水楊酸對高溫脅迫下黃瓜幼苗光合特性和過氧化物酶活性的影響

許耀照，曾秀存

(1.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅張掖 734000；2.甘肅省河西走廊特色資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅張掖 734000)

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水楊酸對高溫脅迫下黃瓜幼苗光合特性和過氧化物酶活性的影響

許耀照1，2，曾秀存1，2

(1.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅張掖 734000；2.甘肅省河西走廊特色資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅張掖 734000)

摘要[目的]研究外施水楊酸(SA)對黃瓜幼苗抗高溫脅迫能力的生理效應(yīng)。[方法]以“ 津春3號” 黃瓜幼苗為試驗(yàn)材料，對其噴施濃度分別為0.05、0.10和0.50 mmol/L的SA溶液，并進(jìn)行晝(40±1) ℃/夜(30±1) ℃高溫脅迫處理，研究黃瓜幼苗4葉期葉片光合特性、葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化及過氧化物酶(POD)活性。 [結(jié)果]高溫脅迫下幼苗葉片的凈光合速率(Pn)、羧化效率(CE)、表觀量子效率(AQY)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(фPSⅡ)、POD活性明顯降低，而幼苗葉片初始熒光(Fo)、非光化學(xué)淬滅系數(shù)(NPQ)明顯增加，且嫁接苗的變化趨勢弱于自根苗。[結(jié)論]不同濃度的SA溶液均可抑制高溫脅迫下黃瓜幼苗Pn、CE、AQY、qP、фPSⅡ、POD活性的降低和Fo、NPQ的增加，以濃度為0.10 mmol/L的SA處理效果最優(yōu)。

關(guān)鍵詞黃瓜幼苗；水楊酸；高溫；Pn；CE；AQY；葉綠素?zé)晒鈪?shù)；POD活性

溫度是制約蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的主要環(huán)境因子。我國北方保護(hù)地生產(chǎn)設(shè)施氣溫常可達(dá)到40 ℃以上，夏季露地的氣溫也常達(dá)35 ℃以上[1]。黃瓜喜溫暖不耐高溫。目前黃瓜設(shè)施種植面積已占黃瓜種植面積的42%左右[2]。夏秋茬黃瓜的幼苗期正值高溫季節(jié)，高溫會導(dǎo)致黃瓜幼苗的生理代謝紊亂，生長受到抑制[3]，造成黃瓜植株早衰，產(chǎn)量和品質(zhì)下降。因此提高露地中黃瓜幼苗對高溫的耐性是生產(chǎn)中亟需解決的問題。水楊酸(Salicylic acid，SA)是植物體內(nèi)一種簡單的酚酸類物質(zhì)，具有多種生理調(diào)節(jié)作用，被認(rèn)為是一種植物內(nèi)源信號物質(zhì)和新的植物激素，它能夠激活植物過敏反應(yīng)和系統(tǒng)獲得性抗性[4]。研究表明，水楊酸(SA)具有誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗病性、調(diào)節(jié)氣孔功能[5]、抗熱性[6]等功能。此外已有研究證實(shí)SA還與細(xì)胞的生長和死亡、植物開花、離子吸收、抗氰呼吸與產(chǎn)熱以及抗衰老等眾多生理過程有關(guān)，外源SA亦可引發(fā)上述反應(yīng)[7]。馬德華等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜幼苗在經(jīng)過 42 ℃高溫處理后，或經(jīng)過38 ℃/32 ℃(晝/夜)的高溫鍛煉后，葉片內(nèi)游離SA含量均成倍增加。但有關(guān)SA對黃瓜幼苗耐熱性影響的研究不多，鑒于此，筆者以日光溫室專用黃瓜品種“津春3號”幼苗為試驗(yàn)材料，研究外施SA對黃瓜幼苗抗高溫脅迫能力的生理效應(yīng)，以期為生產(chǎn)中降低高溫對黃瓜幼苗的傷害提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料供試的黃瓜(Cucumissativus.L)品種為“津春3號”(天津市黃瓜研究所選育)，嫁接苗采用黑籽南瓜(Cuarbitaficifolia)作砧木。將黃瓜自根苗和嫁接苗栽培于12 cm×10 cm營養(yǎng)缽中，營養(yǎng)缽裝有預(yù)先配制的營養(yǎng)土(培養(yǎng)土加入充分腐熟的有機(jī)肥，搗碎、摻勻)，每缽1株，置于日光溫室內(nèi)，溫度為晝(32±2) ℃/夜(20±2) ℃左右(室溫)，光照強(qiáng)度約為600 μmol/(m2·s)(采用遮陽網(wǎng)部分遮日光)，相對濕度為80%左右，正常管理。

