冷害胁迫对西瓜幼苗牛理和结构的影响

吴鹏　郭茜茜

摘要：以西瓜品种‘京欣一号和‘特大懒汉王为试验材料，3叶1心时5℃低温处理0、3、6、9 d，计算西瓜幼苗冷害指数，测定根的干鲜质量和根系活力、叶片的干鲜质量、组织含水量、相对含水量、水分饱和亏及光合色素含量，同时，利用石蜡切片观察叶片的超微结构。结果表明，5℃冷胁迫0～6 d‘特大懒汉王的冷害耐受性优于‘京欣一号，9 d时二者的冷害耐受性无明显差别。冷胁迫过程中，‘京欣一号和‘特大懒汉王的叶片和根的干鲜质量比均减小，叶片饱和水分亏波动变化，光合色素含量积累减少。‘特大懒汉王的根总吸收面积、活跃吸收面积和根活跃吸收百分比变化都较‘京欣一号更活跃。冷胁迫使叶片的上表皮和下表皮厚度减小，栅栏组織/海绵组织的值不断减小。

关键词：西瓜；冷胁迫；生理指标；超微结构

西瓜是我国重要的果品之一。为满足人们对反季节西瓜的需求，日光温室和早春大棚西瓜栽培技术逐渐推广。华中和华东地区以大棚为主，配以中棚、小棚和地膜覆盖；华北、东北和西北地区则以日光温室和大棚为主，辅以其他设施；设施栽培西瓜多以吊蔓为主，密度可达15 000～18 000株·hm^-2，单产高达67 500～75 000 kg·hm。广西是西瓜主要产区之一，在反季节栽培过程中，春季西瓜栽培常遭受低温或倒春寒的危害，影响了西瓜嫁接育苗和开花授粉工作。长时间低温严重影响反季节栽培西瓜的产量和品质。

20世纪90年代开始，西瓜对低温耐受性的研究受到了人们的广泛关注，包括低温对西瓜幼苗生长发育的影响、西瓜幼苗的耐低温特性、低温胁迫下生理生化特性等多个方面。笔者通过比较2个西瓜品种在5℃低温条件下处理不同时间（0、3、6、9 d）幼苗的冷害指数、叶片和根组织含水量及相对含水量、叶片光合色素含量和水分饱和亏、根系活力、叶片超微结构，探讨西瓜的低温响应机制，为西瓜幼苗低温耐受性研究积累数据，为筛选反季节栽培西瓜品种和西瓜抗逆性育种积累材料。

1材料与方法

1.1材料

试验材料为‘京欣一号和‘特大懒汉王，购买于齐齐哈尔市国抗种业有限公司，均为耐低温早熟品种，在生产上应用较广泛。

1.2试验处理

1.3试验方法

1.3.1冷害指数计算 根据Semeniuk标准进行冷害分级（表1）并计算冷害指数，计算公式如下：

1.3.2组织含水量、相对含水量及水分饱和亏测定剪取植物叶片或根系组织，放入铝盒中，称出鲜质量，105℃下杀青10 min，80℃烘至恒重，冷却后称出干质量。称量植物叶片鲜质量，将样品浸入蒸馏水数小时后，吸干表面水分再称质量；再浸1 h称质量；再将样品浸入水中1 h，取出称质量。直至2次浸泡1 h后称量结果相同，即为饱和鲜质量。

1.3.3亚甲基蓝测根系活力 将0.2 mmol·L^-1的亚甲基蓝溶液分别倒入3个小烧杯中，溶液体积约为根系体积的10倍。根系洗净吸去表水，依次放人烧杯中，每杯浸泡1.5 min。每个烧杯中取出亚甲基蓝溶液1 mL，稀释10倍，660 nm处比色测量吸光值，计算亚甲基蓝溶液浓度。计算公式如下：

总吸收面积/m²=（第1杯中共被吸收的亚甲基蓝毫克数+第2杯中被吸收的亚甲基蓝毫克数）×1.1；

活跃吸收面积/m²=第3杯中被吸收的亚甲基蓝毫克数×1.1；

1.3.4光合色素含量的测定 叶片去中脉剪碎，称取0.2 g，加入少量石英砂、少量碳酸钙和2～3 mL80%丙酮，研磨匀浆，再加10 mL 80%丙酮，过滤至25 mL棕色容量瓶，用丙酮冲洗过滤器，直至滤纸上无绿色，定容。以80%丙酮为对照，测定波长663、646、470 nm下的吸光值。

