PEG6000模擬干旱脅迫對黃瓜幼苗生長的影響

摘要：選用５種不同的黃瓜品種進行ＰＥＧ６０００模擬干旱脅迫試驗，對這些品種在不同體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫下的幼苗的葉綠素ａ＋ｂ含量、ＭＤＡ含量、脯氨酸含量、ＳＯＤ活性等生理指標進行了測定。結果表明，在不同體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫后，冀雜１號表現出了最強的抗旱性，該品種在葉綠素ａ＋ｂ含量和ＭＤＡ含量的表現方面均優于其他品種；從不同體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫下的脯氨酸含量和ＳＯＤ活性來看，鞍綠３號的表現優于其他品種。

關鍵詞：ＰＥＧ6000脅迫；葉綠素含量；ＭＤＡ含量；脯氨酸含量；ＳＯＤ活性

中圖分類號：S642.2；Q945.78文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）12－2394-03

Ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＰＥＧ6000－ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ｄｒｏｕｇｈｔ Ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ Ｓｅｅｄｌｉｎｇ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ

Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｃｕｃｕｍｂｅｒ （Ｃｕｃｕｍｉｓ ｓａｔｉｖｕｓ Ｌ．） Ｖａｒｉｅｔｉｅｓ

ＳＯＮＧ Ｗｅｉ－ｙｉ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｓｈａｎｇｑｉｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｑｉｕ ４７６０００， Ｈｅｎａｎ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： ５ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｕｃｕｍｂｅｒ （Ｃｕｃｕｍｉｓ ｓａｔｉｖｕｓ Ｌ．） ｖａｒｉｅｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｏｒ ＰＥＧ６０００－ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ． Pｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｄｅｘｅｓ such ａｓ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ａ＋ｂ ｃｏｎｔｅｎｔ， ＭＤＡ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｐｒｏｌｉｎｅ ｃｏｎｔｅｎｔ， ＳＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ＰＥＧ６０００ ｓｔｒｅｓｓ， ｖａｒｉｅｔｙ Ｊｉｚａ Ｎｏ．１ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇｅｓｔ ｄｒｏｕｇｈｔ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｔｈｅｓｅ ｖａｒｉｅｔｉｅｓ as it had ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｉｎ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ａ＋ｂ ｃｏｎｔｅｎｔ， ａｎｄ ＭＤＡ ｃｏｎｔｅｎｔ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｖａｒｉｅｔｉｅｓ． Ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ＰＥＧ６０００ ｓｔｒｅｓｓ， ｖａｒｉｅｔｙ Ａｎｌｖ Ｎｏ．３ ｈｅｌｄ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｐｒｏｌｉｎｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ＳＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＰＥＧ6000 ｓｔｒｅｓｓ； ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ； ＭＤＡ ｃｏｎｔｅｎｔ； ｐｒｏｌｉｎｅ ｃｏｎｔｅｎｔ； ＳＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ

干旱脅迫是世界性的主要自然災害之一，提高蔬菜作物和糧食作物抗旱性也是國內外許多學者研究探討的重要問題［１］。與糧食作物和其他農作物相比，蔬菜是需水量較大的作物，因此，如何降低蔬菜作物對于干旱脅迫的敏感性，通過提高蔬菜作物的抗旱性或者耐旱性增加蔬菜作物產量已經成為當前研究的熱點。黃瓜是一種需水量很大的蔬菜作物，且對水分的反應尤為敏感，因此，如何通過提高黃瓜幼苗對于水分脅迫的應對能力以增加黃瓜產量已成為當前亟待解決的問題。目前，多采用苗期室內水培和進行ＰＥＧ滲透脅迫相結合的方法進行一些蔬菜作物幼苗抗旱性的研究，因為聚乙二醇（ＰＥＧ）作為一種高分子滲透劑，可以人為地限制水分進入種子的速率從而控制種子的吸水速率和發芽進程。目前，實驗室條件下大多采用ＰＥＧ６０００高滲溶液來模擬干旱脅迫，該法簡單易行，條件容易控制，重復性好，試驗周期短，適于大批量蔬菜品種（系）苗期抗旱性早期鑒定［２］。采用不同體積分數的ＰＥＧ６０００高滲溶液模擬干旱脅迫的方法，研究不同程度的干旱脅迫對黃瓜幼苗生理生化性狀的影響，并探索黃瓜品種抗旱性的快速鑒定方法，可為黃瓜育種和抗旱品種選育提供參考。

１材料與方法

１．１材料

供試材料為黃瓜品種中農６號、冀雜１號、鞍綠３號、津優４號和津優３５，其中，中農６號和冀雜１號種子由河北省農林科學院遺傳生理研究所提供，鞍綠３號種子由遼寧省鞍山市園藝科學研究所提供，津優４號和津優３５種子由天津市黃瓜研究所提供。

