低溫弱光下不同苦瓜雜交F1代的生長及葉綠素熒光特性

張紅梅　金海軍　丁小濤　余紀柱

摘 要： 以‘綠箭霸王苦瓜品種為對照，研究了4個苦瓜雜交F1代在低溫弱光（白天15 ℃/晚上7 ℃，80 μmol·m-2·s-1）下的生長以及葉綠素熒光參數的變化。結果表明：低溫弱光下苦瓜的株高、葉片數、葉長和葉寬的生長量明顯下降，不同雜交組合之間差異明顯。苦瓜葉片的葉綠素熒光參數Fo、Fv/Fm、ETR、Yield和qP都有不同程度的下降，非光化學猝滅系數qN有所增加，不同雜交組合下降和增加的幅度不同。從生長量和葉綠素熒光參數綜合來看，雜交組合K3和K4在低溫弱光下有較好的耐受性，可以作為設施專用品種選育的重要目標。

關鍵詞： 苦瓜； 雜交組合； 低溫弱光； 生長； 葉綠素熒光特性

苦瓜（Momordica eharantia L.）又稱涼瓜、錦荔枝，起源于熱帶、亞熱帶地區[1]。近年來，隨著對苦瓜營養價值、醫療保健、抗蟲抗病抑菌等功能的逐漸揭示及食品加工方面研究的不斷開展，苦瓜作為一種特殊蔬菜，其種植和開發的潛力日益為人們所重視[2-4]。苦瓜性喜溫暖氣候，在早春種植時，常會受到低溫、陰雨等不利氣候的影響，苦瓜在低溫弱光條件下生長發育不良，限制了苦瓜的種植范圍和上市時節，目前苦瓜品種不能滿足市場的需求，急切需要耐冷性強的品種[5]。但有關苦瓜耐冷性方面的報道還比較少，本試驗從大棚選育的實際出發，通過模擬上海地區早春大棚栽培中經常遇到的低溫（晝溫15 ℃/夜溫7 ℃）弱光（80 μmol·m-2·s-1）天氣，研究了低溫弱光下不同苦瓜雜交F1代的生長和葉綠素熒光特性，以期為耐低溫弱光苦瓜品種的選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

選用上海市農業科學院園藝研究所選育的綜合性狀優良的4個雜交F1代，K1（‘13Q-37ב13Q-39）：瓜色淺綠，紡錘形，條瘤間圓瘤；K2（‘13Q-38ב13Q-37）：瓜皮綠色，紡錘形，條瘤間圓瘤；K3（‘13Q-38ב13Q-40）：瓜皮綠色，圓錐形，粗條瘤；K4（‘13C-8ב13C-11）：瓜色淺綠，紡錘形，直條瘤。對照品種為K0（‘綠箭霸王），瓜綠色，紡錘形，條瘤間圓瘤，由山東壽光萬畝無公害苦瓜繁育基地選育。

1.2 方法

試驗于2014年2—5月在上海市農業科學院莊行綜合試驗站和設施園藝技術重點實驗室進行。將苦瓜種子用55 ℃溫水浸種16 h后，人工嗑種，30 ℃恒溫培養箱中催芽。當芽長0.5 cm左右時播于8 cm×8 cm的營養缽中，基質配比為園土∶珍珠巖∶草炭=2∶1∶1。置于大棚電熱線加溫育苗床上，苗床溫度設置30 ℃，出苗后溫度設置晝溫25 ℃/夜溫18 ℃。育苗期間大棚內平均光通量密度為300 μmol·m-2·s-1。待苦瓜苗長到5葉1心時置于ESW-1000型全自動智能人工氣候箱（杭州錢江生化儀器公司生產）中進行處理，處理溫度為白天15 ℃，晚上 7 ℃，平均光通量密度為80 μmol·m-2·s-1，光照周期為光照10 h，黑暗14 h，處理7 d后進行測定。對照置于白天25 ℃/晚上18 ℃，平均光通量密度為300 μmol·m-2·s-1的人工氣候箱內。每個品種10株，3次重復，隨機區組排列。在處理前和處理后測定植株生長量和葉綠素熒光參數。

