不同濃度水楊酸對西瓜幼苗抗冷性的誘導(dǎo)效應(yīng)

張永吉+李愛民+徐中友+張云虹+蘇芃+張瑛+祁建波+張永泰

摘要： 以早佳“8424”西瓜幼苗為試驗材料，低溫處理前分別噴施0、0.25、0.5、1.0、2.0 mmol/L 5個濃度的水楊酸（SA），研究SA對西瓜幼苗抗冷性的影響。結(jié)果表明，葉面噴施SA能有效提高西瓜苗抗冷性，SA能降低西瓜幼苗的冷害指數(shù)，顯著提高西瓜幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶 （CAT）活性，增加脯氨酸（Pro）含量，有效減緩丙二醛（MDA）積累，促進可溶性蛋白含量積累。其中以1 mmol/L濃度緩解西瓜冷害效果最好。

關(guān)鍵詞： 西瓜幼苗；水楊酸（SA）；抗冷性；生理生化

中圖分類號： S651.01 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）03-0183-02

西瓜屬喜溫耐熱的經(jīng)濟作物，素有“夏季水果之王”的美稱。早佳8424是長三角地區(qū)主要西瓜供應(yīng)品種之一，其果瓤脆嫩、味甜多汁，栽培面積很大，在江蘇省常作保護地早春栽培。西瓜最適宜生長溫度為20～30 ℃，最低、最高生長溫度分別為18、35 ℃[1]，早春保護地栽培時經(jīng)常受到0 ℃以上的低溫傷害，雖然持續(xù)時間不長，但給種植戶帶來的經(jīng)濟損失卻很大，常造成西瓜出苗不齊、死苗等問題，而且對花芽分化、生長發(fā)育和產(chǎn)量等造成不同程度的影響。水楊酸（SA）是普遍存在于高等植物體內(nèi)的內(nèi)源生長調(diào)節(jié)物質(zhì)[2-3]，在植物的抗冷性中，被認為是一種內(nèi)源信號分子[4]，它可以通過抑制膜脂過氧化來維持膜完整性[5]。在茄子[6]、西葫蘆[7]、番茄[8]等蔬菜作物上的研究已經(jīng)證實，SA可以提高植物的抗冷性，但不同作物適宜使用濃度不一致。于錫宏等研究表明，300～400 mg/L SA可以緩解番茄冷害[8]。劉偉等研究發(fā)現(xiàn)，2 mmol/L SA是預(yù)防黃瓜低溫危害的最適濃度[9]。目前西瓜上應(yīng)用SA預(yù)防低溫傷害的最適濃度未見報道。本試驗以早佳8424西瓜為試驗材料，研究了西瓜苗期施用不同濃度SA后對冷害及生理指標的影響，旨在為進一步合理利用SA化學(xué)調(diào)控解決西瓜設(shè)施生產(chǎn)中的低溫冷害問題提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試西瓜品種為早佳8424，2014年1月11日購于浙江勿忘農(nóng)種業(yè)股份有限公司。RXZ-1000型智能人工氣候箱，水楊酸為國產(chǎn)分析純。

1.2 試驗方法

參照李愛民等的方法[10] （略有改動），于2014年2月24日在江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所進行田間試驗。選取籽粒飽滿、大小一致的種子集中浸種催芽后播于50孔的穴盤內(nèi)，每穴1株，正常光溫管理，平均溫度為25 ℃（白）/15 ℃（夜），光照度為600 μmol/（m2·s）。2014年5月3日，待西瓜幼苗長到3葉1心期時，選擇長勢一致、無病蟲害、健壯的植株進行5個濃度的SA處理，分別為0、0.25、0.5、1.0、2.0 mmol/L，每個濃度處理50株，均勻噴布葉面，濃度為0的處理噴蒸餾水。間隔24 h連續(xù)噴施2次后放于人工氣候箱中，溫度設(shè)定為10 ℃（晝）/5 ℃（夜），光照度為200 μmol/（m2·s），光暗各12 h。以25 ℃常溫苗為對照（CK），各處理重復(fù)3次，低溫脅迫3 d后測定各指標。

1.3 測定內(nèi)容與方法

參照許勇等的方法[11] 計算冷害指數(shù)，調(diào)查西瓜幼苗在低溫脅迫下的傷害情況，并統(tǒng)計冷害指數(shù)。冷害指數(shù)計算公式如下：冷害指數(shù)=∑（各級株數(shù)×級數(shù)）/總株數(shù)。采用李合生的方法[12]測定生理指標。采用氮藍四唑（NBT）光還原法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈創(chuàng)木酚比色法測定過氧化物酶（POD）活性；采用紫外吸收法測定過氧化氫酶（CAT）活性；采用硫代巴比妥酸比色法測定丙二醛（MDA）含量；采用水合茚三酮顯色法測定脯氨酸含量；采用考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量；采用SPAD-502葉綠素儀測定葉片SPAD值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS、Excel軟件統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 SA對低溫脅迫下西瓜幼苗冷害指數(shù)、葉片SPAD值的影響

