水楊酸對西瓜幼苗耐低溫性的影響

孔新宇　王雯雯　張松影　戴祖云

摘 要： 為了探討低溫下水楊酸（salicylic acid，SA）對西瓜幼苗生長的調(diào)控作用，以‘天使無籽1號西瓜幼苗為試材，通過不同濃度的SA葉面噴施處理，系統(tǒng)地研究了低溫下無籽西瓜幼苗葉片細(xì)胞膜透性、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸（Pro）含量和超氧化物歧化酶（SOD）活性的變化。結(jié)果表明：低溫脅迫下，當(dāng)SA濃度為0～1.5 mmol·L-1時，西瓜葉片細(xì)胞膜透性和MDA的含量明顯下降，Pro含量與SOD活性呈上升趨勢；當(dāng)SA濃度達到2.5 mmol·L-1時，SA所誘導(dǎo)的保護性應(yīng)激反應(yīng)已達到極限，逐漸失去應(yīng)激保護作用。

關(guān)鍵詞： 西瓜幼苗； 水楊酸； 低溫脅迫； 應(yīng)激反應(yīng)

Abstract： In order to elucidate the regulation function of salicylic acid（SA） on the seedlings of watermelon under cold stress，the seedlings of ‘Tianshi Wuzi No.1 were sprayed with different levels of SA concentrations under cold stress，and the cell membrane relative permeability，malondialdehyde（MDA） content，proline（Pro） content and superoxide dismutase enzyme（SOD） activity were measured. The results showed that the cell membrane relative permeability and MDA content in leaves were obviously decreased while SOD activity and Pro content increased under cold stress under the SA concentrations of 0-1.5 mmol·L-1. When SA concentration reaching 2.5 mmol·L-1，the protective stress response induced by SA had reached its limitation，and lost the protective effect under stress gradually.

Key words： Watermelon seedlings； Salicylic acid； Low temperature stress； Stress response

西瓜是喜溫作物，不耐寒，生長發(fā)育的最適溫度18～24 ℃。北方地區(qū)早春栽培或冬季大棚栽培常因溫度過低而出現(xiàn)發(fā)芽率低、出苗不齊的現(xiàn)象，所以研究低溫傷害機理，探討減輕低溫危害的途徑和方法，在理論和實踐上都有重要意義。西瓜在受到低溫脅迫時，細(xì)胞膜會發(fā)生一系列生理變化，當(dāng)達到一定閾值，會引起膜收縮，膜內(nèi)物質(zhì)如丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）等向膜外滲透，從而使酶系統(tǒng)活性降低[1]。水楊酸（salicylic acid，SA）是普遍存在于植物體內(nèi)的內(nèi)源生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，不僅參與調(diào)節(jié)植物的許多生理過程，如產(chǎn)熱、植物開花、性別分化、種子發(fā)芽、氣孔關(guān)閉、離子吸收等，還是一種重要的胞內(nèi)信號分子[2-3]，與植物的抗病、耐鹽和抗寒密切相關(guān)[4-5]。

目前，關(guān)于SA生理作用的報道多是與植物抗病性相關(guān)的研究[6]，而在低溫脅迫下對植物，尤其是對瓜類作物影響的研究較少。耿廣東等[7]證實經(jīng)SA處理的番茄幼苗在低溫脅迫下通過降低體內(nèi)MDA含量和提高SOD活性來維持自身的生長；梁瑞等[8]以番茄為試材，利用SA處理-5 ℃開花期番茄，結(jié)果顯示，番茄幼苗的耐低溫性與相對電導(dǎo)率成反比，與Pro含量呈正比。這些研究結(jié)果表明，低溫脅迫下，SA能提高番茄幼苗的抗氧化能力。但是有關(guān)SA對提高瓜類作物的抗寒性的系統(tǒng)研究還未見報道。本試驗以無籽西瓜品種——‘天使無籽1號為試驗材料，探討了SA葉面噴施對西瓜幼苗生理生化特性的影響，為進一步研究SA提高西瓜幼苗的抗寒性機制提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗西瓜品種為‘天使無籽1號，由安徽江淮園藝種業(yè)股份有限公司提供。該品種瓤質(zhì)緊脆，果皮堅硬，耐低溫弱光，適合我國西北地區(qū)種植。

