适度高温对水培条件下蔬菜种子萌发及幼苗生长的影响

王立新，袁　陈，尹　凡，范益民

（1.常熟理工学院生物与食品工程学院，江苏常熟215500；2.常熟理工学院化学与材料工程学院，江苏常熟215500；3.常熟市虞山镇中泾村委会，江苏常熟215500）

适度高温对水培条件下蔬菜种子萌发及幼苗生长的影响

王立新1，袁陈1，尹凡2，范益民3

（1.常熟理工学院生物与食品工程学院，江苏常熟215500；2.常熟理工学院化学与材料工程学院，江苏常熟215500；3.常熟市虞山镇中泾村委会，江苏常熟215500）

摘要：研究了水培条件下25，30，32，34℃4种不同温度对3种蔬菜种子萌发及幼苗生长的影响.结果显示：从萌发率数据来看，各高温处理与对照组相比总体有一定程度提升，其中茄子在30℃时出现最高值，空心菜的最高值在32℃.适度高温对蔬菜的形态建成影响明显，其中空心菜对高温的响应尤其显著，表现为极大地促进茎的长高而对根的生长没有显著作用.结合叶绿素含量，根系活力和SOD活性等各生理指标结果进行综合评价，3种蔬菜在水培条件下对适度高温的耐受力柳叶空心菜最高，其次为大金条辣椒，墨玉茄子的耐受性相对较差.

关键词：适度高温；水培；蔬菜

温度是影响植物生长发育的一个非常重要的环境因素.近年来，由于“温室效应”的加剧，全球变暖，高温胁迫已成为农业生产中面临的重要问题.高温对各类蔬菜的影响是多方面的，表现为影响叶菜类植株的外观形态，使植株生长缓慢，从而影响产量；影响茄果类植株的花芽分化、授粉及受精以致出现落花落果及畸形果增多等不良后果.以往很多成果均以38℃及以上高温为前提探讨温度对植物生长发育的影响［1-2］，本文结合本地气候特点采用适度高温进行研究.

本实验选用茄子、辣椒和空心菜3种传统陆生蔬菜，通过测定其种子萌发率、植株形态建成及生理生化指标3方面的变化研究持续的适度高温对水培条件下不同种类蔬菜的影响，以期筛选出既适应于水生环境条件，同时又适合苏南地区春夏气温特点的蔬菜种类，为传统蔬菜栽培方式提供新的思路，同时也为在水体综合治理中引入经济植物这一新举措提供前期理论参考依据.

1　材料和方法

1.1实验材料

蔬菜种子购于常熟市种子站，辣椒（Capsicum annuum L.），品种为大金条，茄子（Solanum melongena L.），为墨玉品种，空心菜（Ipomoea aquatica Forsk.），为台湾白梗柳叶，均为适合于本地春夏种植的蔬菜品种.

1.2实验方法

1.2.1种子萌发

蔬菜种子用0.5%次氯酸钠消毒10 min，经蒸馏水冲洗3次后浸种24 h.挑选完整、饱满者放入预先铺有脱脂棉的培养皿中（该装置预先经高压蒸汽灭菌），每皿均匀放置30粒，平行3皿.于光照培养箱中进行培养，每天定时适量添加曝气自来水.白天温度设定为25，30，32，34℃四个梯度，夜间设定18，23，25，27℃，以25℃/18℃为参照. 12 h/12 h光暗交替，光照强度为6 050 Lx.

1.2.2生理指标测定

培养至17 d进行各项生理指标测定.发芽率的统计采用直接计数法，用百分率表示.苗高及初生根长的测定采用直尺测量法，每皿随机挑选5株幼苗进行测量，取平均值.蔬菜幼苗叶片叶绿素含量的测定采用丙酮提取法［3］、根系活力测定选用α-萘胺法［4］、SOD活性测定参照Stewert和Bewley的方法［5］，以抑制NBT还原率达50%的酶量为一个活性单位（U）.

1.3数据整理与统计分析

分别采用Excel软件进行数据处理、Origin统计软件进行数据整理及分析.

2　结果分析

2.1适度高温处理对蔬菜种子萌发率的影响

由表1可见，在不同温度处理下，与对照组相比各类蔬菜萌发率表现有很大的不同.辣椒和空心菜的萌发率在32℃时达到最高，而茄子的萌发率最高值出现在30℃.相对而言，对照组的萌发率在各类蔬菜中均为最低.

表1　不同温度处理对蔬菜种子萌发率（%）的影响

2.2适度高温处理对蔬菜幼苗苗高的影响

从表2可以看出，随着培养温度的升高，与对照相比，茄子及空心菜的苗高均出现较大幅度的增高.特别是30℃处理下的空心菜，其苗高是对照组的2.25倍.而辣椒在30，32℃下表现与对照基本持平，仅在34℃处理下表现出较大的增长.

