高溫高濕脅迫對(duì)黃瓜產(chǎn)量形成的影響機(jī)理*

楊 立，楊再?gòu)?qiáng),2**，陸思宇 ，張?jiān)催_(dá)，鄭 涵

（1．南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044；2．江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210044）

黃瓜（Cucumis sativus L.）是葫蘆科一年生草本植物，原產(chǎn)于熱帶，喜溫喜濕，雌雄同株，是中國(guó)設(shè)施栽培面積最大的蔬菜。因其栽培簡(jiǎn)單，口感清脆，所以備受大眾喜愛(ài)，黃瓜還具有保健、美容等功能，越來(lái)越受到人們的重視[1]。作為一種喜溫但不耐熱的蔬菜，黃瓜種植的適宜溫度為25～30℃[2]，當(dāng)溫度超過(guò)35℃，黃瓜葉片就會(huì)受害，黃瓜葉片的類(lèi)囊體膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的臨界溫度在40～50℃[3]。目前，黃瓜廣泛分布于中國(guó)南方各地，越夏栽培黃瓜的苗期和生長(zhǎng)期正值炎熱多雨的夏季，因此栽培時(shí)深受高溫高濕復(fù)合災(zāi)害的影響[4]。

當(dāng)前，關(guān)于高溫高濕復(fù)合災(zāi)害對(duì)植物生理方面的影響已有大量研究，楊世瓊等[5]研究發(fā)現(xiàn)高溫高濕處理使番茄葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、水分利用效率（WUE）等光合參數(shù)均較CK發(fā)生不同程度的降低；朱雨晴等[6]研究發(fā)現(xiàn)過(guò)高的溫濕度將會(huì)導(dǎo)致葡萄葉片的氣孔導(dǎo)度、凈光合速率和蒸騰速率大幅下降；李榮沖等[7]研究表明高溫（50℃）高濕（95%）脅迫下紫蘇葉片的抗氧化酶活性顯著降低；黃琴琴等[8]研究發(fā)現(xiàn)高溫高濕環(huán)境下番茄頂芽中的IAA、ZT、GA3含量明顯減少，而ABA含量明顯增加，抑制了番茄的花芽分化進(jìn)程；Shin等[9]發(fā)現(xiàn)高溫高濕會(huì)使得草莓果實(shí)的硬度和色澤降低。另有不同的研究發(fā)現(xiàn)，相較于高溫脅迫對(duì)植物光合作用的抑制，在高溫環(huán)境下適當(dāng)提高空氣濕度可以提高植物的凈光合速率、光合產(chǎn)物含量和坐果率[10-14]，濕度的提高減輕了植物在高溫逆境中受到的傷害[15]。趙和麗等[16]研究發(fā)現(xiàn)在超過(guò)日最高35℃的環(huán)境中，適當(dāng)增加空氣相對(duì)濕度至70%，可以穩(wěn)定番茄葉片的光合反應(yīng)中心，緩解高溫脅迫對(duì)番茄光合系統(tǒng)的傷害；劉金泉等[17]研究發(fā)現(xiàn)高溫情況下，中午較高的空氣濕度可以減緩黃瓜的“午休”現(xiàn)象；Zheng等[18]研究發(fā)現(xiàn)高溫條件下，提高空氣相對(duì)濕度至70%以上使番茄芽的GA3濃度降低、ABA濃度增加，有利于番茄植株的生長(zhǎng)。在設(shè)施生產(chǎn)中通過(guò)增加濕度來(lái)緩解高溫脅迫是一種常見(jiàn)的防御措施[19]。

溫度和濕度是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育、制約植物產(chǎn)量的主要環(huán)境因子，以往關(guān)于高溫高濕復(fù)合災(zāi)害的研究多關(guān)注植物的生理方面，而對(duì)于產(chǎn)量的影響機(jī)理則鮮有報(bào)道。因此，本研究擬通過(guò)人工環(huán)境控制實(shí)驗(yàn)，研究高溫高濕環(huán)境下黃瓜光合特性、內(nèi)源激素含量以及雌花分化情況的變化規(guī)律，從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)兩方面來(lái)探討高溫高濕對(duì)產(chǎn)量形成的影響機(jī)理，以期為黃瓜設(shè)施栽培中溫濕度調(diào)控優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)于2020年5-9月在南京信息工程大學(xué)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站日光玻璃溫室（Venlo型）（118°42′E、32°12′N(xiāo)）內(nèi)進(jìn)行。以黃瓜品種‘津優(yōu)101’（Jinyou101）為試材，先用基質(zhì)土在溫室苗床上育苗，當(dāng)秧苗第一片真葉展開(kāi)時(shí)，定植至21cm（高）×19cm（底徑）的花盆中，每盆一株。當(dāng)秧苗處于四葉一心時(shí)，選取長(zhǎng)勢(shì)相近的植株放入人工氣候室（TPG1260，Australia）中進(jìn)行不同溫濕度正交組合的處理。

