愈合期不同光照度對亞低溫脅迫下黃瓜嫁接苗生長和生理的影響

翟挺楷， 郝思怡， 林碧英， 熊偉任， 鐘路明， 儲玉凡， 林黃昉

(1.福建農(nóng)林大學園藝學院/福建農(nóng)林大學蔬菜研究所，福建福州 350002；2.華中農(nóng)業(yè)大學園藝林學學院/園藝植物生物學教育部重點實驗室，湖北武漢 430070)

黃瓜(CucumissativusL.)作為全球各國廣泛栽培的園藝作物，近年來市場需求量日漸提高，但栽培過程中的連作障礙嚴重影響黃瓜的產(chǎn)量與品質(zhì)，而嫁接技術(shù)的應(yīng)用可有效克服蔬菜生產(chǎn)過程中連作障礙問題，提高植株抗逆性[1-2]，在黃瓜、番茄等蔬菜中應(yīng)用廣泛[3-4]，其中黃瓜嫁接苗的應(yīng)用率更是達到70%以上[5]。溫度是影響黃瓜生長的首要因素，制約黃瓜栽培時間及分布范圍，如何提高黃瓜嫁接苗的抗低溫能力已成為目前主要研究方向[6-8]。隨著黃瓜設(shè)施溫室、大棚栽培快速發(fā)展，同時為滿足市場需要和提高黃瓜栽培的經(jīng)濟效益，南方地區(qū)常進行黃瓜春早熟設(shè)施大棚栽培。然而，春早熟設(shè)施栽培在實際生產(chǎn)中常受到“倒春寒”等天氣影響而導致亞低溫環(huán)境，從而影響黃瓜生長。因此，探究亞低溫脅迫對黃瓜嫁接苗的響應(yīng)，對黃瓜春早熟栽培期間提升抗亞低溫能力具有重大意義。

嫁接口的愈合直接決定嫁接苗的質(zhì)量。近年來研究發(fā)現(xiàn)，光環(huán)境的調(diào)控可有效促進蔬菜嫁接口的愈合。劉方園等通過試驗篩選出在1～3、4～6、7～8 d給予光照度處理75、150、225 μmol/(m2·s)時西瓜嫁接苗成活率較高，且幼苗生長形態(tài)與光合特性較佳[9]；廖自月等對黃瓜嫁接苗愈合期光照度進行篩選，得出在1～3、4～6、7～10 d分別給予45、90、135 μmol/(m2·s)的光照度，黃瓜嫁接苗愈合速度最快，且幼苗綜合生長指標較好，可溶性糖與可溶性蛋白積累較多[10-11]。然而，目前并未見關(guān)于愈合期最佳光照度下的黃瓜嫁接苗在后期(定植期)對逆境響應(yīng)的相關(guān)研究報道。為此，本試驗采用愈合期不同梯度的光照度對黃瓜進行嫁接愈合，將不同光照度下已愈合且達到定植標準的黃瓜嫁接苗進行亞低溫脅迫，從植株形態(tài)、抗性指標、葉綠素含量和葉綠素熒光特性方面進行指標測定分析，旨在獲得既能提高嫁接苗質(zhì)量，進而又能提升定植后黃瓜嫁接苗對亞低溫脅迫耐抗性的愈合最佳光照度梯度，為黃瓜嫁接苗耐抗性研究提供一些理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗在2021年8—12月于福建農(nóng)林大學園藝學院設(shè)施農(nóng)業(yè)科學與工程系人工氣候室中進行。試驗材料以南瓜壯士作砧木，黃瓜冬青作接穗，采購于福州市昌育農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司。試驗光源為LED白色熒光燈條，定制于福州市塔洛斯生物科技有限公司。試驗MDA(丙二醛)、Pro(脯氨酸)含量檢測試劑盒采購于北京索萊寶科技有限公司。

