高溫高濕脅迫對黃瓜產(chǎn)量形成的影響機理*

楊 立，楊再強,2**，陸思宇 ，張源達，鄭 涵

（1．南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044；2．江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點實驗室，南京 210044）

黃瓜（Cucumis sativus L.）是葫蘆科一年生草本植物，原產(chǎn)于熱帶，喜溫喜濕，雌雄同株，是中國設(shè)施栽培面積最大的蔬菜。因其栽培簡單，口感清脆，所以備受大眾喜愛，黃瓜還具有保健、美容等功能，越來越受到人們的重視[1]。作為一種喜溫但不耐熱的蔬菜，黃瓜種植的適宜溫度為25～30℃[2]，當溫度超過35℃，黃瓜葉片就會受害，黃瓜葉片的類囊體膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的臨界溫度在40～50℃[3]。目前，黃瓜廣泛分布于中國南方各地，越夏栽培黃瓜的苗期和生長期正值炎熱多雨的夏季，因此栽培時深受高溫高濕復(fù)合災(zāi)害的影響[4]。

當前，關(guān)于高溫高濕復(fù)合災(zāi)害對植物生理方面的影響已有大量研究，楊世瓊等[5]研究發(fā)現(xiàn)高溫高濕處理使番茄葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、水分利用效率（WUE）等光合參數(shù)均較CK發(fā)生不同程度的降低；朱雨晴等[6]研究發(fā)現(xiàn)過高的溫濕度將會導(dǎo)致葡萄葉片的氣孔導(dǎo)度、凈光合速率和蒸騰速率大幅下降；李榮沖等[7]研究表明高溫（50℃）高濕（95%）脅迫下紫蘇葉片的抗氧化酶活性顯著降低；黃琴琴等[8]研究發(fā)現(xiàn)高溫高濕環(huán)境下番茄頂芽中的IAA、ZT、GA3含量明顯減少，而ABA含量明顯增加，抑制了番茄的花芽分化進程；Shin等[9]發(fā)現(xiàn)高溫高濕會使得草莓果實的硬度和色澤降低。另有不同的研究發(fā)現(xiàn)，相較于高溫脅迫對植物光合作用的抑制，在高溫環(huán)境下適當提高空氣濕度可以提高植物的凈光合速率、光合產(chǎn)物含量和坐果率[10-14]，濕度的提高減輕了植物在高溫逆境中受到的傷害[15]。趙和麗等[16]研究發(fā)現(xiàn)在超過日最高35℃的環(huán)境中，適當增加空氣相對濕度至70%，可以穩(wěn)定番茄葉片的光合反應(yīng)中心，緩解高溫脅迫對番茄光合系統(tǒng)的傷害；劉金泉等[17]研究發(fā)現(xiàn)高溫情況下，中午較高的空氣濕度可以減緩黃瓜的“午休”現(xiàn)象；Zheng等[18]研究發(fā)現(xiàn)高溫條件下，提高空氣相對濕度至70%以上使番茄芽的GA3濃度降低、ABA濃度增加，有利于番茄植株的生長。在設(shè)施生產(chǎn)中通過增加濕度來緩解高溫脅迫是一種常見的防御措施[19]。

溫度和濕度是影響植物生長發(fā)育、制約植物產(chǎn)量的主要環(huán)境因子，以往關(guān)于高溫高濕復(fù)合災(zāi)害的研究多關(guān)注植物的生理方面，而對于產(chǎn)量的影響機理則鮮有報道。因此，本研究擬通過人工環(huán)境控制實驗，研究高溫高濕環(huán)境下黃瓜光合特性、內(nèi)源激素含量以及雌花分化情況的變化規(guī)律，從營養(yǎng)生長和生殖生長兩方面來探討高溫高濕對產(chǎn)量形成的影響機理，以期為黃瓜設(shè)施栽培中溫濕度調(diào)控優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗設(shè)計

實驗于2020年5-9月在南京信息工程大學(xué)農(nóng)業(yè)氣象試驗站日光玻璃溫室（Venlo型）（118°42′E、32°12′N）內(nèi)進行。以黃瓜品種‘津優(yōu)101’（Jinyou101）為試材，先用基質(zhì)土在溫室苗床上育苗，當秧苗第一片真葉展開時，定植至21cm（高）×19cm（底徑）的花盆中，每盆一株。當秧苗處于四葉一心時，選取長勢相近的植株放入人工氣候室（TPG1260，Australia）中進行不同溫濕度正交組合的處理。