正交試驗(yàn)因素為氣溫和空氣相對(duì)濕度，設(shè)計(jì)組合見(jiàn)表1。人工氣候室逐時(shí)溫度設(shè)置采用韋婷婷等[20]的方法（圖1），日最高氣溫/最低氣溫共設(shè)置四個(gè)梯度，分別為32℃/22℃、35℃/25℃、38℃/28℃和41 ℃/31 ℃；空氣相對(duì)濕度共設(shè)置三個(gè)梯度，分別為50%、70%和90%(誤差范圍±5個(gè)百分點(diǎn))，處理持續(xù)時(shí)間為3、6、9和12d，共計(jì)16個(gè)高溫高濕實(shí)驗(yàn)處理，每處理10株。對(duì)照組的溫度設(shè)置為28℃/18℃，空氣相對(duì)濕度為45%～55%。

圖1 人工氣候室溫度的日變化過(guò)程Fig.1 Variation course of daily temperature in artificial climate chamber

表1 人工氣候箱高溫高濕環(huán)境的正交試驗(yàn)方案L16(42×3)Table 1 Orthogonal test scheme for high temperature and high humidity environment of artificial climate chamber

處理結(jié)束后，將所有受處理的植株全部取出并放置在日光玻璃溫室中進(jìn)行后續(xù)恢復(fù)及生長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)期間各處理的水肥管理措施一致。

1.2 項(xiàng)目測(cè)定

1.2.1 葉片光合參數(shù)測(cè)定

利用LI-6400便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)（LI-COR Biosciences Inc.，USA）在每個(gè)高溫高濕處理結(jié)束當(dāng)日的9：00-11：00，對(duì)所有處理（含CK）黃瓜葉片的凈光合速率（Pn，μmol·m-2·s-1）進(jìn)行測(cè)定，每處理選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻的黃瓜植株從上至下第五片葉重復(fù)測(cè)定3次，測(cè)定時(shí)設(shè)定葉室內(nèi)溫度為（30±1）℃，CO2濃度為（500±5）μmol·m-2·s-1，控制葉室內(nèi)光合有效輻射（PAR）分別為0、50、100、200、300、400、600、800、1000、1200、1400、1600、1800、2000μmol·m-2·s-1共14個(gè)水平，測(cè)定不同PAR水平下黃瓜葉片的凈光合速率，采用直角雙曲線(xiàn)修正模型[21]對(duì)黃瓜葉片的光響應(yīng)曲線(xiàn)進(jìn)行模擬，并計(jì)算出相應(yīng)的暗呼吸速率（Dark respiration rate，Rd）、光補(bǔ)償點(diǎn)（Light compensation point，LCP）、光飽和點(diǎn)（Light saturation point，LSP）、最大凈光合速率（Maximum net photosynthetic rate，Pmax）和表觀量子效率（Apparent quantum efficiency，AQE）。

1.2.2 葉綠素含量測(cè)定

高溫高濕處理結(jié)束當(dāng)日摘取長(zhǎng)勢(shì)一致的黃瓜從上至下第五片成熟葉片0.2g浸泡于乙醇溶液（25mL,95%）中提取48h，并參照李合生[22]的方法，采用紫外分光光度計(jì)（UV-1800，日本產(chǎn)）對(duì)提取后的溶液在470、649、665nm下進(jìn)行比色，并計(jì)算黃瓜葉片葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）、類(lèi)胡蘿卜素（Car）以及葉綠素總含量（Chl）。

式中，D470、D649、D665分別表示提取液在470、649、665nm下的比色值。

1.2.3 內(nèi)源激素含量測(cè)定

高溫高濕處理結(jié)束當(dāng)日、溫室內(nèi)恢復(fù)7d及溫室內(nèi)恢復(fù)14d后分別摘取黃瓜頂芽1g，用80%冷甲醇冰浴研磨后浸提過(guò)夜，先經(jīng)過(guò)多次萃取脫色，然后再進(jìn)行pH調(diào)節(jié)和旋轉(zhuǎn)儀減壓蒸發(fā)，最后通過(guò)0.45μm微孔濾膜過(guò)濾，并采用高效液相色譜法（HPLC）測(cè)定各高溫高濕處理后黃瓜頂芽中反玉米素（ZT）、赤霉素（GA3）、生長(zhǎng)素（IAA）和脫落酸（ABA）的含量，具體參考López-Carbonell等[23]的方法。

1.2.4 花性及產(chǎn)量觀測(cè)

高溫高濕處理結(jié)束后，自黃瓜植株長(zhǎng)出花芽開(kāi)始，對(duì)16個(gè)處理及CK處理的黃瓜植株（各10株）的雌花節(jié)位（自下而上，最下部記為第一節(jié)位）及花芽數(shù)量持續(xù)觀察并記錄，收獲期統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量，取各處理平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

x1-x16分別對(duì)應(yīng)為T(mén)1-T16處理的指標(biāo)值，并且均為各處理的3次重復(fù)的算術(shù)平均值，正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法參照文獻(xiàn)[24]，通過(guò)計(jì)算求出各個(gè)水平指標(biāo)的均值，然后進(jìn)行比較，具體處理過(guò)程見(jiàn)表2。用SPSS 25.0進(jìn)行正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)、ANOVA方差分析、Duncan多重比較（α=0.05），用Microsoft Excel軟件作圖，所有數(shù)據(jù)均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