1.2 試驗設(shè)計

以冬青+壯士為嫁接組合進行催芽育苗與嫁接，嫁接采用改良頂插固定法[12]。在福建農(nóng)林大學蔬菜研究所課題組相關(guān)研究結(jié)果基礎(chǔ)上，于嫁接后1～3、4～6、7～10 d分別按梯度對應(yīng)光照度設(shè)置5個試驗處理T1～T5，并以嫁接后1～3、4～6、7～10 d 光照度梯度0、30、45 μmol/(m2·s)為對照(表1)。除光照外，其他環(huán)境條件為：晝夜溫25 ℃/18 ℃，濕度90%、80%、70%，光周期12 h/12 h。嫁接后10 d完全愈合，將每處理嫁接苗45株移入溫室大棚3 d，并繼續(xù)保持晝夜溫25 ℃/18 ℃緩苗，其他依常規(guī)生產(chǎn)管理。緩苗結(jié)束后嫁接苗已長至2葉1心(即商品苗定植期)時，將苗移入人工氣候室模擬我國南方地區(qū)春早熟設(shè)施大棚栽培模式下易出現(xiàn)的亞低溫環(huán)境，以晝夜溫18 ℃/12 ℃、光照度 80 μmol/(m2·s)、光周期12 h/12 h環(huán)境進行亞低溫脅迫處理8 d。分別在亞低溫處理后0、4、8 d測定相關(guān)指標，每處理隨機取樣10株測形態(tài)指標與第1張真葉葉綠素熒光參數(shù)，隨后迅速對葉片取樣通過液氮冷凍并保存在-80 ℃超低溫冰箱，用于后期相關(guān)生理指標測定，每處理設(shè)3次重復。

表1 愈合期不同光照度梯度處理設(shè)計

1.3 測定方法

1.3.1 生長指標測定 使用PD-151數(shù)顯游標卡尺測量接穗莖粗、株高、結(jié)合部直徑數(shù)據(jù)，其中株高為植株基部到最高處長度。使用電子天平(精確度為0.000 1 g)稱量嫁接苗地上部與地下部干質(zhì)量。根系指標使用EPSON Expression 110000XL掃描儀進行測定。全株干質(zhì)量=地上部干質(zhì)量+地下部干質(zhì)量；根冠比=地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量×100%；嫁接壯苗指數(shù)=結(jié)合部莖粗/接穗莖粗×全株干質(zhì)量[13]。

1.3.2 抗性指標測定 采用電導儀器法[14]測定相對電導率；采用植物MDA、Pro含量檢測試劑盒測定黃瓜嫁接苗抗性指標。

1.3.3 葉綠素含量測定 取嫁接苗真葉部分，采用丙酮、無水乙醇1 ∶1體積混合液浸提葉綠素 12 h，分光光度計測定663、645 nm處吸光度[15]。計算公式：葉綠素a含量(mg/g，F(xiàn)W)=(12.7D663 nm-2.69D645 nm)×V/1 000×m；葉綠素b含量(mg/g，F(xiàn)W)=(22.9D645 nm-4.68D663 nm)×V/1 000×m；葉綠素總量(mg/g，F(xiàn)W)=葉綠素a含量+葉綠素b含量。式中：V表示丙酮與無水乙醇混合溶液的體積；m表示樣品質(zhì)量。

1.3.4 葉綠素熒光參數(shù)測定 各處理隨機取嫁接苗5株并進行30 min暗適應(yīng)處理，用IMAGING-PAM熒光成像儀測定，葉片統(tǒng)一選擇第1張真葉，并記錄Fo(初始熒光)、Fm(最大熒光產(chǎn)量)、Y(Ⅱ)(PSⅡ?qū)嶋H光化學量子速率)、Y(NO)(PSⅡ非調(diào)節(jié)性能量耗散)和NPQ(非光化學猝滅系數(shù))相關(guān)參數(shù)。Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019進行數(shù)據(jù)處理與圖表繪制；植株形態(tài)、抗性指標與葉綠素含量去除最大值與最小值后3次重復進行分析，葉綠素熒光特性去除最大值與最小值后12次重復進行分析；數(shù)據(jù)單因素方差分析采用IBM SPSS Statistics 20軟件Duncan’s法(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 愈合期不同光照度對黃瓜嫁接苗定植后亞低溫脅迫下綜合形態(tài)的影響