正交試驗因素為氣溫和空氣相對濕度，設(shè)計組合見表1。人工氣候室逐時溫度設(shè)置采用韋婷婷等[20]的方法（圖1），日最高氣溫/最低氣溫共設(shè)置四個梯度，分別為32℃/22℃、35℃/25℃、38℃/28℃和41 ℃/31 ℃；空氣相對濕度共設(shè)置三個梯度，分別為50%、70%和90%(誤差范圍±5個百分點)，處理持續(xù)時間為3、6、9和12d，共計16個高溫高濕實驗處理，每處理10株。對照組的溫度設(shè)置為28℃/18℃，空氣相對濕度為45%～55%。

圖1 人工氣候室溫度的日變化過程Fig.1 Variation course of daily temperature in artificial climate chamber

表1 人工氣候箱高溫高濕環(huán)境的正交試驗方案L16(42×3)Table 1 Orthogonal test scheme for high temperature and high humidity environment of artificial climate chamber

處理結(jié)束后，將所有受處理的植株全部取出并放置在日光玻璃溫室中進行后續(xù)恢復(fù)及生長，實驗期間各處理的水肥管理措施一致。

1.2 項目測定

1.2.1 葉片光合參數(shù)測定

利用LI-6400便攜式光合作用測定系統(tǒng)（LI-COR Biosciences Inc.，USA）在每個高溫高濕處理結(jié)束當日的9：00-11：00，對所有處理（含CK）黃瓜葉片的凈光合速率（Pn，μmol·m-2·s-1）進行測定，每處理選擇長勢均勻的黃瓜植株從上至下第五片葉重復(fù)測定3次，測定時設(shè)定葉室內(nèi)溫度為（30±1）℃，CO2濃度為（500±5）μmol·m-2·s-1，控制葉室內(nèi)光合有效輻射（PAR）分別為0、50、100、200、300、400、600、800、1000、1200、1400、1600、1800、2000μmol·m-2·s-1共14個水平，測定不同PAR水平下黃瓜葉片的凈光合速率，采用直角雙曲線修正模型[21]對黃瓜葉片的光響應(yīng)曲線進行模擬，并計算出相應(yīng)的暗呼吸速率（Dark respiration rate，Rd）、光補償點（Light compensation point，LCP）、光飽和點（Light saturation point，LSP）、最大凈光合速率（Maximum net photosynthetic rate，Pmax）和表觀量子效率（Apparent quantum efficiency，AQE）。

1.2.2 葉綠素含量測定

高溫高濕處理結(jié)束當日摘取長勢一致的黃瓜從上至下第五片成熟葉片0.2g浸泡于乙醇溶液（25mL,95%）中提取48h，并參照李合生[22]的方法，采用紫外分光光度計（UV-1800，日本產(chǎn)）對提取后的溶液在470、649、665nm下進行比色，并計算黃瓜葉片葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）、類胡蘿卜素（Car）以及葉綠素總含量（Chl）。

式中，D470、D649、D665分別表示提取液在470、649、665nm下的比色值。

1.2.3 內(nèi)源激素含量測定

高溫高濕處理結(jié)束當日、溫室內(nèi)恢復(fù)7d及溫室內(nèi)恢復(fù)14d后分別摘取黃瓜頂芽1g，用80%冷甲醇冰浴研磨后浸提過夜，先經(jīng)過多次萃取脫色，然后再進行pH調(diào)節(jié)和旋轉(zhuǎn)儀減壓蒸發(fā)，最后通過0.45μm微孔濾膜過濾，并采用高效液相色譜法（HPLC）測定各高溫高濕處理后黃瓜頂芽中反玉米素（ZT）、赤霉素（GA3）、生長素（IAA）和脫落酸（ABA）的含量，具體參考López-Carbonell等[23]的方法。

1.2.4 花性及產(chǎn)量觀測

高溫高濕處理結(jié)束后，自黃瓜植株長出花芽開始，對16個處理及CK處理的黃瓜植株（各10株）的雌花節(jié)位（自下而上，最下部記為第一節(jié)位）及花芽數(shù)量持續(xù)觀察并記錄，收獲期統(tǒng)計產(chǎn)量，取各處理平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

x1-x16分別對應(yīng)為T1-T16處理的指標值，并且均為各處理的3次重復(fù)的算術(shù)平均值，正交試驗數(shù)據(jù)處理方法參照文獻[24]，通過計算求出各個水平指標的均值，然后進行比較，具體處理過程見表2。用SPSS 25.0進行正交試驗數(shù)據(jù)進行相關(guān)、ANOVA方差分析、Duncan多重比較（α=0.05），用Microsoft Excel軟件作圖，所有數(shù)據(jù)均采用平均值±標準差表示。

