低溫脅迫對嫁接苦瓜幼苗滲透調節物質的影響

鄒凱茜　商桑　田麗波　朱國鵬　周萌萌　潘瓊玉　曾麗萍

摘 要 為研究低溫脅迫對苦瓜嫁接苗滲透調節物質的影響，以中原共榮與苦砧2號2個南瓜品種作為砧木與翠柳2號苦瓜分別靠接的嫁接苗為試材，對照采用苦瓜自根苗，使用人工氣候培養箱進行低溫處理，對低溫下兩種不同砧木嫁接苗的冷害指數及可溶性蛋白、游離脯氨酸、可溶性總糖、葡萄糖、果糖、蔗糖含量的變化進行測定。結果顯示：在低溫脅迫下，嫁接苗的冷害指數極顯著低于自根苗，說明嫁接可以緩解幼苗所受的低溫傷害。在冷脅迫期間，可溶性蛋白、游離脯氨酸以及可溶性總糖嫁接苗顯著高于自根苗；在冷脅迫前期，嫁接苗葡萄糖含量顯著高于自根苗；果糖含量嫁接苗與對照差異不顯著；蔗糖含量在低溫脅迫過程中，嫁接苗均顯著高于自根苗。苦砧2號在可溶性蛋白，游離脯氨酸以及可溶性糖的含量上均高于中原共榮，綜合表現上苦砧2號的抗冷性優于中原共榮以及自根苗，說明嫁接苗在低溫脅迫時能有效地提高此3類滲透調節物質含量，以此提高苦瓜幼苗的耐冷性，而在冷脅迫前期正向響應的可溶性糖中的主要成分是葡萄糖，蔗糖在整個耐冷脅迫期間均表現了正向作用。

關鍵詞 低溫脅迫；苦瓜；嫁接；滲透調節物質

中圖分類號 S642.5 文獻標識碼 A

Abstract In order to screen cold-resistant stocks and solve the problem of poor cold resistance in bitter gourd production， the effects of low temperature stress on the osmotic solutes of grafted seedlings of bitter gourd were studied. Bitter gourds cultivar-Chui-liu 2 was used as the scion， Pumpkin cultivar-Bitter Anvil 2 （BA） and Zhongyuan Gongrong （ZG） were used as the rootstock， the self-rooted seedlings of bitter gourd was used as the control in an artificial climate incubator at low temperature. The chilling injury index， soluble protein， free proline， soluble total sugar， glucose， fructose and sucrose content of the grafted seedlings under low temperature were measured. The results showed that under low temperature stress， the chilling injury index of the grafted seedlings was significantly lower than that of self-rooted seedlings， indicating that grafting could alleviate the cold damage. During cold stress， soluble protein， free proline and total soluble sugar were significantly higher than that of self-rooted seedlings. In the early stage of cold stress， the content of glucose in the grafted seedlings was significantly higher than that of self-rooted seedlings， and the content of sucrose of the grafted seedlings was significantly higher than that of the control. The content of soluble protein， free proline and soluble sugar of BA were higher than that of ZG. The content of soluble protein， free proline and soluble sugar of BA was higher than that of ZG. The comprehensive performance of cold tolerance of BA was better than that of ZG and self-rooted seedlings， indicating that grafted seedlings in cold stress could effectively improve the content of the three osmotic adjustment substances， thereby increasing chilling tolerance. However， the main component of soluble sugar that responded positively to cold stress was glucose， and sucrose showed a positive effect during the whole cold-tolerant stress.

Keywords low temperature stress； bitter gourd； graft； osmotic solutes

DOI 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.08.010

苦瓜（Momordica charantia L.）又名癩葡萄、涼瓜等，原產于東印度熱帶地區的葫蘆科苦瓜屬植物[1]。苦瓜極富營養價值與藥用價值，與其他蔬菜作物相比，苦瓜的維生素C含量較突出[2]。早年有研究提出，苦瓜含有的某種物質對于艾滋病防治具有重要作用。正是由于其獨具一格的風味以及極高的營養價值，苦瓜產業在我國發展迅速，近年來，調查顯示全國各地的栽培總面積逐年增加[3-5]。苦瓜是喜光植物，耐熱性強，耐寒性弱，在冬春季節種植時，若遭遇連續低溫弱光，容易受到脅迫發生冷害，使苦瓜減產，導致瓜農遭受嚴重經濟損失。

