低温对黄瓜若干生理指标的影响

2013-10-10阎世江张继宁司龙亭

河北科技师范学院学报 2013年2期

阎世江，刘洁，张继宁，司龙亭

(1山西省农业科学院蔬菜研究所，山西太原，030031;2山西省农业科学院科技情报研究所;3沈阳农业大学园艺学院)

黄瓜(Cucumis sativus L．)属葫芦科1年生草本蔓生攀缘植物，属喜温性蔬菜，对低温的反应很敏感［1］，为满足人民生活的需要，在气温较低的冬春季节进行保护地黄瓜栽培时，低温对生产带来巨大危害，成为最主要的限制因素。相对于水稻、番茄、辣椒等作物而言，有关黄瓜耐低温性的研究起步较晚，目前的研究多集中在发芽期性状、产量性状、综合耐低温性上［2～7］，深入到生理层面的研究较少，本次研究利用几份不同遗传来源耐低温性不同的黄瓜高代自交系，给予其低温处理，研究叶片中水的质量分数、自由水的质量分数、束缚水的质量分数、可溶性蛋白质的质量分数、POD活性、SOD活性、MDA的质量摩尔浓度、可溶性糖的质量分数、根系比表面积等生理指标的变化规律，探讨这些指标与耐低温性的关系，以期为黄瓜育种奠定理论基础。

1 材料与方法

1．1 供试材料

选取的6份材料中，9504和9507耐低温性较强，9511和9514耐低温性居中，9506和9517耐低温性较弱。

1．2 方法

1．2．1 材料种植与性状调查本次试验于2006年3月开始至6月结束。3月将9504等6份材料播种于沈阳农业大学园艺学院育种基地1号温室，每份材料播40粒种子，30 d后，待其长至3片真叶，分苗至营养钵(10 cm×10 cm)，每份材料取5株，将苗置于日本SANYO公司产MLR-350H型人工光照培养箱中进行低温处理，每天光照处理 7．5 h，强度为30 μmol·(m2·s)－1，约合2 000 lx，白天12 ℃，晚上8℃，共处理14 d。另取5株作对照，随机区组设计，3次重复，然后调查耐低温性。分级标准如下:0级，全株受冻死亡或接近死亡;1级，秧苗各叶片普遍受冻，其中3～4叶受冻面积＞50%;2级，秧苗3～5叶受冻，其中2～3叶受冻面积＞50%;3级，秧苗2～4叶受冻，其中1～2叶受冻面积＞50%;4级，秧苗1～2叶受冻，面积约20% ～30%;5级，秧苗生长正常，无任何受冻症状［8］。

1．2．2 生理指标测定方法测定叶片水的质量分数、自由水的质量分数、束缚水的质量分数，采用张宪政等［9］的方法。测定叶片可溶性蛋白质的质量分数(考玛斯靓蓝法)、POD活性(愈创木酚法，以每分钟内A470变化0．01为一个酶活性单位，用U表示)、SOD活性(NBT法，以抑制NBT光华还原的50%为一个酶活性单位，用U表示)、MDA的质量摩尔浓度(硫代巴比妥酸法)、可溶性糖的质量分数(蒽酮法)、根系比表面积(甲烯蓝法)等指标。数据分析采用DPS软件，Excel统计并制图。

图1 6份黄瓜材料的耐低温性

2 结果与分析

2．1 黄瓜幼苗耐低温性

供试的6份材料的耐低温性在材料间差异达极显著水平，说明它们的耐低温性差异很大，即耐低温性不同，因此可进行进一步的分析。其中，9504和9507的耐低温性最高，达4级以上(图1);9511和9514的耐低温性居中，在4级上下;9506和9517的耐低温性最低，在2．1 级以下。

2．2 黄瓜若干生理指标

2．2．1 黄瓜叶片水的质量分数、自由水的质量分数、束缚水的质量分数供试的6份材料该3个性状在常温下差异不显著，除叶片水的质量分数外，自由水的质量分数、束缚水的质量分数在低温处理后差异显著。6份材料经低温处理后叶片水的质量分数、自由水的质量分数、束缚水的质量分数均下降(图2)。低温处理后，9504和9507的自由水的质量分数较低，达488，502 mg·g－1;9506和9517的自由水的质量分数，达571，555 mg·g－1;束缚水的质量分数变化趋势相反，9504和9507的束缚水的质量分数较高，达312，298 mg·g－1;9506和9517的束缚水的质量分数较低，仅达249，245 mg·g－1;9511和9514的这2个性状均居中。