1.2試驗(yàn)設(shè)計幼苗于4葉1心時，選取生長一致的自根苗和嫁接苗，設(shè)以下處理：①未受高溫脅迫對照Ⅰ(CKⅠ)，在日光溫室內(nèi)，每天早、晚用自來水噴灑黃瓜幼苗葉片，以真葉濕潤為止，共噴灑96 h；②以濃度分別為0.05、0.10、0.50 mmol/L的SA溶液(pH=6.8)每天早、晚噴灑黃瓜幼苗葉片，以真葉濕潤為止，每株幼苗噴灑5 mL SA，處理10缽(株)，共噴灑96 h，以便黃瓜幼苗充分吸收SA；③高溫脅迫對照Ⅱ(CKⅡ)，噴灑自來水；將CKⅡ和SA處理后的幼苗分別移至4個恒溫RXZ-300D智能人工氣候培養(yǎng)箱(寧波江南儀器廠制造)中進(jìn)行高溫脅迫處理，溫度為晝(40±1) ℃/夜(30±1) ℃，光照強(qiáng)度為600 μmol/(m2·s)，光周期為晝夜各12 h，相對濕度為80%左右(用培養(yǎng)箱匹配的加濕器控制)，高溫脅迫48 h后，將黃瓜自根苗和嫁接苗置于與CKⅠ環(huán)境條件一致的日光溫室中恢復(fù)48 h后測定幼苗葉片的光合速率、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和過氧化物酶(POD)活性等指標(biāo)。

1.3測定項(xiàng)目與方法凈光合速率(Pn)采用英國PP-Systems公司生產(chǎn)的CIRAS-2型便攜式光合測定系統(tǒng)測定，測定葉片溫度為(28±1) ℃、光照強(qiáng)度為800 μmol/(m2·s)、CO2濃度為(350±5) μL/L下進(jìn)行，測定植株第2位真葉，重復(fù)測定5片葉；羧化效率(CE)、表觀量子效率(AQY)的測定參考Demming等[9]的方法；POD活性的測定參考Omran等[10]的方法，重復(fù)測定3次；葉綠素?zé)晒鈪?shù)采用英國Hansatech公司生產(chǎn)的FMS-2便攜調(diào)制式熒光儀測定，測定前葉片在FMS-2型熒光儀匹配的暗適應(yīng)夾中適應(yīng)25～30 min，測定時，打開檢測光[光合有效輻射約為0.1 μmol/(m2·s)]測定初始熒光(Fo)，然后照射飽和脈沖光[光合有效輻射為8 000 μmol/(m2·s)，2.5 s，1個脈沖]測定最大熒光(Fm)，計算可變熒光(Fv)，F(xiàn)v=Fm-Fo；再照射作用光后，分別依次照射檢測光和飽和脈沖光，測得作用光存在時的最大熒光(Fm′)，關(guān)閉作用光10 s后，打開內(nèi)源遠(yuǎn)紅光照射葉片[光合有效輻射為8 000 μmol/(m2·s)，2.5 s，1個脈沖]，測得作用光關(guān)閉后初始熒光(Fo′)，重復(fù)測定15片葉。計算光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、非光化學(xué)淬滅系數(shù)(NPQ)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(ФPSⅡ)。計算公式：Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm；NPQ=(Fm-Fm′)/Fm′；qP=(Fm′-Fs)/(Fm′-Fo′)；ФPSⅡ=(Fm′-Fs)/Fm′。式中，F(xiàn)s為穩(wěn)態(tài)熒光。