在低溫脅迫下，植物的自身會產生對逆境的適應性反應，如滲透調節，參與滲透調節的物質種類有很多，其中可溶性糖、可溶性蛋白質、游離脯氨酸等含量會發生變化，保持植物細胞原生質與環境的滲透平衡以適應逆境[6]。孫奉良[7]提出：冷害脅迫下，苦瓜冷害指數、脯氨酸含量在供試材料間有顯著差異，與耐冷性有相關性。楊靜[8]研究了苦瓜在不同夜間低溫下，丙二醛含量、葉片水勢的變化關系。程世強等[9]研究了低溫脅迫下，苦瓜成苗脯氨酸和可溶性糖含量變化規律：游離脯氨酸與可溶性糖含量多少與苦瓜耐低溫能力存在相關性。李小安[10]提出，提高游離脯氨酸和可溶性糖的絕對含量可以減輕低溫脅迫對植株的傷害。劉祖祺[11]提出，植物體內可溶性蛋白含量升高對抗冷性有正向作用。和紅云等[12]對低溫脅迫下甜瓜的一些主要滲透調節物質的變化進行了測定，結果表明，一定程度下，甜瓜可溶性蛋白含量與抗寒性呈正比。

嫁接作為一項現代蔬菜增產、改良品質的措施，廣泛應用于瓜類生產中。對于蔬菜生產，其作用效果有防病、早熟、增產以及增收[13]，可以達到增強植物的抗旱性、抗病性[14]、耐鹽性[15-16]，減少細菌、真菌、病毒的感染、促進蔬菜生長發育的目的，具有提高品質等優點。嫁接后，植株的抗逆性增強[17-20]。國內外學者對苦瓜嫁接苗的低溫脅迫響應進行了一些研究，但對滲透調節物質，尤其是可溶性糖中的蔗糖、葡萄糖、果糖研究較少。

本研究主要研究低溫脅迫下，不同砧木嫁接苦瓜幼苗、自根苗的冷害指數以及滲透調節物質對低溫響應的動態變化，分析低溫脅迫下嫁接對苦瓜幼苗滲透調節物質的影響，為進一步研究苦瓜嫁接苗的耐冷機理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

接穗品種：翠柳2號苦瓜，品質優良，豐產，不耐冷；來源于海南大學熱帶農林學院苦瓜研究組。砧木品種：苦砧2號、中原共榮，均為南瓜品種；來源于海口市金玉華種子公司。

1.2 方法

本研究前期工作如幼苗培育及嫁接于海南大學熱帶農林學院教學基地鋸齒型連棟溫室內進行，催芽、后期低溫處理以及指標測定于設施實驗室內進行。精選苦瓜種子于2015年12月8日，中原共榮、苦砧2號種子于12月11日進行溫湯浸種，浸泡6 h，將種子均勻放置于培養皿中，在30 ℃左右環境下催芽至露白，播種到50孔穴盤中。基質配方采用草炭：珍珠巖：蛭石：椰糠= 2：2：2：1，拌基質時撒入多菌靈粉劑對基質消毒。

當砧木長出一葉一心，接穗子葉剛展平時，采用靠接法嫁接。嫁接前準備：50孔穴盤、9 cm育苗缽（其中盛有消毒有機基質），并澆透底水。接前噴灑72.2%普力克水劑600～800倍液（混農用鏈霉素400萬倍液），至葉片滴水。光溫條件：嫁接時適當遮光，溫度20～25 ℃。嫁接工具用醫用酒精消毒。

嫁接：采用靠接法[21]進行嫁接—固定—斷根。

嫁接后管理：立即放入不透光環境，保持空氣濕潤；前3 d全遮光、防直射陽光；3 d以后去掉部分遮陽網，增加散射光；斷根1周左右揭去遮陽網。

嫁接苗成活后，長至3葉1心時，選取長勢基本相同的苦瓜自根苗、兩種砧木嫁接苗轉移至光照培養箱[晝夜溫度為28 ℃/20 ℃，光期/暗期為14 h/10 h，光照強度為120 μmol/（m2 s）]中預培養2 d，隨后進行低溫實驗處理。除處理晝夜溫度為8 ℃/8 ℃外，濕度、光期/暗期和光強與預培養相同。處理：中原共榮嫁接苗（中原共榮為砧木，翠柳苦瓜為接穗）、苦砧2號嫁接苗（苦砧二號為砧木，翠柳苦瓜為接穗）、自根苗為對照（CK），每個處理30株，重復3次，隨機區組設計。