2．2．2 黄瓜叶片可溶性蛋白质的质量分数(鲜重)、POD活性、SOD活性、MDA的质量摩尔浓度(鲜重)

供试的6份材料叶片可溶性蛋白质的质量分数、POD活性、SOD活性、MDA的质量摩尔浓度等性状常温下在材料间的差异未达显著水平，经低温处理在材料间的差异均达极显著水平。

供试的6份材料可溶性蛋白质在常温下差异不大，在低温下9504和9507的可溶性蛋白质质量分数在5．7 ～5．8 mg·g－1之间(图3)，9511 和 9514 的可溶性蛋白质质量分数在 4．8 ～4．9 mg·g－1之间，9506和9517的可溶性蛋白质质量分数较低，为4．3 mg·g－1。

在常温时，6份材料的POD活性差异不大，达11．355～18．564 U之间(图4)。但低温处理后POD活性均出现增加，其中9504和9507等耐低温性较强的材料POD活性最大，达45．321，44．32 U，是对照的将近3倍;而9506和9517的POD活性很小，为18．32，19．354 U，约为对照的1．5倍;9511和9514等耐低温性居中的材料，POD活性约为对照的2倍。

在常温下，供试的6份材料的SOD活性保持在134．404～187．057 U(图5)。经低温处理以后，所有材料SOD活性均升高，其中9504的最高，9507的居于第2位，分别为498．747，473．608 U;9511和9514 的居中，在424．298 ～438．858 U 之间，其余2 份材料的SOD 活性较低，分别为385．995，385．028 U。

在常温下，供试的6份材料MDA的质量摩尔浓度在45．161～51．430 μmol·g－1之间，差异较小(图6)。经低温处理后，所有材料的MDA含量均比对照有所增加，9504和9507的MDA的质量摩尔浓度最低，为51．372，52．819 μmol·g－1;9511 和 9514 的 MDA 的质量摩尔浓度居中，分别为 58．116，59．288 μmol·g－1;而耐低温性较弱的9506 和9517 的 MDA 的质量摩尔浓度最高，为68．716，66．241 μmol·g－1。

图2 6份黄瓜材料水的质量分数、自由水的质量分数、束缚水的质量分数

图3 6份黄瓜材料的可溶性蛋白质的质量分数(鲜重)

图4 6份黄瓜材料的POD活性

图5 6份黄瓜材料的SOD活性重)

图6 6份黄瓜材料的MDA的质量摩尔浓度(鲜

黄瓜幼苗叶片可溶性糖的质量分数、根系比表面积方差分析表明，2性状在所有材料间的差异在常温未达显著水平，在低温下达显著水平。

供试的6份材料可溶性糖的质量分数，在常温条件下，9506和9517等耐低温性较弱材料可溶性糖的质量分数较高(图7);而耐低温性较强的材料表现相反。但经过低温处理，9504和9507的可溶性糖的质量分数显著提高，分别由 15．36，15．746 mg·g－1增加至 24．709，27．086 mg·g－1;而 9506 和 9517的增幅较小，分别由15．003，16．631 mg·g－1增加至17．004，17．505 mg·g－1;9511 和 9514 的耐低温性居中，分别由 16．29，15．258 mg·g－1增加至 20．402，19．409 mg·g－1，增幅居中。

黄瓜根系比表面积列于图8，根系比表面积是一个相对值，是指根的总吸收面积与根体积的比，也是一个衡量根系活力的指标。由图8可知，供试的6份材料在常温下根系的比表面积在2．744～2．936 m－1之间，差异较小。经过低温处理，所有材料根系的比表面积均下降，9504和9507下降较小，降至2．689，2．694 m－1;其余的 4 份材料下降很大，分别降至 1．408，1．237，0．912，0．844 m－1。

图7 6份黄瓜材料的可溶性糖的质量分数

图8 6份黄瓜材料根系的比表面积

2．3 相关分析

供试的6份材料耐低温性与自由水的质量分数、MDA的质量摩尔浓度的偏相关呈显著负相关，与束缚水的质量分数、可溶性蛋白质的质量分数、SOD活性、可溶性糖的质量分数、根系比表面积的偏相关呈显著正相关，与POD活性的偏相关为正相关，未达显著水平(表4)。