1.4數(shù)據(jù)方法采用Excel 2003和DPS 6.0軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用Duncan新復(fù)極差法對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1SA對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片Pn的影響由圖1可知，高溫脅迫使黃瓜幼苗的Pn明顯降低，SA處理明顯抑制Pn的降低，且嫁接苗葉片的Pn高于自根苗。濃度為0.05 mmol/L的SA處理對高溫下黃瓜幼苗葉片的Pn不產(chǎn)生明顯的影響；濃度為0.50 mmol/L的SA處理對高溫下黃瓜幼苗葉片的Pn有不同程度的抑制作用；濃度為0.10 mmol/L的SA處理對高溫下黃瓜幼苗葉片Pn的降低有明顯的緩解作用，嫁接苗和自根苗葉片的Pn較CKⅠ分別降低了14.7%、23.2%，較CKⅡ分別升高了19.7%、14.5%。這表明濃度為0.10 mmol/L的SA處理可提高黃瓜幼苗在高溫脅迫期間的Pn，有利于干物質(zhì)的積累。

2.2SA對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片CE的影響由圖2可知，高溫脅迫使黃瓜幼苗的CE明顯降低，SA處理明顯抑制CE降低，且嫁接苗的CE高于自根苗。濃度為0.05 mmol/L的SA處理對高溫下黃瓜幼苗葉片的CE不產(chǎn)生明顯的影響；濃度為0.50 mmol/L的SA處理對高溫下對葉片的CE有不同程度的抑制作用；濃度為0.10 mmol/L的SA處理對高溫下葉片CE的降低有明顯的緩解作用，嫁接苗和自根苗葉片的CE 較CKⅠ分別降低了19.9%、24.7%，較CKⅡ分別升高了16.7%、11.4%。這表明濃度為0.10 mmol/L的SA 處理可提高黃瓜幼苗在高溫脅迫期間的RuBP羧化酶初活性及葉片中活化的RuBP羧化酶含量，從而提高幼苗在高溫脅迫時的Pn。

圖2　SA對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片CE的影響Fig.2　Effect of salicylic acid on the activity of CE in the leaf of cucumber seedling under the stress of high temperature

圖3　SA對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片AQY的影響Fig.3　Effect of salicylic acid on the activity of AQY in the leaf of cucumber seedling under the stress of high temperature

2.3SA對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片AQY的影響由圖3可知，高溫脅迫使黃瓜幼苗的AQY顯著降低，SA處理有明顯抑制葉片AQY降低的趨勢，且嫁接苗葉片的AQY高于自根苗。濃度為0.05 mmol/L的SA處理對高溫下黃瓜幼苗葉片的AQY不產(chǎn)生明顯的影響；濃度為0.50 mmol/L的SA處理對高溫下葉片的AQY有不同程度的抑制作用；濃度為0.10 mmol/L的SA處理對高溫下葉片AQY的降低有明顯的緩解作用，嫁接苗和自根苗AQY 較CKⅠ分別降低了3.9%、10.0%，較CKⅡ分別升高了20.9%、14.3%。這表明濃度為0.10 mmol/L的SA處理可提高黃瓜幼苗在高溫脅迫期間的光能轉(zhuǎn)化效率，增強(qiáng)Pn和提高CE的初活性。

