低溫與弱光對黃瓜色素含量的影響

閻世江，劉 潔，張繼寧，司龍亭

(1山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，山西太原，030031;2山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技情報研究所;3沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院)

黃瓜(Cucumis sativus L．)屬葫蘆科草本蔓生攀緣植物，喜溫，對低溫的反應(yīng)很敏感［1］，在冬春季保護(hù)栽培過程中常受到低溫的傷害，因此有關(guān)黃瓜耐低溫機(jī)理的研究日益引起廣大科研工作者的注意。已有的研究多集中在低溫對黃瓜形態(tài)［2，3］、保護(hù)酶系統(tǒng)［4，5］、物質(zhì)代謝［6，7］的影響等方面，對于低溫對黃瓜光和色素的影響報道較少。光合作用是植物體生長發(fā)育的基礎(chǔ)，低溫直接影響了光合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和活性［8］，如葉綠體類囊體膜、葉綠素含量等變化，因此研究低溫對色素含量的影響能從光合系統(tǒng)的層面揭示黃瓜的耐低溫性機(jī)理，筆者利用6份耐低溫性不同的黃瓜材料，給予其低溫處理，研究葉綠素含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量、胡蘿卜素含量、類胡蘿卜素含量等的變化規(guī)律，探討黃瓜耐低溫性的機(jī)理，以期為黃瓜抗逆育種奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1．1 供試材料

選取9504，9506，9507，9511，9514，9517等耐低溫性不同的6 份材料。其中9504，9507 耐低溫性較強(qiáng);9511，9514耐低溫性居中;9506，9517耐低溫性較弱。

1．2 方法

1．2．1 材料種植與性狀調(diào)查 本試驗于2006年3月開始至6月結(jié)束。3月將9504等上述6份材料播種于沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院育種基地1號溫室，每份材料播40粒種子，30 d后，待其長至3片真葉，分苗至營養(yǎng)缽(10 cm×10 cm)，每份材料取5株，將苗拿到日本SANYO公司產(chǎn)MLR-350H型人工光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行低溫處理，每天8:00至18:00設(shè)12℃，同時光照，共10 h，強(qiáng)度為30 μmol·(m2·s)－1，約合2 000 lx;晚上18:00至第2天8:00設(shè)8℃，不光照;共處理14 d。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，另取5株作對照，條件為每天8:00至18:00設(shè)20℃，同時光照，共10 h，強(qiáng)度為300 μmol·(m2·s)－1，約合20 000 lx;晚上18:00至第2天8:00設(shè)15℃，不光照，然后調(diào)查耐低溫性。分級標(biāo)準(zhǔn)如下:0級，全株受凍死亡或接近死亡;1級，秧苗各葉片普遍受凍，其中3～4葉受凍面積＞50%;2級，秧苗3～5葉受凍，其中2～3葉受凍面積＞50%;3級，秧苗2～4葉受凍，其中1～2葉受凍面積＞50%;4級，秧苗1～2葉受凍，面積約20% ～30%;5級，秧苗生長正常，無任何受凍癥狀［9］。并測定黃瓜中的葉綠素、葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素、類胡蘿卜素等的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(丙酮乙醇法)［10］。數(shù)據(jù)分析采用DPS軟件，Excel統(tǒng)計并制圖。

2 結(jié)果與分析

2．1 黃瓜幼苗耐寒性

供試的6份材料的耐寒性在材料間差異達(dá)極顯著水平(表1)，說明它們的耐寒性差異很大，即耐低溫性不同，因此可進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

9504，9507的耐低溫性最高，達(dá)4以上(圖1);9511，9514的耐低溫性居中，在4左右;9506，9517的耐低溫性最低，在2．1以下。

2．2 葉綠素、葉綠素a、葉綠素b等的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由黃瓜葉綠素、葉綠素a、葉綠素b的質(zhì)量分?jǐn)?shù)方差分析可知，9504，9507等6份材料在常溫時材料間的差異不顯著，經(jīng)低溫處理后，材料間的差異達(dá)顯著或極顯著水平(表2)。

