小型西瓜新品系苗期對(duì)亞適溫弱光的適應(yīng)性差異研究

劉會(huì)芳，龐勝群，崔輝梅，徐巍，劉慧英

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院園藝系，石河子832003）

小型西瓜因果形美觀、品質(zhì)佳等諸多優(yōu)點(diǎn)而得以迅速發(fā)展，市場前景十分樂觀。目前小型西瓜是新疆及北方節(jié)能日光溫室的重要瓜菜之一。小型西瓜是喜光喜溫作物，整個(gè)生長期以高溫、充足光照為宜［1－2］。但在小西瓜日光溫室早春栽培中，一般苗期及定植后要求白天保持在25～32℃，夜間保持在15～18℃，但實(shí)際育苗階段及生長前期普遍存在亞適溫環(huán)境或低溫弱光條件，往往使小型西瓜生理活動(dòng)失調(diào)，坐瓜率低及化瓜嚴(yán)重，產(chǎn)量大幅下降［2］。近年的實(shí)踐和研究［3－4］表明，在冬、春季日光溫室中，瓜菜遭遇的亞適溫弱光逆境比低溫弱光更加頻繁和長久。這已引起了育種學(xué)家和栽培專家的共同關(guān)注。為了滿足生產(chǎn)上的需要，選育適合設(shè)施栽培的耐亞適溫弱光、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小西瓜新品種就顯得尤為重要。

光合作用是植物最基本的生命活動(dòng)，是植物合成有機(jī)物質(zhì)和獲得能量的根本源泉，許多研究證明，光合作用是受溫光因子影響最為明顯和敏感的過程之一［5－7］。葉綠素?zé)晒庥捎谑且灾参矬w內(nèi)葉綠素為內(nèi)在探針，與光合作用中各種反應(yīng)密切相關(guān)，極易受逆境的影響，是快速、靈敏無損傷的研究和探測逆境對(duì)植物光合作用影響的理想方法［8－11］。根據(jù)學(xué)者們［12－15］的報(bào)道，不同類型和不同黃瓜品種對(duì)弱光亞適溫的耐受性存在差異。

本項(xiàng)目組多年來從事設(shè)施小型西瓜專用品種的選育工作，獲得了若干份高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的小型西瓜優(yōu)良品系。為了對(duì)其亞適溫弱光耐受性進(jìn)行評(píng)價(jià)和鑒定，本試驗(yàn)旨在通過研究弱光亞適溫下幾個(gè)小型西瓜新品系的葉綠素相對(duì)含量、光合特性和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化，比較和鑒定小型西瓜新品系對(duì)亞適溫弱光逆境的適應(yīng)性差異，以期為耐亞適溫弱光、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小型西瓜專用新品種的選育提供依據(jù)。

l 材料與方法

1.1 材料

供試的4個(gè)小西瓜新品系均為課題組經(jīng)過多年選育，篩選出的優(yōu)良品系：WM005×WM004、S－12×X－4、S－2－6×T10、新5×X－4。

1.2 方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2011年在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。4月20日于日光溫室內(nèi)育苗，播種于10 cm×10 cm的育苗缽中，日光溫室條件下（PFD 220～710（μmol／m2）／s，日均值約340（μmol／m2）／s，晝／夜溫度（20～32）℃／（15～19）℃，均值約為26.5℃／16℃ ）。常規(guī)管理。當(dāng)幼苗長至3～4片真葉后選擇生長一致的幼苗移入RXZ－300C智能人工氣候箱（寧波江南儀器廠制造）內(nèi)進(jìn)行亞適溫弱光處理，晝夜溫度為18℃／13℃，PFD 120（μmol／m2）／s，日照時(shí)數(shù)12 h。試驗(yàn)3次重復(fù)，每次重復(fù)12株。

