不同濃度JA處理對西瓜幼苗低溫抗性的影響

張子幸　常靜靜　王春霞　馬含月　李好　張顯

摘 要：為探究不同濃度JA處理對西瓜幼苗低溫抗性的影響，以西瓜栽培品種農科大五號為試驗材料，以清水25 ℃為對照（CK），用不同濃度JA（0、20、200、2000 μmol·L-1）進行預處理，4 ℃低溫處理48 h后進行相關生理指標的測定與分析。結果表明，低溫脅迫下，與0 μmol·L-1 JA相比，葉面噴施200 μmol·L-1 JA處理能夠顯著降低西瓜葉片的電導率、丙二醛含量、超氧陰離子產生速率和H2O2含量，并能夠顯著提高凈光合速率（Pn）、抗氧化酶活性和滲透調節(jié)物質含量;與0 μmol·L-1 JA處理相比，20 μmol·L-1和2000 μmol·L-1 JA處理后大多相關生理指標無顯著變化。綜上所述，低溫脅迫下，適宜濃度JA （200 μmol·L-1）能增強西瓜幼苗的抗冷性。

關鍵詞：西瓜;低溫;茉莉酸;抗氧化系統(tǒng)

中圖分類號：S651 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）04-031-05

Abstract： This study is to explore the effects of different concentrations of JA treatments on cold tolerance of watermelon seedlings. The watermelon cultivar Nongkeda No. 5 was used as the test material. Seedlings were exposed at 4 ℃ for 48 h after pre-treatment with different concentration of JA （0， 20， 200， 2000 μmol·L-1）. The physiological indicators were measured and analyzed. The results showed that compared with 0 μmol·L-1 JA， application of 200 μmol·L-1 JA significantly reduced the relative electrical conductivity， malondialdehyde （MDA） content， superoxide anion production rate and H2O2 content， while increased net photosynthetic rate， antioxidant enzymes activity and osmotic substances contents; Pretreatment with 20 μmol·L-1 and 2000 μmol·L-1 JA did not alter the physiological indicators compared to 0 μmol·L-1 JA. This study indicated that application of JA with appropriate concentration （200 μmol·L-1） could alleviate the damage induced by cold stress.

Key words： Watermelon; Low temperature; Jasmonic acid; Antioxidant system

西瓜（Citrullus lanatus （Thunb.） Matsum. and Nakai）起源于非洲，喜溫暖、干燥的氣候，是典型的耐熱作物，對低溫較為敏感。因此，低溫脅迫是影響西瓜早春育苗和秋延后栽培的一個重要因素[1]。我國農業(yè)基礎設施比較落后，采取的保溫措施主要以拱棚和地膜為主，因而極易受低溫天氣的影響[2]。隨著反季節(jié)設施西瓜栽培技術的迅速發(fā)展，低溫已成為西瓜生產過程中所遇到的主要限制因素之一。并且，近年來極端低溫氣候現(xiàn)象頻繁，嚴重影響西瓜的產量和品質，給西瓜生產帶來了巨大挑戰(zhàn)[3]。

溫度在植物生長發(fā)育過程中起著重要作用。低溫是限制植物生長發(fā)育、品質、產量和地理分布的重要因素之一[4]。潘東云等[5]研究表明，低溫脅迫會導致植物凈光合速率下降。蒲高斌等[6]、劉彤彤等[7]研究表明低溫脅迫會破壞植物細胞膜結構，引起活性氧積累等生理生化反應，且脅迫程度越嚴重，葉片中相對電導率、MDA含量、O2·-產生速率和H2O2含量越高。李進等[8]研究結果表明，低溫脅迫會提高植物葉片中抗氧化酶活性和滲透物質含量，以適應低溫逆境。

植物激素在植物生長發(fā)育整個周期中都有不可缺少的作用，參與植物器官發(fā)育和形態(tài)建成等多個過程[9]。JA及其衍生物茉莉酸甲酯（MeJA）是主要的茉莉酸類物質，可作為信號分子參與植物生物及非生物脅迫[10]。已有研究表明，低溫脅迫增加了小麥[11]、水稻[12]、擬南芥[13]體內JA含量。外源噴施JA或茉莉酸甲酯可以提高水稻[14]、小麥[15]等的抗冷性。但JA在西瓜上的作用研究報道較少。筆者通過用不同濃度茉莉酸甲酯噴施西瓜幼苗葉片后進行低溫脅迫處理，以期篩選出提高西瓜幼苗抗冷性的適宜濃度，為西瓜生產中使用茉莉酸提高其抗冷性提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供試西瓜品種為農科大五號，由西北農林科技大學西甜瓜課題組提供;茉莉酸甲酯（MeJA，JA供體）購自Sigma公司。

