淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜光合色素和光合特性的影響

王俊良龍啟炎汪李平駱海波呂慧芳徐翠容

（1武漢市蔬菜科學研究所，湖北 武漢 430065；2 華中農(nóng)業(yè)大學園藝林學學院，湖北 武漢 430070；3安徽池州學院，安徽 池州 247000）

甜瓜（Cucumis melo L.）性喜溫熱，對濕澇環(huán)境敏感。我國長江中下游地區(qū)春季陰雨連綿，夏季經(jīng)常出現(xiàn)暴雨，甜瓜幼苗生長受到抑制或死亡，導致產(chǎn)量下降，嚴重影響露地甜瓜的生產(chǎn)，但關(guān)于淹水脅迫對甜瓜光合色素和光合特性的影響卻鮮有報道。本試驗研究了淹水脅迫及脅迫解除后兩個耐澇性差異顯著的甜瓜品系的光合色素和光合特性的變化，以期為甜瓜的耐澇性研究奠定基礎(chǔ)，為抗逆育種和生產(chǎn)提供服務(wù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為甜瓜品系T106和T241，經(jīng)耐澇性鑒定，二者對淹水脅迫的耐受性差異顯著，其中T106為耐澇品系，T241為不耐澇品系。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2012年6月中旬在華中農(nóng)業(yè)大學塑料大棚中進行，分別挑選兩個品系籽粒飽滿的甜瓜種子，55 ℃浸種5 h，然后在30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽，播于72孔育苗盤中，待2片子葉完全展開后，選取長勢一致的幼苗移栽至直徑10cm的營養(yǎng)缽中，培養(yǎng)土為經(jīng)過消毒的菜園土。當甜瓜幼苗長至四葉一心時，采用雙套盆法（將營養(yǎng)缽放入120cm×60cm×40cm的塑料盆中）進行淹水處理，每個塑料盆中放10個營養(yǎng)缽，在塑料盆中注入經(jīng)過晾曬的自來水，使水面高于營養(yǎng)缽土面3～4cm，每天加水以保持水位一致，在淹水7d后進行排水處理。采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)淹水和不淹水（CK）2個處理，每處理3次重復，每重復100株，淹水處理前按常規(guī)方法管理。處理期間的平均溫度為白天33 ℃，夜間26 ℃，用浙江大學生產(chǎn)的ZDR-21型溫濕度記錄儀每3 h記錄1次。

1.3 測定項目

分別在進行淹水處理的0、1、3、5、7d和排水后的1、3、5、7d進行光合色素和光合特性的測定。

1.3.1 光合參數(shù)的測定 采用隨機取樣的方法，每處理選取60株，選擇植株頂部向下第2、3片葉序的功能葉，用TPS-1光合測定儀（英國PPSystems國際有限公司生產(chǎn)）在晴天的9：00～11：00進行測定。采用自然光照射，測定溫度為32 ℃左右。

1.3.2 光合色素含量的測定 參照李合生（2000）的分光光度計法進行測定。將采回的葉片樣品洗凈擦干，去除邊緣及中脈，稱取約0.2 g，剪碎放入三角瓶內(nèi)，加入25mL混合液（乙醇∶丙酮∶蒸餾水=4.5 V∶4.5 V∶1.0 V），保鮮膜封口，置于暗處過夜浸提，待材料完全變白后，用721型分光光度計分別測定665、649、470 nm波長下的光密度值，根據(jù)經(jīng)驗公式分別計算出葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量。每處理3次重復。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用SAS 8.1軟件的ANOVA過程進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜幼苗葉片光合色素含量的影響

由圖1可見，淹水脅迫前2個甜瓜品系幼苗葉片的葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）、類胡蘿卜素（Car）、總?cè)~綠素〔Chl （a+b）〕含量之間差異均不顯著；在淹水脅迫條件下，2個甜瓜品系的Chla、Chlb、Car、Chl （a+b）含量的變化趨勢相似，均隨著淹水脅迫時間的延長，光合色素含量出現(xiàn)不同程度的下降；不耐澇品系T241光合色素含量的下降幅度大于耐澇品系T106。在淹水脅迫第7天時，T106的Chla、Chlb、Car和Chl（a+b）含量均顯著高于T241；T106的Chla、Chlb、Car和Chl （a+b）含量分別比淹水前下降了28.54%、9.45%、14.84%、23.77%，而T241則分別比淹水前下降了39.34%、22.41%、32.14%、34.87%。在淹水脅迫解除后，T106的 Chla、Chlb、Car、Chl（a+b）含量的上升幅度均大于T241，光合色素含量恢復較快。在淹水脅迫解除第7天，T106的Chla、Chlb、Car、Chl（a+b）含量均顯著高于T241；與淹水脅迫剛解除時相比，T106的Chla、Chlb、Car、Chl（a+b） 含 量 分 別 增 加 了 13.21%、11.94%、12.25%、12.46%，比淹水前下降了18.24%、4.28%、6.47%、12.88%， 而 T241則分別比淹水脅迫剛解除時增加了4.67%、7.27%、9.66%、3.04%，比淹水前下降了36.14%、19.57%、23.38%、31.79%。說明淹水脅迫抑制了甜瓜幼苗葉片光合色素的合成并加速了光合色素的分解，且對T241的光合色素損害程度要大于T106；在淹水脅迫解除后，耐澇品系T106的光合色素的增加量大于不耐澇品系T241。