1.2.2測定項(xiàng)目與方法

1.2.2.1 葉綠素相對(duì)含量（SPAD 值）的測定

采用葉綠素儀（SPAD502）于處理前（0 d）、處理后第5、10天測定植株自上向下第3片功能葉片葉綠素相對(duì)含量（SPAD值）。

1.2.2.2 葉片光合參數(shù)測定

采用Li－6400便攜式光合測定儀（美國LI－COR公司）分別于處理前（0 d）、處理后第5、10天測定植株自上向下第3片功能葉的光合參數(shù)，包括凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）。

1.2.2.3 葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定

采用脈沖調(diào)制熒光儀 Dual－PAM－100（德國WALZ公司）于處理后第5、10天測定植株自上向下第3片葉的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)。PSⅡ熒光參數(shù)主要包括：最大熒光（Fm）、初始熒光（Fo）、光合量子效率（ΦPSII）、非光化學(xué)淬滅（q N）與光化學(xué)淬滅（qP）等參數(shù)，并根據(jù)以下公式計(jì)算PSⅡ最大光化學(xué)效率：Fv／Fm＝（Fm－Fo）／Fm。測定前暗適應(yīng)20 min，測定時(shí)先照射檢測光（＜0.05（μmol／m2）／s）、再照射飽和脈沖光（12000（μmol／m2）／s），所有指標(biāo)均重復(fù)測定4次，結(jié)果以（平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差）表示。

1.2.3統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel和SPSS16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，并對(duì)平均數(shù)葉綠素含量進(jìn)行Duncan多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 亞適溫、弱光對(duì)小型西瓜新品系幼苗SPAD值的影響

由圖1可以看出，在亞適溫弱光處理前（0d），4個(gè)小型西瓜新品系的葉綠素含量為34.55～35.25之間，新品系間無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；亞適溫弱光處理后，隨著處理時(shí)間的延長均呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢(shì)，但不同品系下降的緩急程度不同，4個(gè)品系中以‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’2個(gè)品系在亞適溫弱光處理5 d內(nèi)葉綠素含量下降較‘W005×M04’和‘S－12×X－4’2個(gè)品系快，但處理后10 d，4個(gè)新品系的葉綠素含量無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 亞適溫弱光下小型西瓜新品系幼苗SPAD值變化Fig.1 Effects of suboptimal temperature and pool light on chlorophyll SPAD value of new lines of small－fruit watermelon seedlings

2.2 亞適溫、弱光對(duì)小西瓜新品系幼苗光合特性的影響

由圖2a中可以看出，在亞適溫弱光脅迫處理前（0 d），4個(gè)小型西瓜新品系的Pn就存在差異，其中‘W005×M04’和‘S－12×X－4’幼苗葉片的Pn最高，2個(gè)品系間無顯著差異，其次為‘新5×X－4’，而新品系‘S－2－6×T10’最低，說明在正常溫光條件下，4個(gè)新品系的光合能力有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在亞適溫弱光脅迫處理后，4個(gè)新品系葉片Pn均呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)，至處理10 d時(shí)‘W005×M04’和‘S－12×X－4’2個(gè)新品系幼苗葉片的Pn仍顯著高于‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’。就Pn降幅來看，4個(gè)新品系分別下降了18.78%、15.72%、18.4%和22.61%，其中以‘新5×X－4’降幅最大，‘S－12×X－4’降幅最小。說明亞適溫弱光條件降低了小型西瓜光合能力。

圖2b顯示，亞適溫弱光脅迫處理前，‘W005×M04’幼苗葉片的Tr值顯著低于另外3個(gè)品系；在亞適溫弱光脅迫處理后，4個(gè)小型西瓜新品系的Tr表現(xiàn)出隨著脅迫時(shí)間的延長，Tr值趨于下降。在亞適溫弱光脅迫處理10 d時(shí)，‘W005×M04’幼苗葉片的Tr值仍最低，其次是‘S－12×X－4’，而‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4兩品系的Tr值最高且兩品系間無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。從Tr降幅來看，4個(gè)新品系分別下降了20.53%、22.81%、13.46%、14.19%。