表2 數(shù)據(jù)處理方法Table 2 Orthogonal test data processing

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫高濕處理對黃瓜光合作用的影響

2.1.1 葉片葉綠素含量

由圖2a可見，正常溫度條件下（28℃/18℃）黃瓜葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素以及葉綠素總含量均最高，分別達到14.47、5.04、3.10和19.51mg·g-1。正交試驗4個高溫處理的均值顯示，黃瓜葉片的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素均有所降低，且隨著溫度提高下降幅度逐漸加大。具體來看，32℃處理中黃瓜葉片的葉綠素總量與CK差異不顯著，32～38℃各處理間葉綠素總量差異不顯著，41℃高溫處理下葉綠素總量最低（11.93mg·g-1），比其它處理有較大幅度的下降。而除32℃與35℃處理間葉綠素a含量差異不顯著外，其它不同梯度高溫處理后黃瓜葉片中的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量均與CK處理差異顯著，各處理間也有顯著差異，表明高溫處理對黃瓜葉片光合色素含量的影響與脅迫程度成正比。

正交試驗3個濕度處理的均值顯示（圖2b），在50%、90%空氣相對濕度處理下，黃瓜葉片的葉綠素總量均較CK顯著減小，而在70%空氣相對濕度處理下黃瓜葉片的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素與CK差異不顯著，表明70%高濕度處理下黃瓜葉片葉綠素被破壞的程度較輕。

不同脅迫天數(shù)下的均值顯示（圖2c），黃瓜葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素均隨著脅迫天數(shù)延長而逐漸降低，且與CK差異顯著。當脅迫天數(shù)達12d時降至最低，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素值分別較CK減小31.51%、22.62%、37.10%。說明隨著高溫脅迫時間的延長，黃瓜葉片受高溫環(huán)境的傷害也逐漸加深。

圖2 不同高溫（a）、高濕（b）條件及持續(xù)時長（c）下黃瓜葉片葉綠素含量的比較Fig.2 Comparison of chlorophyll content of cucumber leaves under different conditions of high temperature(a), high humidity(b) and duration(c)

2.1.2 光合參數(shù)

由表3可見，CK（28℃/18℃）處理下黃瓜葉片LSP、AQE和Pmax值最大并且顯著高于其它處理，分別為1460.97μmol·m-2·s-1、0.15和13.73μmol·m-2·s-1。正交試驗中4個高溫梯度處理的均值顯示，32℃高溫處理后黃瓜葉片的LSP、AQE、Pmax值較高，僅次于CK。41℃高溫處理后黃瓜葉片的LSP、AQE、Pmax值達到最低，分別較CK降低48.78%、40.00%、43.04%。41℃高溫處理使黃瓜葉片的光合速率顯著降低，葉片受到嚴重的脅迫傷害。不同脅迫天數(shù)的均值顯示，高溫高濕處理3、6、9、12d后黃瓜葉片的LSP、AQE、Pmax值逐漸降低。經(jīng)12d脅迫后，LSP、AQE、Pmax達到最低值，分別為673.24μmol·m-2·s-1、0.08、9.90μmol·m-2·s-1。表明高溫高濕脅迫時間越長，黃瓜葉片的光合能力下降越多。3個不同濕度梯度處理的均值顯示，當空氣相對濕度為70%時黃瓜葉片的LSP、AQE、Pmax值最大，50%處理次之，90%相對濕度處理后的三種參數(shù)值最低，較CK分別降低54.60%、46.67%、25.27%。表明在高溫環(huán)境中，70%高空氣相對濕度能在一定程度上緩解高溫對黃瓜葉片光合能力帶來的傷害。

表3 不同高溫、高濕條件及持續(xù)時長下黃瓜葉片LSP、LCP、AQE和Pmax值的比較Table 3 Comparison of LSP, LCP, AQE and Pmax values of cucumber leaves under different high temperature, high humidity and different duration conditions

