不同光照条件对黄瓜幼苗的生理响应

张晓龙，张 申，杨小强，王乃喜，王闪闪

（安徽科技学院 生命科学学院，安徽 凤阳 233100）

不同光照条件对黄瓜幼苗的生理响应

张晓龙，张 申，杨小强，王乃喜，王闪闪

（安徽科技学院 生命科学学院，安徽 凤阳 233100）

探明不同光照条件对黄瓜幼苗的生理响应。本试验以“津春4号”黄瓜品种为材料，在黄瓜幼苗长至两叶一心时，分别置于不同光照下生长6 d，然后取第2片真叶测定相关指标。结果表明，在弱光下黄瓜叶片丙二醛（MDA）含量、超氧阴离子（O2·-）生成速率以及过氧化氢（H2O2）含量均有显著提高，过氧化氢酶（CAT）活力有所降低，抗坏血酸过氧化物酶（APX）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）和谷胱甘肽还原酶（GR）活性有显著提高。

黄瓜；光照强度；抗氧化酶

黄瓜（Cucumis sativusL.）是葫芦科黄瓜属一年生草本植物，是经常食用的蔬菜作物［1］。黄瓜在北方栽培面积迅速扩大，成为保护地栽培面积最大的蔬菜作物之一。由于保护地栽培在冬春季节进行，加上覆盖物遮荫，因此弱光逆境成为冬春季黄瓜生产中影响最为普遍的限制因素。它常和低温相伴出现，给温室生产带来严重影响。低温与弱光是影响冬春季日光温室内黄瓜稳产高产的主要限制因子，Liebig等的研究结果表明，光照对温室黄瓜产量的作用比温度更重要［2］。

本试验以“津春4号”黄瓜品质为材料，研究不同光照下黄瓜幼苗活性氧含量和抗氧化酶活性的变化，探索黄瓜耐弱光生理机制，为黄瓜高产、优质栽培及生态育种等提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验选用黄瓜品种为“津春4号”。挑取颗粒饱满的黄瓜种子浸泡12 h后置于湿润的纱布中在25℃下进行催芽，数天后，将幼芽转移至直径10 cm、装满沙子的塑料杯中，每天更换1次Hoagland营养液，12 h（白天∕黑夜）环境中培育幼苗至两叶一心。挑选长势一致的黄瓜幼苗分为3组，分别为：①对照组（NL），置于人工气候箱中，调整PFD 600 μmol·m-2·s-1，温度25℃∕18℃（白天∕黑夜），相对湿度75%，光周期12 h，6 d后取第2片真叶于-60℃超低温冰箱备用；②第一弱光处理组（ML），置于人工气候箱中，调整PFD 100 μmol·m-2·s-1，温度25℃∕18℃（白天∕黑夜），相对湿度75%，光周期12 h，6 d后取第2片真叶于-60℃超低温冰箱备用；③第二弱光处理组（LL），置于人工气候箱中，调整PFD 60 μmol· m-2·s-1，温度25℃∕18℃（白天∕黑夜），相对湿度75%，光周期12 h，6 d后取第2片真叶于-60℃超低温冰箱备用。

1.2 测定方法

各组不同光照处理6 d后，收集第2片真叶进行分析测定。MDA含量测定按照Dhindsa的方法［3］、O2·-产生速率按照Elstner和Heupel的方法［4］、H2O2含量测定按照Bernt和Bergmeyer的方法［5］，在单位中均采用每克鲜重（FW）的表示方法。SOD、CAT、GPX和GR的活性测定按Xu等的方法［6］、APX活性测定按Zhu等的方法［7］、可溶性蛋白质含量的测定参照Bradford的方法［8］进行，以牛血清白蛋白（BSA）建立标准曲线，抗氧化酶活性均采用每毫克可溶性蛋白中酶活力的表示方法。所有数据均测定3组平行，用SAS软件进行单因素方差分析（不同字母表示差异有统计学意义，小写字母表示P＜0.05差异有统计学意义，大写字母表示P＜0.01差异有统计学意义）。

2 结果与分析

2.1 不同光照对黄瓜叶片MDA含量的影响

由图1可以看出，相比于正常光照组（NL），两种不同程度的弱光处理使黄瓜叶片中MDA含量均有不同程度的显著提高（P＜0.01），其中LL处理组MDA含量明显高于ML组和对照组。

图1 不同光照对黄瓜叶片MDA含量的影响

2.2 不同光照对黄瓜叶片O2·-产生速率和H2O2含量的影响

通过图2可以得出与MDA含量变化相同的结果，相比于正常光照组（NL），两种不同程度的弱光处理使黄瓜叶片中O2·-产生速率（P＜0.01）和H2O2含量（P＜0.05）有不同程度的显著提高，其中LL处理组O2·-产生速率和H2O2含量均高于ML处理组。

图2 不同光照对黄瓜叶片O2·-和H2O2含量的影响

2.3 不同光照对黄瓜叶片抗氧化酶活性的影响

2.3.1 不同光照对黄瓜叶片SOD活性的影响图3显示，相比于正常光照组（NL），两种不同程度弱光处理（ML、LL）均使SOD活性显著增强，其中LL处理组SOD活性高于ML处理组。