本試驗(yàn)由圖2c可以看出，4個(gè)小型西瓜新品系幼苗葉片的Gs值在亞適溫弱光脅迫處理前后呈現(xiàn)的下降趨勢(shì)與Tr值表現(xiàn)出很好的一致性。在亞適溫弱光脅迫處理10 d時(shí)，‘W005×M04’和‘S－12×X－4’幼苗葉片的Gs值顯著低于‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’2個(gè)新品系，Gs降幅以‘S－12×X－4’最大，為21.53%，其次為‘W005×M04’。

亞適溫弱光脅迫前，4個(gè)小型西瓜新品系幼苗葉片的Ci無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（圖2d），但在亞適溫弱光脅迫后，‘W005×M04’幼苗葉片的Ci降幅最緩，為9.4%，‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’2個(gè)新品系的降幅最大，分別為17.01%和21%。亞適溫弱光脅迫下‘W005×M04’幼苗葉片仍保持較高的Ci，說明其具有較高的光合底物濃度。

圖2 亞適溫弱光對(duì)小型西瓜新品系幼苗光合特性的影響Fig.2 Effects of suboptimal temperature and pool light on photosynthesis characteristics of new lines of small－fruit watermelon seedlings

2.3 亞適溫弱光對(duì)小型西瓜新品系幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

葉綠素?zé)晒鈪?shù)是評(píng)估植物光合器官是否受損的良好指標(biāo)，而Fv／Fm被認(rèn)為是反映光抑制程度的可靠指標(biāo)，它表示光反應(yīng)中心PSII最大光化學(xué)效率［7－8］。本試驗(yàn)從圖3a中可以看出，在亞適溫弱光處理5 d時(shí)，4個(gè)小型西瓜新品系的Fv／Fm值均較處理前降低；隨著亞適溫弱光處理時(shí)間的延長，‘W005×M04’和‘S－12×X－4’2個(gè)新品系的Fv／Fm值略有上升，且兩者間無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；但‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’2個(gè)新品系的Fv／Fm 值持續(xù)下降，2個(gè)品系的Fv／Fm 值顯著低于‘W005×M04’和‘S－12×X－4’2個(gè)新品系的。說明短期亞適溫弱光環(huán)境已造成植株P(guān)SⅡ活性受到顯著抑制，但隨后‘W005×M04’和‘S－12×X－4’2個(gè)品系Fv／Fm值的回升，說明這2個(gè)品系在較長時(shí)間亞適溫弱光條件下產(chǎn)生適應(yīng)的能力較‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’強(qiáng)。

圖3b顯示，亞適溫弱光處理前，4個(gè)新品系的ΦPSII值無顯著差異，在亞適溫弱光脅迫處理后，‘W005×M04’和‘S－12×X－4’2個(gè)新品系ΦPSII值整體下降幅度較緩，至處理10 d時(shí)仍保持較高水平，分別達(dá)到0.66和0.64，顯著高于另2個(gè)品系。‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’2個(gè)新品系在亞適溫弱光脅迫處理5 d時(shí)，幼苗葉片ΦPSII值降幅較大，隨后隨著脅迫時(shí)間的延長ΦPSII值又有所上升，至10 d時(shí)，新品系‘新5×X－4’葉片ΦPSII值顯著高于‘S－2－6×T10’的。

由圖3c可以看出，4個(gè)新品系幼苗葉片的q P值則表現(xiàn)為亞適溫弱光處理前，4個(gè)新品系的q N值不同，新品系‘S－12×X－4’的q P 值顯著高于‘W005×M04’和‘新5×X－4’；亞適溫弱光處理后，4個(gè)新品系幼苗葉片的q P值均表現(xiàn)為隨著脅迫時(shí)間的延長逐步降低，其中以‘W005×M04’降幅最小，‘S－12×X－4’品系在脅迫5 d時(shí)q N 值降幅較小，但隨后快速下降，‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’2個(gè)品系則表現(xiàn)較一致，均先是快速下降，然后降幅變緩，但從q P 值來看，‘S－2－6×T10’品系的q N 值始終高于‘新5×X－4’新品系。在亞適溫弱光處理10 d時(shí)，以新品系‘W005×M04’幼苗葉片的q P值最高，‘S－12×X－4’和‘新5×X－4’2個(gè)品系的最低。