2.2 高溫高濕處理對黃瓜頂芽促生長型激素含量的影響

2.2.1 細胞分裂素

細胞分裂素(Cytokinin，CTK)是五大經(jīng)典植物激素之一，是一類具有腺嘌呤環(huán)結(jié)構(gòu)的植物激素，參與植物生長和發(fā)育的各個過程[25]。反玉米素(Trans-zeatin，ZT)作為高等植物中常見細胞分裂素的一種，在植物體內(nèi)分布廣泛，是一種具有較高活性的細胞分裂素，對植物的形態(tài)、生理、產(chǎn)量等起著重要作用[8,26]。由圖3a可知，在處理結(jié)束當日，正交試驗4個高溫處理的均值顯示，32℃、35℃高溫處理對于黃瓜頂芽中的ZT含量影響并不顯著，當溫度提高到38℃、41℃時，黃瓜頂芽中的ZT含量相較于CK顯著下降了26.32%和47.37%。在溫室中進行14d恢復(fù)后，各高溫處理下黃瓜頂芽中的ZT含量差異逐漸減小，彼此間差異不顯著。由圖3b可知，3個濕度處理的均值顯示，各時期中CK處理下黃瓜頂芽中的ZT含量最高，70%空氣相對濕度處理下黃瓜頂芽中的ZT含量均高于同期其余兩種空氣相對濕度處理，分別為0.18、0.25和0.15μg·g-1。由圖3c可知，不同脅迫天數(shù)的均值顯示，各個時期黃瓜頂芽中的ZT含量均隨著脅迫時間增長而逐漸減小。經(jīng)過12d的脅迫，黃瓜頂芽中的ZT含量達到最低值，三個不同時期分別為0.07、0.14和0.07μg·g-1。綜上可知，頂芽中的ZT含量在黃瓜植株生長過程中呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢。

圖3 不同高溫(a)、高濕(b)和處理時長(c)下不同時期黃瓜頂芽中反玉米素(ZT)含量的比較Fig.3 Comparison of trans-zeatin (ZT) content in cucumber terminal bud at different stages under different high temperature(a), high humidity (b) and treatment duration (c) condition

2.2.2 生長素

生長素(Auxin，IAA)是最早被發(fā)現(xiàn)的植物內(nèi)源激素，也是迄今為止唯一一種極性運輸?shù)募に豙27]，其含量的變化調(diào)控著植物的整個生長發(fā)育進程。對4個高溫處理的均值比較發(fā)現(xiàn)（圖4a），在32℃處理下，黃瓜頂芽中的IAA含量即與CK產(chǎn)生顯著差異，且隨著處理溫度的升高，黃瓜頂芽中的IAA含量逐漸降低。當環(huán)境溫度提高至41℃時，各時期黃瓜頂芽中的IAA含量均達到最低值，分別為1.20、1.04、0.67μg·g-1，相對于同時期的CK分別下降26.38%、22.39%和42.24%。對不同空氣相對濕度處理的均值比較發(fā)現(xiàn)（圖4b），在50%、90%空氣相對濕度處理下，各時期黃瓜頂芽中的IAA含量顯著低于CK，而當空氣相對濕度為70%時，各時期黃瓜頂芽中的IAA含量均與CK無顯著差異，表明70%空氣相對濕度有助于緩解高溫脅迫下黃瓜頂芽中IAA含量減少的情況，對高溫環(huán)境下黃瓜植株的花芽生長具有促進作用。由圖4c可見，隨著脅迫時間的延長，黃瓜頂芽IAA含量也呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，且實驗初期黃瓜頂芽IAA含量較高，隨著實驗的推進，IAA含量逐漸減低，表明隨著黃瓜植株年齡的增長，其頂芽中的IAA含量也在逐步降低。

圖4 不同高溫(a)、高濕(b)和處理時長(c)對不同時期黃瓜頂芽中生長素（IAA）含量的比較Fig.4 Comparison of different high temperature (a), high humidity (b) and treatment duration (c) on the content of auxin(IAA) in cucumber terminal bud at different stages