表1 6份黃瓜材料耐寒性的方差分析

圖1 6份黃瓜材料的耐低溫性

表2 6份黃瓜材料的葉綠素、葉綠素a、葉綠素b的質(zhì)量分?jǐn)?shù)方差分析

6份黃瓜材料在常溫下的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不大，在1．524～1．766 mg·g－1之間，在低溫下葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低(圖2)。9504，9507降低的幅度較小，分別由 1．621，1．684 mg·g－1降至 1．540，1．525 mg·g－1。9506，9517 降低的幅度較大，分別由1．753，1．766 mg·g－1降至1．088，1．180 mg·g－1。而其余的 2 份材料 9511，9514 降低的幅度居中，分別由 1．635，1．524 mg·g－1降至 1．425，1．326 mg·g－1。葉綠素a、葉綠素b同葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化相同，在常溫下變化幅度不大，分別在1．209～1．452 mg·g－1，1．040 ～1．251 mg·g－1之間。在低溫下含量下降，9504，9507 葉綠素 a 質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至 1．100，1．251 mg·g－1;葉綠素 b 下降至 0．340，0．375 mg·g－1。而 9506，9517 葉綠素 a 質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至 1．050，1．040 mg·g－1;葉綠素 b 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降至 0．038，0．140 mg·g－1。9511，9514 的葉綠素 a、葉綠素 b質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化居中。

圖2 6份黃瓜材料的葉綠素、葉綠素a、葉綠素b的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2．3 胡蘿卜素、類胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

6份黃瓜材料的胡蘿卜素、類胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)方差分析見表3，該2個性狀在常溫時材料間的差異不顯著，經(jīng)低溫處理后，材料間的差異達(dá)顯著水平，因此可做進(jìn)一步的分析。

從總體上看黃瓜胡蘿卜素、類胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在常溫下有差異，但未達(dá)顯著水平(圖3)。經(jīng)低溫處理后，所有材料的這2個性狀均發(fā)生下降，降低的幅度差異較大。9504，9507胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至 11．061，11．311 mg·g－1;9506，9517 的降低至 8．951，6．038 mg·g－1;9511，9514 的降低至10．230，9．980 mg·g－1。類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化趨勢與之相似，9504，9507 的降低至 7．229，10．180 mg·g－1;9506，9517 的降低至 7．293，5．568 mg·g－1;9511，9514 的降低至 8．00，7．90 mg·g－1。

表3 6份黃瓜材料的胡蘿卜素、類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方差分析

圖3 6份黃瓜材料胡蘿卜素、類胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2．4 相關(guān)分析

6份黃瓜材料耐寒性與全部色素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的偏相關(guān)均呈正相關(guān)(表4)，只與葉綠素a的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)顯著水平，葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葉綠素a、類胡蘿卜素、胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)，類胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)。

在單相關(guān)中，耐寒性與除葉綠素、胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)外的其余指標(biāo)均呈顯著負(fù)相關(guān)，葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)，類胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)。

表4 光合色素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與耐低溫性的相關(guān)分析

3 討 論

高等植物的光合作用過程中利用的光能是通過葉綠體色素吸收的。黃瓜葉綠素包括葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素等，其能在逆境下維持正常光合作用。胡蘿卜素在植物體遭遇逆境時其可以清除可消除自由基，抑制過氧化物的形成，從而維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。可見這兩類色素與抗逆性的關(guān)系十分密切。馬德華等［11］研究認(rèn)為，溫度逆境脅迫使黃瓜葉片葉綠素含量明顯降低，而且以葉綠素a下降為主。孟煥文等［12］對番茄、施大偉等［13］、王靜等［14］研究報道，低溫下耐低溫性較強(qiáng)的材料及品種葉綠素含量、類胡蘿卜素含量下降幅度比對照要小。這些結(jié)論與筆者通過試驗得出的結(jié)論相同。其原因可能是當(dāng)?shù)蜏貋砼R時，胡蘿卜素、類胡蘿卜素、葉綠素a、葉綠素b等含量均受到影響，含量降低，對于耐低溫性較強(qiáng)的材料影響不大，基本保持正常，以維持光合作用，提供正常的能量。王惠哲等［15］認(rèn)為低溫下葉綠素含量降低，可能主要是由非氣孔限制因素造成的，還可誘發(fā)光抑制作用。

