黃瓜植株對高溫悶棚的生理響應

張紅梅，金海軍*，楊學科，丁小濤，崔佳維，卜立君，余紀柱**

（1上海市設施園藝技術重點實驗室，上海市農業科學院設施園藝研究所，上海201403；2 232152部隊，石家莊050081；3上海孫橋溢佳農業技術股份有限公司，上海201210）

植物誘導抗病性的研究工作始于20世紀50年代，隨著植物誘導抗病性研究的不斷發展，物理誘導因子因具有安全、應用方便的特點受到人們的重視，尤其以生態因子作為誘導因子的抗病性研究倍受關注［1］。研究發現，某些生態壓力，如高溫、高濕、低濕等條件可以誘導寄主植物的系統抗病性（ISR）［2-5］。在黃瓜生產中高溫悶棚是生態防治中最具有代表性、成效最明顯的方法。目前，關于高溫悶棚防治黃瓜病蟲害方面的研究已有一些報道。王其枝等［6］認為，使棚內溫度達到38—52℃，可抑制病害的發生和危害，并可消滅害蟲。Stermer等［7］曾用短暫熱擊法誘導黃瓜黃化苗及正常黃瓜苗對黃瓜黑星病（Cladosporium cucumerinumEll.et Arth.）的抗性，黃瓜幼苗經50℃水浴40—50 s后，抗病性明顯增強。張富榮等［8］研究認為，在日光溫室高水肥管理的條件下，高溫悶棚對黃瓜白粉病的發生有一定的抑制作用。以上研究都集中在高溫悶棚的方式方法以及防治效果上，而對植物生長過程中通過環境條件及生態壓力的調控來激發其自身抗病性反應機制的研究較少，因而限制了生態防治在病害防治中的應用。本試驗在黃瓜耐高溫研究的基礎上，對高溫悶棚條件下黃瓜植株的光合參數、生理指標以及病害變化情況進行研究，以期為生態防治方法更好地應用于田間生產提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

大棚所種黃瓜品種為‘春秋王2號’，歐洲類型短黃瓜，由上海市農業科學院設施園藝研究所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 育苗及定植

試驗于2015年9—12月在上海市農業科學院莊行綜合試驗站的兩個塑料大棚中進行。大棚為南北走向，鋼骨架結構，棚高2.3 m，寬8 m，長40 m，PE膜，薄膜厚度0.10 mm，使用期1年。每棚作5畦，畦面和畦溝全部鋪上黑色地膜，地膜下鋪滴灌管進行水分管理。9月1日將飽滿的黃瓜種子直播于50孔穴盤中，育苗基質為草炭∶蛭石∶珍珠巖＝7∶2∶1。9月9日幼苗長到1葉1心時定植到大棚中，緩苗后采用膜下滴灌方式進行澆水，保證每次每棚滴水時間一致，其他按常規方法管理。

1.2.2 高溫悶棚方法

2015年10月12日（晴朗天氣）上午9：00（室外溫度達到20℃）進行悶棚，黃瓜植株處于開花結果前期。將其中一個棚進行高溫悶棚，悶棚前打開滴灌澆足水，并在壟溝上灑水，在大棚中部距離地面0 m、1 m、1.5 m、2 m的位置各放置一個溫濕度記錄儀（WS-TH，杭州微松環境科技有限公司），將大棚卷簾和進出門關閉，大棚內最高溫度控制在45—50℃，持續2 h后，逐漸通風降溫。另外一個棚正常管理作為對照。

1.2.3 測定項目及方法

在悶棚前9：00、悶棚結束時11：30、悶棚后當天下午1：00、恢復1 d、恢復2 d和恢復3 d后的9：00取葉片（生長點下第6片葉）-80℃保存，用來測定各項生理指標。利用LI-6400光合儀（美國LI-COR公司）測定黃瓜葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間 CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）（悶棚結束時11：30不測），測定時光照強度約為30 000 lx，CO2濃度為（400±10）μL·L-1；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性、抗壞血酸過氧化物酶（APX）的測定參照吳雪霞等［9］的方法?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮藍G250法測定［10］，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定［10］，脯氨酸含量采用磺基水楊酸提取法測定［10］。

悶棚前1天和悶棚后第5天調查霜霉病和白粉病的病情指數。

霜霉病嚴重度分級標準［11］。0級：無病斑；1級：有微小病斑，其直徑小于0.5 cm，病葉占全株真葉數的10%以下；2級：病斑黃化面積占整個葉面積的1/2以下，壞死斑占1/3以下，病葉占全株真葉數的10%—25%；3級：壞死斑面積占整個葉面積1/3—2/3，病葉占全株真葉數的25%—50%；4級：壞死斑面積占整個葉面積2/3以上，病葉占全株真葉數的50%以上，病葉大部分枯黃，全株枯死。