表2 數(shù)據(jù)處理方法Table 2 Orthogonal test data processing

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫高濕處理對(duì)黃瓜光合作用的影響

2.1.1 葉片葉綠素含量

由圖2a可見(jiàn)，正常溫度條件下（28℃/18℃）黃瓜葉片葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素以及葉綠素總含量均最高，分別達(dá)到14.47、5.04、3.10和19.51mg·g-1。正交試驗(yàn)4個(gè)高溫處理的均值顯示，黃瓜葉片的葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素均有所降低，且隨著溫度提高下降幅度逐漸加大。具體來(lái)看，32℃處理中黃瓜葉片的葉綠素總量與CK差異不顯著，32～38℃各處理間葉綠素總量差異不顯著，41℃高溫處理下葉綠素總量最低（11.93mg·g-1），比其它處理有較大幅度的下降。而除32℃與35℃處理間葉綠素a含量差異不顯著外，其它不同梯度高溫處理后黃瓜葉片中的葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素含量均與CK處理差異顯著，各處理間也有顯著差異，表明高溫處理對(duì)黃瓜葉片光合色素含量的影響與脅迫程度成正比。

正交試驗(yàn)3個(gè)濕度處理的均值顯示（圖2b），在50%、90%空氣相對(duì)濕度處理下，黃瓜葉片的葉綠素總量均較CK顯著減小，而在70%空氣相對(duì)濕度處理下黃瓜葉片的葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素與CK差異不顯著，表明70%高濕度處理下黃瓜葉片葉綠素被破壞的程度較輕。

不同脅迫天數(shù)下的均值顯示（圖2c），黃瓜葉片葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素均隨著脅迫天數(shù)延長(zhǎng)而逐漸降低，且與CK差異顯著。當(dāng)脅迫天數(shù)達(dá)12d時(shí)降至最低，葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素值分別較CK減小31.51%、22.62%、37.10%。說(shuō)明隨著高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，黃瓜葉片受高溫環(huán)境的傷害也逐漸加深。

圖2 不同高溫（a）、高濕（b）條件及持續(xù)時(shí)長(zhǎng)（c）下黃瓜葉片葉綠素含量的比較Fig.2 Comparison of chlorophyll content of cucumber leaves under different conditions of high temperature(a), high humidity(b) and duration(c)

2.1.2 光合參數(shù)

由表3可見(jiàn)，CK（28℃/18℃）處理下黃瓜葉片LSP、AQE和Pmax值最大并且顯著高于其它處理，分別為1460.97μmol·m-2·s-1、0.15和13.73μmol·m-2·s-1。正交試驗(yàn)中4個(gè)高溫梯度處理的均值顯示，32℃高溫處理后黃瓜葉片的LSP、AQE、Pmax值較高，僅次于CK。41℃高溫處理后黃瓜葉片的LSP、AQE、Pmax值達(dá)到最低，分別較CK降低48.78%、40.00%、43.04%。41℃高溫處理使黃瓜葉片的光合速率顯著降低，葉片受到嚴(yán)重的脅迫傷害。不同脅迫天數(shù)的均值顯示，高溫高濕處理3、6、9、12d后黃瓜葉片的LSP、AQE、Pmax值逐漸降低。經(jīng)12d脅迫后，LSP、AQE、Pmax達(dá)到最低值，分別為673.24μmol·m-2·s-1、0.08、9.90μmol·m-2·s-1。表明高溫高濕脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，黃瓜葉片的光合能力下降越多。3個(gè)不同濕度梯度處理的均值顯示，當(dāng)空氣相對(duì)濕度為70%時(shí)黃瓜葉片的LSP、AQE、Pmax值最大，50%處理次之，90%相對(duì)濕度處理后的三種參數(shù)值最低，較CK分別降低54.60%、46.67%、25.27%。表明在高溫環(huán)境中，70%高空氣相對(duì)濕度能在一定程度上緩解高溫對(duì)黃瓜葉片光合能力帶來(lái)的傷害。

表3 不同高溫、高濕條件及持續(xù)時(shí)長(zhǎng)下黃瓜葉片LSP、LCP、AQE和Pmax值的比較Table 3 Comparison of LSP, LCP, AQE and Pmax values of cucumber leaves under different high temperature, high humidity and different duration conditions

