亞低溫對不同品種薄皮甜瓜生理特性的影響

王亞坤，高青海

(安徽科技學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 鳳陽 233100)

薄皮甜瓜(Cucumis melo L.)，又叫香瓜、脆瓜，原產(chǎn)于中國、日本等地區(qū)，我國薄皮甜瓜栽培歷史悠久，栽培面積和產(chǎn)量歷年均居世界首位［1］。薄皮甜瓜為喜溫耐熱作物，在甜瓜栽培過程中，尤其是早春栽培中，經(jīng)常遇到低溫危害。前人研究表明，亞低溫處理使甜瓜葉片電導(dǎo)率、可溶性蛋白含量增加［2］，對植物各種生理活動產(chǎn)生不利影響［3］，常常出現(xiàn)生育緩慢和品質(zhì)不良等現(xiàn)象［4］。關(guān)于植物抗寒性的大量研究表明，在低溫脅迫下，植物體中保護(hù)酶活性的強(qiáng)弱直接關(guān)系到抵御低溫傷害的能力［5］。因此，研究不同品種甜瓜幼苗在亞低溫脅迫下的生長及生理特性的影響對于亞低溫季節(jié)甜瓜設(shè)施節(jié)能栽培技術(shù)具有重要意義。為此，以不同品種薄皮甜瓜為試材，研究亞低溫對不同品種甜瓜生長及其生理特性的影響，探討不同品種甜瓜對亞低溫的敏感性及適應(yīng)低溫的能力，以期為甜瓜設(shè)施栽培提供參考。

1 材料及方法

1.1 試驗材料

圖1 亞低溫脅迫對不同品種甜瓜莖粗的影響Fig.1 Effects of sub － low temperature on stem diameter of different

供試薄皮甜瓜品種為‘羊角脆’、‘八棱脆酥瓜’、‘黃皮香瓜’、‘黑皮酥’，甜瓜種子購自濟(jì)南日出種業(yè)有限責(zé)任公司。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2013年6～11月在安徽科技學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院園藝實習(xí)基地內(nèi)進(jìn)行。選取飽滿，整齊一致的甜瓜種子，于28℃條件下催芽，選取均勻一致的露白種子，在50孔穴盤中進(jìn)行育苗，置于日光溫室自然光照下培養(yǎng)。待甜瓜幼苗長到二葉一心時，選擇長勢整齊一致的甜瓜幼苗，將幼苗放置在光照培養(yǎng)箱，晝/夜各12 h，光照強(qiáng)度為80±5μmol m－2s－1，相對濕度75±5%，晝/夜溫度為17/10±1℃/10℃的光照培養(yǎng)箱中，進(jìn)行亞低溫處理，處理20d后隨機(jī)取甜瓜幼苗10株測定相關(guān)生理生化指標(biāo)。每個處理為40株，每個品種試驗重復(fù)三次。

1.3 生長指標(biāo)測定

在甜瓜幼苗長生至三葉一心時，每個處理隨機(jī)取10株標(biāo)記，取整株處理后的甜瓜植株用電子稱稱量并記錄數(shù)據(jù)。用卷尺測定上述每株甜瓜幼苗的株高并記錄數(shù)據(jù)，并計算平均株高，同時，用游標(biāo)卡尺測定植株莖粗。

1.4 生理指標(biāo)測定

超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性和抗壞血酸過氧化物酶活性的測定參照李合生［6］的方法。葉綠素含量的測定為選取上數(shù)第二片葉，采用SPAD－502葉綠素儀進(jìn)行測定，每片葉片測定5個點，取平均值，重復(fù)5次。硝酸還原酶活性的測定采用活體測定法［6］、電解質(zhì)滲漏率采用電導(dǎo)法［6］測定、根系活力的測定采用TTC法［6］。

2 結(jié)果與分析

2.1 亞低溫脅迫對不同品種甜瓜莖粗和株高的影響

株高和莖粗是植物長勢強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，尤其莖粗在一定程度上還可反映幼苗的健壯程度［7］。從圖1可以看出，亞低溫條件下不同甜瓜品種株高、莖粗之間有所差異。其中‘黑皮酥’莖粗最大為0.41mm，其次為黃皮香瓜，‘八棱脆酥’瓜莖粗最小為0.33mm，由此說明‘黑皮酥’植株最為健壯，其次為‘黃皮香瓜’，‘八棱脆酥’瓜長勢較差。