亞適溫弱光處理前，4個(gè)新品系的q N值無顯著差異，在亞適溫弱光脅迫處理后，‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’2個(gè)新品系的q N呈持續(xù)下降趨勢(shì)，且在處理5 d后下降幅度加劇；‘W005×M04’和‘S－12×X－4’2個(gè)品系于處理后q N值下降幅度緩慢。在亞適溫弱光脅迫后第10天，‘W005×M04’和‘S－12×X－4’2個(gè)品系間q N值無顯著差異但顯著高于‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’2個(gè)新品系（圖3d）。

圖3 亞適溫弱光對(duì)小型西瓜新品系幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Fig.3 Effects of suboptimal temperature and pool light on chlorophyll fluorescence parameters of new lines of small－fruit watermelon seedlings

3 小結(jié)與討論

光合作用是對(duì)溫度和光照敏感、反應(yīng)迅速的代謝過程。植物光合作用主要取決于3個(gè)生理過程，即光合底物CO2的傳導(dǎo)、光反應(yīng)和暗反應(yīng)。葉片具有較強(qiáng)的CO2傳導(dǎo)能力，較高的光反應(yīng)和暗反應(yīng)活性是葉片取得較高的Pn的重要生理基礎(chǔ)。溫光逆境脅迫往往不僅直接引發(fā)光合機(jī)構(gòu)的損傷，同時(shí)也影響光合電子傳遞和光合磷酸化以及暗反應(yīng)。高麗紅等［14－15］研究結(jié)果表明，不同黃瓜品種類型對(duì)亞適溫弱光的適應(yīng)性存在差異，歐亞雜交種對(duì)亞適溫弱光的適應(yīng)性優(yōu)于歐洲種和亞洲種，前者在亞適溫弱光條件下仍能保持較高的Pn和是PSII原初光化學(xué)反應(yīng)活性；有學(xué)者［13－16］亦認(rèn)為黃瓜品種‘津優(yōu)3號(hào)’對(duì)弱光亞適溫逆境的適應(yīng)能力高于‘薩瑞格’和‘翠綠’，保持較高的光能轉(zhuǎn)換效率和碳同化酶活性是其適應(yīng)性增強(qiáng)的重要基礎(chǔ)。張福墁，陳青君等［12］報(bào)道，亞適溫弱光對(duì)黃瓜葉片沒有產(chǎn)生明顯的光抑制，但引起氣孔部分關(guān)閉，開張度減小，從而導(dǎo)致Gs降低，光合功能下降，即亞適溫弱光脅迫使黃瓜幼苗的Pn下降的主要限制因素與氣孔限制有一定相關(guān)性。因此亞適溫弱光逆境下植株的光合特性是植物耐受性鑒定的重要依據(jù)。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明：亞適溫弱光脅迫處理后，供試的4個(gè)小型西瓜新品系的葉綠素含量、Pn、Tr、Ci和Gs均呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)。不同品系相比，葉綠素含量品系間無顯著差異；處理前后均以‘W005×M04’和‘S－12×X－4’幼苗葉片的Pn最高，‘W005×M04’幼苗葉片的Tr、Gs值最小，以‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’2個(gè)品系的Pn最低，Tr、Gs值最大；處理前4個(gè)新品系幼苗葉片Ci無差異，處理后以‘W005×M04’幼苗葉片的Ci最大，降幅最??；‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’的Ci最小，降幅最大。