間歇降溫對(duì)黃瓜幼苗耐冷相關(guān)指標(biāo)的影響

劉彤彤++蔣欣梅++于錫宏+鄧冠聰 +韓明宇

摘要：以黃瓜品種津優(yōu)1號(hào)為供試材料，采用間歇降溫處理（設(shè)定平均下降1 ℃/h）的方式模擬自然界溫度逐漸下降的過(guò)程，研究其對(duì)黃瓜幼苗耐冷性的影響。結(jié)果表明：與常溫對(duì)照CK相比，黃瓜幼苗經(jīng)低溫脅迫后丙二醛含量、脯氨酸含量、超氧陰離子產(chǎn)生速率均提高，且隨低溫脅迫處理天數(shù)的增加而上升，均在處理8 d達(dá)到最大值。從低溫脅迫2 d開(kāi)始，和直接降溫對(duì)照CK1相比，間歇降溫處理F1的黃瓜幼苗冷害指數(shù)、丙二醛含量、脯氨酸含量、超氧陰離子產(chǎn)生速率均不同程度低于對(duì)照，說(shuō)明通過(guò)間歇降溫處理可以在一定程度上緩解低溫對(duì)黃瓜幼苗的脅迫作用，增強(qiáng)其在逆境下抵御低溫的能力。

關(guān)鍵詞：間歇降溫；黃瓜；丙二醛；脯氨酸；超氧陰離子

中圖分類號(hào)： S642.201文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）12-0195-03

收稿日期：2015-10-16

基金項(xiàng)目：國(guó)家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)（編號(hào)：CARS-25-C-08）。

作者簡(jiǎn)介：劉彤彤（1990—），女，內(nèi)蒙古興安盟人，碩士研究生，主要從事蔬菜栽培與生理研究。E-mail：1043814718@qq.com。

通信作者：蔣欣梅，副研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事蔬菜栽培生理及設(shè)施園藝的研究，E-mail：jxm0917@163.com。于錫宏，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事蔬菜栽培生理及設(shè)施園藝的研究，E-mail：yxh100@sohu.com。

黃瓜（Cucumis sativus L.）以其獨(dú)特的風(fēng)味和清新的口感深受廣大農(nóng)戶和消費(fèi)者的青睞，是百姓餐桌上不可或缺的喜溫果菜之一。黃瓜對(duì)低溫十分敏感，當(dāng)遭遇突降的低溫后，輕者表現(xiàn)葉片卷曲皺縮但未死亡，重者表現(xiàn)部分葉片枯萎，嚴(yán)重時(shí)植株呈水浸狀，最后整個(gè)植株死亡。黃瓜這種冷敏感的習(xí)性導(dǎo)致其遭受冷害的現(xiàn)象在我國(guó)高寒地區(qū)進(jìn)行冬季或早春生產(chǎn)時(shí)常有發(fā)生，不僅嚴(yán)重影響黃瓜的品質(zhì)同時(shí)在產(chǎn)量上也給種植者造成了巨大的損失。針對(duì)這一特性，前人從冷害機(jī)理、遺傳研究等多個(gè)領(lǐng)域探討低溫對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的影響，并采取了一些行之有效的措施，達(dá)到了減輕黃瓜冷害的目的[1-3]。冷害對(duì)植物的傷害能直觀地反映在植物的葉片、果實(shí)等器官上，常用冷害指數(shù)來(lái)判斷黃瓜的耐冷特性[4]，冷害指數(shù)與低溫耐受力成負(fù)相關(guān)，可作為評(píng)價(jià)不同材料苗期低溫耐受性的重要指標(biāo)[5]。植株受冷害后其體內(nèi)的生理指標(biāo)也發(fā)生改變，其中植物體內(nèi)丙二醛（MDA）含量、脯氨酸含量以及超氧陰離子的含量可作為衡量植物抗冷性的重要指標(biāo)。作為膜脂過(guò)氧化代謝產(chǎn)物的MDA，在植物遭遇冷害的過(guò)程中會(huì)迅速積累，其積累量的增多會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞受到毒害；在MDA積累的同時(shí)細(xì)胞內(nèi)的另一代謝產(chǎn)物活性氧的含量也會(huì)隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而上升，當(dāng)其含量過(guò)多時(shí)首先會(huì)損傷細(xì)胞膜系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致細(xì)胞的死亡[6]。湯章城認(rèn)為，植物在低溫條件下會(huì)積累大量脯氨酸，因其溶解度較高，可作為細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，因此，植物體內(nèi)脯氨酸含量的增高是對(duì)冷害的適應(yīng)性反應(yīng)[7]。前人對(duì)冷害的研究多集中于將植株直接置于一個(gè)恒定的低溫環(huán)境中，而忽視了實(shí)際生產(chǎn)中溫度的降低是個(gè)逐漸下降的過(guò)程，并不是直接就下降到脅迫溫度。于錫宏等對(duì)漸降低溫脅迫過(guò)程中保護(hù)酶活性的變化規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，在漸降低溫脅迫后，植物體內(nèi)的一些保護(hù)酶（如SOD、POD和CAT）的活性會(huì)迅速增強(qiáng)，有利于自由基的清除，從而可以減輕黃瓜幼苗所受到的傷害[8]。

