低溫弱光對西葫蘆幼苗生長生理指標(biāo)的影響

黃麗芳 劉建汀 王彬

摘 要：以西葫蘆幼苗為試驗材料，通過低溫、弱光、低溫弱光3種脅迫方式分別處理幼苗，測定西葫蘆幼苗的光合作用相關(guān)參數(shù)，研究其在低溫弱光逆境條件下葉片光系統(tǒng)受損傷的程度，以明確葉片內(nèi)的細胞受損傷程度。結(jié)果表明：低溫、弱光、低溫弱光3種脅迫條件下，西葫蘆幼苗葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)（Fv/Fm、NPQ）、葉綠素含量、過氧化氫酶（CAT）活性以及超氧化物歧化酶（SOD）活性均有不同程度的降低，而丙二醛（MDA）和過氧化物酶（POD）活性均不同程度的升高。其中弱光條件下葉綠素?zé)晒鈪?shù)下降最多，而低溫弱光在一定程度上緩解了弱光傷害。弱光脅迫下的西葫蘆幼苗生理指標(biāo)顯著性差異最大，說明弱光對生物膜的影響最大。

關(guān)鍵詞：西葫蘆；生理指標(biāo)；低溫弱光；抗逆性

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2018.07.003

Abstract： The seedlings of summer squash were treated with low temperature， weak illumination and both low temperature and weak illumination. The photosynthesis parameters were determined to study the effects of low temperature and poor light stress on photosystem of squash leaves and the damaged condition of cells inside the blade. The results showed that under three stress conditions， the chlorophyll fluorescence parameters （Fv/Fm， NPQ）， chlorophyll content， catalase （CAT） activity and superoxide dismutase （SOD） activity decreased to varying degrees， while malondialdehyde （MDA） and peroxidase （POD） activity increased to varying degrees. Among them， the chlorophyll fluorescence parameters decreased most under low light conditions， while both low temperature and weak illumination treatment could alleviate the damage of poor light to some extent. The physiological indicators of summer squash seedlings under weak light stress showed the most significant difference， indicating that weak illumination had the greatest impact on biofilm of summer squash.

Key words： Summer squash； physiological index； low temperature and poor light； stress resistance

西葫蘆（Cucurbita pepo L.）又稱美洲南瓜，是葫蘆科南瓜屬的一年生草本植物，其適應(yīng)性較強，具有重要的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值，是人類最早栽培的作物之一。西葫蘆在早春季的設(shè)施栽培過程中，容易遭遇倒春寒等不良天氣影響，造成幼苗受損傷，生長遲緩，落花落果嚴重，產(chǎn)量降低，從而影響西葫蘆經(jīng)濟效益。低溫弱光是西葫蘆生產(chǎn)中的兩個主要環(huán)境脅迫因子，限制了西葫蘆的產(chǎn)量及市場持續(xù)時間。前人較多研究單一環(huán)境脅迫對西葫蘆生理特性的影響[1-2]，樊治成等[1]研究低溫脅迫對西葫蘆生理特性的影響，秦舒浩等[3]研究了弱光脅迫對西葫蘆形態(tài)和光合生理特性的影響。然而，在實際生產(chǎn)中，低溫和弱光這2個脅迫環(huán)境往往是同時發(fā)生的。因此，只研究單一的脅迫環(huán)境不能為西葫蘆幼苗遭受脅迫的響應(yīng)機制提供全面的信息。不同的低溫弱光雙重脅迫環(huán)境還存在著正或負的互相作用[4-6]。關(guān)于低溫和弱光相互脅迫對番茄、黃瓜等作物的影響研究已有報道[7-11]，但關(guān)于低溫和弱光相互作用對西葫蘆的影響研究報道則較少。本研究從生理角度對西葫蘆低溫弱光的雙重脅迫進行分析，以期為今后西葫蘆分子育種研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2017年3月至6月在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所蔬菜研究中心進行。供試西葫蘆品種為京品翠玉。播種前先將西葫蘆種子放置55℃溫水中進行溫湯浸種15 min后，再用濕紗布包裹，置于18℃恒溫箱中進行催芽，等種子露白粒率達85%時播于72孔（6×12）穴苗盤中育苗，育苗基質(zhì)為草炭∶珍珠巖∶蛭石=3∶1∶1的混合基質(zhì)。

1.2 方法

選取健壯、無病蟲害、長勢相近的西葫蘆2葉1心期苗移入人工氣候箱進行培養(yǎng)，設(shè)置不同脅迫處理，即正常處理（CK）：25℃/15℃（晝夜12 h），光照強度21000 lx；低溫處理：25℃/15℃（晝夜12 h），光照強度4 200 lx；弱光處理：15℃/3℃（晝夜12 h），光照強度21000 lx；低溫弱光處理：15℃/3℃（晝夜12 h），光照強度21000 lx。各處理分別于0、1、3、5、7 d后采集葉片進行各項生理指標(biāo)測定，每個處理材料分別為24株，每項測定3次重復(fù)。