2.2 高溫高濕處理對(duì)黃瓜頂芽促生長(zhǎng)型激素含量的影響

2.2.1 細(xì)胞分裂素

細(xì)胞分裂素(Cytokinin，CTK)是五大經(jīng)典植物激素之一，是一類(lèi)具有腺嘌呤環(huán)結(jié)構(gòu)的植物激素，參與植物生長(zhǎng)和發(fā)育的各個(gè)過(guò)程[25]。反玉米素(Trans-zeatin，ZT)作為高等植物中常見(jiàn)細(xì)胞分裂素的一種，在植物體內(nèi)分布廣泛，是一種具有較高活性的細(xì)胞分裂素，對(duì)植物的形態(tài)、生理、產(chǎn)量等起著重要作用[8,26]。由圖3a可知，在處理結(jié)束當(dāng)日，正交試驗(yàn)4個(gè)高溫處理的均值顯示，32℃、35℃高溫處理對(duì)于黃瓜頂芽中的ZT含量影響并不顯著，當(dāng)溫度提高到38℃、41℃時(shí)，黃瓜頂芽中的ZT含量相較于CK顯著下降了26.32%和47.37%。在溫室中進(jìn)行14d恢復(fù)后，各高溫處理下黃瓜頂芽中的ZT含量差異逐漸減小，彼此間差異不顯著。由圖3b可知，3個(gè)濕度處理的均值顯示，各時(shí)期中CK處理下黃瓜頂芽中的ZT含量最高，70%空氣相對(duì)濕度處理下黃瓜頂芽中的ZT含量均高于同期其余兩種空氣相對(duì)濕度處理，分別為0.18、0.25和0.15μg·g-1。由圖3c可知，不同脅迫天數(shù)的均值顯示，各個(gè)時(shí)期黃瓜頂芽中的ZT含量均隨著脅迫時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸減小。經(jīng)過(guò)12d的脅迫，黃瓜頂芽中的ZT含量達(dá)到最低值，三個(gè)不同時(shí)期分別為0.07、0.14和0.07μg·g-1。綜上可知，頂芽中的ZT含量在黃瓜植株生長(zhǎng)過(guò)程中呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)。

圖3 不同高溫(a)、高濕(b)和處理時(shí)長(zhǎng)(c)下不同時(shí)期黃瓜頂芽中反玉米素(ZT)含量的比較Fig.3 Comparison of trans-zeatin (ZT) content in cucumber terminal bud at different stages under different high temperature(a), high humidity (b) and treatment duration (c) condition

2.2.2 生長(zhǎng)素

生長(zhǎng)素(Auxin，IAA)是最早被發(fā)現(xiàn)的植物內(nèi)源激素，也是迄今為止唯一一種極性運(yùn)輸?shù)募に豙27]，其含量的變化調(diào)控著植物的整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程。對(duì)4個(gè)高溫處理的均值比較發(fā)現(xiàn)（圖4a），在32℃處理下，黃瓜頂芽中的IAA含量即與CK產(chǎn)生顯著差異，且隨著處理溫度的升高，黃瓜頂芽中的IAA含量逐漸降低。當(dāng)環(huán)境溫度提高至41℃時(shí)，各時(shí)期黃瓜頂芽中的IAA含量均達(dá)到最低值，分別為1.20、1.04、0.67μg·g-1，相對(duì)于同時(shí)期的CK分別下降26.38%、22.39%和42.24%。對(duì)不同空氣相對(duì)濕度處理的均值比較發(fā)現(xiàn)（圖4b），在50%、90%空氣相對(duì)濕度處理下，各時(shí)期黃瓜頂芽中的IAA含量顯著低于CK，而當(dāng)空氣相對(duì)濕度為70%時(shí)，各時(shí)期黃瓜頂芽中的IAA含量均與CK無(wú)顯著差異，表明70%空氣相對(duì)濕度有助于緩解高溫脅迫下黃瓜頂芽中IAA含量減少的情況，對(duì)高溫環(huán)境下黃瓜植株的花芽生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用。由圖4c可見(jiàn)，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，黃瓜頂芽IAA含量也呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，且實(shí)驗(yàn)初期黃瓜頂芽IAA含量較高，隨著實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)，IAA含量逐漸減低，表明隨著黃瓜植株年齡的增長(zhǎng)，其頂芽中的IAA含量也在逐步降低。

圖4 不同高溫(a)、高濕(b)和處理時(shí)長(zhǎng)(c)對(duì)不同時(shí)期黃瓜頂芽中生長(zhǎng)素（IAA）含量的比較Fig.4 Comparison of different high temperature (a), high humidity (b) and treatment duration (c) on the content of auxin(IAA) in cucumber terminal bud at different stages

