CO2加富和短期晝間亞高溫對溫室嫁接黃瓜生長及葉片保護酶系統的影響

劉金泉，嚴海歐，張清梅，侯 佳

（內蒙古農業大學職業技術學院 內蒙古包頭 014109）

黃瓜（Cucumis sativus L.）是設施栽培中經濟效益較高的一種喜溫性蔬菜。目前，為降低病害、改善果實品質和提高產量，普遍采取嫁接技術[1-2]。我國黃瓜嫁接苗使用面積約510 833 hm2，嫁接栽培比例占約30%，溫室生產中嫁接苗的利用率占95%以上[3]。在我國北方春末至秋初季節的晴天，溫室內常因放風不及時或通風量太小而造成溫度偏高，出現亞高溫或高溫危害，影響植株正常的生理代謝和生長發育，導致作物最終的產量和品質降低[4]；而黃瓜生長最適溫度25～32℃，不耐高溫，在夏秋之際常由于高溫引起細胞大量失水，進而引起代謝異常，使植株逐漸受害，導致產量和品質下降[5]；同時在封閉的設施內，光照充足、光合作用旺盛時，CO2虧缺更為突出，作物處于嚴重的CO2饑餓狀態。因此，黃瓜在溫室春末至秋初季節的生產中，亞高溫或高溫及CO2虧缺是限制其高產優質的重要環境因子。前人對黃瓜CO2加富[6-8]、高溫對黃瓜的影響[9-12]等單一因素的研究鮮見報道，高溫、高CO2濃度對黃瓜的影響也有一定的研究[13-14]，但CO2加富與亞高溫復合對溫室嫁接黃瓜影響的研究報道較少。因此，本試驗以溫室嫁接黃瓜為試材，在CO2加富條件下進行短期亞高溫處理，探討CO2加富及短期亞高溫對溫室嫁接黃瓜生長性狀和葉片酶保護系統的影響，以期為高溫季節溫室黃瓜高產優質栽培提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗采用靠接法嫁接黃瓜，以‘津春4號’為接穗、‘姿三四郎’為砧木。

1.2 試驗處理

試驗于2014年在內蒙古農牧業科技園區溫室和內蒙古農業大學職業技術學院植物生理實驗室中進行，4月2日播種，接穗采用穴盤、砧木采用營養缽育苗。4月17日采用靠接法進行嫁接。5月8日定植，高壟覆膜栽培，株行距為30 cm×50 cm。

試驗共設4個處理，即亞高溫、CO2加富+亞高溫、CO2加富+常溫和常溫（CK）。各處理在同一溫室內進行，相鄰小區用2層塑料薄膜（間距50 cm，作為緩沖）隔離成相對獨立的環境，各處理區面積為30 m2（長6 m、寬5 m，通過調節各處理區對應的前屋面和后墻通風口大小進行放風及溫度管理），3次重復。CO2加富采用鋼瓶釋放法[15]，從黃瓜初花期開始施用，共施25 d。用北京旗碩基業科技有限責任公司生產的旗碩“農用通”，實時監測CO2濃度、溫度變化。各處理區環境管理操作如下。

1.2.1 亞高溫處理（T1） 密閉溫室至溫度接近40℃時放微風，調節通風口大小，使溫度晴天穩定在35～40℃，維持4 h左右，并適當噴水降低溫度并提高濕度。

1.2.2 亞高溫+CO2加富處理（T2） 溫度管理同T1，同時從上午7：30—9：30增施高濃度的CO2（1 000～1 200 μmol·L-1）。

1.2.3 常溫+CO2加富處理（T3） CO2加富同T2，溫度為常溫管理模式，即每天9：30開始放微風，11：00—18：00全放風。

1.2.4 對照處理（CK） 采取常規管理模式，每天9：30—18：00 放風。

1.3 測定方法

每處理區隨機選取5株，并選取第4片及以上最大葉，做好標記，于處理后5 d和處理后25 d分別用米尺測定株高、L-I3000A便攜式葉面積儀測定最大葉面積。計算2次測定數據平均值之差再除以20，即為株高和最大葉面積的日變化量。