在低溫脅迫的0、1、2、3、5 d時分別測定各個指標。冷害指數統計參照王孝宣等[22]的標準進行分級，每處理取20株進行統計，最后計算冷害指數；酸性茚三酮比色測定脯氨酸含量。考馬斯亮藍G-250染色測定可溶性蛋白質含量，蒽酮比色測定可溶性總糖、果糖、葡萄糖、蔗糖，均參照李合生[23]實驗指導。各處理隨機挑選3株，從各株上選取相同葉齡的葉片，避開主葉脈，剪取葉片混合后稱取目標質量進行指標測定。

1.3 數據統計及分析

數據采用Microsoft Excel進行統計，用SPSS 17.0軟件按照Duncan新復極差法分析統計結果的差異顯著性，t檢驗分析低溫處理的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對不同砧木苦瓜嫁接苗冷害指數的影響

由表1可知，在低溫脅迫期間2個嫁接苗的冷害指數均極顯著低于自根苗。其中低溫脅迫1 d時苦砧2號、中原共榮嫁接幼苗無冷害癥狀，而自根對照苗冷害指數達21.01%；低溫脅迫1 d以后，各處理苦瓜苗的冷害指數均逐漸升高。第5天時冷害指數最小的是苦砧2號嫁接苗，僅為8.54%，最高的為自根苗，冷害指數達到了43.32%。根據各處理的平均冷害指數的差異，各幼苗表現耐冷性強弱的順序依次為：苦砧2號>中原共榮>自根苗。

2.2 低溫脅迫對可溶性蛋白的影響

由圖1可知，0 d時，嫁接苗可溶性蛋白含量高于自根苗，但差異不顯著；嫁接苗在1～3 d內平穩上升，均在第3天達到峰值，嫁接苗與自根苗存在極顯著差異，其中可溶性蛋白質含量與0 d相比，中原共榮增長了32%，苦砧2號增長了33%；3 d之后開始下降，自根苗的可溶性蛋白含量在0～1 d略有上升，之后呈下降趨勢。說明苦瓜在冷脅迫下前期，此2種砧木嫁接苦瓜幼苗均可顯著提高苦瓜可溶性蛋白含量以響應低溫脅迫。

2.3 低溫脅迫對游離脯氨酸含量的影響

由圖2可知，低溫處理0 d時，苦砧2號嫁接苗脯氨酸含量顯著高于自根苗，中原共榮略高于自根苗，但無顯著差異。自根苗與嫁接苗的脯氨酸含量在低溫脅迫前期均表現為上升，處理第3天達到峰值，與0 d相比，自根苗增長了18%，中原共榮增長了56%，苦砧2號增長了77%，嫁接苗均極顯著高于自根苗，其中苦砧2號顯著高于中原共榮。由此可見，嫁接提高了苦瓜幼苗在低溫脅迫下葉片的脯氨酸含量。

2.4 低溫脅迫對可溶性總糖含量的影響

由圖3可知，低溫處理0 d時，可溶性總糖含量中原共榮>自根苗>苦砧2號，但無顯著差異。苦瓜幼苗的可溶性總糖含量在低溫脅迫后均上升，其中自根苗在1 d時含量最高，嫁接苗在第2天時達到最大值，隨后下降；達最大值時與0 d相比，中原共榮增長26%，苦砧2號增長13%，低溫脅迫過程中，各嫁接苗的總糖含量均高于自根苗。說明嫁接苦瓜可以提高葉片中可溶性總糖含量以響應低溫脅迫。

2.5 低溫脅迫對果糖含量的影響

由圖4可知，低溫脅迫0 d時，嫁接苗和自根苗無顯著差異，低溫脅迫1 d時，各處理果糖含量變化不大，隨脅迫時間延長，各處理果糖含量增加，到第2天時，自根苗果糖含量達到峰值，第3天時嫁接苗含量達到峰值，嫁接苗與自根苗差異達到顯著水平，第5天時無顯著差異。說明苦瓜嫁接苗的果糖含量在低溫脅迫下各處理間隨時間變化量較小，總的趨勢是先緩慢上升再逐漸下降。

2.6 低溫脅迫對葡萄糖含量的影響

由圖5可知，低溫處理0 d時，葡萄糖含量順序依次為苦砧2號>中原共榮>自根苗，但無顯著差異。所有處理的葡萄糖含量在低溫脅迫后上升，自根苗與苦砧2號在2 d、中原共榮在3 d時達到最大值，在3～5 d嫁接苗有一個驟降，在第2～3天，嫁接苗的葡萄糖含量顯著高于自根苗。達峰值時，與0 d相比，自根苗葡萄糖含量增幅為16%，苦砧2號的增幅為63%，中原共榮的增幅為57%。說明在冷脅迫前期，嫁接苗通過迅速提高葉片的葡萄糖含量來響應冷脅迫。