2.2 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜幼苗葉片光合特性的影響

2.2.1 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜幼苗葉片凈光合速率的影響 由圖2可見，淹水脅迫前2個甜瓜品系幼苗葉片的凈光合速率之間差異不顯著；在整個淹水脅迫期間，2個甜瓜品系的凈光合速率均呈下降趨勢，不耐澇品系T241的凈光合速率的下降幅度大于耐澇品系T106。在淹水脅迫第7天，T106的凈光合速率顯著高于T241；T106的凈光合速率比淹水前下降了26.31%，而T241比淹水前下降了39.67%。在淹水脅迫解除后，T106的凈光合速率上升幅度大于T241。在淹水脅迫解除第7天，T106的凈光合速率顯著高于T241；T106的凈光合速率比剛解除淹水脅迫時增加了20.19%，比淹水前下降了13.64%；而T241則比剛解除淹水脅迫時增加了9.63%，比淹水前下降了31.44%。2個甜瓜品系的凈光合速率在淹水脅迫解除7d后均未恢復到淹水前的水平，說明二者的凈光合速率均受到了淹水脅迫的抑制，耐澇品系T106的受抑制程度輕于不耐澇品系T241，在淹水脅迫解除后T106的恢復能力也強于T241。

圖1 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜幼苗葉片光合色素含量的影響

2.2.2 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜幼苗葉片蒸騰速率的影響 由圖3可見，淹水脅迫前2個甜瓜品系幼苗葉片的蒸騰速率之間差異不顯著；淹水脅迫下2個甜瓜品系的蒸騰速率均呈下降趨勢。在淹水脅迫第7天時，T106的蒸騰速率顯著高于T241；T106的蒸騰速率比淹水前下降了28.12%，而T241比淹水前下降了41.78%。在淹水脅迫解除后第1天，T106的蒸騰速率開始增加，而T241則在淹水脅迫解除后第3天開始增加，且T106蒸騰速率的上升幅度大于T241。在淹水脅迫解除第7天，T106的蒸騰速率顯著高于T241，T106的蒸騰速率比淹水脅迫剛解除時增加了25.17%，比淹水前下降了10.36%；而T241比淹水脅迫剛解除時增加了9.54%，比淹水前下降了36.64%。說明淹水脅迫明顯抑制了甜瓜的蒸騰速率，對不耐澇品系T241的抑制程度大于耐澇品系T106。

2.2.3 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜幼苗葉片氣孔導度的影響 由圖4可見，淹水脅迫前2個甜瓜品系幼苗葉片的氣孔導度之間差異不顯著；淹水脅迫下，2個甜瓜品系的氣孔導度均呈下降趨勢。在淹水脅迫第7天時，耐澇品系T106的氣孔導度顯著高于不耐澇品系T241；T106的氣孔導度比淹水前下降了17.71%，而T241比淹水前下降了32.94%，T106的下降幅度小于T241。在淹水脅迫解除后，2個甜瓜品系的氣孔導度都逐漸上升，T106的上升幅度大于T241。在淹水脅迫解除第7天，T106的氣孔導度顯著高于T241；T106的氣孔導度比淹水脅迫剛解除時增加了12.64%，比淹水前下降了7.15%，而T241比淹水脅迫剛解除時增加了8.6%，比淹水前下降了27.12%。說明淹水脅迫導致甜瓜幼苗葉片氣孔收縮或部分關(guān)閉，淹水脅迫對耐澇品系氣孔導度的抑制程度低于不耐澇品系。

2.2.4 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜幼苗葉片胞間CO2濃度的影響 由圖5可見，淹水脅迫前2個甜瓜品系幼苗葉片的胞間CO2濃度差異不顯著。隨著淹水脅迫時間的延長，2個甜瓜品系的胞間CO2濃度均呈逐漸下降趨勢，不耐澇品系T241的下降幅度大于耐澇品系T106。在淹水脅迫第7天時，T106的胞間CO2濃度顯著高于T241；T106的胞間CO2濃度比淹水前下降了18.74%，而T241比淹水前下降了31.59%。淹水脅迫解除后，T106和T241的胞間CO2濃度都有不同程度的增加，T106的增加幅度大于T241。在淹水脅迫解除第7 天時，T106的胞間CO2濃度顯著高于T241；T106的胞間CO2濃度比淹水脅迫剛解除時增加了8.14%，比淹水前下降了12.14%；而T241則比淹水脅迫剛解除時增加了5.18%，比淹水前下降了30.81%。說明淹水脅迫使甜瓜幼苗葉片胞間CO2濃度降低，不耐澇品系的下降幅度大于耐澇品系。