本實驗設(shè)定的處理條件是低溫加弱光，也有學(xué)者將低溫與弱光對光合色素的影響分開研究。陳青君等［16］報道，在常溫弱光下，葉綠素含量增加;在單一的偏低溫條件時葉綠素含量下降。筆者認(rèn)為，低溫脅迫在實際的生產(chǎn)中常與弱光緊緊聯(lián)系在一起，不能分開。但兩者對光合色素的作用機(jī)理顯然不同，在今后的研究中有條件應(yīng)分別研究弱光與低溫對保護(hù)地黃瓜生長發(fā)育的影響，進(jìn)一步探討其中的機(jī)理。

［1］侯鋒，沈文云，呂淑珍．黃瓜幼苗耐寒性鑒定方法研究［C］//李樹德．中國主要蔬菜抗病育種進(jìn)展．第一版．北京:科學(xué)出版社，1995:474-477．

［2］王永健，姜亦巍，曹宛虹，等．低溫對不同品種黃瓜種子萌發(fā)、過氧化物酶及同功酶的影響［J］．華北農(nóng)學(xué)報，1995，10(2):72-76．

［3］于拴倉，崔鴻文，孟煥文．黃瓜發(fā)芽期耐低溫性鑒定方法與指標(biāo)的研究［J］．西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，28(3):1-6．

［4］劉鴻先，曾韶西，李平．植物抗寒性與酶系統(tǒng)多態(tài)性的關(guān)系［J］．植物生理學(xué)通訊，1981(6):6-11．

［5］沈文云，侯鋒，呂淑珍，等．低溫對雜交一代黃瓜幼苗生理特性的影響［J］．華北農(nóng)學(xué)報，1995，10(1):56-59．

［6］王榮富．植物抗寒指標(biāo)的種類及其應(yīng)用［J］．植物生理學(xué)通訊，1987(3):49-55．

［7］SACZYNSKA Vally．Chilling Suscep tibility of cucumer is sativus species［J］．Photooxidation chemistry，1993，33(1):61-67．

［8］王毅，楊宏福，李樹德．園藝植物冷害和抗冷性的研究——文獻(xiàn)綜述［J］．園藝學(xué)報，1994，21(3):239-244．

［9］查丁石，陳建林，丁海東．茄子耐低溫弱光鑒定方法初探［J］．上海農(nóng)業(yè)學(xué)報，2005，21(2):100-103．

［10］張憲政，陳鳳玉，王榮富，等．植物生理學(xué)［M］．沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994．

［11］馬德華，龐金安，霍振榮，等．黃瓜對不同溫度逆境的抗性研究［J］．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1999，32(5):28-35．

［12］孟煥文，程智慧，吳洋，等．溫度脅迫對番茄轉(zhuǎn)化酶表達(dá)和光合特性的影響［J］．西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2006，34(12):41-46，52．

［13］施大偉，張成軍，陳國祥，等．低溫對高產(chǎn)雜交稻抽穗期劍葉光合色素含量和抗氧化酶活性的影響［J］．生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2006，22(2):40-44．

［14］王靜，張成軍，陳國祥，等．低溫對灌漿期水稻劍葉光合色素和類囊體膜脂肪酸的影響［J］．中國水稻科學(xué)，2006，20(2):177-182．

［15］王惠哲，龐金安，李淑菊，等．弱光處理對春季溫室不同品種黃瓜生長發(fā)育的影響［J］．河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，40(2):156-160．

［16］陳青君，張福墁，王永健，等．臨界低溫弱光對黃瓜光合特性及其酶變化的影響［J］．華北農(nóng)學(xué)報，2003，18(4):31-34．