渐降低温胁迫对黄瓜幼苗耐冷性及保护酶活性的影响

于锡宏 郑姗姗 蒋欣梅* 于广建* 孙彩虹 李丹

（1东北农业大学园艺学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2辽阳市农林科学院，辽宁 辽阳 111000）

低温胁迫是植物栽培中常遇到的一种灾害，按照低温的不同程度，将0 ℃以上的低温对植物造成的危害叫做冷害。冷害本质上是低温对植物体造成的损伤，引起冷害的低温胁迫在植株整个生育过程中均会造成不利影响，如导致植株苗弱、生长迟缓、萎蔫、黄化、局部坏死、产量降低和品质下降等（马文月，2004），给农业生产造成严重损失。

黄瓜（Cucumis sativus L.）属葫芦科黄瓜属，是重要的喜温果菜类蔬菜之一，起源于亚热带，对低温非常敏感（张险峰，2008）。整个生育期的最适温度为 18～25 ℃，10 ℃以下不能正常生长发育（谭其猛，1979）。黄瓜作为冬春设施反季节生产的主栽蔬菜，在生育期内经常遭受低温胁迫。因此，前人从生态学、形态学和生理生化等多个角度探讨低温胁迫对黄瓜的影响，从而减轻黄瓜的低温冷害（陈青君 等，2003；逯明辉 等，2004；Meng et al.，2008；Yang et al.，2011）。从目前的研究来看，前人的研究大多都是将黄瓜幼苗直接放在一定的低温胁迫环境中进行的（崔岩 等，2008；李素梅 等，2009），但自然界所产生的降温往往不是瞬间就能达到的，而是一个渐进的过程。笔者认为采用直降低温胁迫研究黄瓜冷害机理不够准确，而模拟自然界的渐降低温胁迫方式对黄瓜生长影响方面的研究尚未见报道。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）是植物体内的保护性酶，当植物受到逆境胁迫时，其活性也随之变化。为此，本试验以黄瓜幼苗为材料，研究模拟自然界条件的渐降低温胁迫对黄瓜幼苗冷害指数及保护酶活性影响，进一步为低温冷害机理提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于 2009～2010年在东北农业大学设施中心和黑龙江省教育厅寒地蔬菜生物学重点实验室进行了两年重复试验。选用黄瓜品种津优1号（天津科润黄瓜研究所选育）为试材。

1.2 方法

于6月5日在阳光板日光温室内，将催芽的黄瓜种子播于8 cm×8 cm营养钵中，低温胁迫处理前温室内的温度为25～30 ℃/18～22 ℃（昼/夜，下同），光照强度为6万～7万lx，正常管理。当幼苗长到三叶一心时，随机选取大小基本一致的三叶期黄瓜幼苗，分成3组于17：00同时放入LRH250-G型光照培养箱中进行降温处理。第1组幼苗进行模拟自然界的温度渐降处理（以T表示），即最初温度设置为（25±0.5）℃，然后以1 ℃·h-1的平均速度进行降温处理，最终到第2天8：00时降为（10±0.5）℃，其间17：00～翌日5：00为黑暗处理；第2组幼苗进行对照（CK）试验，即从最初温度〔（25±0.5）℃〕直接降低到胁迫温度〔（10±0.5）℃/（5±0.5）℃〕。在低温胁迫的同时，本试验还设置了另一个常温条件的第3组对照CK1〔（25℃±0.5）℃/（18±0.5℃）〕。所有处理的光照时间均为12 h·d-1，处理8 d，光照强度为4000 lx。每个处理60株，3次重复。

低温胁迫2、4、6、8 d后，分别对冷害指数进行调查，同时随机选取10株，剪取叶片混合取样，测定与冷害有关的保护酶。其中冷害指数参照姜述君等（2007）的标准，分为5级：0级—幼苗未受冷害；1级—少数叶片有轻度萎蔫，但没有叶片发生坏死；2级—半数以下的叶片萎蔫死亡，但主茎未死；3级—超过半数以上的叶片萎蔫死亡，主茎死亡；4级—全株死亡。