表2所示為愈合期不同光照度處理獲得的黃瓜嫁接苗，在2葉1心時受亞低溫脅迫下綜合形態(tài)指標的影響。亞低溫處理當天，各處理嫁接苗接穗莖粗從大到小為T3>T2>T4>T5>T1>CK，株高各處理間無顯著差異；總根長、根表面積和分根數(shù)以T3最高。亞低溫脅迫處理后4 d，各處理嫁接苗接穗莖粗從大到小均為T3>T1>T2>T5>T4>CK；嫁接后8 d，各處理嫁接苗接穗莖粗從大到小為 T3>T1>T5>T4>CK>T2、株高從大到小均為 T3>T1>T2>T5>CK>T4，且在處理后8 d達最大值，此時T3的接穗莖粗、株高分別比CK提升5.08%、7.38%，且與CK存在顯著差異；T3、T4、T5的總根長、根表面積和分根數(shù)總體高于CK、T1、T2，且以T3最大。

亞低溫處理當天，各處理嫁接苗根冠比均無顯著差異；嫁接壯苗指數(shù)從大到小為T3>T4>T5>T2>T1>CK，各處理與CK均存在顯著差異。亞低溫脅迫處理后4 d，根冠比從小到大為T3T1>T2>CK>T5>T4，最大值T3與各處理均存在顯著差異。亞低溫脅迫處理后8 d，各處理間根冠比從小到大為T3T5>T2>T1>T4>CK，其中T3較CK提升75.24%，呈顯著性差異。

表2 愈合期不同光照度對黃瓜嫁接苗定植后亞低溫脅迫下綜合形態(tài)的影響

2.2 愈合期不同光照度對黃瓜嫁接苗定植后亞低溫脅迫下抗性的影響

2.2.1 對嫁接苗相對電導率的影響 圖1為愈合期不同光照度處理獲得的黃瓜嫁接苗，在2葉1心時受亞低溫脅迫下相對電導率的影響。隨著亞低溫脅迫時間延長，不同光照度處理獲得的嫁接苗相對電導率均呈現(xiàn)上升趨勢。亞低溫處理當天，各處理嫁接苗相對電導率從小到大為T3

2.2.2 對嫁接苗丙二醛含量的影響 圖2為愈合期不同光照度處理獲得的黃瓜嫁接苗，在2葉1心時受亞低溫脅迫下MDA含量的影響。隨著亞低溫脅迫時間延長，不同光照度處理獲得的嫁接苗MDA含量均呈現(xiàn)上升趨勢。亞低溫處理當天，各處理嫁接苗MDA含量從小到大為T3

2.2.3 對嫁接苗脯氨酸含量的影響 圖3為愈合期不同光照度處理獲得的黃瓜嫁接苗，在2葉1心時受亞低溫脅迫下Pro含量的影響。在亞低溫脅迫下，隨著光照度的增強，不同光照度處理獲得的嫁接苗Pro含量呈上升趨勢。亞低溫處理當天，各處理嫁接苗Pro含量從大到小為T5>T3>T4>T2>T1>CK，各處理間無顯著差異。亞低溫處理后4 d，不同處理嫁接苗Pro含量從大到小為T5>T4>T3>T2>T1>CK，其他各處理與CK相比均存在顯著差異。亞低溫處理后8 d，不同處理嫁接苗的Pro含量從大到小為T4>T5>T3>T2>T1>CK，其中最大值T4較CK提升33.28%，呈顯著性差異。

