低溫脅迫對(duì)不同西葫蘆品種抗寒性生理特性的影響

馬峰 張華鋒 張懷友 王明友

摘 要：該文研究了不同西葫蘆品種對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)。結(jié)果表明：在低溫逆境脅迫下，冬悅綠圣和佳麗99西葫蘆的根系活力顯著高于新王子、寒豐綠寶和福特西葫蘆，同時(shí)其葉片的SOD、POD活性及可溶性糖含量最高，并明顯高于新王子、寒豐綠寶和福特西葫蘆;冬悅綠圣、佳麗99西葫蘆葉片的MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率均明顯低于其它3個(gè)品種。在新王子、寒豐綠寶和福特3個(gè)西葫蘆品種中，新王子和寒豐綠寶的SOD、POD活性及可溶性糖含量明顯高于福特西葫蘆，且MDA含量與相對(duì)電導(dǎo)率顯著低于福特西葫蘆。綜合分析認(rèn)為，在5個(gè)西葫蘆參試品種中，冬悅綠圣和佳麗99西葫蘆的抗寒性最強(qiáng)，其次為新王子和寒豐綠寶西葫蘆，福特西葫蘆的抗寒性最弱。

關(guān)鍵詞：西葫蘆;低溫脅迫;抗寒性;根系活力;抗氧化酶;可溶性糖

中圖分類(lèi)號(hào) S63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A ?文章編號(hào) 1007-7731（2015）13-55-03

西葫蘆（Cucurbita pepo L.）是葫蘆科南瓜屬的一個(gè)種，原產(chǎn)于北美洲南部，19世紀(jì)傳入中國(guó)。近年來(lái)，其雜種一代在生產(chǎn)上迅速推廣應(yīng)用，尤其以東北地區(qū)、黃河流域及長(zhǎng)江中下游地區(qū)較為普遍[1]。西葫蘆適應(yīng)性強(qiáng)，栽培容易，產(chǎn)量高，供應(yīng)期長(zhǎng)，同時(shí)其營(yíng)養(yǎng)豐富，藥用價(jià)值高，是倍受青睞的保健蔬菜[2]。西葫蘆在設(shè)施內(nèi)主要作早春蔬菜栽培，越冬栽培易受凍害[3]，低溫已成為影響西葫蘆冬春保護(hù)地栽培產(chǎn)量和質(zhì)量的主要限制因素之一，因而如何提高西葫蘆耐冷性是目前西葫蘆設(shè)施栽培品種選育的研究重點(diǎn)[4-5]。而使用低溫耐受性強(qiáng)的品種是實(shí)現(xiàn)西葫蘆冬春優(yōu)質(zhì)高效栽培的重要途徑。為此，筆者研究了與西葫蘆抗寒性密切相關(guān)的幾個(gè)指標(biāo)（如根系活力、SOD和POD活性、可溶性糖、MDA含量及相對(duì)電導(dǎo)率）在低溫脅迫下的變化規(guī)律，比較分析了5個(gè)西葫蘆品種抗寒性的強(qiáng)弱，旨在為篩選西葫蘆耐寒性品種提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試品種 供試西葫蘆品種為新王子、佳麗99、寒豐綠寶、冬悅綠圣和福特等5種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)安排在德州市陵城區(qū)大棚基地內(nèi)進(jìn)行。土質(zhì)為潮土，土壤速效氮、磷和鉀的含量分別為89.07mg/kg、33.18mg/kg、105.42mg/kg，有機(jī)碳含量為14.29g/kg。90m2試驗(yàn)地施用腐熟有機(jī)肥料600kg，精細(xì)整地，9m寬大棚內(nèi)做成5畦寬1.3～1.5m的高畦，壟溝寬40cm。西葫蘆種子于2014年11月16日浸種5h，催芽30h后于18日播種，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每小區(qū)面積為6.0m2，采用“之”字形播種，即每畦播2行，且這2行要錯(cuò)開(kāi)，穴距50cm，行距80cm。播種后立即覆蓋地膜，23日出苗后及時(shí)破膜引苗，并培土護(hù)苗，其它操作按常規(guī)管理。經(jīng)測(cè)定，在2014年11月25日至2015年1月30日期間，大棚內(nèi)的氣溫波動(dòng)范圍為5～12℃，地溫波動(dòng)范圍為9～13℃。因此，棚內(nèi)西葫蘆不可避免地受到低溫脅迫。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法 待植株長(zhǎng)到4葉1心時(shí)（2015年1月25～28日），對(duì)西葫蘆的根系活力及葉片的SOD和POD活性、可溶性糖含量、丙二醛（MDA）含量和相對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)定。根系活力采用TTC比色法測(cè)定;葉片SOD活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法測(cè)定;葉片POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定;葉片可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定;葉片丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定;葉片相對(duì)電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀法測(cè)定[6]。UV-265型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定吸光值，測(cè)定均重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，用單因素方差分析（one-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同處理組數(shù)據(jù)的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 根系活力 根系是植株從土壤中吸收水分、養(yǎng)分最直接和最重要的器官，根系活力的大小可在一定程度上可反映根系吸收養(yǎng)分能力的強(qiáng)弱，直接影響植物個(gè)體的生長(zhǎng)發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)水平等[7]。西葫蘆是喜溫植物，生長(zhǎng)的適宜溫度為20～25℃，11～12℃生長(zhǎng)緩慢，8℃以下就會(huì)停止生長(zhǎng)[1]。圖1顯示了低溫脅迫下西葫蘆幼苗的根系活力。從圖1可以看出，低溫脅迫對(duì)5個(gè)西葫蘆品種的根系活力影響顯著。各品種根系活力的大小次序?yàn)椋憾瑦偩G圣≈佳麗99>寒豐綠寶≈新王子>福特，冬悅綠圣西葫蘆的根系活力與佳麗99無(wú)顯著性差異，但顯著高于寒豐綠寶、新王子和福特西葫蘆，分別高出33.33%、38.46%和111.76%;寒豐綠寶與新王子西葫蘆差異不顯著，但顯著高于福特西葫蘆。綜合分析可知，5個(gè)西葫蘆品種的根系活力對(duì)低溫脅迫作出迥然不同的響應(yīng)，其中冬悅綠圣和佳麗99西葫蘆的根系活力明顯高于寒豐綠寶、新王子和福特西葫蘆。