2.2.3 赤霉素

赤霉素(Gibberellin，GAs)是一類(lèi)四環(huán)雙萜類(lèi)植物生長(zhǎng)因子，通過(guò)合成、失活以及信號(hào)傳導(dǎo)途徑調(diào)控植物發(fā)育的各個(gè)方面，包括花的誘導(dǎo)以及花器官的發(fā)育等，是一種重要的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑[28-29]。不同高溫處理的均值顯示（圖5a），在32℃處理結(jié)束當(dāng)日，黃瓜頂芽中的赤霉素（GA3）含量與CK相比差異不顯著，但隨著處理溫度的升高，黃瓜頂芽中的GA3含量逐漸下降，35℃、38℃和41℃處理結(jié)束當(dāng)日黃瓜頂芽中的GA3含量分別較CK下降了40.28%、72.58%和83.65%。41℃高溫處理后黃瓜頂芽中GA3含量在各時(shí)期均最低，分別為1.64、2.04、0.46μg·g-1。這表明過(guò)高的溫度使赤霉素含量降低，對(duì)后續(xù)黃瓜花的發(fā)育產(chǎn)生重要影響。各不同空氣相對(duì)濕度處理的均值顯示（圖5b），90%空氣相對(duì)濕度處理下，各時(shí)期黃瓜頂芽中的GA3含量均為最低值，分別為1.31、2.45、1.58μg·g-1。70%空氣相對(duì)濕度下GA3含量與CK較接近，且明顯高于其余的兩種濕度處理，表明適當(dāng)提高濕度有利于緩解高溫對(duì)GA3的削弱作用。圖5c顯示，隨著脅迫天數(shù)的增加，各時(shí)期黃瓜頂芽中的GA3含量也逐漸減少，經(jīng)12d的高溫高濕脅迫處理后黃瓜頂芽中GA3含量達(dá)到最低值0.75μg·g-1，在此后的恢復(fù)過(guò)程中也低于同時(shí)期其它處理，分別為11.42和1.30μg·g-1。在黃瓜植株的發(fā)育過(guò)程中，頂芽?jī)?nèi)的GA3含量呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)，這與ZT、IAA含量的變化趨勢(shì)一致。

圖5 不同高溫(a)、高濕(b)和處理時(shí)長(zhǎng)(c)對(duì)不同時(shí)期黃瓜頂芽中赤霉素（GA3）含量的比較Fig.5 Comparison of different high temperature (a), high humidity (b) and treatment duration (c) on the content of gibberellin(GA3) in cucumber terminal bud

2.3 高溫高濕處理對(duì)頂芽促衰老型激素脫落酸含量的影響

脫落酸(Abscisic acid，ABA)是一種具有倍半萜結(jié)構(gòu)的植物激素，在抑制植株生長(zhǎng)、促進(jìn)落花落果、調(diào)節(jié)植物應(yīng)對(duì)外界環(huán)境脅迫等過(guò)程中具有重要意義，是一種生長(zhǎng)抑制型激素[30-31]。各高溫處理的均值顯示（圖6a），不同高溫處理導(dǎo)致黃瓜頂芽中的脫落酸含量發(fā)生了不同程度的提高。32℃高溫處理后黃瓜頂芽中的ABA含量即顯著高于CK，41℃處理后各時(shí)期的ABA含量分別較CK提高了27.3%、35.2%和32.2%。由此可見(jiàn)高溫處理可誘使黃瓜植株的內(nèi)源脫落酸大量合成，抑制了植株的生長(zhǎng)發(fā)育。通過(guò)各濕度處理均值的比較可知（圖6b），70%空氣相對(duì)濕度處理下黃瓜頂芽中的ABA含量最低，各時(shí)期分別為1.76、1.73、1.58μg·g-1。脅迫天數(shù)的均值顯示（圖6c），隨著脅迫天數(shù)的延長(zhǎng)，黃瓜頂芽中的ABA含量也逐漸升高，脅迫12d后，黃瓜頂芽中的ABA含量達(dá)到最大值，各時(shí)期分別較同時(shí)期的CK值提高了22.73%、12.29%和22.15%。

圖6 不同高溫(a)、高濕(b)和處理時(shí)長(zhǎng)(c)對(duì)不同時(shí)期黃瓜頂芽中脫落酸(ABA)含量的比較Fig.6 Comparison of different high temperature (a), high humidity (b) and treatment duration (c) on abscisic acid (ABA)content in cucumber terminal bud at different stages