2.3 愈合期不同光照度對黃瓜嫁接苗定植后亞低溫脅迫下葉綠素總量的影響

植物光合作用直接關(guān)系著生長狀態(tài)與產(chǎn)量，是植物最重要的合成代謝途徑之一[17]。圖4為愈合期不同光照度處理獲得的黃瓜嫁接苗，在2葉1心時受亞低溫脅迫下葉綠素總量的影響。隨著亞低溫脅迫時間延長，不同光照度處理獲得的嫁接苗葉綠素總量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。亞低溫處理當天，各處理嫁接苗葉綠素總量從大到小為T3>T4>T2>T5>T1>CK，最大值T3較CK提升7.89%，呈顯著性差異。亞低溫處理后4 d，不同處理嫁接苗的葉綠素總量從大到小為T3>T2>T1>CK>T5>T4，T4與T5同其他各處理存在顯著差異。亞低溫處理后8 d，不同處理嫁接苗的葉綠素總量從大到小為T3>T2>T4>T1>CK>T5，最大值T3較CK提升7.76%，且差異顯著。

2.4 愈合期不同光照度對黃瓜嫁接苗定植后亞低溫脅迫下葉綠素熒光參數(shù)的影響

2.4.1 對嫁接苗Y(NO)和NPQ的影響 葉綠素熒光參數(shù)被稱為光合作用的探針，可反映光合機構(gòu)內(nèi)部一系列重要的調(diào)節(jié)過程[18]。圖5-A與圖5-B為愈合期不同光照度處理獲得的黃瓜嫁接苗，在2葉1心時受亞低溫脅迫下Y(NO)和NPQ的影響。亞低溫處理當天，各處理嫁接苗Y(NO)和NPQ均無顯著差異。亞低溫后4 d，各處理Y(NO)從小到大為T3T3>T4=T5>CK=T1，各處理無明顯差異。亞低溫處理后8 d，各處理間Y(NO)以T3最低，其次為CK，二者間無顯著差異，而與其他處理相比差異顯著；NPQ以T3最高，較CK提升17.2%，且T1～T5與CK相比均差異顯著。

2.4.2 對嫁接苗Fv/Fm和Y(Ⅱ)的影響 圖6-A與圖6-B為愈合期不同光照度處理獲得的黃瓜嫁接苗，在2葉1心時受亞低溫脅迫下Fv/Fm和 Y(Ⅱ) 的影響。亞低溫處理當天，各處理嫁接苗Fv/Fm從大到小為T3>T2>T1>T4>T5>CK，Y(Ⅱ) 從大到小為T3>T4>T2>T1=T5>CK。亞低溫處理后4 d，F(xiàn)v/Fm以T3>T2>T1>CK>T4>T5排序；Y(Ⅱ)以T3>T2>CK>T4>T5>T1排序。亞低溫處理后8 d，各處理Fv/Fm和Y(Ⅱ)均以T3最大，與CK相比分別提升13.8%與7.39%，且均差異顯著。

3 討論與結(jié)論

3.1 愈合期不同光照度對黃瓜嫁接苗定植后亞低溫脅迫的形態(tài)指標影響

嫁接苗抗逆性的情況直接由嫁接苗生長狀況體現(xiàn)[19]，這主要受嫁接苗砧穗親和性[20]與嫁接苗愈合程度[21]所影響，光環(huán)境調(diào)控主要影響嫁接苗愈合程度。本試驗結(jié)果表明，愈合后嫁接苗(即亞低溫脅迫當天)，T1～T5處理地上部接穗莖粗、地下部總根長、根表面積和分根數(shù)明顯高于CK，但株高總體上低于CK，說明愈合期1～3 d補光有助于黃瓜嫁接苗生長，這與儲玉凡等研究黃瓜嫁接苗愈合期最優(yōu)光照度結(jié)果[11]一致。愈合期不同光照度處理獲得的黃瓜嫁接苗在亞低溫脅迫下，T1～T5處理各基礎(chǔ)形態(tài)指標均優(yōu)于CK，其中以T3表現(xiàn)最佳。說明愈合期不同光照度處理獲得的黃瓜嫁接苗，在定植后遇到亞低溫脅迫時對耐寒性的應(yīng)答不同，其中以T3處理的黃瓜嫁接苗耐寒性最佳。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，隨著亞低溫脅迫時間的延長，以T3為界限，T1與T2地上部生長優(yōu)于T4與T5，這與亢亞超等研究發(fā)現(xiàn)“在適宜弱光條件下有利于雙色木番茄地上部生長”的研究結(jié)果[22]相似；T4與T5地下部生長優(yōu)于T1與T2，這與邵明杰等發(fā)現(xiàn)“強光下促進生菜根系生長”的結(jié)果[23]一致。說明在亞低溫脅迫時，愈合期1～3 d補光低于T3有利于地上部生長，愈合期1～3 d補光高于T3可促進地下部生長。