低溫脅迫前對西瓜幼苗噴施0、0.25、0.5、1.0、2.0 mmol/L 5種不同濃度的SA溶液，經(jīng)低溫處理3 d后，其冷害指數(shù)分別為0.684、0.623、0.552、0.240、0.350，除 0.25 mmol/L SA處理后冷害指數(shù)與0 mmol/L處理差異不顯著外，其他處理均極顯著低于0 mmol/L。隨著SA濃度的增加，西瓜幼苗的冷害指數(shù)逐漸減小，1.0 mmol/L SA處理下西瓜幼苗冷害指數(shù)最低，2.0 mmol/L SA處理下西瓜幼苗冷害指數(shù)開始變大，表明SA對西瓜苗情的低溫傷害有緩解作用，采用葉面噴施SA可以有效提高西瓜幼苗的耐冷性，以1.0 mmol/L SA濃度最佳。

由于葉片SPAD值與葉綠素含量呈極顯著相關(guān)，常用SPAD值來代表葉綠素的相對含量。低溫脅迫3 d后，西瓜幼苗SPAD值都有所降低，沒有噴施SA的低溫處理SPAD值下降最多。1.0 mmol/L SA處理的西瓜幼苗低溫脅迫后其SPAD值仍與常溫CK接近，表明其低溫傷害最?。ū?）。

2.2 SA對低溫脅迫下西瓜幼苗葉片SOD、POD、CAT活性的影響

由表2可見，低溫處理3 d后，西瓜幼苗葉片CAT活性呈上升趨勢，隨著濃度的增加，CAT的活性越大。0.5、1.0、2.0 mmol/L 3種濃度低溫處理下西瓜幼苗葉片CAT活性都極顯著高于對照和未噴施SA的低溫處理，由此可見，SA處理增強了西瓜葉片CAT活性。同常溫對照處理相比，所有低溫處理后的西瓜葉片SOD活性都呈現(xiàn)不同程度的上升；進行不同濃度SA低溫處理后，較沒有噴施SA相比，西瓜葉片內(nèi)SOD活性都有所提高，其中1.0、0.25 mmol/L 2個濃度處理下SOD活性提高最多。低溫處理后，西瓜幼苗葉片POD酶活性升高，極顯著高于常溫對照，表明冷害脅迫刺激后，西瓜體內(nèi)POD快速積累，提高呼吸作用、光合作用等反應(yīng)提高抗冷性。與不噴施SA的低溫處理相比，SA處理均能提高葉片內(nèi)POD活性，其中1.0 mmol/L SA處理下POD活性提高最多。

2.3 SA對低溫脅迫下西瓜幼苗脯氨酸、丙二醛、可溶性蛋白的影響

如表3顯示，低溫處理促進了西瓜葉片內(nèi)脯氨酸（Pro）含量的積累，各處理均極顯著高于常溫對照。SA有助于西瓜幼苗Pro的增加，從而在一定程度上保護細胞膜的結(jié)構(gòu)。MDA是膜脂過氧化產(chǎn)物，經(jīng)過低溫脅迫后西瓜幼苗體內(nèi)的MDA含量有所增加。與0 mmol/L處理相比，噴施SA可以緩解植株體內(nèi)MDA積累，其含量極顯著低于0 mmol/L處理，特別在1.0 mmol/L下達到最低，說明 1.0 mmol/L SA對緩解膜脂過氧化效果顯著。除0.25 mmol/L SA處理外，低溫脅迫下，西瓜幼苗可溶性蛋白含量變化均表現(xiàn)出增高趨勢，噴施SA處理西瓜幼苗可溶性蛋白含量明顯高于未經(jīng)SA處理過的植株，1.0 mmol/L SA處理顯著高于0處理和CK。表明低溫處理后，SA可以調(diào)節(jié)西瓜幼苗主動積累可溶性蛋白降低滲透勢。