2.4 高溫高濕處理對(duì)黃瓜花性的影響

2.4.1 雌雄花花芽數(shù)量

雌雄花花芽數(shù)量在一定程度上反映了黃瓜植株的營(yíng)養(yǎng)狀況。由表4可知，不同高溫高濕脅迫處理對(duì)于前10節(jié)黃瓜雌花花芽數(shù)量的影響并不顯著。各處理均值顯示，前15節(jié)中隨著溫度升高及脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，雌花花芽數(shù)量逐漸減小，在41℃處理下雌花花芽數(shù)量的均值降至最低值4.63，而在70%空氣相對(duì)濕度處理下前15節(jié)中雌花花芽數(shù)量的均值達(dá)到最高值6.07。對(duì)于黃瓜雄花花芽數(shù)量而言，各溫度處理的均值顯示，隨著溫度升高，雄花花芽數(shù)量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，32～35℃范圍內(nèi)雄花花芽數(shù)量增加，但是均低于CK。41℃高溫處理后，前10、15節(jié)中雄花花芽數(shù)量分別較CK降低29.11%、33.10%。脅迫天數(shù)處理的均值顯示，脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，雄花花芽數(shù)量下降越多。經(jīng)12d脅迫后，前10、15節(jié)中雄花花芽數(shù)量分別較CK下降29.27%、40.93%。與雌花花芽數(shù)量受不同濕度處理的影響相似，70%空氣相對(duì)濕度處理下雄花花芽數(shù)量的均值高于其余兩種濕度處理。表明高溫促使黃瓜花芽更多地向雄性分化，而高濕則有利于向雌性分化。此外，就前15節(jié)花芽總數(shù)量而言，CK處理的前15節(jié)花芽總數(shù)量的均值顯著高于其余高溫高濕處理，花芽總數(shù)量隨著溫度升高、脅迫天數(shù)增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。70%濕度處理下前15節(jié)花芽總數(shù)量高于其余濕度處理，為CK的74.63%。表明高溫高濕脅迫降低了植株整體的花芽數(shù)量。

表4 不同高溫高濕脅迫后黃瓜花芽數(shù)量的比較Table 4 Comparison of flower bud quantity of cucumber under different high temperature and high humidity stress

2.4.2 雌花節(jié)位

由表5可知，不同高溫高濕脅迫處理對(duì)黃瓜雌花的產(chǎn)生節(jié)位影響較大。隨著溫度的升高，黃瓜雌花產(chǎn)生的節(jié)位呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)，第一至第四個(gè)雌花產(chǎn)生節(jié)位均顯著高于CK，41℃高溫處理下黃瓜第一至第五個(gè)雌花產(chǎn)生節(jié)位分別較CK提升了5.64%、34.62%、22.70%、16.17%和16.39%。隨著脅迫天數(shù)的增加，黃瓜雌花產(chǎn)生的節(jié)位也呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)，經(jīng)12d的高溫高濕脅迫后黃瓜第一至第五個(gè)雌花產(chǎn)生節(jié)位分別較CK提升了2.36%、30.77%、23.50%、15.58%和17.41%。表明高溫及持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)提高了黃瓜雌花的產(chǎn)生節(jié)位。濕度處理的均值顯示，90%空氣相對(duì)濕度處理后黃瓜雌花產(chǎn)生的節(jié)位顯著高于其它處理，而70%空氣相對(duì)濕度處理后黃瓜雌花的各個(gè)產(chǎn)生節(jié)位提高較少，其中第一、第五個(gè)雌花節(jié)位顯著低于CK，表明70%的適宜濕度環(huán)境下雌花的產(chǎn)生節(jié)位降低。

表5 不同高溫高濕脅迫下黃瓜雌花節(jié)位的比較Table 5 Comparison of female flower nodes of cucumber under different high temperature and high humidity stress

2.4.3 雌花節(jié)率

由表6可知，黃瓜的雌花節(jié)率受高溫高濕脅迫的影響很大。不同溫度、脅迫天數(shù)處理的均值顯示，黃瓜雌花節(jié)位的占比隨著溫度的升高和脅迫天數(shù)的延長(zhǎng)呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。41℃高溫處理后前10、15個(gè)節(jié)位中雌花節(jié)位占比較CK分別下降了20.0個(gè)和24.86個(gè)百分點(diǎn)；經(jīng)過(guò)12d脅迫處理后，前10、15個(gè)節(jié)位中雌花節(jié)位的占比較CK分別下降了13.28個(gè)和15.94個(gè)百分點(diǎn)。表明溫度越高、脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，雌花節(jié)率下降越多。不同濕度處理的均值表明，70%空氣相對(duì)濕度處理后，前10、15個(gè)節(jié)位的黃瓜雌花節(jié)率達(dá)到最高值26.01%、37.89%；90%空氣相對(duì)濕度處理后，前15個(gè)節(jié)位中雌花節(jié)率顯著低于CK，較CK降低了25.34個(gè)百分點(diǎn)。表明70%空氣相對(duì)濕度能夠提高黃瓜雌花節(jié)位的占比率。

表6 各處理植株雌花節(jié)位所占比例的統(tǒng)計(jì)Table 6 Statistics of the proportion of female flower nodes in each treatment plant

2.5 高溫高濕處理對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響

由圖7可知，經(jīng)過(guò)不同的高溫、高濕脅迫后，黃瓜產(chǎn)量產(chǎn)生了顯著差異。就溫度和脅迫時(shí)長(zhǎng)而言，黃瓜產(chǎn)量隨著溫度的升高和脅迫天數(shù)的延長(zhǎng)而逐漸降低。41℃處理后黃瓜產(chǎn)量均值達(dá)到最低值73635.00kg·hm-2，較CK降低了38.50%；脅迫長(zhǎng)達(dá)12d后，黃瓜產(chǎn)量?jī)H為CK的80.93%。就濕度處理而言，90%空氣相對(duì)濕度處理下黃瓜產(chǎn)量的均值低于其余兩種濕度處理，為CK的80.06%，而70%空氣相對(duì)濕度處理下黃瓜產(chǎn)量相較CK略有提高，提高了4.76%，但是與CK的差異并不顯著。