表2　不同温度处理对蔬菜幼苗苗高（cm）的影响

2.3适度高温处理对蔬菜幼苗根长的影响

由表3可以看出，适度高温对各类蔬菜根长的影响各有表现.辣椒及茄子在高温处理下均表现出根长数值的明显增大，在30，32℃下与对照组相比差异极显著.但空心菜在根长这个形态指标中对温度变化不明显.结合观察结果，各温度处理对3种蔬菜植株的外形特征并未产生明显影响.

表3　不同温度处理对蔬菜幼苗根长（cm）的影响

2.4适度高温处理对蔬菜幼苗叶片叶绿素含量的影响

叶绿素含量作为反映光合作用强度的最直接指标，其数值的大小直接指示功能的强弱.大金条辣椒在适度高温处理下均表现为叶绿素含量的显著升高，统计分析表明与对照相比差异极显著.而30，32℃处理下的茄子及空心菜幼苗叶绿素均升高显著，但34℃下的茄子与对照无明显差异，而空心菜却呈现显著降低现象（见表4）.

2.5适度高温处理对蔬菜幼苗根系活力的影响

根系活力是体现根的生长情况和代谢水平的指标，根系活力的大小直接影响植物地上部的生长和营养状况以及产量，是植物生长中的重要生理指标之一.如表5所示，对照组各类蔬菜的根系活力在水培条件下相对较低，随着培养温度的升高，根系活力出现大幅度提升.至32℃时，根系活力开始出现明显下降，整体表现出先升后降的趋势.

2.6适度高温处理对蔬菜幼苗叶片SOD活性的影响

SOD是植物体内清除活性氧的重要细胞保护酶，其活性的大小可以反映植物对逆境胁迫的适应能力.由表6可见，各类蔬菜对适度高温的反应各不相同.辣椒的SOD活力表现为明显的先升后降，在32℃时达到最高，而后出现下降，但34℃时的活力比对照组高36.8%.茄子对高温的反应是随着温度的上升SOD活力直线降低.而空心菜的反应同样也表现为先升后降，但其高峰出现在32℃，温度升至34℃时SOD活力急剧下降.

表4　不同温度处理对蔬菜幼苗叶片叶绿素含量（mg/g）的影响

表5　不同温度处理对蔬菜幼苗根系活力（μg/g.h）的影响

表6　不同温度处理对蔬菜幼苗叶片SOD活力（U/g）的影响

3　讨论

高温胁迫可以引起种子萌发［6］，植株形态及解剖结构，植物生理生化等多方面的变化［7-8］.本实验采用的适度高温比传统意义的高温胁迫在温度设定上低5～7℃，其所带来的结果也有所不同.种子萌发是一个非常复杂的过程，需要一系列酶的参与，通过呼吸作用降解胚乳或子叶中的贮藏物质以提供种芽等的形态建成［9］.这种生理变化与外界条件如温度、水分、氧气、光照等有非常密切的关系.本实验结果显示，3种蔬菜的萌发率与处理温度直接相关.相同条件下，茄子的最佳萌发温度为30℃，辣椒及空心菜的最佳为32℃.其原因可认为适当提高温度有助于提升萌发过程中的酶促反应和呼吸作用，使贮藏的养分可以较快转变成胚能直接利用的小分子从而提高萌发率.而作为对照组的萌发率却较低，排除种子本身原因，作为传统的陆生蔬菜，其萌发还受到光照条件、水分等多方面综合影响［10］.而本实验改为水培，其萌发习惯的改变最终影响到萌发率的数值大小.同时，为了避免高温带来的种子霉变坏死，本实验对培养装置预先进行高压蒸汽灭菌，效果显现.关于高温对植物形态建成方面的影响，从实验结果来看，适度高温对植物的苗高及根长均有一定程度的促进作用，且形态正常.其中空心菜对温度变化的响应尤为突出，表现为极大地促进茎的伸长而对根长的影响不大.作为叶菜类蔬菜，该表现可以将代谢产物更多地分配至茎叶中，更好地体现其经济价值.适度高温处理下各类蔬菜生理指标出现较大变化. SOD作为逆境中首当其冲的抗氧化酶，其活性的变化反映了植物对氧化损伤的修复能力，活性越高，清除自由基的能力越高，抗逆性也越强［11］.实验结果显示，就SOD活性单一指标而言，大金条辣椒尽管在34℃时活力有所下降，但其数值还是略高于对照组，表示在此温度下还有较好的抗性.而空心菜对32℃高温具有很强的抗性，从根系活力及叶绿素含量两项指标来看，空心菜在32℃下均有良好表现.综上所述，笔者认为以上3种蔬菜在水培条件下对适度高温的耐受力柳叶空心菜为最高，其次为大金条辣椒，墨玉茄子的耐受性相对较差.当然，抗性强弱跟植物本身的营养等条件有非常密切的关系，如果能提供更好的外界条件，相信以上蔬菜对抗高温的能力还能得到更大的提升.