1.2 試驗設計

試驗共設置5個處理：清水+ 25 ℃，0 μmol·L-1 JA + 4 ℃，20 μmol·L-1 JA + 4 ℃，200 μmol·L-1 JA + 4 ℃，2000 μmol·L-1 JA + 4 ℃（如表1）。種子于2020年5月播種在西北農林科技大學南校區(qū)玻璃溫室。待植株長到2葉1心時移到育苗缽中，其間正常管理。4葉1心時，挑選長勢健壯且一致的幼苗在園藝學院510光照培養(yǎng)箱中處理，一個培養(yǎng)箱做不同濃度JA（0、20、200、2000 μmol·L-1）4 ℃低溫處理，另一個培養(yǎng)箱處于正常生長條件（25 ℃/18 ℃），每個處理3組重復，每個重復12株。采用第2片真葉進行光合、相對電導率的測定，并采集48 h的樣品經液氮速凍后貯存于-80 ℃超低溫冰箱中進行后續(xù)生理指標的測定。

1.3 測定方法

采用美國Li-Cor公司生產的LI-6800便攜式光合儀，選擇低溫48 h時從下往上數(shù)第2片真葉測定凈光合速率;參考Zhou和Leul的方法測定相對電導率[16];采用TBA比色法測定丙二醛含量[17];采用二甲酚橙比色法測定過氧化氫含量[18];參照曹翠玲的方法測定超氧陰離子產生速率[17]。采用NBT法測定SOD含量;采用愈創(chuàng)木酚法測定POD含量;采用紫外吸收法測定CAT含量[17]。采用磺基水楊酸法測定脯氨酸含量;采用蒽酮硫酸法測定可溶性糖含量;采用考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量[17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，利用Duncan檢驗進行方差分析，采用Excel 2019作圖。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫下不同濃度JA處理對西瓜幼苗葉片表型的影響

由圖1可以看出，低溫脅迫下，各處理間葉片均有不同程度損傷，T2處理和T4處理與T3處理相比，葉片萎蔫更為明顯，且與T1處理對比沒有明顯差異。而T3處理葉片萎蔫程度較低，表明T3處理可以緩解低溫對葉片造成的損傷。

2.2 低溫脅迫下不同濃度JA處理對西瓜葉片光合參數(shù)的影響

從圖2可以看出，低溫脅迫下，西瓜幼苗凈光合速率和氣孔導度較25 ℃清水處理均顯著下降。與T1處理相比，T2和T4處理西瓜幼苗凈光合速率和氣孔導度均無顯著差異;而T3處理在低溫脅迫下能顯著提高植株的凈光合速率和氣孔導度，分別提高82.05%和47.35%。

2.3 低溫脅迫下不同濃度JA處理對西瓜葉片相對電導率、MDA含量、O2·-產生速率和H2O2含量的影響

由圖3可以看出，4個處理西瓜葉片電導率、MDA含量、O2·-產生速率和H2O2含量均高于CK，其中，T3處理西瓜葉片4項指標均與25 ℃清水對照無顯著差異，而其他3個處理此4項指標均顯著高于對照。與T1處理相比，T2處理電導率、MDA含量、O2·-產生速率和H2O2含量無顯著差異;T4處理相對電導率、O2·-產生速率、MDA含量無顯著差異，但能顯著降低H2O2含量;T3處理能顯著降低西瓜葉片相對電導率、H2O2含量、O2·-產生速率和MDA含量，分別比T1處理降低了46.55%、15.3%、14.9%和9.4%。

2.4 低溫脅迫下不同濃度JA處理對西瓜葉片抗氧化酶系統(tǒng)的影響

由圖4可以看出，低溫脅迫在一定程度上可以顯著促進抗氧化酶活性的提高。在葉面噴施不同濃度JA之后，T3處理與T1處理相比，在低溫脅迫下可以顯著提高SOD、CAT、POD活性，分別提高了5.2%、9.8%、86.8%;而低溫下T2處理和T4處理與T1處理對比沒有顯著差異。