圖7 不同高溫、高濕和處理時(shí)長(zhǎng)下黃瓜產(chǎn)量的比較Fig.7 Comparison of cucumber yield under different high temperature, high humidity and treatment duration

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

植物葉片中的光合色素能夠吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能，是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量與組成直接影響植物葉片的光合速率[32]。本研究表明，隨著脅迫溫度的升高和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，黃瓜葉片中的葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素含量均顯著降低，這與黃琴琴等[8,33]的研究結(jié)果相似。這是因?yàn)槿~綠素的合成是一系列的酶促反應(yīng)，而酶活性受溫度的影響較大。高溫脅迫下植物葉片中的葉綠素含量下降，一是由于高溫影響了葉綠素生物合成中間產(chǎn)物，另一個(gè)重要原因是高溫脅迫下植物體內(nèi)產(chǎn)生更多的活性氧而使植物葉片易發(fā)生氧化破壞[34]。而與高溫對(duì)葉綠素的影響不同，本研究發(fā)現(xiàn)90%高空氣相對(duì)濕度環(huán)境中，黃瓜葉片中的葉綠素含量低于其它濕度處理，而70%空氣相對(duì)濕度下黃瓜葉片的葉綠素含量下降較少且與CK差異不顯著，這表明70%空氣相對(duì)濕度能夠緩解高溫對(duì)黃瓜葉片葉綠素的破壞。

光合作用是綠色植物最基本的物質(zhì)和能量來(lái)源，也是植物對(duì)逆境最敏感的生理過(guò)程之一，對(duì)于后續(xù)產(chǎn)量形成具有重要作用。高溫脅迫使植物體內(nèi)調(diào)控光合作用的Rubisco酶失去活性，RuBP羧化酶再生能力降低，從而影響植物的碳同化能力，導(dǎo)致植物光合速率降低[35-36]。本研究表明，32℃高溫處理下黃瓜葉片的Pmax和AQE值相較于CK顯著降低，且隨著溫度的升高，黃瓜葉片的Pmax和AQE值進(jìn)一步降低，在41℃高溫脅迫下降至最低值。說(shuō)明高溫使黃瓜葉片的凈光合速率顯著減弱，抑制了黃瓜植株的光合作用，這與鄭涵等[34]的研究結(jié)果一致。不同空氣相對(duì)濕度對(duì)于高溫環(huán)境下黃瓜光合能力的影響差異較大。本研究發(fā)現(xiàn)，90%空氣相對(duì)濕度處理后黃瓜葉片的Pmax和AQE值最低，50%空氣相對(duì)濕度次之，而70%高空氣濕度處理下黃瓜葉片的Pmax和AQE值與CK相差較小，表明高溫環(huán)境下提高空氣相對(duì)濕度至70%能夠緩解高溫脅迫逆境，這是由于一定程度的加濕能使植物葉片氣孔的導(dǎo)電性增加，引起 CO2吸收的增加，進(jìn)而增強(qiáng)植物葉片的光合作用；而當(dāng)環(huán)境濕度過(guò)高（90%）時(shí)，由于空氣中的水分子過(guò)多導(dǎo)致了飽和水汽壓差（VPD）減小，不利于葉片進(jìn)行蒸騰作用[35]，從而使得葉片長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)下受到更嚴(yán)重的損傷。這與仝培江等[36]研究認(rèn)為的高溫（42℃）高濕（95%）對(duì)于苗期黃瓜營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的傷害大于高溫（42℃）常濕（75%）的研究結(jié)論相對(duì)一致。

