漸降低溫脅迫對黃瓜幼苗耐冷性及保護酶活性的影響

于錫宏 鄭姍姍 蔣欣梅* 于廣建* 孫彩虹 李丹

（1東北農業大學園藝學院，黑龍江 哈爾濱 150030；2遼陽市農林科學院，遼寧 遼陽 111000）

低溫脅迫是植物栽培中常遇到的一種災害，按照低溫的不同程度，將0 ℃以上的低溫對植物造成的危害叫做冷害。冷害本質上是低溫對植物體造成的損傷，引起冷害的低溫脅迫在植株整個生育過程中均會造成不利影響，如導致植株苗弱、生長遲緩、萎蔫、黃化、局部壞死、產量降低和品質下降等（馬文月，2004），給農業生產造成嚴重損失。

黃瓜（Cucumis sativus L.）屬葫蘆科黃瓜屬，是重要的喜溫果菜類蔬菜之一，起源于亞熱帶，對低溫非常敏感（張險峰，2008）。整個生育期的最適溫度為 18～25 ℃，10 ℃以下不能正常生長發育（譚其猛，1979）。黃瓜作為冬春設施反季節生產的主栽蔬菜，在生育期內經常遭受低溫脅迫。因此，前人從生態學、形態學和生理生化等多個角度探討低溫脅迫對黃瓜的影響，從而減輕黃瓜的低溫冷害（陳青君 等，2003；逯明輝 等，2004；Meng et al.，2008；Yang et al.，2011）。從目前的研究來看，前人的研究大多都是將黃瓜幼苗直接放在一定的低溫脅迫環境中進行的（崔巖 等，2008；李素梅 等，2009），但自然界所產生的降溫往往不是瞬間就能達到的，而是一個漸進的過程。筆者認為采用直降低溫脅迫研究黃瓜冷害機理不夠準確，而模擬自然界的漸降低溫脅迫方式對黃瓜生長影響方面的研究尚未見報道。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）是植物體內的保護性酶，當植物受到逆境脅迫時，其活性也隨之變化。為此，本試驗以黃瓜幼苗為材料，研究模擬自然界條件的漸降低溫脅迫對黃瓜幼苗冷害指數及保護酶活性影響，進一步為低溫冷害機理提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于 2009～2010年在東北農業大學設施中心和黑龍江省教育廳寒地蔬菜生物學重點實驗室進行了兩年重復試驗。選用黃瓜品種津優1號（天津科潤黃瓜研究所選育）為試材。

1.2 方法

于6月5日在陽光板日光溫室內，將催芽的黃瓜種子播于8 cm×8 cm營養缽中，低溫脅迫處理前溫室內的溫度為25～30 ℃/18～22 ℃（晝/夜，下同），光照強度為6萬～7萬lx，正常管理。當幼苗長到三葉一心時，隨機選取大小基本一致的三葉期黃瓜幼苗，分成3組于17：00同時放入LRH250-G型光照培養箱中進行降溫處理。第1組幼苗進行模擬自然界的溫度漸降處理（以T表示），即最初溫度設置為（25±0.5）℃，然后以1 ℃·h-1的平均速度進行降溫處理，最終到第2天8：00時降為（10±0.5）℃，其間17：00～翌日5：00為黑暗處理；第2組幼苗進行對照（CK）試驗，即從最初溫度〔（25±0.5）℃〕直接降低到脅迫溫度〔（10±0.5）℃/（5±0.5）℃〕。在低溫脅迫的同時，本試驗還設置了另一個常溫條件的第3組對照CK1〔（25℃±0.5）℃/（18±0.5℃）〕。所有處理的光照時間均為12 h·d-1，處理8 d，光照強度為4000 lx。每個處理60株，3次重復。

低溫脅迫2、4、6、8 d后，分別對冷害指數進行調查，同時隨機選取10株，剪取葉片混合取樣，測定與冷害有關的保護酶。其中冷害指數參照姜述君等（2007）的標準，分為5級：0級—幼苗未受冷害；1級—少數葉片有輕度萎蔫，但沒有葉片發生壞死；2級—半數以下的葉片萎蔫死亡，但主莖未死；3級—超過半數以上的葉片萎蔫死亡，主莖死亡；4級—全株死亡。