植物的根冠比表現(xiàn)出其地下部與地上部的相關(guān)性，壯苗指數(shù)表現(xiàn)出植株的壯實情況。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，愈合后嫁接苗(即亞低溫脅迫當天)，各處理間根冠比無顯著差異，且以T3最??；T1～T5處理壯苗指數(shù)顯著優(yōu)于CK，且以T3最大。說明愈合期1～3 d補光有助于黃瓜嫁接苗維持地上與地下部相關(guān)性，且利于壯苗，其中T3處理效果最好。隨著亞低溫脅迫時間的延長，各處理間根冠比不斷下降，壯苗指數(shù)呈先上升后下降趨勢，最終以T3最優(yōu)。說明在亞低溫脅迫下，T3處理黃瓜嫁接苗的根冠比最優(yōu)，最有利于壯苗形成。

3.2 愈合期不同光照度對黃瓜嫁接苗定植后亞低溫脅迫的抗逆指標影響

當植物遭受冷害時，其體內(nèi)的細胞膜受到損傷而導致選擇透過性降低，引起細胞內(nèi)可溶性物質(zhì)大量外滲[24]，MDA含量可有效體現(xiàn)脂質(zhì)氧化水平，隨著MDA含量在植株體內(nèi)逐漸積累，植株電解質(zhì)滲透率不斷上升[25]，加深對植株的傷害。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在遇到亞低溫脅迫時，T1～T5處理的相對電導率與MDA含量均低于CK，其中以T3最低。隨著亞低溫時間的延長，各處理間相對電導率與MDA含量的差異更加明顯，仍以T3最低。說明愈合期 1～3 d補光有利于黃瓜嫁接苗受亞低溫脅迫時降低細胞膜損傷與 MDA含量，面對長期亞低溫脅迫，各補光處理耐寒性呈增強趨勢，其中以T3效果最優(yōu)。

Pro作為植物細胞中的滲透物質(zhì)，可保持原生質(zhì)滲透平衡。在冷害脅迫條件下，植物體內(nèi)Pro的積累可以保護組織免遭冷害[26]。本試驗結(jié)果表明，亞低溫脅迫當天，T2～T5處理Pro含量顯著提高，且各處理間以CK最低。亞低溫脅迫后4、8 d，T1～T5處理Pro含量顯著高于CK。說明愈合期1～3 d補光較傳統(tǒng)黑暗處理有利于Pro的積累，且隨著光照度的提升，Pro含量逐漸增多。

3.3 愈合期不同光照度對黃瓜嫁接苗定植后亞低溫脅迫的葉綠素總量影響

植物光合色素含量直接影響著光合作用與光合電子傳遞效率[27]，低溫環(huán)境下對其體內(nèi)的葉綠素含量產(chǎn)生抑制作用。杜清潔等發(fā)現(xiàn)，亞低溫脅迫會降低番茄光合色素的積累，同時番茄凈光合速率顯著下降[28]。本試驗結(jié)果表明，亞低溫脅迫當天，各處理葉綠素總量存在顯著差異，T1～T5處理高于CK，其中以T3最高。說明愈合期1～3 d補光明顯有利于黃瓜嫁接苗葉綠素總量的積累，且以T3處理積累最多。隨著亞低溫脅迫時間的延長，T1～T3葉綠素總量積累始終高于CK，且以T3最大。說明在亞低溫脅迫時，愈合期 1～3 d 補光低于T3有利于促進地上部葉綠素含量的積累，其中以T3處理增加最多。