2.2.3 赤霉素

赤霉素(Gibberellin，GAs)是一類四環(huán)雙萜類植物生長因子，通過合成、失活以及信號傳導(dǎo)途徑調(diào)控植物發(fā)育的各個方面，包括花的誘導(dǎo)以及花器官的發(fā)育等，是一種重要的植物生長調(diào)節(jié)劑[28-29]。不同高溫處理的均值顯示（圖5a），在32℃處理結(jié)束當日，黃瓜頂芽中的赤霉素（GA3）含量與CK相比差異不顯著，但隨著處理溫度的升高，黃瓜頂芽中的GA3含量逐漸下降，35℃、38℃和41℃處理結(jié)束當日黃瓜頂芽中的GA3含量分別較CK下降了40.28%、72.58%和83.65%。41℃高溫處理后黃瓜頂芽中GA3含量在各時期均最低，分別為1.64、2.04、0.46μg·g-1。這表明過高的溫度使赤霉素含量降低，對后續(xù)黃瓜花的發(fā)育產(chǎn)生重要影響。各不同空氣相對濕度處理的均值顯示（圖5b），90%空氣相對濕度處理下，各時期黃瓜頂芽中的GA3含量均為最低值，分別為1.31、2.45、1.58μg·g-1。70%空氣相對濕度下GA3含量與CK較接近，且明顯高于其余的兩種濕度處理，表明適當提高濕度有利于緩解高溫對GA3的削弱作用。圖5c顯示，隨著脅迫天數(shù)的增加，各時期黃瓜頂芽中的GA3含量也逐漸減少，經(jīng)12d的高溫高濕脅迫處理后黃瓜頂芽中GA3含量達到最低值0.75μg·g-1，在此后的恢復(fù)過程中也低于同時期其它處理，分別為11.42和1.30μg·g-1。在黃瓜植株的發(fā)育過程中，頂芽內(nèi)的GA3含量呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，這與ZT、IAA含量的變化趨勢一致。

圖5 不同高溫(a)、高濕(b)和處理時長(c)對不同時期黃瓜頂芽中赤霉素（GA3）含量的比較Fig.5 Comparison of different high temperature (a), high humidity (b) and treatment duration (c) on the content of gibberellin(GA3) in cucumber terminal bud

2.3 高溫高濕處理對頂芽促衰老型激素脫落酸含量的影響

脫落酸(Abscisic acid，ABA)是一種具有倍半萜結(jié)構(gòu)的植物激素，在抑制植株生長、促進落花落果、調(diào)節(jié)植物應(yīng)對外界環(huán)境脅迫等過程中具有重要意義，是一種生長抑制型激素[30-31]。各高溫處理的均值顯示（圖6a），不同高溫處理導(dǎo)致黃瓜頂芽中的脫落酸含量發(fā)生了不同程度的提高。32℃高溫處理后黃瓜頂芽中的ABA含量即顯著高于CK，41℃處理后各時期的ABA含量分別較CK提高了27.3%、35.2%和32.2%。由此可見高溫處理可誘使黃瓜植株的內(nèi)源脫落酸大量合成，抑制了植株的生長發(fā)育。通過各濕度處理均值的比較可知（圖6b），70%空氣相對濕度處理下黃瓜頂芽中的ABA含量最低，各時期分別為1.76、1.73、1.58μg·g-1。脅迫天數(shù)的均值顯示（圖6c），隨著脅迫天數(shù)的延長，黃瓜頂芽中的ABA含量也逐漸升高，脅迫12d后，黃瓜頂芽中的ABA含量達到最大值，各時期分別較同時期的CK值提高了22.73%、12.29%和22.15%。

圖6 不同高溫(a)、高濕(b)和處理時長(c)對不同時期黃瓜頂芽中脫落酸(ABA)含量的比較Fig.6 Comparison of different high temperature (a), high humidity (b) and treatment duration (c) on abscisic acid (ABA)content in cucumber terminal bud at different stages

2.4 高溫高濕處理對黃瓜花性的影響

2.4.1 雌雄花花芽數(shù)量

雌雄花花芽數(shù)量在一定程度上反映了黃瓜植株的營養(yǎng)狀況。由表4可知，不同高溫高濕脅迫處理對于前10節(jié)黃瓜雌花花芽數(shù)量的影響并不顯著。各處理均值顯示，前15節(jié)中隨著溫度升高及脅迫時間延長，雌花花芽數(shù)量逐漸減小，在41℃處理下雌花花芽數(shù)量的均值降至最低值4.63，而在70%空氣相對濕度處理下前15節(jié)中雌花花芽數(shù)量的均值達到最高值6.07。對于黃瓜雄花花芽數(shù)量而言，各溫度處理的均值顯示，隨著溫度升高，雄花花芽數(shù)量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，32～35℃范圍內(nèi)雄花花芽數(shù)量增加，但是均低于CK。41℃高溫處理后，前10、15節(jié)中雄花花芽數(shù)量分別較CK降低29.11%、33.10%。脅迫天數(shù)處理的均值顯示，脅迫時間越長，雄花花芽數(shù)量下降越多。經(jīng)12d脅迫后，前10、15節(jié)中雄花花芽數(shù)量分別較CK下降29.27%、40.93%。與雌花花芽數(shù)量受不同濕度處理的影響相似，70%空氣相對濕度處理下雄花花芽數(shù)量的均值高于其余兩種濕度處理。表明高溫促使黃瓜花芽更多地向雄性分化，而高濕則有利于向雌性分化。此外，就前15節(jié)花芽總數(shù)量而言，CK處理的前15節(jié)花芽總數(shù)量的均值顯著高于其余高溫高濕處理，花芽總數(shù)量隨著溫度升高、脅迫天數(shù)增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。70%濕度處理下前15節(jié)花芽總數(shù)量高于其余濕度處理，為CK的74.63%。表明高溫高濕脅迫降低了植株整體的花芽數(shù)量。