冷害指數=Σ（各級株數×級數）/總株數

POD活性測定采用愈創木酚比色法（張立軍和樊金娟，2007），CAT活性測定采用高錳酸鉀滴定法，SOD活性測定參照李合生（2004）的方法。

試驗數據差異顯著分析采用鄧肯法（Duncan’s multiple-range test）。

2 結果與分析

2.1 漸降低溫脅迫對黃瓜幼苗冷害指數的影響

由圖1可知，無論是漸降低溫脅迫處理（T）還是直降低溫脅迫（CK），植株的冷害指數均隨著低溫脅迫時間的延長而上升，且漸降低溫脅迫對冷害有一定的緩解作用。在低溫脅迫的8 d內，T與CK的黃瓜幼苗雖表現出不同程度的冷害，但處理T的冷害指數均顯著低于CK。

2.2 漸降低溫脅迫對黃瓜幼苗保護酶活性的影響

由表1所知，在低溫脅迫處理的8 d內，漸降低溫脅迫（T）與直降低溫脅迫（CK）的黃瓜幼苗SOD、POD、CAT活性均呈先上升后下降的趨勢。

SOD能清除活性氧自由基，保護細胞膜系統，因此其活性大小可以反映細胞對低溫逆境的適應能力（顧華杰 等，2009）。由表1可知，在處理期間內，SOD活性在第6天達到最大值。而常溫對照（CK1）的SOD活性在各測定時間內均處于最低水平，隨處理天數的增加呈緩慢上升趨勢，第2、4天之間的 SOD活性均變化不顯著，從第 6天開始SOD活性顯著提高，但第6天和第8天之間變化不顯著。對于同一測定時間，即分別在低溫脅迫第2、4、6、8天，漸降低溫脅迫（T）、直降低溫脅迫（CK）與常溫對照（CK1）三者之間均有顯著性差異，T的黃瓜幼苗SOD活性顯著高于CK，且兩者同時顯著高于CK1。

低溫脅迫后的黃瓜幼苗POD活性與CAT活性的變化趨勢同SOD活性相同，無論是漸降低溫脅迫（T）還是直降低溫脅迫（CK），與常溫對照（CK1）相比，黃瓜植株體內的POD活性和CAT活性在測定時間內均顯著提高，而漸降低溫脅迫（T）在各測定時間內酶活性最高，顯著高于直降低溫脅迫（CK）。

圖1 漸降低溫脅迫對黃瓜幼苗冷害指數的影響

3 結論與討論

植物遭受低溫脅迫的主要特征是活性氧代謝的失調。過多的活性氧自由基可以作用于關鍵性生物大分子如蛋白質、核酸等，改變其生理功能，引起植物體傷害甚至死亡（Dat et al.，2000）。植物體內的保護酶包括SOD、POD、CAT等。SOD存在于細胞的葉綠體、線粒體、細胞質和過氧化物酶體中，可以催化生成H2O2（Liau et al.，2007）。許多研究發現，在不同逆境脅迫條件下，SOD活性升高（Martinez et al.，2001；Ali et al.，2005）。如紫萍的SOD活性在10～12 ℃時比在適宜溫度時高（Song et al.，2006）。黃瓜葉片的SOD活性在低溫條件下相比于常溫條件有所升高。POD主要存在于非原生質體中（Shigeoka et al.，2002），可以減緩過氧化氫的積累。Janda等（2003）認為，酶活性的增加有助于增強清除過氧化氫的能力。因此，經低溫處理后植物的POD活性要比常溫下高，說明該酶可以減輕低溫脅迫產生的過氧化氫造成的脂質過氧化傷害。CAT位于線粒體和微體中，是清除過氧化氫的主要酶之一（Shigeoka et al.，2002）。研究表明，在遭受低溫等逆境脅迫時，植物的CAT會起到一定的調節作用（Willekens et al.，1994），其CAT活性升高。崔巖等（2008）發現，黃瓜幼苗經過低溫處理后體內的CAT活性是升高的。

本試驗僅初步研究了與直降低溫脅迫對照相比，模擬自然界條件的漸降低溫脅迫可以減輕黃瓜幼苗的低溫冷害，至于對其他與抗冷性相關的生理指標有何影響，還有待于進一步研究。

總之，漸降低溫脅迫可以使低溫脅迫下黃瓜幼苗體內SOD、POD、CAT活性顯著增強，冷害指數顯著降低，從而減輕了低溫脅迫對黃瓜幼苗的傷害，增強了抵御低溫脅迫的能力。

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