霜霉病病情指數＝Σ（每個病級植株數量×級別數量）/（總植株數量×發病最高級別數量）×100。

黃瓜白粉病嚴重度分級標準［12］。0級：無病斑；1級：有少數抗病型病斑；2級：有多數抗病型病斑或感病型病斑，占葉面積1/3以下；3級：感病型病斑面積占葉面積1/3—1/2；4級：感病型病斑面積占葉面積1/2—2/3；5級：感病型病斑面積超過葉面積2/3，葉片干枯。

白粉病病情指數＝Σ（每個病級植株數量×級別數量）/（總植株數量×發病最高級別數量）×100。

每個指標測定重復3次，取平均值。數據采用Excel2003軟件進行處理，用OriginPro 8.0軟件進行繪圖，用SPSS 20.0統計軟件進行方差分析和Tukey多重比較。

2 結果與分析

2.1 高溫悶棚期間大棚內空氣溫度變化情況

從圖1可以看出，高溫悶棚時，大棚上部的空氣溫度高于下部，地表溫度最低。從上午9：00開始悶棚，9：30棚內2 m處空氣溫度達到40.5℃，地表溫度為35.9℃。10：00—11：30，大棚內2 m處（生長點位置）空氣溫度一直保持在49℃—50℃，1 m和1.5 m處空氣溫度也達到了40℃以上。11：30開始，對大棚東、西風口開放小口（20 cm風口），12：30逐步將風口開放至最大進行通風。空氣溫度逐漸下降，12：30時降到41℃。從9：30—11：30，大棚溫度維持在40—50℃。

圖1 高溫悶棚期間大棚內空氣溫度變化Fig.1 Change of air temperature in greenhouse during high temperature control

2.2 高溫悶棚對黃瓜植株葉片光合參數的影響

由圖2A可知，進行高溫悶棚的大棚中黃瓜植株葉片的Pn值與對照相比均有所降低，悶棚結束后當天下午測得的Pn值最低，只有14.46μmol·m-2·s-1，下降了10.86%，與對照相比差異顯著?；謴?—3 d后，Pn有所回升，第3天的Pn值與對照無顯著差異。處理棚黃瓜植株葉片的Gs在悶棚后高于對照棚，差異顯著，說明植株在高溫下增大了氣孔導度，以帶走更多的熱量（圖2B）。處理棚和對照棚Ci值的變化無顯著差異（圖2C）。處理棚的蒸騰速率Tr在悶棚結束后當天下午低于對照棚，兩者差異顯著；恢復1 d后Tr值最高，處理和對照間無顯著差異；而恢復2 d和3 d后的數值較低，這與當時的太陽輻射和棚內溫度有關（圖2D）。

圖2 高溫悶棚對黃瓜植株葉片光合參數變化的影響Fig.2 Effects of high temperature control on photosynthetic parameters of cucumber leaves

2.3 高溫悶棚對黃瓜植株葉片抗氧化酶活性的影響

從圖3可以看出，處理棚黃瓜植株葉片的POD、CAT和APX活性在悶棚當天以及恢復1 d時均高于對照棚，且差異顯著（恢復1 d的CAT值除外）。處理棚黃瓜植株的POD和APX活性在恢復1 d后達到最高值，分別為0.867μmol·mg-1·min-1FW和0.199μmol·mg-1·min-1FW，比對照增加了122.05%和26.75%。CAT活性在悶棚當天13：30達到最高值0.013μmol·mg-1·min-1FW，比對照增加了85.71%（圖3B）。SOD活性變化幅度不大，在悶棚當天13：30和恢復1 d后活性稍高于對照，差異不顯著，之后有所下降（圖3D）。

圖3 高溫悶棚對黃瓜植株葉片抗氧化酶活性變化的影響Fig.3 Effects of high temperature control on the activities of antioxidant enzymes of cucumber leaves

2.4 高溫悶棚對黃瓜植株葉片脯氨酸和丙二醛含量的影響

從圖4A可以看出，高溫悶棚后，黃瓜植株葉片中的脯氨酸含量增加，悶棚當天下午以及恢復1 d和3 d時，分別比對照增加了9.69%、9.85%和57.38%，差異顯著。丙二醛含量在悶棚當天13：30增加最多，比對照高25.58%，差異顯著，其他時間與對照差異不明顯（圖4B）。

圖4 高溫悶棚對黃瓜植株葉片脯氨酸和MDA含量變化的影響Fig.4 Effects of high tem perature control on the content of proline and MDA of cucumber leaves