圖2 亞低溫脅迫對不同品種甜瓜株高的影響Fig.2 Effects of sub － low temperature on plant height of different

從圖2可以看出，亞低溫脅迫對不同品種甜瓜株高的影響較為顯著，4個品種株高比較為‘黑皮酥＞黃皮香瓜＞羊角脆＞八棱脆酥瓜’，‘黑皮酥’株高最高為14.32cm，‘八棱脆酥’瓜株高最低為9.14cm。由此說明，亞低溫條件下‘黑皮酥’長勢較好，‘八棱脆酥’瓜長勢較差。

2.2 亞低溫脅迫對不同品種甜瓜鮮重的影響

圖3 亞低溫脅迫對不同品種甜瓜鮮重的影響Fig.3 Effects of sub － low temperature on fresh weight of different varieties of melon

由圖3可知，亞低溫處理對不同甜瓜品種鮮重影響有所差異，且呈現(xiàn)出‘黑皮酥＞黃皮香瓜＞羊角脆＞八棱脆酥’瓜的趨勢，其中‘八棱脆酥’瓜鮮重僅為5.38g.plant－1。由此說明低溫脅迫對八棱脆酥瓜營養(yǎng)生長影響較大，即其抗寒性最弱。

2.3 亞低溫脅迫對不同品種甜瓜葉綠素含量和根系活力的影響

圖4 亞低溫脅迫對不同品種甜瓜葉綠素含量的影響Fig.4 Fig.4 Effects of sub － low temperature on chlorophyll content of different

葉綠素含量的大小在一定程度上反映了作物光合作用的強(qiáng)弱［8］。由圖4可以看出亞低溫脅迫對不同品種甜瓜葉綠素含量有所影響。其中以‘黑皮酥甜瓜’葉片葉綠素含量最高30.9，其次為‘黃皮香瓜’，‘八棱脆酥瓜’甜瓜葉片葉綠素含量最低僅為20.9。耐寒性不同的黃瓜品種根系對低溫脅迫的適應(yīng)能力也有所不同［9］。圖5結(jié)果表明根系活力的變化與葉綠素含量的變化相似。由此說明其對低溫適應(yīng)性更強(qiáng)，‘八棱脆酥瓜’甜瓜品種對低溫適應(yīng)性最差。

2.4 亞低溫脅迫對不同甜瓜品種葉片硝酸還原酶和電解質(zhì)滲漏率的影響

硝酸還原酶是植物同化的關(guān)鍵酶，植物體內(nèi)硝酸還原酶活力(NRA)的高低直接影響介質(zhì)中的利用，被作為作物的營養(yǎng)指標(biāo)之一［10］。從圖6可以看出，4個薄皮甜瓜品種葉片硝酸還原酶活性大小依次為‘黑皮酥＞黃皮香瓜＞羊角脆＞八棱脆酥瓜’，其中‘黑皮酥’品種葉片硝酸還原酶活性最高為88.4μg.g－1FW·h，八棱脆酥瓜最小為 56.4μg.g－1FW·h。電解質(zhì)滲漏率是目前鑒定植物抗寒性的常用方法［11］，其大小與作物的抗寒性呈負(fù)相關(guān)。由圖7可以看出，亞低溫條件下，4種薄皮甜瓜葉片電解質(zhì)滲漏率有所不同，其中‘八棱脆酥瓜’的電解質(zhì)滲漏率最高為30.4%，‘黑皮酥’最小為24.3%。由此可知‘八棱脆酥瓜’抗亞低溫脅迫能力最弱，‘黑皮酥’能力最強(qiáng)，‘黃皮香瓜’和‘羊角脆’居中。

圖6 亞低溫脅迫對不同品種甜瓜葉片硝酸還原酶的影響Fig.6 Effects of sub － low temperature on niatrate reductase activity of different

圖7 亞低溫脅迫對不同品種甜瓜葉片電解質(zhì)滲漏率的影響Fig.7 Effects of sub － low temperature on electrolytic leakage of different varieties of melon

