低温胁迫对嫁接苦瓜幼苗渗透调节物质的影响

邹凯茜　商桑　田丽波　朱国鹏　周萌萌　潘琼玉　曾丽萍

摘 要 为研究低温胁迫对苦瓜嫁接苗渗透调节物质的影响，以中原共荣与苦砧2号2个南瓜品种作为砧木与翠柳2号苦瓜分别靠接的嫁接苗为试材，对照采用苦瓜自根苗，使用人工气候培养箱进行低温处理，对低温下两种不同砧木嫁接苗的冷害指数及可溶性蛋白、游离脯氨酸、可溶性总糖、葡萄糖、果糖、蔗糖含量的变化进行测定。结果显示：在低温胁迫下，嫁接苗的冷害指数极显著低于自根苗，说明嫁接可以缓解幼苗所受的低温伤害。在冷胁迫期间，可溶性蛋白、游离脯氨酸以及可溶性总糖嫁接苗显著高于自根苗；在冷胁迫前期，嫁接苗葡萄糖含量显著高于自根苗；果糖含量嫁接苗与对照差异不显著；蔗糖含量在低温胁迫过程中，嫁接苗均显著高于自根苗。苦砧2号在可溶性蛋白，游离脯氨酸以及可溶性糖的含量上均高于中原共荣，综合表现上苦砧2号的抗冷性优于中原共荣以及自根苗，说明嫁接苗在低温胁迫时能有效地提高此3类渗透调节物質含量，以此提高苦瓜幼苗的耐冷性，而在冷胁迫前期正向响应的可溶性糖中的主要成分是葡萄糖，蔗糖在整个耐冷胁迫期间均表现了正向作用。

关键词 低温胁迫；苦瓜；嫁接；渗透调节物质

中图分类号 S642.5 文献标识码 A

Abstract In order to screen cold-resistant stocks and solve the problem of poor cold resistance in bitter gourd production， the effects of low temperature stress on the osmotic solutes of grafted seedlings of bitter gourd were studied. Bitter gourds cultivar-Chui-liu 2 was used as the scion， Pumpkin cultivar-Bitter Anvil 2 （BA） and Zhongyuan Gongrong （ZG） were used as the rootstock， the self-rooted seedlings of bitter gourd was used as the control in an artificial climate incubator at low temperature. The chilling injury index， soluble protein， free proline， soluble total sugar， glucose， fructose and sucrose content of the grafted seedlings under low temperature were measured. The results showed that under low temperature stress， the chilling injury index of the grafted seedlings was significantly lower than that of self-rooted seedlings， indicating that grafting could alleviate the cold damage. During cold stress， soluble protein， free proline and total soluble sugar were significantly higher than that of self-rooted seedlings. In the early stage of cold stress， the content of glucose in the grafted seedlings was significantly higher than that of self-rooted seedlings， and the content of sucrose of the grafted seedlings was significantly higher than that of the control. The content of soluble protein， free proline and soluble sugar of BA were higher than that of ZG. The content of soluble protein， free proline and soluble sugar of BA was higher than that of ZG. The comprehensive performance of cold tolerance of BA was better than that of ZG and self-rooted seedlings， indicating that grafted seedlings in cold stress could effectively improve the content of the three osmotic adjustment substances， thereby increasing chilling tolerance. However， the main component of soluble sugar that responded positively to cold stress was glucose， and sucrose showed a positive effect during the whole cold-tolerant stress.

Keywords low temperature stress； bitter gourd； graft； osmotic solutes

DOI 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.08.010

苦瓜（Momordica charantia L.）又名癞葡萄、凉瓜等，原产于东印度热带地区的葫芦科苦瓜属植物[1]。苦瓜极富营养价值与药用价值，与其他蔬菜作物相比，苦瓜的维生素C含量较突出[2]。早年有研究提出，苦瓜含有的某种物质对于艾滋病防治具有重要作用。正是由于其独具一格的风味以及极高的营养价值，苦瓜产业在我国发展迅速，近年来，调查显示全国各地的栽培总面积逐年增加[3-5]。苦瓜是喜光植物，耐热性强，耐寒性弱，在冬春季节种植时，若遭遇连续低温弱光，容易受到胁迫发生冷害，使苦瓜减产，导致瓜农遭受严重经济损失。