１．２方法

１．２．１ＰＥＧ６０００脅迫下水培幼苗處理方法用１／２Ｈｏｇｌａｎｄ培養液水培幼苗至三葉一心期，在營養液中分別加入不同體積分數的ＰＥＧ６０００對各個品種的幼苗進行為期２ ｄ的干旱脅迫處理，設８個處理，分別為０、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％ 和５０％（體積分數，下同），每個處理３次重復。

１．２．２相關生理指標的測定脅迫完成后測定各個品種的幼苗在ＰＥＧ６０００脅迫處理下的相關抗旱生理指標，包括葉綠素含量、脯氨酸含量、ＭＤＡ（丙二醛）含量、ＳＯＤ（超氧化物歧化酶）活性。其中，采用乙醇丙酮法提取葉綠素，分光光度法測定６６３、６４５ ｎｍ的吸光度，采用下列公式計算葉綠素ａ、ｂ含量［３］：葉綠素含量（ｍｇ／ｇ）＝（葉綠素濃度×提取液總體積）/樣品質量；脯氨酸含量采用磺基水楊酸法［４］測定；ＳＯＤ酶活性測定采用氮藍四唑（ＮＢＴ）光化還原法測定［５］； ＭＤＡ含量采用硫代巴比妥酸ＴＢＡ顯色法測定［６］。

２結果與分析

２．１ＰＥＧ６０００脅迫對黃瓜品種葉綠素ａ＋ｂ含量的影響

由表１可知，在不同體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫２ｄ后，各個品種的葉綠素ａ＋ｂ含量變化較快，每個品種均呈現出隨ＰＥＧ６０００體積分數升高而降低的趨勢，其中以鞍綠３號變化最大，該品種在５０％ＰＥＧ６０００脅迫下的葉綠素ａ＋ｂ含量僅為ＣＫ的３９．０％，反映出這一品種的葉綠素ａ＋ｂ含量對于ＰＥＧ６０００脅迫比其他品種敏感。鞍綠３號和津優４號兩品種在１０％ＰＥＧ６０００脅迫下的葉綠素ａ＋ｂ含量比在５％ＰＥＧ６０００脅迫下的葉綠素ａ＋ｂ含量要高，這一點與其他３個品種不同。在所有品種中，津優３５的葉綠素含量在２５％ＰＥＧ６０００脅迫下為所有品種最高，而在其他體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫下為所有品種最低，說明這一品種對于２５％ＰＥＧ６０００脅迫不敏感。冀雜１號和津優３５兩個品種在２５％ＰＥＧ６０００脅迫下比在２０％的ＰＥＧ６０００脅迫下葉綠素含量有了明顯上升，津優４號僅有小幅上升，而另外兩個品種從２０％到２５％ＰＥＧ６０００脅迫處理葉綠素含量均有了下降，從而表現出不同品種對ＰＥＧ６０００脅迫的不同反應。在干旱脅迫下，植物往往會表現出葉綠素含量下降的現象［７，８］，而葉綠素含量升高也是植物抗性增強的一種體現，因此這一現象同時也說明有些品種在較低體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫下對于脅迫產生出了某種程度的抗性?？傊?，從葉綠素含量變化以及葉綠素含量高低的情況看，５個黃瓜品種的抗旱性為冀雜１號＞津優４號＞中農６號＞鞍綠３號＞津優３５。

２．２ＰＥＧ６０００脅迫對黃瓜品種ＭＤＡ含量的影響

從表２可以看出，在不同體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫２ｄ后，各個品種ＭＤＡ（丙二醛）含量均呈現出隨ＰＥＧ６０００脅迫處理的增強而顯著升高的特點，各個品種的幼苗在５０％ＰＥＧ６０００脅迫下的ＭＤＡ均比對照有了非常顯著的提高，提高幅度為7.69~9.43倍，其中，以中農６號的ＭＤＡ含量提高幅度最大，其在５０％ＰＥＧ６０００脅迫下的ＭＤＡ含量為對照的９．４３倍，冀雜１號在５０％ＰＥＧ６０００脅迫下ＭＤＡ含量的提高幅度最小，為對照的７．６９倍，說明ＰＥＧ6000脅迫使各個品種幼苗中的ＭＤＡ含量均有了顯著升高。在干旱脅迫下，植物往往會表現出ＭＤＡ含量上升的現象，這一現象是植物對脅迫作出的一種反應［９］。一般來講，高ＭＤＡ含量表明抗逆性減弱［９］，因此，從ＭＤＡ含量的變化，也可以了解到５個黃瓜品種對于干旱脅迫的反應能力?？傊瑥模停模梁康淖兓^程和變化情況來看，５個品種的抗旱性為冀雜１號＞津優35＞鞍綠３號＞津優4號＞中農６號。