圖2 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜幼苗葉片凈光合速率的影響

圖3 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜幼苗葉片蒸騰速率的影響

圖4 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜幼苗葉片氣孔導度的影響

圖5 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜幼苗葉片胞間CO2濃度的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜光合色素含量的影響

葉綠體中有很多光合作用所必須的光合色素。植物對光能的吸收和轉(zhuǎn)化也離不開葉綠素和類胡蘿卜素。在正常的外界環(huán)境條件下，植物體內(nèi)的葉綠體色素處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在各種各樣的逆境脅迫下光合色素呈不穩(wěn)定狀態(tài)。張克清（2007）的研究表明，在淹水環(huán)境條件下植株葉片的葉綠素含量呈逐漸下降趨勢。在淹水環(huán)境條件下，植株主要進行無氧呼吸，導致根系的能量供應(yīng)不足，不能有效地吸收礦質(zhì)元素，使葉片的生長發(fā)育受到抑制，葉綠素合成受到抑制，加速了葉綠素的降解過程。宮長榮和汪耀富（1995）對烤煙的耐澇性研究發(fā)現(xiàn)，淹水脅迫過程中葉綠素含量的降低與葉片分解代謝加強、合成代謝受阻有關(guān)。本試驗結(jié)果表明：隨著淹水脅迫時間的延長，2個甜瓜品系幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和總?cè)~綠素含量均呈下降趨勢，不耐澇品系T241的下降幅度大于耐澇品系T106；在淹水脅迫解除后，隨著脅迫解除時間的延長，2個甜瓜品系的光合色素含量都得到不同程度的恢復，耐澇品系T106光合色素含量的增加幅度大于不耐澇品系T241。這與王萍等（2007）在牡丹上的研究結(jié)果相似。

3.2 淹水脅迫及脅迫解除對甜瓜光合特性的影響

張曉平（2004）的研究表明，在淹水逆境脅迫下植物的光合作用受到顯著抑制，同化產(chǎn)物顯著減少。在淹水脅迫下植株葉片的氣孔會出現(xiàn)不同程度的關(guān)閉，導致受淹植物光合作用受到顯著抑制，光合作用下降的后期繼而引發(fā)了葉片的失綠、發(fā)黃、逐漸衰老并出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。Pezeshki等（1998）的研究發(fā)現(xiàn)，落羽杉和洋白蠟之所以耐澇性強是因為在淹水脅迫中其葉片的部分氣孔重新開放且能維持較高的氣孔導度。王生（1998）在對苗木進行淹水脅迫時發(fā)現(xiàn)，淹水處理20d后柳杉的氣孔導度呈逐漸增大趨勢，而兩種楊樹則呈逐漸下降趨勢。對耐澇性弱的植物來說，在淹水脅迫下植株葉片的氣孔導度與其光合速率、蒸騰速率呈顯著相關(guān)關(guān)系。潘向艷（2006）的研究表明，隨著淹水脅迫時間的延長，植物的氣孔導度和蒸騰速率會顯著下降。張曉平（2004）的研究表明，各種對植物生長不利的逆境條件都顯著抑制植物的光合作用，主要有兩個方面的原因，一是氣孔因素，即氣孔逐漸閉合，胞間CO2濃度逐漸下降，使葉綠體內(nèi)CO2的量呈下降趨勢；二是非氣孔因素，在淹水脅迫下細胞內(nèi)的CO2溶解度逐漸下降、RuBP羧化酶對CO2的親和力降低或光合機構(gòu)關(guān)鍵成分的穩(wěn)定性降低等。梁哲軍等（2009）的研究表明，玉米在淹水脅迫解除后凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度都得到了一定的恢復，耐澇品種的恢復能力要好于不耐澇品種。

本試驗中，隨著淹水脅迫時間的延長，2個甜瓜品系幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率均呈下降趨勢，這與湯玉喜等（2008）的研究結(jié)果一致。張曉平（2004）在鵝掌楸上的研究表明，隨著淹水時間的延長鵝掌楸的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率都呈下降趨勢，而胞間CO2濃度則逐漸上升。本試驗中，隨著淹水脅迫時間的延長，2個甜瓜品系幼苗葉片的胞間CO2濃度逐漸降低，這與前人的結(jié)果不一致，原因可能是氣孔閉合導致細胞間的CO2濃度逐漸下降。在淹水脅迫期間，2個甜瓜品系幼苗葉片的凈光合速率受到了明顯的抑制，這與氣孔導度下降有關(guān)，即氣孔的閉合降低了胞間CO2濃度，使葉綠體內(nèi)CO2的供應(yīng)受阻；也可能是淹水后期光合色素含量下降所致。這表明在淹水后期（淹水4～7d）甜瓜光合作用受到抑制是來自于氣孔限制和非氣孔限制的雙重作用。隨著淹水脅迫解除時間的延長，2個甜瓜品系的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、胞間CO2濃度均得到恢復性增加，T106的增加幅度大于T241，這說明耐澇品系T106在淹水脅迫下光合作用受到的抑制程度低于不耐澇品系T241。這與梁哲軍等（2009）在玉米上的研究結(jié)果相似。

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