在低温胁迫下，植物的自身会产生对逆境的适应性反应，如渗透调节，参与渗透调节的物质种类有很多，其中可溶性糖、可溶性蛋白质、游离脯氨酸等含量会发生变化，保持植物细胞原生质与环境的滲透平衡以适应逆境[6]。孙奉良[7]提出：冷害胁迫下，苦瓜冷害指数、脯氨酸含量在供试材料间有显著差异，与耐冷性有相关性。杨静[8]研究了苦瓜在不同夜间低温下，丙二醛含量、叶片水势的变化关系。程世强等[9]研究了低温胁迫下，苦瓜成苗脯氨酸和可溶性糖含量变化规律：游离脯氨酸与可溶性糖含量多少与苦瓜耐低温能力存在相关性。李小安[10]提出，提高游离脯氨酸和可溶性糖的绝对含量可以减轻低温胁迫对植株的伤害。刘祖祺[11]提出，植物体内可溶性蛋白含量升高对抗冷性有正向作用。和红云等[12]对低温胁迫下甜瓜的一些主要渗透调节物质的变化进行了测定，结果表明，一定程度下，甜瓜可溶性蛋白含量与抗寒性呈正比。

嫁接作为一项现代蔬菜增产、改良品质的措施，广泛应用于瓜类生产中。对于蔬菜生产，其作用效果有防病、早熟、增产以及增收[13]，可以达到增强植物的抗旱性、抗病性[14]、耐盐性[15-16]，减少细菌、真菌、病毒的感染、促进蔬菜生长发育的目的，具有提高品质等优点。嫁接后，植株的抗逆性增强[17-20]。国内外学者对苦瓜嫁接苗的低温胁迫响应进行了一些研究，但对渗透调节物质，尤其是可溶性糖中的蔗糖、葡萄糖、果糖研究较少。

本研究主要研究低温胁迫下，不同砧木嫁接苦瓜幼苗、自根苗的冷害指数以及渗透调节物质对低温响应的动态变化，分析低温胁迫下嫁接对苦瓜幼苗渗透调节物质的影响，为进一步研究苦瓜嫁接苗的耐冷机理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

接穗品种：翠柳2号苦瓜，品质优良，丰产，不耐冷；来源于海南大学热带农林学院苦瓜研究组。砧木品种：苦砧2号、中原共荣，均为南瓜品种；来源于海口市金玉华种子公司。

1.2 方法

本研究前期工作如幼苗培育及嫁接于海南大学热带农林学院教学基地锯齿型连栋温室内进行，催芽、后期低温处理以及指标测定于设施实验室内进行。精选苦瓜种子于2015年12月8日，中原共荣、苦砧2号种子于12月11日进行温汤浸种，浸泡6 h，将种子均匀放置于培养皿中，在30 ℃左右环境下催芽至露白，播种到50孔穴盘中。基质配方采用草炭：珍珠岩：蛭石：椰糠= 2：2：2：1，拌基质时撒入多菌灵粉剂对基质消毒。

当砧木长出一叶一心，接穗子叶刚展平时，采用靠接法嫁接。嫁接前准备：50孔穴盘、9 cm育苗钵（其中盛有消毒有机基质），并浇透底水。接前喷洒72.2%普力克水剂600～800倍液（混农用链霉素400万倍液），至叶片滴水。光温条件：嫁接时适当遮光，温度20～25 ℃。嫁接工具用医用酒精消毒。