2.4SA對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響由表1可知，高溫脅迫使黃瓜幼苗葉片的Fo、NPQ明顯升高，SA處理明顯抑制葉片的Fo、NPQ的升高。濃度為0.05 mmol/L的SA處理對高溫下黃瓜幼苗葉片的Fo、NPQ不產(chǎn)生明顯的影響；濃度為0.50 mmol/L的 SA處理對高溫下葉片的Fo、NPQ有不同程度的抑制作用，濃度為0.10 mmol/L的 SA處理對高溫下葉片F(xiàn)o、NPQ的升高有明顯的緩解作用，嫁接苗和自根苗葉片的Fo、NPQ較CKⅠ分別增加了2.7%、3.5%和61.8%、143.2%，較CKⅡ分別降低了4.3%、8.3%和13.8%、26.8%。這表明濃度為0.10 mmol/L的 SA處理可緩解黃瓜幼苗在高溫脅迫期間葉片的Fo和NPQ的增加，以保護(hù)PSⅡ的穩(wěn)定和降低捕光色素蛋白復(fù)合體(LHC)吸收光能的熱量耗散程度。高溫脅迫使黃瓜幼苗葉片的qP明顯降低，SA處理明顯抑制葉片的qP的降低，且嫁接苗葉片的qP高于自根苗。濃度為0.05 mmol/L的 SA處理對高溫下黃瓜幼苗葉片的qP不產(chǎn)生明顯的影響；濃度為0.50 mmol/L的 SA處理對高溫下葉片的qP有不同程度的抑制作用，濃度為0.10 mmol/L的 SA處理對高溫下葉片qP的降低有明顯的緩解作用，嫁接苗和自根苗葉片的qP較CKⅠ分別增加了11.5%、2.8%，較CKⅡ分別增加了29.6%、65.5%。這表明濃度為0.10 mmol/L的SA處理可降低黃瓜幼苗在高溫脅迫期間葉片的qP，以保證PSⅡ的電子傳遞活性，維持光合作用的進(jìn)行。高溫脅迫使黃瓜幼苗葉片的фPSⅡ明顯降低，SA處理明顯抑制葉片的фPSⅡ的降低，且嫁接苗葉片的фPSⅡ高于自根苗。濃度為0.05 mmol/L的SA處理對高溫下黃瓜幼苗葉片的фPSⅡ不產(chǎn)生明顯的影響；濃度為0.50 mmol/L的SA處理對高溫下葉片的фPSⅡ有不同程度的抑制作用，濃度為0.10 mmol/L的SA處理對高溫下葉片фPSⅡ的降低有明顯的緩解作用，嫁接苗和自根苗葉片的фPSⅡ較CKⅠ分別降低了1.6%、0.3%，較CKⅡ分別增加了15.7%、64.5%。這表明濃度為0.10 mmol/L的SA處理可增強(qiáng)黃瓜幼苗在高溫脅迫期間葉片的фPSⅡ，以保證PSⅡ的電子傳遞效率。

表1　SA對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片F(xiàn)o、NPQ、qP、фPSⅡ的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note： Difference lowercases in same column stand for significant difference(P<0.05).

2.5SA對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片POD活性的影響由圖4可知，高溫脅迫使黃瓜幼苗葉片的POD活性顯著降低，SA處理明顯抑制葉片POD活性降低，且嫁接苗葉片的POD活性高于自根苗。濃度為0.05 mmol/L的SA處理對高溫下對黃瓜幼苗葉片的POD活性不產(chǎn)生明顯影響；濃度為0.50 mmol/L的SA處理對高溫下黃瓜幼苗葉片的POD活性有不同程度的抑制作用，濃度為0.10 mmol/L的SA處理對高溫下黃瓜幼苗葉片POD活性的降低有明顯的緩解作用，嫁接苗和自根苗葉片的POD活性較CKⅠ分別降低了19.8%、22.0%，較CKⅡ分別升高了7.3%、6.1%。這表明SA處理可提高黃瓜幼苗在高溫脅迫期間葉片的POD活性，以抵御高溫對葉片細(xì)胞膜脂過氧化的傷害，維持葉片細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，保證葉片正常的生理功能。

圖4　SA對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片POD的影響Fig.4　Effect of salicylic acid on the activity of POD in the leaf of cucumber seedling under the stress of high temperature

3討論

溫度是制約園藝植物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要環(huán)境因子，特別是設(shè)施園藝[11]。試驗(yàn)結(jié)果表明：在高溫脅迫下，濃度為0.10 mmol/L的SA處理能夠提高黃瓜幼苗的Pn，這可能是由于幼苗光合運(yùn)輸能力增強(qiáng)了，因?yàn)樵诟邷孛{迫下，SA處理的幼苗葉片有較高的CE、AQY。據(jù)Pramod等[12]報道，用濃度為0.32 mmol/L的水楊酸噴施大豆葉面能夠顯著提高其光合速率和羧化效率，從而提高大豆產(chǎn)量。該試驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