1.3 指標測定

1.3.1 形態指標 用直尺測定植株高度（子葉基部到生長點的高度），第3片真葉的葉長度和葉寬度。用游標卡尺測定植株的莖粗度（第1片真葉和第2片真葉之間的莖干直徑），記錄植株的葉片數量。

1.3.2 葉綠素熒光參數的測定 選取植株第3片完全展開的真葉，采用PAM-2100便攜式調制熒光儀（Walz，Effeltrich，Germany），利用配備了微型光量子/溫度探頭的葉夾2030-B夾住葉片，根據參考文獻[6]分別測定葉綠素熒光參數。每個處理重復測定5株，取平均值。

數據采用exel繪圖，用SPSS統計軟件對試驗數據進行方差分析和Tukey多重比較。

2 結果與分析

2.1 低溫弱光對不同苦瓜組合生長指標的影響

從圖1可以看出，低溫弱光處理7 d后，各雜交F1代的株高、葉片數量、葉長和葉寬的生長都有所增加，但生長量明顯低于對照的生長量。在低溫弱光處理下，雜交組合K3的株高、葉長和葉寬都高于對照K0。雜交組合K4的株高和葉片數生長量高于對照，K1的葉片數量、葉長和葉寬高于對照。4個雜交組合中，K3的葉長和葉寬最大，K4的株高和葉片數量最大。因此低溫弱光嚴重抑制了苦瓜的生長，不同雜交組合間生長量下降差異較大。

2.2 低溫弱光對不同苦瓜組合葉片初始熒光（Fo）和PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm）的影響

Fo（初始熒光）是PSⅡ反應中心處于完全開放狀態時的熒光產量，Fv/Fm表示PSⅡ最大光化學效率。從表1可知，低溫弱光處理下，不同雜交組合的Fo值都有不同程度的下降，K2下降最多，比對照降低了12.00%，處理間差異顯著。不同處理Fv/Fm的值在低溫弱光處理后都有所下降。對照下降幅度最小，為0.88%，K1下降幅度最大，為4.23%，4個雜交組合中，下降幅度最小的是K3，為2.06%，各處理間呈顯著性差異。

2.3 低溫弱光對不同苦瓜組合葉片光合電子傳遞速率（ETR）和熒光量子產額（Yield）的影響

ETR表示葉片的表觀光合電子傳遞速率，反映實際光強下PSⅡ的非循環電子傳遞速率。Yield代表了PsⅡ實際光化學量子產量。從表2可以明顯看出，低溫弱光處理7 d后，苦瓜的ETR和Yield值都明顯下降，說明低溫弱光嚴重抑制了光合電子傳遞速率。K1和K2的ETR和Yield下降值都大于對照，而K3和K4的ETR和Yield下降值都低于對照。各處理的ETR值除了K1外，其他雜交組合降低值與對照相比呈顯著性差異。K4的Yield值下降最少，僅為9.65%，各處理間差異顯著。

2.4 低溫弱光對不同苦瓜組合葉片光化學猝滅系數（qP）和非光化學系數（qN）的影響

從表3可知，經過低溫弱光處理后苦瓜葉片的光化學猝滅系數（qP）有一定程度的下降，下降幅度為1.30%～9.48%，對照的下降幅度最大，其次是K2，K3的下降幅度最小，為1.30%。非光化學猝滅系數（qN）在低溫弱光下有所增加，除了K3的增加幅度大于對照外，其他雜交組合的增加值都低于對照，K1增加值最小，為6.29%，其次是K4，為17.41%。各處理間呈顯著性差異。說明低溫弱光嚴重影響了電子傳遞量，導致葉綠素熒光猝滅分配不平衡。