于處理后5 d，每處理區選取生長節位較一致、處于膨瓜期的黃瓜5個，并做好標記及日期，用游標卡尺測定瓜長，取其平均值記為始期瓜長，待任一處理區做標記的黃瓜有3個達到商品成熟時，確定為果實生長時間（實際為10 d），并再次測定瓜長，取其平均值記為終期瓜長，瓜長日變化=（終期瓜長平均值-始期瓜長平均值）/生長時間（天）。產量為各處理區25 d內商品瓜的實際產量。

SOD、POD、CAT活性和MDA含量測定：取樣時間于處理后每隔5 d取頂部第2片真葉測定，3次重復。過氧化物酶活性測定采用氮藍四唑（NBT）法測定[16]，過氧化氫酶活性、超氧化物歧化酶活性測定采用紫外吸收法[17]，丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸顯色法[16]。

1.4 數據分析

采用Excel 2007對數據進行整理和制圖，利用SPSS 19.0進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對嫁接黃瓜生長性狀的影響

由表1可見，各處理對株高日變化、最大葉面積日變化、瓜長日變化和小區產量均有顯著影響。在株高日變化、最大葉面積日變化、瓜長日變化和小區產量上，亞高溫處理顯著低于其余處理，分別是對照的81%、87%、78%和79%；CO2加富+亞高溫處理處于顯著最高水平，分別是對照的134%、125%、115%和139%；CO2加富+常溫處理均低于CO2+亞高溫處理，其中在株高日變化、最大葉面積日增長量和小區產量上差異顯著，均顯著高于亞高溫處理和對照，分別是對照的117%、108%、113%和116%。

由此可知，CO2加富時給以亞高溫管理，更加顯著地促進植株長勢、增加產量，但單一的亞高溫處理顯著抑制了植株長勢和產量。

表1 CO2加富、亞高溫處理對黃瓜生長性狀的影響

2.2 不同處理對嫁接黃瓜葉片SOD、POD、CAT酶系統的影響

不同處理對嫁接黃瓜葉片SOD的影響見圖1。亞高溫處理的SOD活性隨著處理時間的延長呈先上升后下降的趨勢，在處理10 d達到峰值，整個處理期間SOD活性一直高于對照，處理10d和15d分別是對照的144%和121%，均形成顯著差異。CO2加富+亞高溫處理的SOD活性隨著處理時間的延長一直呈上升趨勢，處理5 d時略低于亞高溫處理、高于對照；處理10 d、15 d一直高于其余處理，處理10 d和15 d分別是對照的160%和161%，均呈顯著差異。CO2加富+常溫處理的SOD活性呈現先降低后增高的趨勢，處理5 d時略有下降，是對照的90%；之后略有上升，但幅度不大，處理10 d和15 d分別是對照的114%和106%。對照處理的SOD活性隨著處理時間的延長略有上升，但變化幅度不大。

圖1 不同處理對SOD酶的影響

POD酶是植物體內重要的保護酶之一。由圖2可以看出，亞高溫處理POD活性隨著處理時間的延長呈現先升高后降低的變化趨勢，在處理的10 d達到峰值，是對照的140%，差異極顯著，之后呈下降趨勢；CO2加富+亞高溫處理的POD酶活性隨著處理時間的延長一直呈現升高的變化趨勢，且一直高于其余處理，到處理10 d時，是對照的155%，差異極顯著；CO2加富+常溫處理的SOD活性隨著處理時間的延長呈現上升趨勢，但一直低于亞高溫處理和CO2加富+亞高溫處理，高于對照，到處理10 d時，是對照的107%，差異顯著。