在单相关中，耐低温性与自由水的质量分数、MDA的质量摩尔浓度呈显著负相关，与束缚水的质量分数、可溶性蛋白质的质量分数、POD活性、SOD活性、可溶性糖的质量分数、根系比表面积呈显著正相关，POD活性与SOD活性呈显著正相关。

供试的6份材料其余性状间的相关未达显著水平。

表4 6份黄瓜材料处理后生理指标与耐低温性的相关分析

3 讨论

植物组织中的水分，依据其存在的状态可分为自由水和束缚水。二者与植物抗逆性的研究已有报道，闫世江［10］、朱进［11］的研究认为，束缚水的质量分数与耐低温性呈正相关关系。笔者的研究结论与其一致，其原因是束缚水被细胞中的胶体颗粒或渗透物质所吸引，牢牢地束缚在胶体颗粒或渗透物质周围的水分，它不能自由移动，当温度升高时不能蒸发，当温度降至零下也不结冰。较多的束缚水的存在使细胞的内溶物在低温下保持正常生理活动所需的水分，尤其在接近冰点时，提高细胞内溶物比热，保持内溶物的液态，使它不会结冰，减少低温的伤害，维持正常生长。同时，可以减少因原生质内结冰而伤害致死的机会。

可溶性蛋白质的质量分数与植物耐低温性的关系已有广泛研究，多数的学者认为，可溶性蛋白质的质量分数的增加使一些保护酶类活性强［12］。笔者的研究认为，可溶性蛋白质的质量分数与耐低温性呈正相关关系，这是由于可溶性蛋白质的质量分数高，低温下保护酶类的活性强，防止细胞膜脂过氧化，为苗期耐低温性打下坚实的基础。可溶性蛋白质能提高植物体的耐低温能力的另一个原因是由于其吸水性很强，其含量的增加可以束缚更多的水分，能加强细胞的持水力。

POD，SOD广泛存在于植物体中，在植物体衰老或遭遇低温、盐害、高温等胁迫时，细胞内会产生大量的超氧自由基破坏细胞膜，使细胞内溶物外渗。POD，SOD是一类清除超氧自由基的酶，其活性大幅度升高，其对于维持细胞膜的稳定性非常重要。李建设等［12］均报道蔬菜幼苗经零上低温处理后，POD，SOD活性增强。本次试验的结论与上述观点相同。这是因为POD，SOD可杀灭在逆境时产生的超氧自由基，减轻对细胞膜的破坏，同时还诱导产生更多的脯氨酸［13］，间接提高植物的抗寒性。

MDA与耐低温性的关系报道较多。贾俊英等［14］研究了低温对黄瓜幼苗膜脂过氧化的影响，结果表明:低温下细胞的膜脂过氧化程度明显加剧，MDA的质量摩尔浓度显著增加，其与黄瓜幼苗耐低温能力呈极显著负相关。李建设等［12］对茄子、段会军等［15］对西瓜的研究也有类似的报道，本试验也得出相同结论。MDA是一种有害物质，是膜脂过氧化的产物，它可引起蛋白质的交联，对膜结构和蛋白质的功能造成破坏，由于耐低温性强的材料受低温伤害小，所以细胞内出现的有害物质MDA就较少，反之则增加。

可溶性糖的质量分数与耐低温性关系的报道较多，如高桂花等［16］对玉米自交系、王磊等［17］对甘蓝品种的研究，结果表明耐低温性较强的材料在低温下的生理活动影响不大，可溶性糖等渗透调节物质的质量分数上升，以维持正常代谢。杨晓玲等［18］报道，水杨酸(SA)处理黄瓜幼苗，能提高其抗寒性，实质是提高可溶性糖的质量分数，增强渗透调节能力。本次试验的结论与这些结论相同，其原因是低温胁迫能使积累的淀粉转化为可溶性糖，增加了细胞汁液的浓度，增强了细胞防脱水能力，维持细胞的正常代谢［19］。

根系比表面积与低温的关系的研究很早受到大家的重视，王瑞云等［20］研究低温胁迫对苜蓿幼苗存活和叶片生理指标的影响。结果表明:幼苗在低温下，根系比表面积极显著提高，幼苗耐低温性增强。本试验与之相同，根系比表面积是正常生理活动的表现，当低温胁迫来临时，如果黄瓜的耐低温性强，对其在低温下的生理活动、自身的正常代谢就影响小，所以比表面积降低幅度较小。

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