2.5 低溫脅迫下不同濃度JA處理對西瓜葉片滲透物質含量的影響

從圖5可以看出，與CK相比，低溫脅迫下，4個處理西瓜葉片中的脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量都顯著升高。與T1處理相比，T2處理脯氨酸含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量無顯著差異;T4處理脯氨酸含量和可溶性糖含量沒有顯著差異，而可溶性蛋白含量顯著提升7.4%;T3處理脯氨酸含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量分別顯著提升14.6%、10.2%、12.5%。

3 討論與結論

西瓜整個生長發(fā)育周期都不耐低溫，10 ℃以下低溫就會對西瓜造成嚴重冷害，造成產量和品質嚴重下降[19]。JA是植物抵御外界生物脅迫和非生物脅迫的重要信號分子，研究表明許多逆境條件下植物體內的JA含量會顯著升高，從而增強植物抵御外界脅迫的能力[20]。

植物的光合作用是對低溫最為敏感的生理反應之一，植物的光系統(tǒng)反應中心受低溫影響較大，低溫下會降低其對光能的利用率，最終導致凈光合速率降低，影響植物的生長發(fā)育[5]。許永安[21]通過研究低溫對甜瓜葉片光合的影響，發(fā)現(xiàn)低溫能顯著降低甜瓜的凈光合速率，這與本試驗結果一致。在本試驗中，低溫脅迫之后西瓜葉片的凈光合速率和氣孔導度均顯著下降，與T1處理相比，T3處理能顯著提高西瓜幼苗的凈光合速率和氣孔導度，但T2處理和T4處理與T1處理相比均無顯著差異。

植物在受到低溫脅迫之后會導致細胞膜損傷，增加其質膜透性[22]。相對電導率、MDA含量、O2·-產生速率和H2O2含量是反映植物細胞膜透性和過氧化程度的重要指標[23]。研究表明，植物在受到低溫脅迫后相對電導率、MDA含量、O2·-產生速率和H2O2含量顯著升高[24-25]，這與本試驗結果一致。本研究在葉面噴施不同濃度JA之后，發(fā)現(xiàn)T3處理能夠顯著降低葉片相對電導率、MDA含量、O2·-產生速率和H2O2含量，進而提高西瓜幼苗抗冷性，說明JA提高西瓜抗冷性可能通過影響西瓜質膜氧化來提高西瓜幼苗對低溫的適應能力。

低溫脅迫會造成植物體內ROS積累，ROS積累到一定程度會對植物造成損傷，進而影響植物的生長發(fā)育[26]?？寡趸福⊿OD、CAT、POD等）在提高植物抵御外界脅迫能力方面有重要作用。本研究中，低溫脅迫下，西瓜葉片內抗氧化酶活性均顯著升高，這與張永平等[27]在甜瓜上的研究結果一致。在葉面噴施外源JA之后，發(fā)現(xiàn)T3處理能夠顯著升高西瓜幼苗葉片內的SOD、CAT、POD活性。表明外源200 μmol·L-1 JA能夠通過提高西瓜幼苗葉片內相關抗氧化酶活性，從而提高其抗冷性，這與趙虎等[10]在小麥上的研究結果一致。

植物體內的滲透調節(jié)物質主要包括脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白[28]。植物為了適應低溫環(huán)境，會在體內積累大量脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等滲透調節(jié)物質，一是可以維持細胞膨壓，防止細胞過度失水;二是可以穩(wěn)定細胞器結構，調節(jié)細胞膜運輸能力，保證細胞不受低溫損傷[29-31]。在本試驗中，低溫脅迫下各處理可溶性糖、可溶性蛋白含量均顯著升高，其中，T3處理升高更為顯著，其可溶性糖、可溶性蛋白含量較T1處理分別提升10.2%、12.5%。表明200 μmol·L-1 JA能夠誘導植物積累相關滲透調節(jié)物質，從而增強植物抗冷性，該結果與前人在甜瓜[32]上的研究結果一致。

綜上所述，低溫脅迫下，葉面噴施T3處理與T1處理相比，可以顯著提高葉片光合作用能力，顯著降低葉片相對電導率、MDA含量、O2·-產生速率、H2O2含量，提高相關抗氧化酶活性和滲透調節(jié)物質含量，以緩解低溫對西瓜幼苗造成的損傷，進而提高西瓜幼苗的抗冷性。本研究結果可以為后期JA應用于調節(jié)西瓜抗冷性生產提供理論依據(jù)。

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