[根系活力TT（mg·g-1·h-1）][品種]

圖1 低溫脅迫下西葫蘆幼苗的根系活力

2.2 葉片SOD和POD活性 從酶促防御活性氧傷害的保護(hù)系統(tǒng)看，作為作物體內(nèi)主要的抗氧化酶，SOD是植物細(xì)胞最重要的清除氧自由基的酶之一，其主要功能是清除氧自由基，產(chǎn)生H2O2，而H2O2可與氧自由基相互作用產(chǎn)生更多的氧自由基;而POD可以清除H2O2，維持活性氧代謝平衡，保護(hù)膜系統(tǒng)，從而減緩或抵抗了逆境脅迫[8-9]。低溫脅迫下西葫蘆幼苗葉片的SOD和POD活性變化如圖2所示。從圖2可以看出，5個(gè)西葫蘆品種葉片的SOD和POD活性對(duì)低溫脅迫表現(xiàn)出明顯的差異。冬悅綠圣西葫蘆的SOD活性最高，與佳麗99西葫蘆差異不顯著，但明顯高于新王子、寒豐綠寶和福特西葫蘆，分別高出41.62%、50.57%和109.60%;其次是新王子和寒豐綠寶西葫蘆，2個(gè)品種的SOD活性亦無(wú)顯著性差異，但顯著高于福特西葫蘆。不同品種葉片的POD活性呈現(xiàn)出與SOD基本一致的變化規(guī)律，冬悅綠圣和佳麗99的POD活性仍是最高，并顯著高于其它3個(gè)品種，其中冬悅綠圣分別較新王子、寒豐綠寶和福特西葫蘆提高41.46%、48.72%和123.08%。綜合分析可知，冬悅綠圣和佳麗99西葫蘆在低溫脅迫下能較好地保護(hù)膜系統(tǒng)，減緩低溫脅迫，具有較強(qiáng)的抗寒性;其次為新王子和寒豐綠寶西葫蘆，而福特西葫蘆的抗寒性最弱。

[SOD活性（U·g-1·min-1）][POD活性（U·g-1·min-1）][品種]圖2 低溫脅迫下西葫蘆幼苗葉片的SOD和POD活性

2.3 葉片可溶性糖 可溶性糖是植物抵御低溫的重要保護(hù)性物質(zhì)，能降低冰點(diǎn)，提高原生質(zhì)保護(hù)能力，保護(hù)蛋白質(zhì)膠體不致遇冷變性凝固[9]，一般可溶性糖含量越高，抗寒性就越強(qiáng)。從圖3可見(jiàn)，低溫脅迫對(duì)5個(gè)西葫蘆品種葉片的可溶性糖含量具有顯著的影響。5個(gè)品種的可溶性糖含量變化規(guī)律為：冬悅綠圣≈佳麗99>新王子≈寒豐綠寶>福特，冬悅綠圣與佳麗99西葫蘆的可溶性糖含量差異不顯著，但明顯高于其它3個(gè)品種，其中冬悅綠圣分別比新王子、寒豐綠寶和福特西葫蘆高出36.92%、43.55%和89.36%;其次為新王子和寒豐綠寶西葫蘆，可溶性糖含量也顯著高于福特西葫蘆。由此分析認(rèn)為，在5個(gè)西葫蘆品種中，冬悅綠圣和佳麗99西葫蘆葉片的可溶性糖含量較高，能提高原生質(zhì)保護(hù)能力，較好地保護(hù)蛋白質(zhì)膠體不致遇冷變性凝固;其次為新王子和寒豐綠寶西葫蘆，而福特西葫蘆最差。

