高溫脅迫對不同西瓜幼苗生長和生理特性的影響及綜合評價(jià)

張力等

摘 要： 以15份不同性狀西瓜為試驗(yàn)材料，研究高溫脅迫對西瓜幼苗3項(xiàng)生長指標(biāo)和6項(xiàng)生理指標(biāo)的影響，并采用隸屬函數(shù)方法和系統(tǒng)聚類分析對各西瓜幼苗耐熱性進(jìn)行綜合評價(jià)，初步篩選出耐熱試材，為西瓜耐熱育種提供條件。結(jié)果表明：高溫脅迫后各西瓜幼苗的生長受到抑制，與對照相比株高、莖粗度、葉面積、總?cè)~綠素含量和SOD活性均出現(xiàn)不同程度下降，相對電導(dǎo)率、丙二醛含量和POD活性均呈現(xiàn)不同程度上升，脯氨酸含量變化趨勢不一致，表現(xiàn)為耐熱材料含量增加，不耐熱材料含量下降。通過綜合評價(jià)得到4類不同耐熱性試材，其中耐熱性差試材1個，耐熱性一般試材8個，耐熱性較好試材2個，耐熱性好試材4個。

關(guān)鍵詞： 高溫脅迫； 西瓜幼苗； 生長指標(biāo)； 生理指標(biāo)； 綜合評價(jià)

Effect of high temperature stress on the growth and physiological property of different watermelon seedlings and their comprehensive assessment

ZHANG Li1， LI Guifen2， LI Wenxin2， QIN Sihua2， HUANG Jinyan2， HE Yi2， HONG Rixin2

（1. Vegetable Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanning 5300071，Guangxi，China； 2. Horticultural Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanning 5300071，Guangxi，China）

Abstract： Fifteen watermelon seedlings with different characters were used as experimental materials to study 3 growth indexes and 6 physiological indexes of watermelon seedlings under high temperature stress. The methods of membership function and hierarchical cluster analysis were used to comprehensively evaluate the heat resistance of different watermelon seedlings. The preliminary materials of watermelon with tolerance to heat stress were selected in order to provide the conveniences for heat tolerance breeding. The results showed a negative effect of high temperature stress on the growth of watermelon seedlings. Compared to the control，the plant height，stem roughness，leaf area，total chlorophyll content and SOD activity of watermelon seedlings decreased in different degrees，and relative electrolytic leakage，MDA content and POD activity increased in different degrees. The change in proline content was inconsistent among different experimental materials，with increase in heat-resistance materials and decrease in heat-labile materials，compared to the control. According to the comprehensive assessment results，there were 4 types of different heat-resistance materials，with 1 poor heat-resistance material，8 medium heat-resistance materials，2 better heat-resistance materials and 4 best heat-resistance materials.

Key words： High temperature stress； Watermelon seedlings； Growth index； Physiological index； Comprehensive assessment