3 結(jié)論與討論

低溫脅迫有利于植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生，可以引起膜脂過氧化作用，這時植物體內(nèi)清除過剩自由基的酶保護系統(tǒng)會啟動，酶的活性增高。水楊酸（SA）在植物的抗寒性中，被認為是植物在脅迫反應(yīng)中產(chǎn)生的一種信號分子，它可以通過抑制膜脂過氧化來維持膜完整性[5]，從而可以有效地保護植株免受傷害。SOD、POD、CAT是植物體內(nèi)清除活性氧的重要細胞保護酶類，這3種保護酶是植物抗寒性鑒定的重要指標之一，它們協(xié)同作用，清除膜脂過氧化產(chǎn)生的中間產(chǎn)物。SOD是植物抗氧化系統(tǒng)的第一道防線，它可以使歧化反應(yīng)中產(chǎn)生的活性氧轉(zhuǎn)化成H2O2，然后通過POD、CAT等將H2O2轉(zhuǎn)化為H2O、O2，從而有效阻止 O-2 · 和H2O2相互作用對細胞膜產(chǎn)生更大傷害[13]。本研究結(jié)果表明，經(jīng)過SA噴施與低溫處理后，西瓜幼苗SOD、POD、CAT 3種保護酶相比沒有噴施SA的CK有明顯提高。低溫試驗中，1.0 mmol/L SA處理后西瓜幼苗內(nèi)SOD、POD活性達到最大，說明1.0 mmol/L SA濃度可以有效增強西瓜抗逆性。脯氨酸（Pro）廣泛存在于植物體內(nèi)，主要是作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、蛋白質(zhì)分子的保護物質(zhì)以及活性氧的清除劑等發(fā)揮作用，從而起到抗寒作用。Kornyeyev等認為，在低溫脅迫下Pro的累計能力與品種的抗寒能力呈正相關(guān)[14]。馬淑英等認為，在低溫脅迫下Pro的累積能力與品種的抗寒性呈負相關(guān)[15]。本試驗中，低溫后Pro含量明顯增加，這和于錫宏等和耿廣東等的研究結(jié)果[6，8]一致。MDA是膜脂過氧化的產(chǎn)物，其含量高低可以反映出膜脂過氧化的程度。本試驗中，SA處理的西瓜幼苗的MDA積累量顯著較低，且在1.0 mmol/L的濃度下達到最低，說明SA處理后低溫脅迫對西瓜幼苗葉片的細胞膜傷害較輕，保持了膜的穩(wěn)定性，增強了西瓜幼苗的抗冷性。低溫可以促使可溶性蛋白這種植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加，以增強細胞膜的穩(wěn)定性。隨著SA濃度的增加，西瓜幼苗體內(nèi)的可溶性蛋白含量逐漸增加，在1.0 mmol/L 誘導(dǎo)下其值達到最大。綜合考慮各項指標，筆者認為，西瓜幼苗預(yù)防低溫傷害適宜的水楊酸濃度應(yīng)當選擇 1.0 mmol/L。

參考文獻：

[1]Korkmaz A，Dufault R J. Developmental consequences of cold temperature stress at transplanting on seedling and field growth aad yield. Ⅰ. Watermelon[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science，2001，126（4）：404-409.

[2]謝玉英. 水楊酸與植物抗逆性的關(guān)系[J]. 生物學(xué)雜志，2007，24（4）：12-15，20.

[3]Pal M，Kovacs V，Vida G，et al. Changes induced by powdery mildew in the salicylic acid and polyamine contents and the antioxidant enzyme activities of wheat lines[J]. European Journal of Plant Pathology，2013，135（1）：35-47.

[4]Gaffney T，F(xiàn)riedrich L，Vernooij B，et al. Requirement of salicylic-acid for the induction of systemic acquired-resistance[J]. Science，1993，261（5122）：754-756.

[5]李國婧，周 燮. 水楊酸與植物抗非生物脅迫[J]. 植物學(xué)通報，2001，18（3）：295-302.

[6]耿廣東，程智慧，李建設(shè)，等. 水楊酸對茄子幼苗抗寒性的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2002，30（6）：101-103.

[7]徐偉慧，周蘭娟，王志剛. 外源水楊酸緩解西葫蘆幼苗低溫脅迫的效應(yīng)[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013，25（4）：764-767.

[8]于錫宏，蔣欣梅，刁 艷，等. 脫落酸、水楊酸和氯化鈣對番茄幼苗抗冷性的影響[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，41（5）：42-46.

[9]劉 偉，艾希珍，梁文娟，等. 低溫弱光下水楊酸對黃瓜幼苗光合作用及抗氧化酶活性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2009，20（2）：441-445.

[10]李愛民，張永泰，熊 飛，等. 低溫弱光對西瓜幼苗生理特性的影響[J]. 揚州大學(xué)學(xué)報：農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版，2012，33（2）：78-82，94.

[11]許 勇，王永健，張 峰，等. 西瓜幼苗耐低溫研究初報[J]. 華北農(nóng)學(xué)報，1997，12（2）：94-97.

[12]李合生.植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2000：260-261.

[13]Stevens K J，Kim S Y，Adhikari S，et al. Effects of triclosan on seed germination and seedling development of three wetland plants：Sesbania herbacea，Eclipta prostrate and Bidens frondosa[J]. Environmental Toxicology and Chemistry，2009，28（12）：2598-2609.

[14]Kornyeyev D，Logan B A，Payton P，et al. Enhanced photochemical light utilization and decreased chilling-induced photoinhibition of photosystem Ⅱ in cotton overexpressing genes encoding chloroplast-targeted antioxidant enzymes[J]. Physiologia Plantarum，2001，113（3）：323-331.

[15]馬淑英，尹田夫，宋海星，等. 低溫對不同耐冷大豆萌發(fā)種子游離脯氨酸變化的影響[J]. 吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，1998（4）：90-92.