水培作为一种仅用营养液就可以栽培植物的方式，与传统土壤栽培相比有其独特的优势.结合当下对富营养化水体的生态组合治理模式，期望能把两者进行有机结合，探索一条低成本同时又适合于治理受生活污水侵蚀的城市或者乡村河道的途径，一方面利用植物的吸收利用降低水体中的氮磷含量［12-13］，同时还可以获得一定的经济收益.结合本实验结果进行综合评价，笔者认为白梗柳叶空心菜可以在本地春夏季节进行初步尝试.当然，本实验仅对蔬菜的早期生长发育进行了一定研究，对其能否适应不同富营养程度水环境并顺利进入采收期还需后续实验加以证实.

参考文献：

［1］孙保娟，黎振兴，罗少波，等.持续高温胁迫对茄子幼苗几个主要生理指标的影响［J］.热带作物学报，2010，31（9）：1528-1534.

［2］郭培国，李荣华，夏岩石，等.高温胁迫对苦瓜生理特性影响的分析［J］.广州大学学报，2013，12（2）：24-29.

［3］张志良，瞿伟菁.植物生理学实验指导［M］. 3版.北京：高等教育出版社，2003：67-69.

［4］王英典，刘宁.植物生物学实验指导［M］.北京：高等教育出版社，2001：48-50.

［5］STEWERT R C, BEWLEY J D. Lipid peroxidation associated with accelerated aging of soybean axes［J］. Plant Physiol, 1980, 65 （3）：245-248.

［6］陈禅友，张凤银，李春芳，等.温度与水分双重胁迫下豇豆种子萌发的生理变化［J］.种子，2008，27（9）：51-56.

［7］杨华庚，陈慧娟.高温胁迫对蝴蝶兰幼苗叶片形态和生理特性的影响［J］.中国农学通报，2009，25（11）：123-127.

［8］张乐华，周广，孙宝腾，等.高温胁迫对两种常绿杜鹃亚属植物幼苗生理生化特性的影响［J］.植物科学学报，2011，29（3）：362-369.

［9］姜慧芳，任小平.干旱胁迫对花生叶片SOD活性和蛋白质的影响［J］.作物学报，2004，30（2）：169-174.

［10］宋兆伟，郝丽珍，黄振英，等.光照和温度对沙芥和斧翅沙芥植物种子萌发的影响［J］.生态学报，2010，30（10）：2562-2568.

［11］李荣华，郭培国，张华，等.高温胁迫对不同耐热性菜心材料生理特性的差异研究［J］.北方园艺，2012（1）：1-6.

［12］LIU J T, QIU C Q, XIAO B D. The role of plants in channeldyke and field irrigation systems for domestic wastewater treatment in an integrated eco-engineering system［J］. Ecol Eng, 2000, 16（5）：235-241.

［13］宋志文，毕学军，曹军.人工湿地及其在我国较小城市污水处理中的应用［J］.生态学杂志，2004，22（3）：74-78.

Effects of Moderate High Temperature Stress on the Seed Germination and Growth of Vegetables under Water Culture

WANG Lixin1, YUAN Chen1, YIN Fan2, FAN Yimin3
（1. School of Biology and Food Engineering, Changshu Institute of Technology, Changshu 215500, China；2. School of Chemistry and Material Engineering, Changshu Institute of Technology, Changshu 215500, China；3. Zhongjing Village Committee of Yushan Town in Changshu City, Changshu 215500, China）

Abstract：The seed germination and growth of three kinds of hydroponics vegetables were studied under high temperatures of 25, 30, 32, 34℃. The results showed that Germination rates were increased when tress had moderate high temperature. At 30℃the eggplant had the highest germination rate but water spinach was at 32℃. The moderate high temperature also enhanced the root length and seedling length, water spinach had the best reaction combined with the chlorophyll content, root activity and SOD activity, and water spinach had the highest resistance.

Key words：moderate high temperature；water culture；vegetable

中图分类号：Q945.79

文献标识码：A

文章编号：1008-2794（2016）02-0114-04

收稿日期：2015-07-20

基金项目：常熟市科技发展计划项目“河道生物生态修复技术研究与示范”（CS2013071）

通信作者：王立新，高级实验师，硕士，研究方向：植物生理生化，E-mail：wlx26@tom.com.