２．３ＰＥＧ６０００脅迫對黃瓜品種Ｐｒｏ（脯氨酸）含量的影響

由表３可知，在不同體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫２ｄ后，各個品種的脯氨酸含量均呈現出隨脅迫增強而上升的趨勢。在５０％ ＰＥＧ６０００下，各個品種的脯氨酸含量與對照相比均有了顯著的升高，其中，以鞍綠３號的脯氨酸含量變化最大，達到對照的４．７４倍；而津優４號的脯氨酸含量變化最小，達到對照的３．８７倍；中農６號在不同體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫下的脯氨酸積累量均最低，說明這一品種在脅迫下脯氨酸積累速度比較慢，對于脅迫的反應較慢。近年來國外對植物抗逆性與脯氨酸關系的研究日益重視。通常情況下植物體內脯氨酸的含量很低，但在逆境（旱、熱、冷、凍）條件下，脯氨酸含量可猛增數十倍。植株體內脯氨酸含量在一定程度上反映了植株體內水分狀況；另外，在同樣逆境條件下，不同品種反應不同，抗旱性強的品種比不耐旱品種所積累的脯氨酸高出數倍，因此脯氨酸含量的測定可作為抗旱品種選育的參考性生理指標［１０］。各個黃瓜品種在不同體積分數ＰＥＧ６０００脅迫下脯氨酸的積累量充分反映出了它們之間抗旱性的差異，脯氨酸積累量越大則該品種的抗旱性越強。因此，從脯氨酸的積累量變化情況來看，５個品種的抗旱性為鞍綠３號＞津優４號＞冀雜１號＞津優３５＞中農６號。

２．４ＰＥＧ６０００脅迫對黃瓜品種ＳＯＤ活性的影響

由圖１可知，在不同體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫２ｄ后，各個品種的ＳＯＤ（超氧化物歧化酶）活性均呈現出隨ＰＥＧ６０００處理體積分數上升而逐步下降的過程。其中，在５０％ＰＥＧ６０００脅迫下，中農６號的ＳＯＤ活性為對照的３１．０％，冀雜１號的ＳＯＤ活性為對照的３４．０％，鞍綠３號的ＳＯＤ活性為對照的３４．４％，津優４號的ＳＯＤ活性為對照的３０．９％，而津優３５的ＳＯＤ活性為對照的２７．４％，在所有品種中最低。在具體數值上，以津優３５在５０％ＰＥＧ６０００脅迫下的ＳＯＤ活性值最低，僅有４．１８ Ｕ／ｇ，說明這一品種在不同體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫下ＳＯＤ活性變化最大。據報道，在黃瓜產生連作障礙的逆境條件下，ＳＯＤ活性越高，對逆境抗性越強［１１］。因此，各個品種的ＳＯＤ活性充分反映出了這些品種的抗旱能力，根據ＳＯＤ活性變化情況及具體ＳＯＤ活性數值，５個品種的抗旱性為鞍綠３號＞中農６號＞冀雜１號＞津優４號＞津優３５。

３結論與討論

長期以來，ＰＥＧ模擬干旱脅迫一直在各種作物中有著廣泛的應用，該方法能夠在一定程度上反映出作物在自然界干旱脅迫下的生理狀況［２，１２］。試驗將ＰＥＧ６０００模擬干旱脅迫法應用在５個不同類型的黃瓜品種上，通過采用不同體積分數的ＰＥＧ６０００對各個品種的三葉一心期水培幼苗進行為期２ ｄ的模擬干旱脅迫后，結果表明，50% ＰＥＧ６０００脅迫下冀雜１號的葉綠素ａ＋ｂ含量比其他品種高，ＰＥＧ６０００脅迫對這一品種的葉綠素ａ＋ｂ含量影響比其他品種?。辉冢停模梁糠矫妫诫s１號在脅迫下的ＭＤＡ含量低于其他４個品種，充分說明這一品種在干旱脅迫下ＭＤＡ積累速度慢于其他品種，同時也說明該品種在脅迫過程中產生出了一些抗性。從脯氨酸積累量和脯氨酸含量變化來看，鞍綠３號在ＰＥＧ６０００脅迫下積累的脯氨酸較最多，且積累速度較快，充分說明該品種在脅迫過程中也產生出了一些抗性。從ＳＯＤ活性來看，鞍綠３號在較高體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫下展現出了比其他品種高的ＳＯＤ活性，而在較低體積分數的ＰＥＧ６０００脅迫下這一品種的ＳＯＤ活性低于其他品種，說明比其他品種更能適應較高濃度的干旱脅迫。綜合對比分析各個品種在ＰＥＧ６０００脅迫下的抗旱性相關生理指標變化，發現各個品種的抗性體現在不同方面，在５個品種中，以冀雜１號的抗性最強，其在葉綠素ａ＋ｂ含量和ＭＤＡ含量變化兩個方面均優于其他品種。在大田生產環境中表現優良的兩個品種津優４號和津優３５在水培條件下并未對ＰＥＧ６０００模擬干旱脅迫表現出優于其他品種的抗性，這可能是因為這兩個品種在水培條件下無法達到在大田的生長狀況和抗逆性。試驗僅對各個品種的幼苗進行了為期２ ｄ的人工模擬脅迫，測定了脅迫后的一些相關生理指標變化情況，以期為黃瓜育種和抗旱品種選育提供參考，各個品種在脅迫時間超過２ ｄ的相關生理指標變化情況以及抗旱機理仍需進一步研究。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文