2.7 低溫脅迫對蔗糖含量的影響

由圖6可知，低溫處理0 d時，蔗糖含量苦砧2號>中原共榮>自根苗，自根苗和嫁接苗有極顯著差異。嫁接苗的蔗糖含量變化趨勢為：在低溫脅迫前2 d中上升并達峰值，隨后下降，自根苗在1 d時蔗糖含量高于0 d，2～5 d中持續下降，其中第2天苦砧2號蔗糖含量極顯著高于中原共榮，中原共榮嫁接苗的下降速率小于苦砧二號，中原共榮處理蔗糖含量在第3天與第5天無明顯差異，自根苗極顯著低于嫁接苗。苦瓜嫁接苗能夠提高幼苗葉片中的蔗糖含量抵御低溫脅迫。

3 討論

低溫脅迫下植物會在細胞質內積累大量的滲透調節物質，有機滲透調節物質又叫相容溶質，包括游離脯氨酸、可溶性糖、滲透調節蛋白、甜菜堿等，它們在較高濃度下也不會對細胞形成毒害作用，并且可以保護代謝及酶類物質[24]。

葉片冷害指數能直觀地反映低溫脅迫對幼苗葉片的傷害程度[21]。本研究表明，在低溫脅迫的各天中，嫁接苗耐冷性極顯著高于自根苗，其中苦砧2號的耐冷性極顯著高于中原共榮嫁接苗。說明選用耐冷性好的砧木品種嫁接苦瓜可以增強苦瓜植株抵御低溫脅迫的能力。這與張娟[25]、劉慧英[24]等的研究結論一致。

在低溫脅迫下，可溶性蛋白的親水性強，可溶性蛋白含量升高，能增強細胞持水力，提高植物抗性[26]。可溶性蛋白含量變化與酶活性變化密切相關[27]，此研究耐冷性較強的嫁接苗可溶性蛋白含量顯著高于自根苗。由此可見，可溶性蛋白的積累與耐冷性呈正相關。

脯氨酸作為一類重要的滲透調節物質，已知在逆境下，游離脯氨酸含量會大量上升[28-30]，其中抗逆性強的品種游離脯氨酸含量上升更迅速[31]，受脅迫前期嫁接苗脯氨酸積累，用以調節植物細胞滲透平衡，達到保護細胞質中的酶的作用[27]。本研究結果表明，在冷害脅迫前3 d各處理的游離脯氨酸含量均上升，其中嫁接苗增幅顯著高于自根苗，與前人研究結果一致[9， 32]，說明嫁接可以顯著改善苦瓜幼苗的滲透調節能力，顯著提高其耐冷性。

已知零上低溫脅迫，耐冷性強的品種可溶性糖含量增加更多，細胞水勢降低，細胞抗脫水能力增強，抗性增強[25]。糖濃度變化與植物內源ABA形成相關，其達到臨界水平便可作信號使植物體內ABA增加[32]。ABA可以改善植物對逆境的適應，增強生長活性，間接誘導蛋白質的合成，具有有益的生理促進作用，可提高植物抗寒能力[33-35]。本研究表明，嫁接苗可溶性總糖含量均高于自根苗，嫁接苗之間無顯著差異，表現出高于對照的抗冷性；進一步測定葡萄糖、果糖、蔗糖的含量，初步測驗這3種可溶性糖含量與耐冷性的相關性，其中葡萄糖與蔗糖含量變化趨勢與總糖變化趨勢相同，苦砧2號極顯著高于自根苗與中原共榮嫁接苗，果糖含量只在第3天與自根苗存在顯著差異，其余有差異但無顯著差異，研究可溶性糖組分與耐冷性的研究較少，各種機制需要進一步探索。

綜上所述，通過嫁接的方式，選用耐冷性好的砧木，可促進苦瓜幼苗在低溫脅迫下以一定速率積累葡萄糖、果糖、蔗糖、可溶性總糖、可溶性蛋白、脯氨酸等滲透調節物質，使細胞內環境維持穩定，減小低溫對苦瓜幼苗造成的傷害，提高自身對逆境的適應。而在冷脅迫前期正向響應的可溶性糖中的主要成分是葡萄糖，蔗糖在整個耐冷脅迫期間均表現了正向作用。

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