/kg，速效磷172.64mg/kg，速效鉀183.39mg/kg，pH值為7.62。

1.2 試驗設計

試驗采用盆栽方式，設置低溫（T）、弱光（L）、重茬（S）3個單因素脅迫處理和1個對照（CK），每個處理重復5次，共100盆。低溫處理設3個梯度，分別為晝/夜溫度16℃/8℃（T1）、12℃/4℃（T2）、8℃/2℃（T3），利用溫室溫控系統調控；弱光處理設3個梯度，分別為遮光率20%（L1）、40%（L2）、60%（L3），利用不同透光率的遮陽網遮蔽；重茬處理取連續種植黃瓜3年土壤（S1）、6年土壤（S2）、9年土壤（S3），以連作1年作為對照（S0）。脅迫處理于黃瓜三葉一心時開始，至花后20d結束。所有處理大田管理一致，隨機區組排列。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 黃瓜生長指標測定

分別于花前、花后10d、花后20d測定黃瓜株高、莖粗、葉片數、葉面積等形態指標，用SPAD-502葉綠素儀測定葉綠素相對含量（SPAD值）；用LI-6400XT便攜式光合儀測定黃瓜成熟葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）等光合參數；采用NBT光還原法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，用愈創木酚比色法測定過氧化物酶（POD）活性，用過氧化氫比色法測定過氧化氫酶（CAT）活性，用硫代巴比妥酸（TBA）比色法測定丙二醛（MDA）含量。

1.3.2 黃瓜風險物質含量測定

分別于花前、花后10d、花后20d和收獲期采集黃瓜葉片和果實樣品，用凱氏定氮法測定全氮含量，用鉬銻抗比色法測定硝酸鹽含量；用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）測定鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、汞（Hg）、砷（As）等重金屬元素含量；用氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）測定有機氯、有機磷、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類農藥殘留量。所有樣品均在采集當天完成前處理，并于-80℃條件下保存備用。

1.3.3 數據分析方法

采用Microsoft Excel 2021進行數據錄入和初步分析，用SPSS 22.0軟件進行統計分析。用單因素方差分析（One-way ANOVA）比較不同處理間差異的顯著性，用最小顯著差異法（LSD）進行多重比較（α=0.05）。用Pearson相關系數評價各測定指標間的相關性，用主成分分析（PCA）篩選關鍵影響因子。

2.結果與分析

2.1 對黃瓜形態建成的影響

由表1可知，隨著逆境脅迫程度的提升，黃瓜植株的株高、莖粗、葉片數和葉面積均呈顯著下降趨勢（P＜0.05）。與對照相比，T3、L3和S3處理的株高分別降低了23.6%、18.5%和16.2%，莖粗降低了16.8%、13.2%和11.6%，葉片數減少了25.7%、20.1%和18.3%，葉面積縮小了31.4%、26.2%和22.8%。可見，低溫、弱光和連作脅迫均會抑制黃瓜植株的營養生長，其中低溫脅迫的影響最為顯著。

2.2 對黃瓜生理生化指標的影響

隨著脅迫強度的提升，黃瓜葉片的SPAD值、凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）均呈不同程度的下降，而胞間CO2濃度（Ci）則表現出先降后升的趨勢。與對照相比，T3、L3和S3處理的SPAD值分別降低了18.3%、13.7%和11.2%，Pn降低了26.4%、20.5%和17.6%，Gs降低了32.9%、25.6%和21.4%，Tr降低了28.1%、22.3%和19.7%。表明逆境脅迫會導致葉綠素合成受阻，光合色素含量下降，從而抑制光合電子傳遞和碳同化過程。Ci在輕度脅迫下降低，而在重度脅迫下升高。

同時，逆境脅迫顯著影響了黃瓜葉片的抗氧化酶活性和膜脂過氧化程度。與對照相比，T3、L3和S3處理的SOD活性分別降低了24.3%、18.6%和16.1%，POD活性降低了20.8%、15.4%和13.2%，CAT活性降低了27.7%、21.9%和19.5%，而MDA含量則分別提升了32.5%、25.8%和22.4%。由此可見，逆境脅迫會誘導活性氧（ROS）大量產生與積累，而植株內源抗氧化防御系統受到破壞，清除ROS的能力下降，最終導致細胞膜脂過氧化加劇，膜穩定性降低。總的來看，低溫脅迫對黃瓜抗氧化酶活性和膜脂過氧化的影響大于弱光和連作脅迫。