1.3.5石蜡切片观察叶片超微结构 选取低温处理0、3、6、9 d幼苗的第2和第3片真叶，离叶尖1/3处切取5 mm×5 mm小块，用FAA固定液保存于青霉素小瓶中，4℃保存。石蜡切片制作采用Sun等的方法。切片干燥后，用显微照相系统观察并照相。测量栅栏组织、海绵组织和叶片上下表皮厚度，比较不同处理时间西瓜幼苗叶片显微结构的异同。

2结果与分析

2.1不同时间冷胁迫西瓜幼苗冷害指数变化

5℃冷胁迫条件下，2个西瓜品种幼苗都表现出不同程度的冷害现象，随着处理时间的增加冷害指数逐渐变大（表2）。不同西瓜品种冷害发生的规律是相似的，但是品种间还是存在差异的。5℃处理3、6 d，‘京欣一号的冷害指数均大于‘特大懒汉王，‘特大懒汉王表现出更好的对冷胁迫的耐受性。5℃处理9 d时‘京欣一号和‘特大懒汉王的冷害指数均超过了3.3，而且‘特大懒汉王的冷害指数超过了‘京欣一号。总体看来，冷害发生6 d之内，‘特大懒汉王的冷胁迫的耐受性更好，但是如果冷害发生超过9 d，‘京欣一号和‘特大懒汉王的冷胁迫的耐受性没有明显差异。

2.2不同时间冷胁迫西瓜幼苗干物质积累和含水量变化

5℃冷胁迫条件下，2个西瓜品种幼苗的生长均受到了不同程度的影响（表3）。‘京欣一号叶片鲜质量在冷胁迫0～6 d不断降低，6～9 d又增加，叶片干质量变化规律与鲜质量相似，也是先降低后增加。‘京欣一号根鲜质量在冷胁迫0～3 d降低，3～9 d又不断增加，根干质量变化规律与鲜质量相似，也是先降低后增加。冷胁迫条件下，‘京欣一号叶片的干鲜质量比不断减小，根的干鲜质量比0～6 d减小，6～9 d增大。‘京欣一号的生长受到低温抑制，叶片比根表现更明显。‘特大懒汉王叶片鲜质量在冷胁迫0～3 d增加，3～9 d又降低，叶片干质量变化规律与鲜质量相似，也是先增加后降低。‘特大懒汉王根鲜质量在冷胁迫0～3 d增加，3～9 d不断降低，根干质量变化规律与鲜质量相似，也是先增加后降低。‘特大懒汉王的叶片干鲜质量比和根干鲜质量比都是不断降低。‘特大懒汉王生长受到低温抑制，叶片和根的表现相似。表3不同冷胁迫时间西瓜幼苗叶片和根的鲜质量、干质

5℃冷胁迫条件下，‘京欣一号的组织含水量不断增加，相对含水量不断降低，饱和水分亏0～3 d升高，3～6 d降低，6～9 d升高（表4）。‘特大懒汉王的组织含水不断增加，相对含水量不断降低，饱和水分亏0～3 d降低，3～6 d升高，6～9 d降低。‘京欣一号和‘特大懒汉王的组织含水量及相对含水量变化规律是相似的，饱和水分亏是不同的，‘京欣一号表现出更好的低温耐受性。

2.3不同时间冷胁迫对西瓜幼苗根系活力的影响

5℃冷胁迫过程中，‘京欣一号和‘特大懒汉王的根系活力表现出不同的变化过程（表5）。‘京欣一号的根总吸收面积、根活跃吸收面积和根活跃吸收百分比都在不断减小。根总比表面积0～3 d减小，3～6 d增加，6～9 d减小，处于波动变化状态。活跃比表面积0～6 d增加，6～9 d减小。‘特大懒汉王的根总吸收面积0～3 d减小，3～9 d增加。根活跃吸收面积0～3 d减小，3～6 d增加，6～9 d减小。根活跃吸收百分比和总比表面积0～3 d增加，3～9 d减小。活跃比表面积0～6 d增加，6～9 d减小。冷胁迫条件下，根总比表面积变化最活跃，积极响应冷胁迫。‘京欣一号和‘特大懒汉王的活跃比表面积变化规律相似。‘特大懒汉王的根总吸收面积、活跃吸收面积和根活跃吸收百分比变化都较‘京欣一号更活跃。

2.4冷胁迫对西瓜幼苗光合色素含量的影响

5℃冷胁迫过程中，‘京欣一号和‘特大懒汉王的光合色素含量变化规律相似（表6）。叶绿素a、叶绿素b含量和叶绿素总量都不断降低，叶绿素a/叶绿素b也在不断减小。‘京欣一号类胡萝卜素含量随着冷胁迫的时间延长而不断降低，而‘特大懒汉王的类胡萝卜素含量在0～3 d减少，3～6 d增加，6～9 d减少。