3.4 愈合期不同光照度對黃瓜嫁接苗定植后亞低溫脅迫的葉綠素熒光影響

Y(NO)和NPQ均代表著PSⅡ非調(diào)節(jié)性的能量耗散，隨著Y(NO)的提高，植株光化學能量轉(zhuǎn)化能力與自我保護調(diào)節(jié)機制都不同程度降低；NPQ值越高，則越有利于植物抵抗外界環(huán)境中的不良光系統(tǒng)損害[29]。本試驗結(jié)果表明，在遇到亞低溫脅迫時，Y(NO)均指向T3處理最優(yōu)，CK次好之；NPQ在亞低溫脅迫后4 d，各處理無明顯差異，亞低溫脅迫后8 d，T1～T5處理顯著高于CK，且以T3最大。說明在亞低溫脅迫下，各處理間T3與CK的自我保護調(diào)節(jié)機制較優(yōu)；而與CK相比，愈合期 1～3 d補光有利于黃瓜嫁接苗定植后提升光保護能力。

Fv/Fm可有效反映植株光合潛能與最大光合效率[30]；Y(Ⅱ)表現(xiàn)植株高光合效能，隨著Y(Ⅱ)的增高，植株高光合效能增大[31]。本試驗結(jié)果表明，亞低溫脅迫當天，F(xiàn)v/Fm與Y(Ⅱ)各處理間存在顯著性差異，以T3最大，CK最小。說明愈合期1～3 d 補光有利于提升黃瓜嫁接苗光合效率。在亞低溫脅迫4、8 d，F(xiàn)v/Fm呈現(xiàn)同葉綠素總量類似規(guī)律，T1～T3處理始終大于CK，且以T3最高。隨著亞低溫脅迫時間延長，T1～T5處理的Y(Ⅱ)呈先上升后下降趨勢，并在脅迫后8 d時顯著高于CK，其中以T3最大。說明在亞低溫脅迫下，愈合期1～3 d補光有利于黃瓜嫁接苗定植后提升光合效率，且各處理間以T3的光合潛能與高光合效能最優(yōu)。同時以T3為界限，愈合期光照度梯度低于T3，則黃瓜嫁接苗最大光合效率較優(yōu)。

4 結(jié)論

總而言之，愈合期1～3 d補光的黃瓜嫁接苗與CK(1～3 d黑暗)相比，在愈合后進行亞低溫脅迫時可有效緩解低溫脅迫對生長的影響，促進幼苗綜合形態(tài)指標提升，同時有利于降低相對電導率，減少丙二醛(MDA)積累，增加脯氨酸(Pro)含量，提升光保護能力與光合效率。驗證了“愈合期1～3 d補光可有效提升黃瓜嫁接苗質(zhì)量”的結(jié)論。其中，T3的光照度梯度下愈合的黃瓜嫁接苗根冠比與壯苗指數(shù)最佳，抗亞低溫脅迫能力最強，葉綠素總量積累最多，光保護能力與光合效率最優(yōu)，面對長時間亞低溫脅迫時耐寒性最強。且愈合期補光低于T3可促進黃瓜嫁接苗亞低溫環(huán)境地上部生長與光合色素積累，并提升光合效率；補光高于T3可促進黃瓜嫁接苗亞低溫環(huán)境下的根系生長與Pro積累。然而，本試驗僅研究了愈合期不同光照度梯度的黃瓜嫁接苗在定植后亞低溫脅迫的響應(yīng)，對于在其他環(huán)境脅迫下是否會得出相同結(jié)論，還有待進一步研究探索。