西瓜（Citrullus lanatus var. lanatus）為夏季常見水果，適宜生長的溫度為25～30 ℃，我國南方地區(qū)夏季炎熱，經(jīng)常出現(xiàn)極端高溫天氣，室外溫度普遍超過35 ℃，溫室大棚內(nèi)溫度往往高達(dá)40 ℃以上。隨著設(shè)施栽培的不斷推廣，高溫對西瓜夏季保護(hù)地栽培產(chǎn)生嚴(yán)重影響，制約著西瓜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。解決高溫危害的根本途徑是進(jìn)行耐熱育種，但目前關(guān)于西瓜耐熱性研究報(bào)道不多，張志剛等[1]發(fā)現(xiàn)蚯蚓糞基質(zhì)穴盤苗相比常規(guī)草炭基質(zhì)穴盤苗的耐熱性更好；劉成靜等[2]研究了西瓜自根苗和不同西瓜砧木的嫁接苗的耐熱性及保護(hù)酶的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)嫁接苗的耐熱性要高于自根苗，且嫁接苗和自根苗均表現(xiàn)為葉片過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶的活性先下降后升高，然后再下降；郝曉杰[3]研究結(jié)果表明，高溫脅迫下西瓜根系活力、光合速率和葉片葉綠素含量均下降，葉片MDA含量顯著升高，SOD、CAT、GPX、POD活性顯著升高，而一定濃度的硒處理能夠增強(qiáng)高溫脅迫下西瓜幼苗根系活力，提高葉片葉綠素含量、凈光合速率和特定的抗氧化酶活性，降低葉片中 MDA含量和相對電導(dǎo)率，從而減輕高溫脅迫對西瓜幼苗葉片產(chǎn)生的傷害，增強(qiáng)其抗逆性。本試驗(yàn)對不同西瓜幼苗高溫脅迫后生長和生理反應(yīng)進(jìn)行研究并進(jìn)行綜合評價(jià)，初步篩選出耐熱試材，為西瓜耐熱育種奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料：‘W1（二倍體、紅瓤）、‘W2（二倍體、紅瓤）、‘W3（二倍體、紅瓤）、‘W4（二倍體、紅瓤）、‘W5（二倍體、紅瓤）、‘W6（二倍體、紅瓤）‘W7（三倍體、紅瓤）、‘W8（二倍體、紅瓤）、‘W9（二倍體、黃瓤）、‘W10（二倍體、紅瓤）、‘W11（二倍體、紅瓤）、‘W12（二倍體、紅瓤）、‘W13（四倍體、紅瓤）、‘W14（四倍體、紅瓤）、‘W15（四倍體、黃瓤），均由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用6.5 cm×6.5 cm育苗缽育苗，待4葉1心時(shí)將西瓜幼苗放入人工氣候箱中進(jìn)行處理，設(shè)定晝夜溫度為40 ℃/25 ℃ 作為高溫處理，另設(shè)置30 ℃/25 ℃ 為對照處理，光照均為4 000 Lx，光照時(shí)數(shù)為12 h。在熱脅迫第9天采樣測定相關(guān)形態(tài)和生理指標(biāo)，測定時(shí)每個試材隨機(jī)取樣5株，3次重復(fù)。

1.2.2 測定指標(biāo) 植株高度：隨機(jī)取5株，測定根頸處到生長點(diǎn)的距離，用直尺測量。莖粗度：隨機(jī)取5株，選同一節(jié)位，用游標(biāo)卡尺測量。葉面積：隨機(jī)選取5片相同部位的葉片，采用葉面積儀測定?？?cè)~綠素含量：采用浙江托普公司生產(chǎn)的便攜式葉綠素測定儀（TYS-A）測定。相對電導(dǎo)率：采用電導(dǎo)儀法測定[1]。丙二醛（MDA）含量：采用硫代巴比妥酸法測定[4]。脯氨酸（Pro）含量：采用磺基水楊酸法測定[4]。過氧化物酶（POD）活性：采用愈創(chuàng)木酚法測定[4]。超氧化物歧化酶（SOD）活性：采用NBT還原法測定[4]。

1.2.3 隸屬函數(shù)分析 采用的模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)方法[5]，計(jì)算各試材耐熱指標(biāo)隸屬函數(shù)值X（μ），累加后取X（μ）平均數(shù)，比較各試材間的耐熱性。X（μ）平均數(shù)越大，其耐熱性越強(qiáng)。當(dāng)測定指標(biāo)與耐熱性呈正相關(guān)時(shí)采用公式X（μ）=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin），當(dāng)測定指標(biāo)與耐熱性呈負(fù)相關(guān)時(shí)采用公式 X（μ）=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）。Xmax為試材某一項(xiàng)耐熱指標(biāo)的最大值，Xmin為試材某一項(xiàng)耐熱指標(biāo)的最小值。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫對西瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

