間歇降溫對黃瓜幼苗耐冷相關指標的影響

劉彤彤++蔣欣梅++于錫宏+鄧冠聰 +韓明宇

摘要：以黃瓜品種津優1號為供試材料，采用間歇降溫處理（設定平均下降1 ℃/h）的方式模擬自然界溫度逐漸下降的過程，研究其對黃瓜幼苗耐冷性的影響。結果表明：與常溫對照CK相比，黃瓜幼苗經低溫脅迫后丙二醛含量、脯氨酸含量、超氧陰離子產生速率均提高，且隨低溫脅迫處理天數的增加而上升，均在處理8 d達到最大值。從低溫脅迫2 d開始，和直接降溫對照CK1相比，間歇降溫處理F1的黃瓜幼苗冷害指數、丙二醛含量、脯氨酸含量、超氧陰離子產生速率均不同程度低于對照，說明通過間歇降溫處理可以在一定程度上緩解低溫對黃瓜幼苗的脅迫作用，增強其在逆境下抵御低溫的能力。

關鍵詞：間歇降溫；黃瓜；丙二醛；脯氨酸；超氧陰離子

中圖分類號： S642.201文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）12-0195-03

收稿日期：2015-10-16

基金項目：國家大宗蔬菜產業技術體系專項（編號：CARS-25-C-08）。

作者簡介：劉彤彤（1990—），女，內蒙古興安盟人，碩士研究生，主要從事蔬菜栽培與生理研究。E-mail：1043814718@qq.com。

通信作者：蔣欣梅，副研究員，碩士生導師，主要從事蔬菜栽培生理及設施園藝的研究，E-mail：jxm0917@163.com。于錫宏，教授，博士生導師，主要從事蔬菜栽培生理及設施園藝的研究，E-mail：yxh100@sohu.com。

黃瓜（Cucumis sativus L.）以其獨特的風味和清新的口感深受廣大農戶和消費者的青睞，是百姓餐桌上不可或缺的喜溫果菜之一。黃瓜對低溫十分敏感，當遭遇突降的低溫后，輕者表現葉片卷曲皺縮但未死亡，重者表現部分葉片枯萎，嚴重時植株呈水浸狀，最后整個植株死亡。黃瓜這種冷敏感的習性導致其遭受冷害的現象在我國高寒地區進行冬季或早春生產時常有發生，不僅嚴重影響黃瓜的品質同時在產量上也給種植者造成了巨大的損失。針對這一特性，前人從冷害機理、遺傳研究等多個領域探討低溫對黃瓜生長的影響，并采取了一些行之有效的措施，達到了減輕黃瓜冷害的目的[1-3]。冷害對植物的傷害能直觀地反映在植物的葉片、果實等器官上，常用冷害指數來判斷黃瓜的耐冷特性[4]，冷害指數與低溫耐受力成負相關，可作為評價不同材料苗期低溫耐受性的重要指標[5]。植株受冷害后其體內的生理指標也發生改變，其中植物體內丙二醛（MDA）含量、脯氨酸含量以及超氧陰離子的含量可作為衡量植物抗冷性的重要指標。作為膜脂過氧化代謝產物的MDA，在植物遭遇冷害的過程中會迅速積累，其積累量的增多會導致細胞受到毒害；在MDA積累的同時細胞內的另一代謝產物活性氧的含量也會隨著脅迫時間的延長而上升，當其含量過多時首先會損傷細胞膜系統，嚴重時甚至導致細胞的死亡[6]。湯章城認為，植物在低溫條件下會積累大量脯氨酸，因其溶解度較高，可作為細胞內重要的滲透調節物質，因此，植物體內脯氨酸含量的增高是對冷害的適應性反應[7]。前人對冷害的研究多集中于將植株直接置于一個恒定的低溫環境中，而忽視了實際生產中溫度的降低是個逐漸下降的過程，并不是直接就下降到脅迫溫度。于錫宏等對漸降低溫脅迫過程中保護酶活性的變化規律研究發現，在漸降低溫脅迫后，植物體內的一些保護酶（如SOD、POD和CAT）的活性會迅速增強，有利于自由基的清除，從而可以減輕黃瓜幼苗所受到的傷害[8]。

在前人的研究中，有關間歇降溫處理（即漸降低溫處理）對黃瓜耐冷性方面的研究較少。為此，本試驗通過間歇降溫的方法模擬自然界溫度逐漸下降的過程，研究間歇降溫過程中黃瓜幼苗體內丙二醛含量、脯氨酸含量、超氧陰離子含量的變化規律，探討間歇降溫處理對黃瓜幼苗抗冷性的影響，旨在為今后研究黃瓜冷害的緩解機制提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