2.5 高溫悶棚前后大棚內黃瓜霜霉病和白粉病病情指數的變化

從表1可以看出，悶棚前，對照棚黃瓜植株有白粉病和霜霉病，處理棚只有霜霉病。悶棚后兩個棚的病情指數均有所增加，但處理棚增加的幅度明顯小于對照棚。悶棚后處理黃瓜棚霜霉病病情指數增加29.20%，比對照棚減少37.44%，白粉病病情指數增加28.64%，比對照棚減少26.89%。由此看見，高溫悶棚對黃瓜霜霉病和白粉病的防治具有一定效果。

表1 高溫悶棚前后大棚內黃瓜霜霉病和白粉病的病情指數Table 1 Disease index of downy m ildew and powdery m ildew of cucumber before and after high tem perature treatment in greenhouse

3 結論與討論

高溫悶棚時，棚內溫度與棚外氣溫有關。當棚外氣溫低于15℃時，棚內最高溫度達不到46.0—48.5℃，對黃瓜霜霉病、白粉病、細菌性角斑病基本上沒有抑制效果［13］。本試驗是當棚外氣溫達到20℃時，開始進行悶棚，從10：00到11：30，棚內生長點處的溫度處于49—50℃。如果超過50℃的時間持續2 h以上，部分植株嫩葉會出現萎蔫現象，對植株造成一定傷害［13］。因此，悶棚過程中要時刻對溫度進行監測，尤其是生長點處的氣溫，以確保植株的安全。

光合作用是植物合成有機物質和獲得能量的根本源泉［14］。溫度是影響植物光合作用的一個很重要的因子。郝婷等［15］研究認為，高溫處理后黃瓜葉片光合速率明顯降低。如果光合速率的降低伴隨著氣孔導度和細胞間隙CO2濃度的降低，就說明是氣孔導度降低限制了外界CO2通過氣孔進入細胞間隙，并進一步降低了光合速率，屬于氣孔限制。但是，有時也會出現光合速率降低而細胞間隙CO2濃度保持恒定的情況，這仍屬于氣孔限制，其原因是氣孔發生了不均勻關閉［16］。許多試驗已證實了這一現象［17-18］，本試驗結果也屬于第二種情況，進行高溫悶棚的大棚中黃瓜植株葉片的凈光合速率有所降低，但細胞間CO2濃度變化不大。

研究發現，短時間高溫處理黃瓜后，可誘導其體內產生一系列的抗病性反應，這些反應體現在一系列生理生化指標的變化上［19］。SOD、POD、CAT、APX等抗氧化酶類在植物體內具有協同作用，在脅迫條件下能夠清除過量的自由基，維持代謝的平衡，從而使植物在一定程度上忍耐、減輕或抵御脅迫傷害［2］。前人研究發現，甜椒［20］、甜瓜［21］及黃瓜［22］在高溫處理后 SOD、POD、CAT和 APX活性增加。張富榮等［8］研究認為，高溫悶棚后黃瓜植株通過提高抗氧化酶活性來增加對白粉病的抗性。本研究中高溫悶棚后黃瓜植株葉片中的POD、CAT和APX活性增加明顯，SOD稍有增加，脯氨酸和丙二醛的含量也高于對照，說明短時間的高溫提高了植株體內的抗氧化酶活性。當植物受到病原物侵染時，植物可以識別入侵的病原體，啟動體內一系列的防御反應，以減緩或抑制病原物的擴散或再侵染，活性氧迸發是植物對病原菌應答的最早期反應之一［23］，而防御酶可以清除這些活性氧。丙二醛含量的增加說明熱脅迫引起的膜脂過氧化作用破壞了質膜結構，而游離脯氨酸具有調節滲透及保護細胞膜結構的作用，植物在逆境條件下游離脯氨酸的積累將會提高植物對逆境的忍耐力或適應力［24］。本研究中進行高溫悶棚的大棚中黃瓜植株白粉病和霜霉病的病情指數與對照相比明顯下降，說明高溫悶棚對病害的防治具有一定效果，這與許多研究報道相一致［2，6，8，13］，也充分證明了高溫誘導處理激發了植株體內一系列抗病過程，從而降低了病菌對植株的侵害。

綜上所述，高溫悶棚可以通過提高植株防御酶活性和滲透調節物質含量，有效清除活性氧，降低膜脂過氧化傷害，從而增強植株對病菌的抵抗能力。因此，在實際生產中，可以利用生態壓力激發植株的系統抗病性。每茬黃瓜高溫悶棚次數應視病蟲發展和作物生長狀況而定，每次間隔12—15 d為宜。一般來說，高溫悶棚3次后，黃瓜霜霉病和白粉病得到控制。