在高溫脅迫下，噴施濃度為0.10 mmol/L的外源SA可以使黃瓜葉片的Fo維持在較低的水平，以保護(hù)PSⅡ反應(yīng)中心的穩(wěn)定和維持葉片類囊體膜結(jié)構(gòu)，從而使得光合膜功能正常，持續(xù)進(jìn)行光合作用。在高溫脅迫下，幼苗葉片的Fo明顯增加，PSⅡ的電子傳遞活性和電子傳遞的量子效率降低，噴施濃度為0.10 mmol/L的外源SA能增加葉片PSⅡ的電子傳遞活性和電子傳遞的量子效率，使得光合電子傳遞鏈正常進(jìn)行，維持光合作用的進(jìn)行。

高溫逆境脅迫的本質(zhì)是氧化脅迫。馬德華等[8]研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜經(jīng)過高溫鍛煉后，其POD活性升高，POD能夠氧化H2O2成水，因此POD活性的升高必然為H2O2的清除奠定條件。高溫處理幼苗噴施外源SA后，其葉片的POD活性增加，這證明在高溫下SA具有增強(qiáng)POD活性的作用，因而可以消除過多H2O2在細(xì)胞內(nèi)的積累對其膜的傷害。SA處理黃瓜幼苗提高其適應(yīng)高溫逆境的能力與H2O2含量的變化是否有關(guān)需進(jìn)一步試驗(yàn)。

4結(jié)論

葉面噴施濃度為0.10 mmol/L的SA 可緩解高溫對黃瓜幼苗葉片光合作用的抑制程度、維持PSⅡ有較高的活性并減輕膜脂過氧化程度。

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基金項(xiàng)目甘肅省教育廳科研資助項(xiàng)目(0709-05)；甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(1506RJZG051)。

作者簡介許耀照(1975- )，男，甘肅榆中人，副教授，碩士，從事園藝植物生理生態(tài)與栽培的教學(xué)與科研工作。

收稿日期2016-04-05

中圖分類號S 642.2；S604+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)13-047-04

Effect of Salicylic Acid on the Photosynthetic Characteristics and Peroxide Enzyme Activity of Cucumber Seedlings under the Stress of High Temperature

XU Yao-zhao1,2, ZENG Xiu-cun1,2

(1. College of Agriculture and Biotechnology, Hexi University, Zhangye, Gansu 734000; 2. Key Laboratory of Special Resource Utilization of Hexi Corridor in Gansu Province, Zhangye, Gansu 734000)

Abstract[Objective] The effect of exogenous salicylic acid (SA) on the physiological reaction of cucumber seedling under the high stress temperature was studied. [Method] The testing material: cucumber variety "Jinchun 3" seedlings, was treated with the salicylic acid with the concentration of 0.05, 0.10 and 0.50 mmol/L and the stress of high temperature of (40±1) ℃ in day and (30±1) ℃ in night. The photosynthetic characteristics, the variation of chlorophyll fluorescence parameters and peroxidase activity of cucumber plant at 4 leaves were tested. [Results] The net photosynthetic rate (Pn), carboxylation efficiency (CE), apparent quantum efficiency (AQY), photochemical quenching (qP), PSⅡ actual photochemical efficiency (фPSⅡ), POD activity in the laef of seedlings under the stress of high temperature were significantly reduced; while the initial fluorescence (Fo) and non-photochemical quenching (NPQ), significantly increased. And the trend of the value of those indicators of grafted seedlings was weaker than self-rooting seedlings. [Conclusion] All SA solutions could reduce the activities of Pn, CE, AQY, qP, фPSⅡ,POD and increase Fo and NPQ in the cucumber seedlings under the stress of high temperature and the SA with the concentration of 0.10 mmol/L is the best treatment.

Key wordsCucumber seedling; Salicylic acid; High temperature; Pn; CE; AQY; Chlorophyll fluorescence parameters; POD activity