冷胁迫3 d，‘特大懒汉王叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别下降了19.75%、13.81%和7.68%。叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量下降幅度均大于‘京欣一号，可见‘京欣一号对冷胁迫的耐受力比‘特大懒汉王要好。随着处理时间的延长，2个品种叶绿素含量和类胡萝卜素含量持续下降。冷胁迫9 d时，‘京欣一号品种叶绿素a叶绿素b的总量和类胡萝卜素含量分别下降了37.96%和35.26%，‘特大懒汉王则下降了24.89%和39.08%，表明长时间冷胁迫会明显影响西瓜幼苗光合色素积累。

2.5冷胁迫对西瓜幼苗超微结构的影响

由于品种间的差异，处理前‘特大懒汉王的上下表皮、栅栏组织和海绵组织厚度均大于‘京欣一号（表7）。随着处理时间的增加，2个品种的各组织厚度均出现减小的现象。冷胁迫3 d时，还可以看到清晰的柱状排列紧密的栅栏组织（图1和图2），冷胁迫初期，西瓜幼苗还能承受5℃的低温压力，叶片形态结构变化不明显。冷胁迫6 d时，栅栏组织厚度明显减小，细胞体积变小，形状由矩形变成椭圆形（图3和图4）。冷胁迫9 d时，栅栏组织排列无序，海绵组织细胞出现变形，甚至不能分辨（图5和图6）。‘特大懒汉王叶片的变化与‘京欣一号是相似的，此外上下表皮还出现断裂、细胞干瘪及明显的细胞间隙。随胁迫时间的延长，冷胁迫下西瓜叶片表现出形态结构的损伤。

‘京欣一号的上表皮和下表皮厚度不断减小，栅栏组织高度和海绵组织高度不断降低，栅栏组织/海绵组织的值不断减小。‘特大懒汉王上表皮厚度0～3 d略有增加，3～9 d不断减小，栅栏组织高度和海绵组织高度不断降低，栅栏组织/海绵组织的值不断减小。

3讨论与结论

冷害指数是描述植物遭受冷害程度最直观最有效的指标。本研究结果表明，西瓜的冷害耐受性是有品种间差异和耐受时限的。不同的西瓜品种冷害发生规律相似，但对冷害胁迫响应是不同的。不同西瓜品种的冷害指数变化幅度不同，耐受冷害时间也不同，即使较好的耐低温品种，超过其耐受冷害的时间也会发生冷害。冷害发生的程度取决于环境温度、低温持续的时间、降温方式、植物材料的适应和抵抗能力等。本研究结果表明，随着冷胁迫时间的延长，冷害指数不断升高。处理9 d时，2个品种均表现出叶缘萎缩、萎蔫及叶片发黄，‘京欣一号品种受损程度要略高于‘特大懒汉王。

根系活力降低会影响植物正常生理代谢，导致植物的生长发育受到抑制。根系是植物从土壤中吸收养分的重要器官，冷胁迫对根系的影响主要表现为降低了总比表面積和活跃比表面积。本研究结果表明，冷胁迫条件下西瓜根总比表面积变化最活跃，积极响应冷胁迫。根总吸收面积、活跃吸收面积和根活跃吸收百分比也在波动变化，‘特大懒汉王较‘京欣一号变化幅度更大，但是2者的活跃比表面积变化规律相似。

光合色素（叶绿素和类胡萝卜素）含量直接影响到光合作用的速率，进而影响植物产量积累和品质形成。本研究结果表明，冷胁迫条件下，随着时间延长，西瓜幼苗的叶绿素和类胡萝卜素含量明显下降。这与刘慧英等在低温胁迫对嫁接西瓜光合特性影响的研究及王兴虎在低温对厚皮甜瓜生理特性影响的研究得到的结论是一致的。低温造成植物光合色素含量降低，影响到植物的光合作用和生长发育。

完整的形态结构是叶片光合作用实现的基础，是植物物质积累和能量贮藏的准备。本研究结果表明，冷胁迫影响西瓜幼苗叶片的超微结构，上表皮和下表皮厚度减小，栅栏组织，海绵组织的值不断减小。冷胁迫初期，上下表皮厚度减小，栅栏组织体积开始减小，排列较疏松，海绵组织出现间隙。冷胁迫后期，栅栏组织细胞排列紊乱、干瘪甚至严重变形，海绵组织细胞间隙变大，无法区别栅栏组织和海绵组织。范小玉在对西瓜苗期耐冷性研究中也得到了相同的结论。冷胁迫初期，叶片的上下表皮细胞受损程度较轻，细胞水分变化较小，细胞膜和细胞功能受损程度低，植物体受到的伤害也较轻，这与蔡立永和宋永昌的研究结果一致。