1.2 處理方法

選取飽滿、整齊一致的西瓜種子，用（55±1）℃的蒸餾水浸種15 min，期間不斷攪拌，自然冷卻4 h，再用蒸餾水將種子沖洗2次，放在鋪有濾紙的瓷盤上萌發(fā)，并于種子露白后播種。播種時選取直徑為8 cm的營養(yǎng)缽210個，每個營養(yǎng)缽中平放3粒種子，用沙壤土覆蓋，澆透水后于室溫下正常管理。設(shè)置SA濃度梯度分別為0、0.5、1.5、2.5、3.5 mmol·L-1，將西瓜幼苗平均分為5組，每組42盆。待子葉展平時，開始對葉面上下噴灑SA，直至葉面滴水為止，每3 h噴施1次，共計4次。待西瓜幼苗長至1葉1心后，將幼苗按SA梯度處理分成2等份，1份移入人工氣候培養(yǎng)箱[溫度（18±2）℃，光周期16/8 h，相對濕度60%～80%，光強度8 000～10 000 Lx]培養(yǎng)；1份移入低溫恒溫槽（THD-3010），設(shè)置溫度為18 ℃，每2 h下降1 ℃，最終溫度為4 ℃（共計7 h）。在低溫（4 ℃）處理12 h，常溫（18 ℃）處理19 h后，稱取西瓜葉片1 g，測定各生理指標(biāo)。

1.3 測定方法

MDA含量測定以常規(guī)硫代巴比妥酸（TBA）比色法進行[9]；用電導(dǎo)法測定細(xì)胞膜的相對透性[10]；用磺基SA提取比色法測定Pro含量[9]，SOD活性的測定采用氮藍四唑（NBT）還原法[11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel進行數(shù)據(jù)初步統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及SNK多重比較分析采用SPSS 19.0軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 SA對低溫脅迫下的西瓜幼苗葉片細(xì)胞膜透性的影響

從圖1可以看出，在同一SA濃度下，西瓜幼苗在低溫脅迫下的相對電導(dǎo)率要顯著高于常溫下的電導(dǎo)率，這表明低溫脅迫下膜內(nèi)物質(zhì)透過細(xì)胞膜流入胞外。常溫下，SA對西瓜幼苗相對電導(dǎo)率影響不大，當(dāng)SA濃度達到3.5 mmol·L-1時，電導(dǎo)率顯著上升，說明SA對植物造成損傷；在低溫脅迫下，經(jīng)0.5和1.5 mmol·L-1的SA處理后，葉片內(nèi)相對電導(dǎo)率呈下降趨勢，其中在1.5 mmol·L-1達到最小值，對低溫脅迫處理效果最佳。

2.2 SA對低溫脅迫下西瓜幼苗MDA含量的影響

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物，其含量是胞內(nèi)膜脂過氧化程度的重要指標(biāo)。由圖2可以看出，常溫下西瓜幼苗葉片內(nèi)MDA含量極少。在相同SA濃度下，低溫脅迫下的MDA含量與常溫相比有所增加。此外，在低溫脅迫下，當(dāng)SA濃度為0～1.5 mmol·L-1的較低濃度時，可以降低葉片中MDA的含量，以減輕植物損害程度，保持葉片細(xì)胞的滲透壓和活力；當(dāng)處理濃度大于1.5 mmol·L-1時，MDA的含量呈上升趨勢。

2.3 SA對低溫脅迫下西瓜幼苗中SOD活性的影響

在低溫脅迫下，細(xì)胞內(nèi)活性氧代謝的平衡被破壞，容易形成活性氧的積累?；钚匝踹^剩的毒害之一是引發(fā)或加劇膜質(zhì)過氧化的作用，造成細(xì)胞膜系統(tǒng)的損害。低溫處理24 h后，由于進入低溫脅迫，西瓜幼苗內(nèi)部的保護酶SOD對O2- 有一個適應(yīng)過程，脅迫使得SOD活性有所降低，隨著SA濃度的增加，SOD活性開始上升，在1.5 mmol·L-1 SA處理時達到最高值，之后由于O2- 含量下降，SOD活性快速下降。除2.5 mmol·L-1 SA 及3.5 mmol·L-1 SA處理后的SOD活性下降外，其余濃度均不同程度的提高了SOD活性（圖3）。