表4 不同高溫高濕脅迫后黃瓜花芽數(shù)量的比較Table 4 Comparison of flower bud quantity of cucumber under different high temperature and high humidity stress

2.4.2 雌花節(jié)位

由表5可知，不同高溫高濕脅迫處理對黃瓜雌花的產(chǎn)生節(jié)位影響較大。隨著溫度的升高，黃瓜雌花產(chǎn)生的節(jié)位呈現(xiàn)出升高的趨勢，第一至第四個雌花產(chǎn)生節(jié)位均顯著高于CK，41℃高溫處理下黃瓜第一至第五個雌花產(chǎn)生節(jié)位分別較CK提升了5.64%、34.62%、22.70%、16.17%和16.39%。隨著脅迫天數(shù)的增加，黃瓜雌花產(chǎn)生的節(jié)位也呈現(xiàn)出升高的趨勢，經(jīng)12d的高溫高濕脅迫后黃瓜第一至第五個雌花產(chǎn)生節(jié)位分別較CK提升了2.36%、30.77%、23.50%、15.58%和17.41%。表明高溫及持續(xù)時間的延長提高了黃瓜雌花的產(chǎn)生節(jié)位。濕度處理的均值顯示，90%空氣相對濕度處理后黃瓜雌花產(chǎn)生的節(jié)位顯著高于其它處理，而70%空氣相對濕度處理后黃瓜雌花的各個產(chǎn)生節(jié)位提高較少，其中第一、第五個雌花節(jié)位顯著低于CK，表明70%的適宜濕度環(huán)境下雌花的產(chǎn)生節(jié)位降低。

表5 不同高溫高濕脅迫下黃瓜雌花節(jié)位的比較Table 5 Comparison of female flower nodes of cucumber under different high temperature and high humidity stress

2.4.3 雌花節(jié)率

由表6可知，黃瓜的雌花節(jié)率受高溫高濕脅迫的影響很大。不同溫度、脅迫天數(shù)處理的均值顯示，黃瓜雌花節(jié)位的占比隨著溫度的升高和脅迫天數(shù)的延長呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。41℃高溫處理后前10、15個節(jié)位中雌花節(jié)位占比較CK分別下降了20.0個和24.86個百分點；經(jīng)過12d脅迫處理后，前10、15個節(jié)位中雌花節(jié)位的占比較CK分別下降了13.28個和15.94個百分點。表明溫度越高、脅迫時間越長，雌花節(jié)率下降越多。不同濕度處理的均值表明，70%空氣相對濕度處理后，前10、15個節(jié)位的黃瓜雌花節(jié)率達到最高值26.01%、37.89%；90%空氣相對濕度處理后，前15個節(jié)位中雌花節(jié)率顯著低于CK，較CK降低了25.34個百分點。表明70%空氣相對濕度能夠提高黃瓜雌花節(jié)位的占比率。

表6 各處理植株雌花節(jié)位所占比例的統(tǒng)計Table 6 Statistics of the proportion of female flower nodes in each treatment plant

2.5 高溫高濕處理對黃瓜產(chǎn)量的影響

由圖7可知，經(jīng)過不同的高溫、高濕脅迫后，黃瓜產(chǎn)量產(chǎn)生了顯著差異。就溫度和脅迫時長而言，黃瓜產(chǎn)量隨著溫度的升高和脅迫天數(shù)的延長而逐漸降低。41℃處理后黃瓜產(chǎn)量均值達到最低值73635.00kg·hm-2，較CK降低了38.50%；脅迫長達12d后，黃瓜產(chǎn)量僅為CK的80.93%。就濕度處理而言，90%空氣相對濕度處理下黃瓜產(chǎn)量的均值低于其余兩種濕度處理，為CK的80.06%，而70%空氣相對濕度處理下黃瓜產(chǎn)量相較CK略有提高，提高了4.76%，但是與CK的差異并不顯著。