[可溶性糖含量（mg/g）][品種]

圖3 低溫脅迫下西葫蘆幼苗葉片的可溶性糖含量

2.4 MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率 細(xì)胞浸出液電導(dǎo)率的變化可以反映質(zhì)膜受傷害的程度，當(dāng)植物受到低溫傷害時(shí)，常能傷害原生質(zhì)的結(jié)構(gòu)而引起透性增大，細(xì)胞內(nèi)含物外滲，相對(duì)電導(dǎo)率就增大，相對(duì)電導(dǎo)率越大，表示受傷愈重，抗寒性愈弱[9]。MDA是脂質(zhì)過(guò)氧化的主要產(chǎn)物之一，其積累是活性氧毒害作用的表現(xiàn)。由圖4可見(jiàn)，低溫脅迫對(duì)西葫蘆幼苗葉片的丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率影響顯著，且丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率表現(xiàn)出一致的變化規(guī)律：福特>寒豐綠寶≈新王子>佳麗99≈冬悅綠圣。福特西葫蘆的丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率均最高，并顯著高于其它品種，其中丙二醛含量分別較寒豐綠寶、新王子、佳麗99和冬悅綠圣西葫蘆高出36.59%、43.59%、124.00%和154.55%，相對(duì)電導(dǎo)率分別高出25.20%、31.93%、64.23%和73.67%;其次為寒豐綠寶和新王子西葫蘆，而佳麗99和冬悅綠圣西葫蘆的丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率均處于較低值。綜合分析認(rèn)為，5個(gè)西葫蘆品種中，冬悅綠圣和佳麗99西葫蘆在低溫脅迫下所受的傷害最小，其次為新王子和寒豐綠寶西葫蘆，而福特西葫蘆在低溫脅迫所受的傷害最嚴(yán)重。

[相對(duì)電導(dǎo)率（%）][丙二醛含量（μmol·g-1）][品種]

圖4 低溫脅迫下西葫蘆幼苗葉片的丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率

3 結(jié)論與討論

SOD和POD作為內(nèi)源活性氧清除劑能夠在低溫逆境中清除過(guò)量的活性氧，維持其代謝平衡，保持膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而消除或減輕傷害[9]。在低溫逆境中，SOD和POD活性水平的高低，與植物品種的抗寒性強(qiáng)弱有著密切的關(guān)系，可作為植物抗寒性檢測(cè)的生理指標(biāo)[10]。同時(shí)，可溶性糖含量與植物的抗寒性密切相關(guān)，一般認(rèn)為，低溫下可溶性糖的積累是作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和防脫水劑起作用的，在低溫脅迫下它們可以降低細(xì)胞水勢(shì)，增強(qiáng)持水力[11]?？梢?jiàn)，植物在低溫逆境條件下，通過(guò)提高SOD、POD等細(xì)胞膜保護(hù)酶活性和可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，可以保護(hù)細(xì)胞膜免受活性氧傷害和因原生質(zhì)體水分急劇散失造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷[12]。由于細(xì)胞膜的完整性，使膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率處于較低水平。因此，上述指標(biāo)能夠反映出本試驗(yàn)不同品種之間的抗寒能力差異。

由本次試驗(yàn)可知，低溫脅迫對(duì)各個(gè)西葫蘆品種的生長(zhǎng)均產(chǎn)生了一定影響，5個(gè)西葫蘆品種的根系活力在低溫脅迫逆境下表現(xiàn)出明顯的差異，其中冬悅綠圣和佳麗99西葫蘆的根系活力顯著高于其他3種。在低溫逆境脅迫下，冬悅綠圣和佳麗99西葫蘆葉片的SOD、POD活性及可溶性糖含量最高，并顯著高于新王子、寒豐綠寶和福特西葫蘆，而且冬悅綠圣和佳麗99西葫蘆葉片的MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率均明顯低于其它3個(gè)品種。在新王子、寒豐綠寶和福特3個(gè)西葫蘆品種中，新王子和寒豐綠寶的SOD、POD活性及可溶性糖含量明顯高于福特西葫蘆，且MDA含量與相對(duì)電導(dǎo)率明顯低于福特西葫蘆。綜合分析得出，在5個(gè)西葫蘆參試品種中，冬悅綠圣和佳麗99西葫蘆的抗寒性最強(qiáng)，其次為新王子和寒豐綠寶西葫蘆，而福特西葫蘆的抗寒性最弱。

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