由表1可知：高溫脅迫后各西瓜幼苗株高與對照相比均出現(xiàn)不同程度的下降，除‘W7、‘W13和‘W14外均與對照相比存在顯著差異，其中‘W7、‘W13、‘W14下降幅度較小，分別為9.07%、10.11%和4.33%；‘W5、‘W6和‘W8下降幅度較大，分別為39.07%、35.14%和33.30%。高溫脅迫后各西瓜幼苗莖粗度與對照相比均出現(xiàn)不同程度的下降，與對照相比均無顯著差異，其中‘W2、‘W3、‘W7下降幅度較小，分別為0.66%、0.31%和1.31%；‘W4和‘W8下降幅度較大，分別為6.9%和6.01%。高溫脅迫后各西瓜幼苗葉面積與對照相比均出現(xiàn)不同程度的下降，與對照相比均存在顯著差異，其中‘W1、‘W3、‘W7下降幅度較小，分別為24.48%、23.73%和23.53%；‘W5和‘W8下降幅度較大，分別為51.99%和40.54%。

2.2 高溫對西瓜幼苗生理指標(biāo)的影響

2.2.1 高溫對西瓜幼苗總?cè)~綠素含量和相對電導(dǎo)率的影響 由表2可知：與對照相比，在高溫脅迫后各西瓜幼苗總?cè)~綠素含量均出現(xiàn)不同程度的下降，除‘W2、‘W4和‘W7外均與對照相比差異顯著，其中‘W2、‘W7下降幅度較小，分別為1.33%和5.03%；‘W5、‘W6、‘W10和‘W15下降幅度較大，分別為16.29%、16.53%、19.05%和16.06%。相對電導(dǎo)率在高溫脅迫后與對照相比均呈現(xiàn)不同程度上升，與對照相比均存在顯著差異，其中‘W1、‘W3、‘W6、‘W7和‘W14升高幅度較小，分別為48.38%、30.95%、50.27%、49.83%和48.84%；‘W5、‘W8和‘W10升高幅度較大，分別為176.48%、165.83%和150.20%。

2.2.2 高溫對西瓜幼苗丙二醛和脯氨酸含量的影響 由表3可知：在高溫脅迫后各西瓜幼苗丙二醛含量相比對照均出現(xiàn)不同程度的上升，除‘W1、‘W2、‘W3、‘W7外均與對照相比差異顯著，其中‘W1、‘W2、‘W3、‘W7上升幅度較小，分別為74.28%、78.31%、74.08%和57.91%；‘W5和‘W8上升幅度較大，分別為169.83%和161.14%。高溫脅迫后各西瓜幼苗脯氨酸含量與對照相比表現(xiàn)不同變化趨勢，其中‘W5、‘W8、‘W10出現(xiàn)下降，下降幅度分別為17.76%、1.00%和1.69%；其余試材呈現(xiàn)上升趨勢，‘W1、‘W3、‘W7和‘W13升高幅度較大，分別為53.64%、57.05%、58.91%和54.01%，除‘W8、‘W9、‘W10外均與對照相比差異顯著。

2.2.3 高溫對西瓜幼苗POD和SOD活性的影響

由表4可知，在高溫脅迫后各西瓜幼苗POD活性與對照相比均出現(xiàn)不同程度的上升，與對照相比均存在顯著差異，其中‘W5、‘W11、‘W15上升幅度較小，分別為111.89%、141.65%、和138.27%；‘W1、‘W2、‘W3和‘W7上升幅度較大，分別為212.20%、232.59%、257.12%和215.27%。高溫脅迫后各西瓜幼苗SOD與對照相比均表現(xiàn)不同程度下降，除‘W3、‘W11外均與對照相比差異顯著，其中‘W3、‘W11下降幅度較小，分別為5.84%和7.53%；‘W4、‘W8、‘W14和‘W15下降幅度較大，分別為47.16%、41.20%、41.32%和45.02%。

2.3 不同西瓜幼苗耐熱性綜合評價(jià)