圖7 不同高溫、高濕和處理時長下黃瓜產(chǎn)量的比較Fig.7 Comparison of cucumber yield under different high temperature, high humidity and treatment duration

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

植物葉片中的光合色素能夠吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能，是植物進行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量與組成直接影響植物葉片的光合速率[32]。本研究表明，隨著脅迫溫度的升高和脅迫時間的延長，黃瓜葉片中的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量均顯著降低，這與黃琴琴等[8,33]的研究結(jié)果相似。這是因為葉綠素的合成是一系列的酶促反應(yīng)，而酶活性受溫度的影響較大。高溫脅迫下植物葉片中的葉綠素含量下降，一是由于高溫影響了葉綠素生物合成中間產(chǎn)物，另一個重要原因是高溫脅迫下植物體內(nèi)產(chǎn)生更多的活性氧而使植物葉片易發(fā)生氧化破壞[34]。而與高溫對葉綠素的影響不同，本研究發(fā)現(xiàn)90%高空氣相對濕度環(huán)境中，黃瓜葉片中的葉綠素含量低于其它濕度處理，而70%空氣相對濕度下黃瓜葉片的葉綠素含量下降較少且與CK差異不顯著，這表明70%空氣相對濕度能夠緩解高溫對黃瓜葉片葉綠素的破壞。

光合作用是綠色植物最基本的物質(zhì)和能量來源，也是植物對逆境最敏感的生理過程之一，對于后續(xù)產(chǎn)量形成具有重要作用。高溫脅迫使植物體內(nèi)調(diào)控光合作用的Rubisco酶失去活性，RuBP羧化酶再生能力降低，從而影響植物的碳同化能力，導(dǎo)致植物光合速率降低[35-36]。本研究表明，32℃高溫處理下黃瓜葉片的Pmax和AQE值相較于CK顯著降低，且隨著溫度的升高，黃瓜葉片的Pmax和AQE值進一步降低，在41℃高溫脅迫下降至最低值。說明高溫使黃瓜葉片的凈光合速率顯著減弱，抑制了黃瓜植株的光合作用，這與鄭涵等[34]的研究結(jié)果一致。不同空氣相對濕度對于高溫環(huán)境下黃瓜光合能力的影響差異較大。本研究發(fā)現(xiàn)，90%空氣相對濕度處理后黃瓜葉片的Pmax和AQE值最低，50%空氣相對濕度次之，而70%高空氣濕度處理下黃瓜葉片的Pmax和AQE值與CK相差較小，表明高溫環(huán)境下提高空氣相對濕度至70%能夠緩解高溫脅迫逆境，這是由于一定程度的加濕能使植物葉片氣孔的導(dǎo)電性增加，引起 CO2吸收的增加，進而增強植物葉片的光合作用；而當環(huán)境濕度過高（90%）時，由于空氣中的水分子過多導(dǎo)致了飽和水汽壓差（VPD）減小，不利于葉片進行蒸騰作用[35]，從而使得葉片長時間處于高溫狀態(tài)下受到更嚴重的損傷。這與仝培江等[36]研究認為的高溫（42℃）高濕（95%）對于苗期黃瓜營養(yǎng)生長的傷害大于高溫（42℃）常濕（75%）的研究結(jié)論相對一致。