图3 不同光照对黄瓜叶片SOD活性的影响

2.3.2 不同光照对黄瓜叶片CAT、APX、GPX、GR活性的影响 图4中，两种不同程度的弱光处理均使CAT活性有显著减弱，其中LL处理组比ML处理组更低；而APX活性则相反，两种不同程度的弱光处理均使APX活性有显著增强，但是ML处理组显著高于LL处理组；对于GPX和GR活性，ML处理组相比正常光照处理显著降低，而LL处理组则相反，活性均有显著升高。

3 讨论

MDA是膜脂过氧化的产物，它的产生和积累又可加剧膜脂过氧化作用。在多种逆境胁迫中均表明外界的胁迫会造成MDA含量增加，通过对光胁迫下樱桃［9］、小麦［10］等的研究，发现MDA含量都有不同程度的提高。本试验结果显示，在不同程度弱光处理6 d后，MDA含量有显著增加，说明了在弱光逆境下，造成了细胞质膜的氧化伤害。有文献报道在光胁迫下高羊茅的O2·-的产生速率和H2O2含量都有所增加［11］，本试验也得出了相同的结果。

作为防御活性氧伤害膜的第一道防线，SOD主要存在于叶绿体、线粒体、细胞质和过氧化物酶体中，可以将O2·-歧化为H2O2和O2。有研究表明在弱光逆境下，海王神草SOD活力增加［12］，本试验在黄瓜幼苗的研究中也得到了相同的结果。细胞中的O2·-的分解必然伴随着H2O2的产生，当SOD将O2·-还原为H2O2和O2后，多余的H2O2则继续在CAT、APX、GPX等抗氧化酶的作用下被还原成对细胞无害的H2O和O2。对大部分植物而言，CAT仅仅在微体中清除H2O2，在线粒体和过氧化物酶体中，则由APX（Asa-GSH系统关键酶）来清除H2O2，APX通过催化底物维生素C来清除有毒害作用的H2O2。

图4 不同光照对黄瓜叶片CAT（A）、APX（B）、GPX（C）、GR（D）活性的影响

有研究表明弱光下海滨雀稗和狗牙根的CAT活力降低［13］，本试验得出了相同的结果，在弱光逆境下CAT活力随着光照度的下降显著降低。弱光下烟草［14］的APX和GPX的活力得到了提高，试验结果和本试验结果相同，验证了APX和GPX在弱光下具有清除H2O2的重要作用。弱光逆境下海棠GR活力增加［15］，在本试验中亚弱光（ML）降低了GPX和GR的活力，而继续降低光照度（LL）则使酶活力相比于正常光照显著升高，这与其他学者的研究一致。

综上所述，不同程度的弱光胁迫造成了黄瓜幼苗细胞的膜脂过氧化，从而提高了活性氧的含量。CAT在调节细胞内H2O2含量时有所降低，而抗氧化酶SOD、APX、GPX、GR的活力则均显著增加，增强了对逆境的抵抗能力。

［1］李长缨，朱其杰.光强对黄瓜光合特性及亚适温下生长的影响［J］.园艺学报，1997，24（1）：97-99.

［2］Liebig H P，Krug H.Response of cucumber to climate［J］.Acta Horticulture，1990，287：47-50.

［3］Dhindsa R S，Plumb-Dhindsa P，Thorpe T A.Leaf se⁃nescence：correlated with ncrease leaves of membrane permeability and lipid peroxidation and decreased lev⁃els of superoxide dismutase and catalase［J］.J Exp Bot，1981（32）：93-101.

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［5］Bernt E，Bergmeyer H U.Inorganic peroxides methods of enzymatic analysis［M］.New York：Academic Press，1974：2246-2248.

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［11］Xu Y，Sun X，Jin J，et al.Protective effect of nitric ox⁃ide on light-induced oxidative damage in leaves of tall fescue［J］.J Plant Physiol，2010（167）：512-518.

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［13］Jiang Y，Carrow R N，Duncan R R.Physiological accli⁃mation of seashore paspalum and bermudagrass to low light［J］.Sci Hortic，2005（105）：101-115.

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［15］Van Huylenbroeck J M，Piqueras A，Debergh P C.The evolution of photosynthetic capacity and the antioxidant enzymatic system during acclimatization of micropropa⁃gated Calathea plants［J］.Plant Sci，2000（155）：59-66.

Physiological Response of Cucumber Seedlings Under Different Light Intensity

ZHANG Xiao-long，ZHANG Shen，YANG Xiao-qiang，WANG Nai-xi，WANG Shan-shan
（College of Life Science，Anhui Science and Technology University，Fengyang 233100，Anhui，China）

In order to investigate the physiological response of cucumber seedlings，seedlings of Cucumber Jinchun No.4 were cultivated at different light intensities for 6 days when the second leaves were fully expanded.Samples of the second leaves were used to determine the activities of an⁃tioxidants such as ascorbate peroxidase（APX），superoxide dismutase（SOD），catalase（CAT），guaiacol peroxidase（GPX），glutathione reductase（GR）and assay the cntents of malondialdehyde（MDA），H2O2and superoxide anion formation rate（O2·-）.The results revealed that low light signifi⁃cantly increased antioxidant activities of cucumber leaves such as APX，SOD，GPX and GR，cntents of MDA，H2O2and superoxide anion formation rate and reduced the activity of CAT.

cucumber；illumination intensity；antioxidant enzyme

S642.2

A

1673-0143（2012）06-0090-04

（责任编辑：陈 旷）

2012－10－18

安徽科技学院院青年基金（ZRC2011278）

张晓龙（1979—），男，助教，硕士，研究方向：植物逆境与基因工程。