說明亞適溫弱光脅迫均造成4個(gè)新品系光合能力的下降；在亞適溫弱光條件下，‘W005×M04’幼苗葉片仍保持較高的光合效率、具有較高的光合底物CO2濃度，因此該品系對(duì)亞適溫弱光的耐受性最強(qiáng)，其次是‘S－12×X－4’，而‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’2個(gè)品系最差。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)是快速、靈敏無損傷的研究和探測逆境對(duì)植物光合作用影響的理想方法。許多研究表明，植株抗逆性提高與保持高的PSII的電子傳遞活性和良好的光合機(jī)構(gòu)有直接關(guān)系［8－9］。本研究表明，亞適溫弱光脅迫處理后，供試的4個(gè)小型西瓜新品系Fv／Fm的比值和ФPSII明顯降低，反映出PSII的原初光能轉(zhuǎn)換效率的減弱及光合機(jī)構(gòu)受到損害。但不同品系對(duì)亞適溫弱光的敏感度不同，表現(xiàn)為‘W005×M04’和‘S－12×X－4’2個(gè)新品系Fv／Fm的比值和ФPSII降幅最小，且脅迫后期Fv／Fm值略有上升，在亞適溫弱光脅迫處理后10 d，這兩個(gè)品系仍保持較高的Fv／Fm和ФPSII值，顯著高于另2品系。q P是PSⅡ光化學(xué)猝滅系數(shù)，q P反映的是被PSⅡ天線色素吸收來并用以光合作用的能量部分，與PSII的光化學(xué)反應(yīng)有關(guān)，反映了PSII原初電子受體QA的氧化還原狀態(tài)，qP愈大，QA－重新氧化形成QA的量愈大，即PSII的電子傳遞活性愈大。本試驗(yàn)熒光猝滅分析表明，亞適溫弱光處理后，4個(gè)新品系幼苗葉片的qP均較處理前降低，q P的降低說明亞適溫弱光脅迫下，4個(gè)新品系幼苗葉片QA－重新氧化為QA的量減少，即PSII的電子傳遞活性減弱，暗示葉片暗反應(yīng)的受阻，而處理后10 d‘W005×M04’的q P 最高，‘S－12×X－4’和‘新5×X－4’2個(gè)品系的最低，說明‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’葉片暗反應(yīng)受抑制的程度高于‘W005×M04’。q N反映的是PSII天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的光能部分。當(dāng)PSII反應(yīng)中心天線色素吸收了過量的光能時(shí)，如不能及時(shí)地耗散將對(duì)光合機(jī)構(gòu)造成失活或破壞，所以非光化學(xué)碎滅是一種自我保護(hù)機(jī)制，對(duì)光合機(jī)構(gòu)起一定的保護(hù)作用。本研究結(jié)果表明亞適溫弱光處理后，4個(gè)新品系幼苗葉片的q N亦下降，其中‘W005×M04’和‘S－12×X－4’葉片q N 降幅最小。并且在處理后第10天，‘W005×M04’和‘S－12×X－4’幼苗葉片的q N 值最高，說明‘W005×M04’和‘S－12×X－4’2個(gè)品系通過耗散多余能量以保護(hù)光合機(jī)構(gòu)抵御低溫傷害的能力較強(qiáng)。

綜上所述，在亞適溫弱光脅迫條件下，‘W005×M04’幼苗葉片具有較高的Pn，較高的光合底物CO2濃度和較強(qiáng)的CO2傳導(dǎo)能力，并且能在脅迫條件下保持較高的PSII電子傳遞活性及光合機(jī)構(gòu)受損程度低，因此該品系亞適溫弱光適應(yīng)性最強(qiáng)。其次是‘S－12×X－4’，而‘S－2－6×T10’和‘新5×X－4’2個(gè)品系適應(yīng)性最差。

本試驗(yàn)僅對(duì)小型西瓜幼苗的亞適溫弱光適應(yīng)性進(jìn)行了鑒定和評(píng)價(jià)，而苗期與開花結(jié)果期對(duì)亞適溫弱光的耐受性是否存在一致性，還有待進(jìn)一步的研究。

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