植物內(nèi)源激素作為一種重要的信號物質(zhì)，其含量水平會隨著外部環(huán)境的變化而發(fā)生變化，是植物生長發(fā)育進程的重要響應(yīng)途徑[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，在黃瓜的生長發(fā)育進程中，促生長型激素ZT、IAA和GA3含量的變化趨勢較為一致，均隨著高溫脅迫程度的加深而減小，70%濕度處理下這三種激素的均值較高，高于其余兩種濕度處理；促衰老型激素ABA的含量則隨著高溫脅迫程度的加深而逐漸增加，70%濕度處理下ABA含量的均值較低。在植物的九大類激素中，通常認為細胞分裂素對植物葉片的衰老有抑制作用，而脫落酸則對葉片衰老具有促進作用[37]。本研究發(fā)現(xiàn)黃瓜頂芽中的ZT含量隨著溫度升高和脅迫時間延長而逐漸減小，ABA含量的變化趨勢則完全與之相反，這表明高溫環(huán)境使黃瓜內(nèi)源ZT含量減少、ABA含量增多，加速了葉片的衰老進程，導(dǎo)致光合作用減弱，有機物積累不足，從而影響黃瓜的花芽分化，導(dǎo)致花芽數(shù)量減少。生長素是決定植物生長發(fā)育優(yōu)勢的關(guān)鍵激素，在植物生殖器官中IAA含量的變化對于高溫脅迫導(dǎo)致的生殖發(fā)育缺陷至關(guān)重要[38]，對于響應(yīng)高溫脅迫方面有積極作用[39]，并且能夠促進黃瓜雌花的形成[40]。本研究發(fā)現(xiàn)高溫脅迫環(huán)境下黃瓜頂芽中的IAA含量逐漸減少，這是由于高溫高濕脅迫下黃瓜的生長代謝與IAA含量存在互動反饋關(guān)系[33]，即高溫脅迫降低了植物的活性使葉片衰老甚至死亡，從而減少了葉片IAA含量，導(dǎo)致黃瓜雌花花芽數(shù)量減少。赤霉素通過促進細胞的增殖與擴張，調(diào)控著植物生長發(fā)育的多個方面，包括花與果實的發(fā)育[27,40]，與生長素對花性分化的作用不同，赤霉素具有促進雄花形成、增加雄花花芽數(shù)量的作用[27,41-42]。本研究發(fā)現(xiàn)高溫脅迫程度越深、脅迫時間越長，黃瓜頂芽GA3含量下降幅度越大，這與薛思嘉等[33]的研究結(jié)果一致，即高溫使黃瓜內(nèi)源赤霉素含量降低。高溫高濕脅迫下赤霉素含量的減少，導(dǎo)致了雄花花芽數(shù)量的減少。

由上述黃瓜各個生理指標的變化，可以從營養(yǎng)生長與生殖生長兩個不同角度，對高溫高濕環(huán)境下黃瓜產(chǎn)量的變化機理做出分析。從營養(yǎng)生長角度看，高溫高濕脅迫通過破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，使葉綠素合成減少，降低了對光能的吸收和利用，導(dǎo)致葉片固定CO2的能力下降，葉片的光合速率降低，抑制了植物的光合作用，進而影響植物的干物質(zhì)積累，植物通過消耗自身營養(yǎng)物質(zhì)抵御高溫傷害，導(dǎo)致了產(chǎn)量的降低；從生殖生長角度看，高溫高濕脅迫使植物體內(nèi)激素平衡失調(diào)，從而影響后續(xù)產(chǎn)量。一方面，高溫高濕脅迫導(dǎo)致黃瓜頂芽中的促生長型激素ZT、IAA和GA3含量降低，黃瓜花芽總數(shù)量降低。其中IAA對于促進雌花分化具有重要作用，IAA含量的降低導(dǎo)致雌花節(jié)率及雌花花芽數(shù)量的降低，進而導(dǎo)致后續(xù)產(chǎn)量減少。另外一方面，高溫高濕脅迫使促衰老型激素ABA含量增加，大量的ABA促進了水分吸收和氣孔開放，并且加快離層的形成，以抵抗逆境脅迫，導(dǎo)致植物生殖發(fā)育遲緩，影響了產(chǎn)量的形成。

本研究以黃瓜品種‘津優(yōu)101’為試材，從營養(yǎng)生長、生殖生長兩方面研究了高溫高濕脅迫對黃瓜產(chǎn)量形成的影響機理，是否適用于不同耐性品種或其它作物與還需進一步研究。另外，高溫高濕脅迫下黃瓜畸形果的產(chǎn)生對于產(chǎn)量也具有重要影響，需要研究探討畸形果產(chǎn)生的內(nèi)在機理。

3.2 結(jié)論

（1）高溫高濕脅迫使黃瓜葉片的葉綠素含量、最大凈光合速率、光飽和點、表觀量子效率降低，光補償點升高，41℃、90%空氣相對濕度下黃瓜葉片的光合能力下降較多。

（2）在黃瓜生長發(fā)育進程中，高溫高濕脅迫使黃瓜頂芽中促生長型激素IAA、ZT、GA3的含量明顯減少，而促衰老型激素ABA的含量明顯增加。其中，70%空氣相對濕度處理下各類激素的含量變化較小，與CK差異最小，對于緩解高溫脅迫具有一定作用。

（3）高溫高濕處理后黃瓜的雌雄花花芽數(shù)量均降低，各個雌花產(chǎn)生節(jié)位較CK產(chǎn)生不同程度的升高，雌花節(jié)率下降。

（4）高溫高濕環(huán)境影響下，黃瓜葉片的衰老進程加速，光合能力減弱，有機物積累不足，雌花花芽數(shù)量減少、節(jié)位升高，導(dǎo)致產(chǎn)量較CK顯著降低。