采用德國WALZ高級光合作用熒光測量系統(tǒng)GFS3000測定最大光化學(xué)效率Fv/Fm、非光化學(xué)猝滅系數(shù)NPQ，葉綠素含量采用乙醇丙酮混合法測定，過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測定；超氧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑法測定； 過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定；丙二醛（MDA）含量采用MDATBA法測定[12-13]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)利用Excel2003進行數(shù)據(jù)整理和制圖，并用IBM SPSS Stastistic 21軟件的SNK多重比較進行雙因素方差分析和差異顯著性分析（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫弱光對西葫蘆植株形態(tài)指標(biāo)的影響

植物生長發(fā)育需要一定的溫度和光照。西葫蘆經(jīng)過低溫弱光脅迫處理后均出現(xiàn)不同程度的形態(tài)變化。弱光處理的西葫蘆植株葉片出現(xiàn)黃化、植株徒長，莖纖細；低溫處理和低溫弱光處理的植株和正常處理對照植株相比，長勢明顯較弱，較為滯后，生長緩慢。

2.2 低溫弱光對西葫蘆幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

Fv/Fm是暗反應(yīng)下PSII最大光化學(xué)效率，能反映PSII反應(yīng)中心最大光能轉(zhuǎn)化效率，也是衡量植株處理程度的常用指標(biāo)[14-15]。從圖1可知，各處理間Fv/Fm大小依次表現(xiàn)為正常>低溫>低溫弱光>弱光，各處理在1、3、5和7 d的Fv/Fm差異達顯著水平，其中弱光處理的Fv/Fm在第5 d降低最多，比對照處理降低85.8%。低溫和低溫弱光處理的西葫蘆幼苗葉片F(xiàn)v/Fm均隨處理時間的延長而降低。

非光化學(xué)猝滅系數(shù)NPQ反映PSII天線色素所吸收光能中用于熱耗散的比例，NPQ值較高有利于過剩光能的及時耗散，從而避免光系統(tǒng)的損害[16]。從圖2可見，弱光、低溫、低溫弱光處理的西葫蘆幼苗葉片NPQ值均呈下降趨勢。而弱光處理的西葫蘆幼苗葉片NPQ值在處理1 d后大幅下降52.0%，低溫和低溫弱光處理的西葫蘆幼苗葉片NPQ值在第1 d下降較少，但在處理3 d后開始大幅下降。

從圖3可以看出，正常處理的西葫蘆幼苗葉片葉綠素含量隨處理時間延長略有增長，但7 d內(nèi)變化不大。弱光、低溫及低溫弱光脅迫處理的西葫蘆幼苗葉片葉綠素含量均隨著處理時間的延長而大量減少，下降幅度大小依次為弱光>低溫>低溫弱光，其中弱光處理的西葫蘆幼苗葉片葉綠素含量下降幅度最大。

2.4 低溫弱光對西葫蘆幼苗葉片SOD活性的影響

由圖4可知，正常處理的西葫蘆幼苗葉片SOD活性相對穩(wěn)定，在7 d內(nèi)的變化差異不大。弱光、低溫及低溫弱光脅迫處理的西葫蘆幼苗葉片SOD活性均有所下降，其中低溫和低溫弱光處理的西葫蘆幼苗葉片SOD活性在第1 d下降明顯，低溫處理第5 d西葫蘆幼苗葉片SOD活性值最低，比正常處理下降52.6%，第7 d SOD活性值略有回升。

2.5 低溫弱光對西葫蘆幼苗葉片CAT活性的影響

由圖5可知，正常處理下的西葫蘆幼苗葉片CAT活性隨著時間延長略微增長，但變化趨勢不明顯。而經(jīng)過脅迫處理的西葫蘆幼苗葉片CAT活性均出現(xiàn)下降趨勢，其中弱光處理的西葫蘆幼苗葉片CAT活性在第1 d相較于正常處理下降幅度超過50%。經(jīng)過脅迫處理的西葫蘆幼苗葉片CAT活性下降幅度大小依次為弱光>低溫>低溫弱光。

2.6 低溫弱光對西葫蘆幼苗葉片POD活性的影響

POD是植物保護酶系統(tǒng)的重要組成部分，外界逆境脅迫可以引起植物自身保護酶系統(tǒng)的應(yīng)答[17]。由圖6可知，隨著處理時間的延長，不同脅迫處理對西葫蘆幼苗葉片POD活性影響較大。與正常處理相比，逆境脅迫都使西葫蘆幼苗葉片的POD活性大幅上升。其中以弱光處理條件下升高最為明顯，在處理后的第5 d達到最高，比正常處理上升184.6%，說明西葫蘆幼苗對低溫弱光脅迫發(fā)生應(yīng)答。