圖2 不同處理對POD酶的影響

由圖3可知，亞高溫處理的CAT活性隨處理時間的延長呈先上升后下降的變化趨勢，處理10 d，CAT活性達到最大值，是對照的192%，差異極顯著。CO2加富+亞高溫處理的CAT活性隨處理時間延長呈上升趨勢，處理10 d，CAT活性是對照的172%，極顯著高于對照；處理15 d，CAT活性處于極顯著最高水平，是對照195%。CO2加富+常溫處理的CAT活性一直呈遞增趨勢，但始終低于亞高溫處理和CO2加富+亞高溫處理、高于對照。

圖3 不同處理對CAT酶的影響

2.3 不同處理對嫁接黃瓜葉片丙二醛含量的影響

MDA是膜脂過氧化水平的標志。圖4表明，亞高溫處理黃瓜葉片MDA含量隨著處理時間的延長呈現明顯增加的趨勢，并一直高于其余處理，處理5、10、15 d，其 MDA 含量分別是對照的 102%、137%和150%，其中處理10 d和15 d均極顯著高于對照。CO2加富+亞高溫處理的CAT活性隨處理時間延長呈先增加后降低的趨勢，處理5 d時，其含量低于亞高溫處理，高于對照和CO2加富+常溫處理；處理10 d時明顯低于其余處理；處理15 d，其含量是對照的66%，差異極顯著。CO2加富+常溫處理在整個處理時間MDA含量一直低于對照，處理15 d是對照的85%，差異極顯著。由此可知，黃瓜葉片經高溫脅迫后，短時間內傷害不大，但隨著處理時間的延長作為膜傷害的指標，膜脂過氧化的產物丙二醛（MDA）含量明顯增加。

圖4 不同處理對MDA的影響

3 討論與結論

有研究表明，黃瓜生長不耐高溫，且高溫下植株生長后期早衰現象比較嚴重［18］。本研究結果表明，在株高日變化、最大葉面積日變化、果實生長速度和產量等指標上，CO2加富+亞高溫處理＞CO2加富+常溫處理＞對照＞亞高溫處理，這與潘璐［14］、王全智[19]等的研究結果相似。說明亞高溫抑制了黃瓜生長與產量提高，增施高濃度的CO2促進了黃瓜生長與產量提高，在亞高溫下增施高濃度的CO2比常溫下更有利于黃瓜的生長發育，并緩解亞高溫對黃瓜生長的抑制作用。

超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶類，是植物活性氧清除系統中重要的酶，能維持活性氧自由基產生與清除系統的平衡，MDA是脂質過氧化作用的主要產物之一，其含量的高低在一定程度上反映脂膜過氧化作用水平和膜結構的受害程度［18］。本試驗研究結果表明，亞高溫處理，嫁接黃瓜葉片的SOD、POD、CAT活性均呈先增加后減少的變化趨勢，MDA含量呈增加趨勢；CO2加富+亞高溫處理，嫁接黃瓜葉片的SOD、POD、CAT活性均呈現上升趨勢，且活性強度均顯著增高，MDA含量呈顯著下降趨勢，CO2加富+常溫處理的SOD、POD、CAT活性強度均高于對照，且低于亞高溫處理，這與何曉明[10]的研究結果相似，說明短時間高溫促進嫁接黃瓜酶保護系統活性，清除自由基的能力加強，對高溫下嫁接黃瓜的生長有一定的自我保護能力，但長時間的高溫處理導致了葉片膜系統受到傷害，清除體內自由基的能力下降，脂膜過氧化作用加強；CO2加富和亞高溫結合清除自由基的能力要比單純CO2加富效果明顯，可以有效地減輕嫁接黃瓜葉片細胞膜傷害程度；在CO2加富+常溫處理下，MDA含量低于對照，說明膜系統受損程度相對較輕。

因此在高溫季節CO2加富時配合亞高溫管理，不僅緩解了因溫室內高溫需放風而CO2加富需密閉的矛盾，同時延長了CO2加富的時間，而且更能有效地減輕高溫對嫁接黃瓜葉片引起的傷害程度，提高嫁接黃瓜植株防御高溫的能力，更顯著地促進植株長勢和增加果實產量。