本試驗于2013—2014年在東北農業大學園藝設施中心及蔬菜設施工程與環境調控實驗室進行了2年重復試驗。選用黃瓜品種津優1號（天津科潤黃瓜研究所研制）為試材。

1.2試驗方法

將催芽的黃瓜種子進行播種育苗，待子葉展平時分苗于8 cm×8 cm營養缽中，置于日光溫室內，晝溫/夜溫=（25±1） ℃/（17±1） ℃，常規方法管理。幼苗長至3葉1心時，將幼苗放置于LRH250-G型光照培養箱中進行以下3組試驗：第1組幼苗模擬自然界間歇降溫的過程進行處理（F1），即將初始溫度設置為（25±1） ℃開始進行間歇降溫，設定平均下降1 ℃/h的速度降至（10±1） ℃，之后按照晝溫/夜溫=（10±1） ℃/（5±1） ℃的溫度條件進行低溫脅迫處理；第2組幼苗為直接降溫對照（CK1）試驗，即從初始溫度（25±1） ℃ 直接置于已調試好的（10±1） ℃的光照培養箱中，之后同樣按照晝溫/夜溫=（10±1） ℃/（5±1） ℃的溫度條件進行低溫脅迫處理；第3組幼苗為常溫對照（CK）試驗，溫度設定為晝溫/夜溫=（25±1） ℃/（17±1） ℃，3組試驗于 19：00 同時進行處理，其間每日19：00至翌日07：00為黑暗處理時間，其余時間為光照處理時間，光照時間均為12 h/d，連續處理8 d，光照度為 4 000 lx。每組試驗進行3次重復，每次重復70株，其中在低溫脅迫2、4、6、8 d 選取相同的30株黃瓜幼苗對冷害指數進行記錄，同時在0（田間苗）、2、4、6、8 d 在剩余幼苗中隨機取樣測定耐冷性相關指標，取樣方式為整株混合取葉法。

1.3測定指標

冷害指數參照王麗麗的考察標準[9]，分為5級：0級，葉片正常未受冷害；1級，僅有少數葉片邊緣有輕度的皺縮萎蔫；2級，約50%的葉片萎蔫死亡，主莖沒有死亡，恢復室溫后可以長出新葉；3級，約50%的葉片萎蔫死亡，主莖死亡；4級，植株全部死亡。

冷害指數=（1×S1+2×S2+3×S3+4×S4+5×S5）/（低溫處理總植株數×5），式中S為每一級冷害的植株數。

丙二醛含量的測定采用硫代巴比妥酸比色法[10]；脯氨酸含量的測定采用茚三酮比色法[11]；超氧陰離子產生速率的測定采用羥氨氧化法[12]。

試驗數據處理采用 Office，方差分析采用Duncans multiple-range test。

2結果與分析

2.1間歇降溫對黃瓜幼苗冷害指數的影響

圖1表明，間歇降溫處理對冷害指數有明顯影響。間歇降溫處理F1和直接降溫對照CK1在低溫脅迫處理過程中，隨著處理時間的延長冷害指數顯著增加，處理F1和對照CK1的冷害指數均在8 d時達到最大值，但處理F1的冷害指數在測定的各個時期內均顯著低于對照CK1。

[FK（W12][TPLTT1.tif]

2.2間歇降溫對黃瓜幼苗丙二醛含量的影響

[JP3]圖2表明，間歇降溫處理對黃瓜幼苗的丙二醛含量有明顯影響。在處理的8 d內，間歇降溫處理F1和直接降溫對照CK1植株體內丙二醛含量均隨著處理時間的延長而上升，常溫對照CK在處理過程中基本保持不變。在低溫脅迫2、4、6、8 d，直接降溫對照CK1的黃瓜幼苗中丙二醛含量均顯著高于間歇降溫處理F1，但二者在6 d和8 d時都顯著高于常溫對照CK。

2.3間歇降溫對黃瓜幼苗超氧陰離

[JP2]產生速率以及脯氨酸含量均顯著低于直接降溫對照CK1。在低溫脅迫的8 d內，隨著處理天數的延長間歇降溫處理F1與直接降溫對照CK1黃瓜幼苗超氧陰離子產生速率和脯氨酸含量不斷增加，且都在8 d時達到最大值，常溫對照CK在處理過程中基本保持不變。從低溫脅迫2 d開始，間歇降溫處理F1均顯著低于直接降溫對照CK1，二者均顯著高于常溫對照CK。

3討論與結論

低溫馴化就是通過低溫鍛煉的手段來提高植物耐寒性的適應過程[13]。李明玉等認為，植物在低溫馴化的過程中伴隨著許多生理生化代謝反應，如酶活性的提高、滲透調節物質的增加、可溶性蛋白的積累等，生理生化代謝的改變會對細胞產生保護作用[14]。SOD等酶活性的提高有助于細胞膜上活性氧（ROS）的清除，使代謝達到平衡，降低組織電解質滲出率，防止丙二醛的積累損傷細胞膜，同時可溶性糖和脯氨酸等物質大量積累，有利于維持細胞結構，對低溫脅迫下的黃瓜幼苗起到保護作用，蛋白質作為親水性膠體，可防止逆境下細胞膜脫水造成的傷害，增強其在逆境下的耐受能力，提高其抗低溫的能力。本試驗利用間歇降溫的方法模擬自然界逐漸降溫的過程，使黃瓜幼苗在冷害到來之前處于一個低溫鍛煉過程中，在該過程中黃瓜幼苗產生許多生理生化反應，與直接降溫相比，丙二醛含量、脯氨酸含量和超氧陰離子產生速率均較低，冷害指數也顯著低于直接降溫對照，說明間歇降溫處理是黃瓜幼苗逐漸進行低溫鍛煉的過程，通過間歇降溫處理的方法，能有效地緩解黃瓜幼苗在低溫脅迫下所受到的傷害。

總之，與常溫對照CK相比，間歇降溫處理F1的黃瓜幼苗經低溫脅迫后，丙二醛含量、脯氨酸含量和超氧陰離子產生速率均隨處理天數的增加有不同程度的提高，都在8 d時達到最大值。而和直接降溫對照CK1相比，間歇降溫處理F1從低溫脅迫2 d開始，在各測定時間內，這幾項指標均顯著低于直接降溫對照CK1，說明間歇降溫處理在一定程度上對黃瓜幼苗受到的低溫脅迫起到了緩解作用，增強了其在逆境下抵御低溫的能力。

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