3 討論與結論

低溫弱光是冬季及早春設施園藝生產中常見的問題，前人研究認為，低溫弱光處理可以使得植株莖的伸長和葉面積生長減緩，其影響程度取決于品種和低溫逆境的強度[7-9]。本文研究結果表明，低溫（晝溫15 ℃/夜溫7 ℃）弱光（80 μmol·m-2·s-1）嚴重影響了苦瓜幼苗的生長，不同雜交組合受抑制程度不同。組合K3和K4在低溫弱光下的生長量大于對照，說明這2個組合的耐低溫弱光性較強。

葉綠素熒光是光合作用的探針，通過對各種熒光參數的分析，可以得到有關光能利用途徑的信息[10]。在對大豆等植物的研究中發現，高溫脅迫導致葉片F0上升，而PSⅡ反應中心失活是F0上升的原因[11]。Fv/Fm降低表明植物受到了光抑制，王永健等[12]研究表明，低溫導致黃瓜幼苗葉片Fv/Fm顯著下降，冷敏感品種的Fv/Fm顯著低于耐低溫弱光的品種。王國莉等[13]對不同耐冷品種水稻的研究也得出相同的結論。Fv/Fm降低的同時伴隨有F0的上升，表明光系統Ⅱ遭受破壞[14]。本實驗中，低溫弱光下不同雜交組合的Fv/Fm值下降，說明苦瓜幼苗受到了一定的光抑制。對照和K3、K4的Fv/Fm值下降的較少，說明其對低溫弱光耐受性較好。不同雜交組合幼苗Fv/Fm值下降的同時，F0值并沒有上升，而是有小幅度的下降，說明雖然光系統Ⅱ受到了一定的抑制，但還沒有完全被破壞。

葉綠素熒光量子產額代表了光系統Ⅱ的光化學效率，近年來在光合作用和逆境生理研究中越來越廣泛地使用[10-11，13-15]。關于低溫傷害黃瓜的生理機制，Aoki[16]認為主要是由于熒光量子產額的降低。曾紀晴等[1]認為12 ℃ 以上的溫度對黃瓜葉綠素熒光影響不大。張紅梅等[9]研究認為低溫弱光下苦瓜的熒光量子產額明顯下降。本研究結果表明，低溫弱光下，不同苦瓜雜交組合的表觀光合電子傳遞速率（ETR）和熒光量子產額（Yield）都有不同程度的下降，說明苦瓜幼苗葉片受到了一定的損傷，K3和K4的ETR和Yield值下降的相對較少，說明這2個組合對低溫弱光具有較強的耐受性，在脅迫下能保持一定的電子傳遞速率和較高的熒光量子產額。

植物吸收的光能主要經過光化學反應、非光化學熱耗散以及以葉綠素熒光形式耗散的過剩光能被利用，光化學反應和熱耗散的變化會引起葉綠素熒光淬滅過程的相應變化。葉綠素熒光淬滅由光化學淬滅qP和非光學淬滅qN兩個過程構成[18]。較低的qP反映PSⅡ中開放的反應中心比例和參與CO2固定的電子減少[19]。王國莉等[13] 研究表明：冷敏感水稻較耐冷品種qP下降幅度大。本研究表明，低溫弱光下不同苦瓜雜交組合葉片的光化學猝滅系數qP下降，而非光學淬滅qN有不同程度的增加。說明低溫弱光下由于電子傳遞速率降低，使得PSⅡ反應中心的電子減少。非光化學淬滅是一種自我保護機制，對光合機構起保護作用。雜交組合K3的qP值下降較少，而qN值增加最多，說明其通過熱耗散的保護機制更強。

因此從苦瓜在低溫弱光下的生長以及葉綠素熒光參數特性綜合來看，雜交組合K3和K4具有較好的低溫弱光耐受性，選育溫室專用品種時應將其作為重點選育對象。

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