在前人的研究中，有關(guān)間歇降溫處理（即漸降低溫處理）對(duì)黃瓜耐冷性方面的研究較少。為此，本試驗(yàn)通過(guò)間歇降溫的方法模擬自然界溫度逐漸下降的過(guò)程，研究間歇降溫過(guò)程中黃瓜幼苗體內(nèi)丙二醛含量、脯氨酸含量、超氧陰離子含量的變化規(guī)律，探討間歇降溫處理對(duì)黃瓜幼苗抗冷性的影響，旨在為今后研究黃瓜冷害的緩解機(jī)制提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2013—2014年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝設(shè)施中心及蔬菜設(shè)施工程與環(huán)境調(diào)控實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了2年重復(fù)試驗(yàn)。選用黃瓜品種津優(yōu)1號(hào)（天津科潤(rùn)黃瓜研究所研制）為試材。

1.2試驗(yàn)方法

將催芽的黃瓜種子進(jìn)行播種育苗，待子葉展平時(shí)分苗于8 cm×8 cm營(yíng)養(yǎng)缽中，置于日光溫室內(nèi)，晝溫/夜溫=（25±1） ℃/（17±1） ℃，常規(guī)方法管理。幼苗長(zhǎng)至3葉1心時(shí)，將幼苗放置于LRH250-G型光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行以下3組試驗(yàn)：第1組幼苗模擬自然界間歇降溫的過(guò)程進(jìn)行處理（F1），即將初始溫度設(shè)置為（25±1） ℃開(kāi)始進(jìn)行間歇降溫，設(shè)定平均下降1 ℃/h的速度降至（10±1） ℃，之后按照晝溫/夜溫=（10±1） ℃/（5±1） ℃的溫度條件進(jìn)行低溫脅迫處理；第2組幼苗為直接降溫對(duì)照（CK1）試驗(yàn)，即從初始溫度（25±1） ℃ 直接置于已調(diào)試好的（10±1） ℃的光照培養(yǎng)箱中，之后同樣按照晝溫/夜溫=（10±1） ℃/（5±1） ℃的溫度條件進(jìn)行低溫脅迫處理；第3組幼苗為常溫對(duì)照（CK）試驗(yàn)，溫度設(shè)定為晝溫/夜溫=（25±1） ℃/（17±1） ℃，3組試驗(yàn)于 19：00 同時(shí)進(jìn)行處理，其間每日19：00至翌日07：00為黑暗處理時(shí)間，其余時(shí)間為光照處理時(shí)間，光照時(shí)間均為12 h/d，連續(xù)處理8 d，光照度為 4 000 lx。每組試驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)，每次重復(fù)70株，其中在低溫脅迫2、4、6、8 d 選取相同的30株黃瓜幼苗對(duì)冷害指數(shù)進(jìn)行記錄，同時(shí)在0（田間苗）、2、4、6、8 d 在剩余幼苗中隨機(jī)取樣測(cè)定耐冷性相關(guān)指標(biāo)，取樣方式為整株混合取葉法。

1.3測(cè)定指標(biāo)

冷害指數(shù)參照王麗麗的考察標(biāo)準(zhǔn)[9]，分為5級(jí)：0級(jí)，葉片正常未受冷害；1級(jí)，僅有少數(shù)葉片邊緣有輕度的皺縮萎蔫；2級(jí)，約50%的葉片萎蔫死亡，主莖沒(méi)有死亡，恢復(fù)室溫后可以長(zhǎng)出新葉；3級(jí)，約50%的葉片萎蔫死亡，主莖死亡；4級(jí)，植株全部死亡。

冷害指數(shù)=（1×S1+2×S2+3×S3+4×S4+5×S5）/（低溫處理總植株數(shù)×5），式中S為每一級(jí)冷害的植株數(shù)。

丙二醛含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸比色法[10]；脯氨酸含量的測(cè)定采用茚三酮比色法[11]；超氧陰離子產(chǎn)生速率的測(cè)定采用羥氨氧化法[12]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用 Office，方差分析采用Duncans multiple-range test。