2.4 SA對低溫脅迫下西瓜幼苗中Pro含量的影響

在逆境的條件下，植物體內(nèi)的脯氨酸（Pro）含量明顯增加，因而Pro常被用來作為植物抗逆性的指標(biāo)，通常情況下，其含量越高越有利于植物抵御低溫。從圖4可以看出：在低溫脅迫下，不同濃度SA處理后西瓜幼苗Pro的含量與常溫下的Pro含量相比，均有增加。低濃度SA（0～1.5 mmol·L-1）處理的葉片Pro含量增加緩慢，當(dāng)SA濃度達到3.5 mmol·L-1時，Pro含量顯著上升。由此表明，當(dāng)SA濃度在低濃度范圍內(nèi)時，可誘導(dǎo)西瓜幼苗在抵御低溫脅迫時產(chǎn)生保護性應(yīng)激反應(yīng)，增加Pro含量，以保持細(xì)胞通透性和活性，提高植株的抗寒能力。在常溫下，Pro含量隨著SA含量的增加而緩慢增加，這表明在非脅迫環(huán)境下，施加高濃度的SA本身會對植物體造成脅迫，并帶來傷害。

幼苗Pro含量的影響

3 討論與結(jié)論

植物在遭受低溫、干旱等逆境脅迫時，自身發(fā)生一系列的應(yīng)激生理反應(yīng)，誘導(dǎo)體內(nèi)相應(yīng)的酶系統(tǒng)和代謝過程發(fā)生變化，如Pro含量增加、SOD活性增強等，以維持植物細(xì)胞正常的MDA含量、電解質(zhì)含量和其他生理功能，保護細(xì)胞膜的通透性和細(xì)胞穩(wěn)定性。外源SA能夠有效誘導(dǎo)以上生理反應(yīng)，增強植物在逆境中的抗性。從本試驗結(jié)果看，在低溫脅迫下，適當(dāng)濃度的SA可以顯著提高西瓜幼苗的細(xì)胞膜透性和游離脯氨酸（Pro）含量，同時降低MDA含量和電解質(zhì)含量，幫助植物抵御低溫逆境，保證植物的正常生長，本研究結(jié)果與前人研究一致[12-13]。

SA可通過調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的生理代謝過程提高植物抗性。大量證據(jù)表明，植物體內(nèi)SOD含量的增加是適應(yīng)逆境的表現(xiàn)，是植物獲得抗性的信號[2，13-14]。MDA含量和細(xì)胞膜透性反映細(xì)胞膜過氧化程度，是衡量細(xì)胞穩(wěn)定性的指標(biāo)，MDA含量過高以及細(xì)胞膜透性過大都將對植物細(xì)胞造成不可恢復(fù)的傷害[15]。Pro常被作為植物抗逆性的指標(biāo)，體現(xiàn)細(xì)胞的穩(wěn)定性和活力，含量越高越有利于植物抵御逆境[16]。

此外，高濃度的SA處理能顯著提高Pro的含量，但是西瓜幼苗中相對電導(dǎo)率大幅增加、MDA含量迅速積累，這表明，SA所誘導(dǎo)的保護性應(yīng)激發(fā)應(yīng)已達到極限，更大濃度的SA將逐漸失去應(yīng)激保護作用，本研究表明1.5 mmol·L-1的SA處理效果最為明顯。這與前人研究有一定差異[7]，可能由于作物種類的差異造成[17]。本研究提出防御西瓜幼苗低溫危害的最適SA濃度，對我國北方地區(qū)早春大棚栽培西瓜所面臨的低溫危害具有一定指導(dǎo)意義。

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