2.5 低溫脅迫對不同品種甜瓜葉片保護(hù)酶的影響

SOD、POD、APX和CAT等是植物細(xì)胞內(nèi)清除活性氧最為重要的保護(hù)酶［12］。由圖8可以看出，亞低溫條件下，4種薄皮甜瓜葉SOD、CAT和APX保護(hù)酶活性活性大小均現(xiàn)呈‘黑皮酥＞黃皮香瓜＞羊角脆＞八棱脆酥瓜’的趨勢，且‘黑皮酥’的SOD活性最高為76U/mg，‘八棱脆酥瓜’的活性最低。在亞低溫條件下，不同品種的甜瓜葉片POD活性變化與其他保護(hù)酶活性變化并不一致，表現(xiàn)出與其他保護(hù)酶不一樣的規(guī)律(如圖8所示)，故此指標(biāo)不適宜單獨作為評價甜瓜抗寒性的指標(biāo)。

圖8 亞低溫脅迫對不同品種甜瓜葉片保護(hù)酶活性的影響Fig.8 Effects of sub － low temperature on electrolytic leakage of different varieties of melon

綜上可知，甜瓜的生理生化指標(biāo)影響植株的生長發(fā)育，并可作為評價甜瓜抗寒性的可靠指標(biāo)，而POD活性的規(guī)律與其他保護(hù)酶活性不一致，不適宜將其作為評價甜瓜抗寒性的指標(biāo)。綜合比較四個甜瓜品種在亞低溫后的相關(guān)生理生化指標(biāo)及形態(tài)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)它們的耐寒性強(qiáng)弱排序為‘黑皮酥＞黃皮香瓜＞羊角脆＞八棱脆酥瓜’。因此，在江淮地區(qū)種植甜瓜時，‘黑皮酥’更能適應(yīng)低溫寒冷天氣，而八棱脆酥瓜的耐寒性最弱。

3 結(jié)論與討論

溫度是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子之一，低溫是影響植物生長發(fā)育的主要逆境因子［13］。研究表明，低溫脅迫不僅降低植物葉片葉綠素含量，而且根系活力也顯著降低［14－15］。本試驗結(jié)果表明，不同品種薄皮甜瓜對亞低溫脅迫生理相應(yīng)不同，其中黑皮酥甜瓜葉片葉綠素含量和根系活力較高，株高、莖粗及植株鮮重顯著高于八棱脆酥瓜，而八棱脆酥瓜葉片葉綠素含量和根系活力較低。張海艷在鮮食玉米上也有類似的報道［16］。

低溫脅迫下植物生物膜發(fā)生由液晶相向凝膠相的變化，膜流動性降低，通透性增加，造成細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)外滲［17］。本試驗結(jié)果表明，在4個薄皮甜瓜品種中，黑皮酥瓜葉片電解質(zhì)滲漏率值較小，八棱脆酥瓜葉片電解質(zhì)滲漏率數(shù)值最大，由此說明八棱脆酥瓜耐寒性較差。

低溫脅迫下，植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧物質(zhì)(ROS)，SOD、POD、CAT及APX保護(hù)酶是植物體內(nèi)主要的ROS酶促清除系統(tǒng)。SOD可以催化O－2轉(zhuǎn)化為H2O2和O2，而H2O2可被CAT轉(zhuǎn)化為H2O［18］。本試驗在亞低溫脅迫下，4個甜瓜品種葉片的SOD活性存在明顯差異，CAT活性與SOD的活性變化一致，以便及時清除因SOD活性增強(qiáng)而產(chǎn)生的H2O2，避免因H2O2的過量積累對細(xì)胞膜產(chǎn)生傷害。楊向娜［19］的研究表明SOD活性與品種的抗寒性呈正相關(guān)關(guān)系，品種的SOD活性越大，其抗寒能力就越強(qiáng)。由此說明4個品種的抗寒性強(qiáng)弱不同。POD的活性情況與SOD和CAT的活性相比，變化不規(guī)律，這可能是由于試驗材料和處理不同，這與張恩平［20］的研究結(jié)果相似。

綜合以上分析可知:亞低溫條件下，‘黑皮酥’薄皮甜瓜生長較好，耐寒性較好;而‘八棱脆酥’瓜耐寒性較差，在亞低溫條件下長勢較差?！S皮香瓜’與‘羊角脆’耐寒性居中。

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