植物內(nèi)源激素作為一種重要的信號(hào)物質(zhì)，其含量水平會(huì)隨著外部環(huán)境的變化而發(fā)生變化，是植物生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程的重要響應(yīng)途徑[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，在黃瓜的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程中，促生長(zhǎng)型激素ZT、IAA和GA3含量的變化趨勢(shì)較為一致，均隨著高溫脅迫程度的加深而減小，70%濕度處理下這三種激素的均值較高，高于其余兩種濕度處理；促衰老型激素ABA的含量則隨著高溫脅迫程度的加深而逐漸增加，70%濕度處理下ABA含量的均值較低。在植物的九大類(lèi)激素中，通常認(rèn)為細(xì)胞分裂素對(duì)植物葉片的衰老有抑制作用，而脫落酸則對(duì)葉片衰老具有促進(jìn)作用[37]。本研究發(fā)現(xiàn)黃瓜頂芽中的ZT含量隨著溫度升高和脅迫時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸減小，ABA含量的變化趨勢(shì)則完全與之相反，這表明高溫環(huán)境使黃瓜內(nèi)源ZT含量減少、ABA含量增多，加速了葉片的衰老進(jìn)程，導(dǎo)致光合作用減弱，有機(jī)物積累不足，從而影響黃瓜的花芽分化，導(dǎo)致花芽數(shù)量減少。生長(zhǎng)素是決定植物生長(zhǎng)發(fā)育優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵激素，在植物生殖器官中IAA含量的變化對(duì)于高溫脅迫導(dǎo)致的生殖發(fā)育缺陷至關(guān)重要[38]，對(duì)于響應(yīng)高溫脅迫方面有積極作用[39]，并且能夠促進(jìn)黃瓜雌花的形成[40]。本研究發(fā)現(xiàn)高溫脅迫環(huán)境下黃瓜頂芽中的IAA含量逐漸減少，這是由于高溫高濕脅迫下黃瓜的生長(zhǎng)代謝與IAA含量存在互動(dòng)反饋關(guān)系[33]，即高溫脅迫降低了植物的活性使葉片衰老甚至死亡，從而減少了葉片IAA含量，導(dǎo)致黃瓜雌花花芽數(shù)量減少。赤霉素通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞的增殖與擴(kuò)張，調(diào)控著植物生長(zhǎng)發(fā)育的多個(gè)方面，包括花與果實(shí)的發(fā)育[27,40]，與生長(zhǎng)素對(duì)花性分化的作用不同，赤霉素具有促進(jìn)雄花形成、增加雄花花芽數(shù)量的作用[27,41-42]。本研究發(fā)現(xiàn)高溫脅迫程度越深、脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，黃瓜頂芽GA3含量下降幅度越大，這與薛思嘉等[33]的研究結(jié)果一致，即高溫使黃瓜內(nèi)源赤霉素含量降低。高溫高濕脅迫下赤霉素含量的減少，導(dǎo)致了雄花花芽數(shù)量的減少。

由上述黃瓜各個(gè)生理指標(biāo)的變化，可以從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)兩個(gè)不同角度，對(duì)高溫高濕環(huán)境下黃瓜產(chǎn)量的變化機(jī)理做出分析。從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)角度看，高溫高濕脅迫通過(guò)破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，使葉綠素合成減少，降低了對(duì)光能的吸收和利用，導(dǎo)致葉片固定CO2的能力下降，葉片的光合速率降低，抑制了植物的光合作用，進(jìn)而影響植物的干物質(zhì)積累，植物通過(guò)消耗自身營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)抵御高溫傷害，導(dǎo)致了產(chǎn)量的降低；從生殖生長(zhǎng)角度看，高溫高濕脅迫使植物體內(nèi)激素平衡失調(diào)，從而影響后續(xù)產(chǎn)量。一方面，高溫高濕脅迫導(dǎo)致黃瓜頂芽中的促生長(zhǎng)型激素ZT、IAA和GA3含量降低，黃瓜花芽總數(shù)量降低。其中IAA對(duì)于促進(jìn)雌花分化具有重要作用，IAA含量的降低導(dǎo)致雌花節(jié)率及雌花花芽數(shù)量的降低，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)產(chǎn)量減少。另外一方面，高溫高濕脅迫使促衰老型激素ABA含量增加，大量的ABA促進(jìn)了水分吸收和氣孔開(kāi)放，并且加快離層的形成，以抵抗逆境脅迫，導(dǎo)致植物生殖發(fā)育遲緩，影響了產(chǎn)量的形成。

本研究以黃瓜品種‘津優(yōu)101’為試材，從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、生殖生長(zhǎng)兩方面研究了高溫高濕脅迫對(duì)黃瓜產(chǎn)量形成的影響機(jī)理，是否適用于不同耐性品種或其它作物與還需進(jìn)一步研究。另外，高溫高濕脅迫下黃瓜畸形果的產(chǎn)生對(duì)于產(chǎn)量也具有重要影響，需要研究探討畸形果產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)理。

3.2 結(jié)論

（1）高溫高濕脅迫使黃瓜葉片的葉綠素含量、最大凈光合速率、光飽和點(diǎn)、表觀量子效率降低，光補(bǔ)償點(diǎn)升高，41℃、90%空氣相對(duì)濕度下黃瓜葉片的光合能力下降較多。

（2）在黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程中，高溫高濕脅迫使黃瓜頂芽中促生長(zhǎng)型激素IAA、ZT、GA3的含量明顯減少，而促衰老型激素ABA的含量明顯增加。其中，70%空氣相對(duì)濕度處理下各類(lèi)激素的含量變化較小，與CK差異最小，對(duì)于緩解高溫脅迫具有一定作用。

（3）高溫高濕處理后黃瓜的雌雄花花芽數(shù)量均降低，各個(gè)雌花產(chǎn)生節(jié)位較CK產(chǎn)生不同程度的升高，雌花節(jié)率下降。

（4）高溫高濕環(huán)境影響下，黃瓜葉片的衰老進(jìn)程加速，光合能力減弱，有機(jī)物積累不足，雌花花芽數(shù)量減少、節(jié)位升高，導(dǎo)致產(chǎn)量較CK顯著降低。