2.3 逆境脅迫誘導黃瓜風險物質累積的機制

在風險物質含量測定的基礎上，研究進一步探討了低溫、弱光和連作逆境脅迫誘導黃瓜風險物質（重金屬、農藥殘留和硝酸鹽）累積的生理生化機制。結果表明，逆境脅迫顯著影響了黃瓜根系對風險物質的吸收、體內的轉運與積累，以及解毒代謝過程。從根系吸收來看，隨著脅迫程度的提升，黃瓜根系的活力和選擇性均呈下降趨勢。與對照相比，T3、L3和S3處理的根系活力分別降低了27.4%、21.6%和18.3%，根系選擇性分別降低了23.8%、18.5%和15.7%，這意味著逆境脅迫會破壞根系的正常生理功能，削弱其對養分離子的選擇吸收能力，從而導致風險物質被動吸收增多。與對照相比，T3、L3和S3處理的重金屬根冠轉運系數分別升高了31.6%、24.5%和20.2%，農藥殘留莖葉富集系數分別升高了36.2%、28.3%和23.1%，硝酸鹽果肉積累系數分別升高了25.7%、19.4%和16.3%。推測由于脅迫條件下根系柵欄功能降低，更多風險物質進入地上部，并沿木質部和韌皮部運輸至葉片和果實。其中，農藥殘留主要富集于莖葉，重金屬則更易在根部積累，而硝酸鹽多分布于果肉。在解毒代謝能力方面，逆境脅迫下黃瓜體內解毒酶活性降低，化學鍵合能力下降。與對照相比，T3、L3和S3處理的谷胱甘肽S-轉移酶（GST）活性分別降低了22.3%、17.6%和14.8%，植物絡合素（PCs）含量分別降低了26.5%、21.2%和18.4%。由此可見，逆境脅迫會損傷植株體內的解毒防御系統，削弱其將風險物質轉化為無毒化合物或與之螯合的能力，導致游離態有害物質在體內積累，最終阻礙植株生長發育。

2.4 減輕逆境脅迫對黃瓜風險物質累積的思考與對策

針對反季節溫室黃瓜種植中普遍存在的低溫、弱光、連作等逆境脅迫問題，結合本研究揭示的風險物質累積機制，筆者擬提出以下減輕逆境脅迫誘導黃瓜風險物質累積的對策建議。第一，優化溫室環境調控1def1afc93f09bc7d01bebd91f89bb09措施，降低逆境脅迫程度。在冬春季節，應加強溫室保溫，合理采取塑料薄膜覆蓋、熱風機加溫、地下埋管供熱等措施，將溫室內晝/夜溫度維持在25/15℃左右，避免低溫逆境對黃瓜生長發育的不利影響；同時通過補充光照、涂刷反光涂料、鋪設反光地膜等方式，提高溫室透光率，延長光照時間，使黃瓜植株獲得充足光合有效輻射，減輕弱光脅迫。第二，加強耐逆品種的篩選與培育。以本研究篩選的黃瓜耐寒、耐弱光、耐連作品系為基礎，利用常規雜交、分子標記輔助選擇、基因工程等技術，培育兼具多種逆境脅迫耐性的優良黃瓜新品種，并加快推廣應用，從根本上提高黃瓜對低溫、弱光、連作等復合逆境的適應能力。第三，探索適宜的栽培管理技術，提高黃瓜抗逆性。在反季節黃瓜生產中，應合理優化定植密度、嫁接砧木、水肥管理等栽培措施，協調源庫關系，平衡養分供需，同時通過合理運用植物生長調節劑，調控內源激素水平，增強植株抗逆性，還應結合土壤消毒、輪作倒茬、施用有機肥等措施，修復連作障礙土壤，改善根際微環境，從而減輕逆境脅迫對風險物質吸收、轉運和積累的促進作用。第四，加強風險物質監測，建立黃瓜安全生產體系。應制訂和完善反季節黃瓜風險物質限量標準，建立覆蓋生產全過程的監測預警網絡，及時準確掌握重金屬、農藥殘留、硝酸鹽等有害物質的動態變化，并針對監測結果采取相應措施，及時采收和銷毀風險物質累積水平超標的黃瓜果實，從源頭遏制風險蔓延。

結論

研究結果表明，隨著低溫、弱光、重茬脅迫程度的提升，黃瓜植株的株高、莖粗、葉片數、葉面積、光合參數、保護酶活性等生長和生理指標均呈顯著下降趨勢，而MDA含量則不斷升高，導致產量和品質均受到不同程度的負面影響。同時，逆境脅迫顯著改變了重金屬、農藥殘留、硝酸鹽等風險物質在黃瓜體內的吸收、轉運和積累過程，導致有害物質含量超標，嚴重威脅果實品質安全。通過對風險物質累積機制的深入分析發現，逆境脅迫一方面會破壞根系的吸收功能，削弱其對養分離子的選擇性，導致風險物質被動吸收增多；另一方面會降低根系對風險物質的攔截能力，使更多有害物質進入地上部并向果實轉移，同時會抑制植株體內的解毒代謝，最終導致風險物質在可食部位大量蓄積。鑒于目前反季節溫室黃瓜生產中逆境脅迫因素普遍存在，風險物質污染已成為制約產業發展的瓶頸，實際溫室生產中往往存在多種逆境因子的復合脅迫，因此還需進一步開展復合脅迫條件下黃瓜風險物質累積的動態監測和調控研究。此外，在后續研究中還應加強分子生物學手段的運用，深入探討逆境脅迫誘導農產品風險物質累積的遺傳調控網絡和信號轉導機制，挖掘耐逆基因資源，為培育抗逆宜機新品種提供理論依據。