2.7 低溫弱光對西葫蘆幼苗葉片丙二醛（MDA）含量的變化

丙二醛（MDA）是植物細胞膜脂過氧化作用的產(chǎn)物之一，其含量通常作為植物對逆境條件反應(yīng)強弱的指標(biāo)。由圖7可知，西葫蘆在逆境脅迫下MDA含量較正常處理相比都顯著上升，其中以低溫條件下變化量最為明顯，處理第1 d的MDA含量大幅上升，較正常處理增長156.8%。各逆境脅迫處理MDA含量變化幅度大小依次為低溫>低溫弱光>弱光，其中弱光處理的西葫蘆幼苗MDA含量在第5 d小幅下降。

3 討論與結(jié)論

Fv/Fm是反映PSII反應(yīng)中心最大光能轉(zhuǎn)化效率，用來衡量植株逆境處理程度[18]。非光化學(xué)猝滅系數(shù)NPQ可以用來衡量植物對光系統(tǒng)損害的抵御程度，NPQ值越高，則對外界的不良光系統(tǒng)損害抵抗力越強。本試驗結(jié)果表明，弱光處理的西葫蘆幼苗葉片F(xiàn)v/Fm出現(xiàn)顯著下降，弱光處理條件下的較強光照可能是造成光系統(tǒng)損傷的主要脅迫因子。與單一低溫或單一弱光脅迫處理相比較，低溫弱光雙重逆境處理的損害更小一些。經(jīng)過脅迫處理的西葫蘆幼苗葉片NPQ均有所下降，其中弱光處理的NPQ值下降趨勢更為明顯，葉片光保護能力大為減弱，這可能與弱光條件下相關(guān)酶的活性降低有關(guān)[19]。這與西瓜、黃瓜上的研究結(jié)果基本一致[20-22]。通過對葉綠素含量檢測表明，脅迫處理的西葫蘆幼苗葉片葉綠素含量和正常處理相比均明顯降低，表現(xiàn)出明顯的缺綠癥狀，特別是弱光處理的西葫蘆幼苗葉片黃化嚴重。而正常處理的西葫蘆幼苗相對葉綠素含量變化不大。

SOD、CAT、POD均屬于酶促防御系統(tǒng)，這幾種酶可以降低或消除過氧化物對脂膜的損傷能力，保護細胞膜免遭過氧化傷害[23-25]。SOD普遍存在動植物體內(nèi)，是一切需氧有機物中普遍存在的一種起保護作用的酶，能清除體內(nèi)超氧陰離子自由基，減輕自由基對植物體的傷害作用。張國斌等研究表明，SOD活性能參與春化調(diào)控作用，影響辣椒的抽薹開花[26]。POD是植物體內(nèi)非常重要的一類氧化還原酶，廣泛參與植物生物脅迫及非生物脅迫反應(yīng)，其主要功能是清除細胞內(nèi)的活性氧自由基含量，抑制細胞膜內(nèi)不飽和脂肪酸的過氧化作用，維持細胞膜的穩(wěn)定性和完整性，提高植物的抗逆性。CAT是植物體內(nèi)重要的一種保護酶，能維持體內(nèi)正?；钚匝跛?，并參與植物體多種生長發(fā)育過程[27]。試驗結(jié)果表明，低溫弱光脅迫下，CAT、SOD活性逐漸下降，可能是因為二者主要成分是蛋白質(zhì)，低溫弱光會導(dǎo)致酶合成途徑受阻，導(dǎo)致保護酶活性降低，抗逆境能力減弱。而POD活性呈上升趨勢，提示西葫蘆的POD在到達臨界溫度前對葉片中光呼吸作用產(chǎn)生過多的H2O2具有催化作用，并維持其體內(nèi)氧化還原平衡。POD酶對葉片細胞內(nèi)產(chǎn)生過多的H2O2具有積極的清除作用，能有效降低葉片細胞因膜脂質(zhì)過氧化而產(chǎn)生破裂，抵抗逆境脅迫。

不良環(huán)境會影響植物細胞膜系統(tǒng)發(fā)生膜質(zhì)過氧化反應(yīng)，MDA含量可以體現(xiàn)出對逆境條件反應(yīng)的強弱[28]。因此，植物中的丙二醛含量越低，說明植物生長的越好?？鼓嫘栽綇?，受傷程度越小。膜脂發(fā)生過氧化使得膜脂被氧化而產(chǎn)生的產(chǎn)物MDA大量的積累下來，MDA的產(chǎn)生會加劇細胞膜的損傷，使細胞膜透性增加[29-30]。本研究結(jié)果表明，低溫條件下MDA含量最高，說明低溫對細胞膜的傷害程度最大。

綜上所述，低溫弱光逆境條件使植物光合作用受到明顯的抑制，光合產(chǎn)物變少，葉綠素含量降低，SOD、CAT活性在減弱，而POD活性和MDA含量卻在急劇升高。因此，低溫弱光處理后的SOD、CAT、POD和MDA活性都可以作為抗性指標(biāo)。今后有必要對其基因分離和表達進行分析研究，為品種選育奠定理論基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：林玲娜）