冷害指数=Σ（各级株数×级数）/总株数

POD活性测定采用愈创木酚比色法（张立军和樊金娟，2007），CAT活性测定采用高锰酸钾滴定法，SOD活性测定参照李合生（2004）的方法。

试验数据差异显著分析采用邓肯法（Duncan’s multiple-range test）。

2 结果与分析

2.1 渐降低温胁迫对黄瓜幼苗冷害指数的影响

由图1可知，无论是渐降低温胁迫处理（T）还是直降低温胁迫（CK），植株的冷害指数均随着低温胁迫时间的延长而上升，且渐降低温胁迫对冷害有一定的缓解作用。在低温胁迫的8 d内，T与CK的黄瓜幼苗虽表现出不同程度的冷害，但处理T的冷害指数均显著低于CK。

2.2 渐降低温胁迫对黄瓜幼苗保护酶活性的影响

由表1所知，在低温胁迫处理的8 d内，渐降低温胁迫（T）与直降低温胁迫（CK）的黄瓜幼苗SOD、POD、CAT活性均呈先上升后下降的趋势。

SOD能清除活性氧自由基，保护细胞膜系统，因此其活性大小可以反映细胞对低温逆境的适应能力（顾华杰 等，2009）。由表1可知，在处理期间内，SOD活性在第6天达到最大值。而常温对照（CK1）的SOD活性在各测定时间内均处于最低水平，随处理天数的增加呈缓慢上升趋势，第2、4天之间的 SOD活性均变化不显著，从第 6天开始SOD活性显著提高，但第6天和第8天之间变化不显著。对于同一测定时间，即分别在低温胁迫第2、4、6、8天，渐降低温胁迫（T）、直降低温胁迫（CK）与常温对照（CK1）三者之间均有显著性差异，T的黄瓜幼苗SOD活性显著高于CK，且两者同时显著高于CK1。

低温胁迫后的黄瓜幼苗POD活性与CAT活性的变化趋势同SOD活性相同，无论是渐降低温胁迫（T）还是直降低温胁迫（CK），与常温对照（CK1）相比，黄瓜植株体内的POD活性和CAT活性在测定时间内均显著提高，而渐降低温胁迫（T）在各测定时间内酶活性最高，显著高于直降低温胁迫（CK）。

图1 渐降低温胁迫对黄瓜幼苗冷害指数的影响

3 结论与讨论

植物遭受低温胁迫的主要特征是活性氧代谢的失调。过多的活性氧自由基可以作用于关键性生物大分子如蛋白质、核酸等，改变其生理功能，引起植物体伤害甚至死亡（Dat et al.，2000）。植物体内的保护酶包括SOD、POD、CAT等。SOD存在于细胞的叶绿体、线粒体、细胞质和过氧化物酶体中，可以催化生成H2O2（Liau et al.，2007）。许多研究发现，在不同逆境胁迫条件下，SOD活性升高（Martinez et al.，2001；Ali et al.，2005）。如紫萍的SOD活性在10～12 ℃时比在适宜温度时高（Song et al.，2006）。黄瓜叶片的SOD活性在低温条件下相比于常温条件有所升高。POD主要存在于非原生质体中（Shigeoka et al.，2002），可以减缓过氧化氢的积累。Janda等（2003）认为，酶活性的增加有助于增强清除过氧化氢的能力。因此，经低温处理后植物的POD活性要比常温下高，说明该酶可以减轻低温胁迫产生的过氧化氢造成的脂质过氧化伤害。CAT位于线粒体和微体中，是清除过氧化氢的主要酶之一（Shigeoka et al.，2002）。研究表明，在遭受低温等逆境胁迫时，植物的CAT会起到一定的调节作用（Willekens et al.，1994），其CAT活性升高。崔岩等（2008）发现，黄瓜幼苗经过低温处理后体内的CAT活性是升高的。

本试验仅初步研究了与直降低温胁迫对照相比，模拟自然界条件的渐降低温胁迫可以减轻黄瓜幼苗的低温冷害，至于对其他与抗冷性相关的生理指标有何影响，还有待于进一步研究。

总之，渐降低温胁迫可以使低温胁迫下黄瓜幼苗体内SOD、POD、CAT活性显著增强，冷害指数显著降低，从而减轻了低温胁迫对黄瓜幼苗的伤害，增强了抵御低温胁迫的能力。

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