2結(jié)果與分析

2.1間歇降溫對(duì)黃瓜幼苗冷害指數(shù)的影響

圖1表明，間歇降溫處理對(duì)冷害指數(shù)有明顯影響。間歇降溫處理F1和直接降溫對(duì)照CK1在低溫脅迫處理過(guò)程中，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)冷害指數(shù)顯著增加，處理F1和對(duì)照CK1的冷害指數(shù)均在8 d時(shí)達(dá)到最大值，但處理F1的冷害指數(shù)在測(cè)定的各個(gè)時(shí)期內(nèi)均顯著低于對(duì)照CK1。

[FK（W12][TPLTT1.tif]

2.2間歇降溫對(duì)黃瓜幼苗丙二醛含量的影響

[JP3]圖2表明，間歇降溫處理對(duì)黃瓜幼苗的丙二醛含量有明顯影響。在處理的8 d內(nèi)，間歇降溫處理F1和直接降溫對(duì)照CK1植株體內(nèi)丙二醛含量均隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而上升，常溫對(duì)照CK在處理過(guò)程中基本保持不變。在低溫脅迫2、4、6、8 d，直接降溫對(duì)照CK1的黃瓜幼苗中丙二醛含量均顯著高于間歇降溫處理F1，但二者在6 d和8 d時(shí)都顯著高于常溫對(duì)照CK。

2.3間歇降溫對(duì)黃瓜幼苗超氧陰離

[JP2]產(chǎn)生速率以及脯氨酸含量均顯著低于直接降溫對(duì)照CK1。在低溫脅迫的8 d內(nèi)，隨著處理天數(shù)的延長(zhǎng)間歇降溫處理F1與直接降溫對(duì)照CK1黃瓜幼苗超氧陰離子產(chǎn)生速率和脯氨酸含量不斷增加，且都在8 d時(shí)達(dá)到最大值，常溫對(duì)照CK在處理過(guò)程中基本保持不變。從低溫脅迫2 d開(kāi)始，間歇降溫處理F1均顯著低于直接降溫對(duì)照CK1，二者均顯著高于常溫對(duì)照CK。

3討論與結(jié)論

低溫馴化就是通過(guò)低溫鍛煉的手段來(lái)提高植物耐寒性的適應(yīng)過(guò)程[13]。李明玉等認(rèn)為，植物在低溫馴化的過(guò)程中伴隨著許多生理生化代謝反應(yīng)，如酶活性的提高、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的增加、可溶性蛋白的積累等，生理生化代謝的改變會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)作用[14]。SOD等酶活性的提高有助于細(xì)胞膜上活性氧（ROS）的清除，使代謝達(dá)到平衡，降低組織電解質(zhì)滲出率，防止丙二醛的積累損傷細(xì)胞膜，同時(shí)可溶性糖和脯氨酸等物質(zhì)大量積累，有利于維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)，對(duì)低溫脅迫下的黃瓜幼苗起到保護(hù)作用，蛋白質(zhì)作為親水性膠體，可防止逆境下細(xì)胞膜脫水造成的傷害，增強(qiáng)其在逆境下的耐受能力，提高其抗低溫的能力。本試驗(yàn)利用間歇降溫的方法模擬自然界逐漸降溫的過(guò)程，使黃瓜幼苗在冷害到來(lái)之前處于一個(gè)低溫鍛煉過(guò)程中，在該過(guò)程中黃瓜幼苗產(chǎn)生許多生理生化反應(yīng)，與直接降溫相比，丙二醛含量、脯氨酸含量和超氧陰離子產(chǎn)生速率均較低，冷害指數(shù)也顯著低于直接降溫對(duì)照，說(shuō)明間歇降溫處理是黃瓜幼苗逐漸進(jìn)行低溫鍛煉的過(guò)程，通過(guò)間歇降溫處理的方法，能有效地緩解黃瓜幼苗在低溫脅迫下所受到的傷害。

總之，與常溫對(duì)照CK相比，間歇降溫處理F1的黃瓜幼苗經(jīng)低溫脅迫后，丙二醛含量、脯氨酸含量和超氧陰離子產(chǎn)生速率均隨處理天數(shù)的增加有不同程度的提高，都在8 d時(shí)達(dá)到最大值。而和直接降溫對(duì)照CK1相比，間歇降溫處理F1從低溫脅迫2 d開(kāi)始，在各測(cè)定時(shí)間內(nèi)，這幾項(xiàng)指標(biāo)均顯著低于直接降溫對(duì)照CK1，說(shuō)明間歇降溫處理在一定程度上對(duì)黃瓜幼苗受到的低溫脅迫起到了緩解作用，增強(qiáng)了其在逆境下抵御低溫的能力。

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