對不同西瓜幼苗的耐熱性采用隸屬函數(shù)方法進(jìn)行綜合評價(jià)，X1～X9分別代表株高變化率、莖粗度變化率、葉面積變化率、總?cè)~綠素含量變化率、電導(dǎo)率變化率、丙二醛含量變化率、脯氨酸含量變化率、POD活性變化率和SOD活性變化率，由表5可知：各試驗(yàn)材料隸屬函數(shù)均值從大到小依次為‘W7、‘W3、‘W1、‘W2、‘W14、‘W13、‘W9、‘W12、‘W11、‘W4、‘W6、‘W8、‘W15、‘W10、‘W5。采用系統(tǒng)聚類分析法對隸屬函數(shù)均值進(jìn)行聚類分析，如圖1所示，當(dāng)歐氏距離為10時(shí)，可將15份試材分為4類：‘W5為耐熱性差試材，‘W4、‘W6、‘W8、‘W9、‘W10、‘W11、‘W12和‘W15為耐熱性一般試材，‘W13和‘W14為耐熱性較好試材，‘W1、‘W2、‘W3、‘W7為耐熱性好試材。

3 討 論

在高溫脅迫下植物外觀形態(tài)能夠直觀地反映其生長狀況，在高溫脅迫后西瓜幼苗的株高、莖粗度以及葉面積與對照相比均出現(xiàn)不同程度下降，表明高溫對西瓜幼苗生長起到抑制作用，耐熱性越強(qiáng)，受到的抑制作用越小。馬寧[6]對高溫脅迫下裸仁南瓜幼苗生長狀況的研究表明株高等生長指標(biāo)均顯著降低，吳麗君等[7]研究高溫下番茄幼苗生長情況，發(fā)現(xiàn)株高和莖粗的相對生長量受到一定程度抑制，李建建等[8]對42 ℃/27 ℃（白天/夜晚）處理下不同耐熱性黃瓜幼苗進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)幼苗各項(xiàng)生長指標(biāo)均受到明顯抑制，且耐熱品種受到的抑制程度小于熱敏感品種，與本研究結(jié)果相一致。

高溫會破壞植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和葉綠體結(jié)構(gòu)，造成電導(dǎo)率上升，葉綠素含量下降，并且表現(xiàn)出耐熱好的品種較耐熱性差的品種電導(dǎo)率上升幅度小、葉綠素含量下降幅度小的趨勢[9-13]。本試驗(yàn)研究表明在高溫脅迫后西瓜幼苗的相對電導(dǎo)率均出現(xiàn)上升，總?cè)~綠素含量均出現(xiàn)下降，與前人研究相一致。

高溫加劇植物細(xì)胞膜氧化，造成丙二醛積累，改變膜透性，從而對植物造成傷害[14]；同時(shí)植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)會在高溫下發(fā)生降解，游離脯氨酸增多，增強(qiáng)植物的抗氧化能力和維持滲透調(diào)節(jié)能力[15]。初敏等[16]對不同耐熱性蘿卜進(jìn)行高溫脅迫表明高溫致使蘿卜幼苗丙二醛和脯氨酸含量上升，且耐熱品種較熱敏感品種上升幅度大。本試驗(yàn)研究表明在高溫脅迫后西瓜幼苗的丙二醛含量出現(xiàn)不同程度增加，但脯氨酸含量變化趨勢不一致，表現(xiàn)為耐熱材料含量增加，不耐熱材料含量下降。

POD和SOD是植物體內(nèi)重要的保護(hù)性酶，能夠清除自由基，減輕或避免植物細(xì)胞膜膜脂過氧化作用。本試驗(yàn)研究表明在高溫脅迫后西瓜幼苗的POD活性均出現(xiàn)不同程度上升，趙美華等[17]對大白菜幼苗耐熱性研究表明，高溫處理后大白菜幼苗POD活性上升，與本研究結(jié)果相一致。本研究高溫脅迫后西瓜幼苗的SOD活性均出現(xiàn)不同程度下降。姜燕等[18] 對辣椒幼苗耐熱性研究表明40℃高溫處理下各辣椒品種的SOD活性出現(xiàn)不同程度下降，與本研究相一致。

4 結(jié)論

植物的耐熱性受多基因控制，因此對于西瓜的耐熱性也應(yīng)該是多方面綜合評價(jià)。本研究采用隸屬函數(shù)方法和聚類分析對西瓜幼苗生長和生理指標(biāo)進(jìn)行綜合性評價(jià)，得到4類不同耐熱性試材，其中耐熱性差試材1個，耐熱性一般試材8個，耐熱性較好試材2個，耐熱性好試材4個。

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