嫁接：采用靠接法[21]进行嫁接—固定—断根。

嫁接后管理：立即放入不透光环境，保持空气湿润；前3 d全遮光、防直射阳光；3 d以后去掉部分遮阳网，增加散射光；断根1周左右揭去遮阳网。

嫁接苗成活后，长至3叶1心时，选取长势基本相同的苦瓜自根苗、两种砧木嫁接苗转移至光照培养箱[昼夜温度为28 ℃/20 ℃，光期/暗期为14 h/10 h，光照强度为120 μmol/（m2 s）]中预培养2 d，随后进行低温实验处理。除处理昼夜温度为8 ℃/8 ℃外，湿度、光期/暗期和光强与预培养相同。处理：中原共荣嫁接苗（中原共荣为砧木，翠柳苦瓜为接穗）、苦砧2号嫁接苗（苦砧二号为砧木，翠柳苦瓜为接穗）、自根苗为对照（CK），每个处理30株，重复3次，随机区组设计。

在低温胁迫的0、1、2、3、5 d时分别测定各个指标。冷害指数统计参照王孝宣等[22]的标准进行分级，每处理取20株进行统计，最后计算冷害指数；酸性茚三酮比色测定脯氨酸含量。考马斯亮蓝G-250染色测定可溶性蛋白质含量，蒽酮比色测定可溶性总糖、果糖、葡萄糖、蔗糖，均参照李合生[23]实验指导。各处理随机挑选3株，从各株上选取相同叶龄的叶片，避开主叶脉，剪取叶片混合后称取目标质量进行指标测定。

1.3 数据统计及分析

数据采用Microsoft Excel进行统计，用SPSS 17.0软件按照Duncan新复极差法分析统计结果的差异显著性，t检验分析低温处理的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对不同砧木苦瓜嫁接苗冷害指数的影响

由表1可知，在低温胁迫期间2个嫁接苗的冷害指数均极显著低于自根苗。其中低温胁迫1 d时苦砧2号、中原共荣嫁接幼苗无冷害症状，而自根对照苗冷害指数达21.01%；低温胁迫1 d以后，各处理苦瓜苗的冷害指数均逐渐升高。第5天时冷害指数最小的是苦砧2号嫁接苗，仅为8.54%，最高的为自根苗，冷害指数达到了43.32%。根据各处理的平均冷害指数的差异，各幼苗表现耐冷性强弱的顺序依次为：苦砧2号>中原共荣>自根苗。

2.2 低温胁迫对可溶性蛋白的影响

由图1可知，0 d时，嫁接苗可溶性蛋白含量高于自根苗，但差异不显著；嫁接苗在1～3 d内平稳上升，均在第3天达到峰值，嫁接苗与自根苗存在极显著差异，其中可溶性蛋白质含量与0 d相比，中原共荣增长了32%，苦砧2号增长了33%；3 d之后开始下降，自根苗的可溶性蛋白含量在0～1 d略有上升，之后呈下降趋势。说明苦瓜在冷胁迫下前期，此2种砧木嫁接苦瓜幼苗均可显著提高苦瓜可溶性蛋白含量以响应低温胁迫。

2.3 低温胁迫对游离脯氨酸含量的影响

由图2可知，低温处理0 d时，苦砧2号嫁接苗脯氨酸含量显著高于自根苗，中原共荣略高于自根苗，但无显著差异。自根苗与嫁接苗的脯氨酸含量在低温胁迫前期均表现为上升，处理第3天达到峰值，与0 d相比，自根苗增长了18%，中原共荣增长了56%，苦砧2号增长了77%，嫁接苗均极显著高于自根苗，其中苦砧2号显著高于中原共荣。由此可见，嫁接提高了苦瓜幼苗在低温胁迫下叶片的脯氨酸含量。

2.4 低温胁迫对可溶性总糖含量的影响

由图3可知，低温处理0 d时，可溶性总糖含量中原共荣>自根苗>苦砧2号，但无显著差异。苦瓜幼苗的可溶性总糖含量在低温胁迫后均上升，其中自根苗在1 d时含量最高，嫁接苗在第2天时达到最大值，随后下降；达最大值时与0 d相比，中原共荣增长26%，苦砧2号增长13%，低温胁迫过程中，各嫁接苗的总糖含量均高于自根苗。说明嫁接苦瓜可以提高叶片中可溶性总糖含量以响应低温胁迫。

2.5 低温胁迫对果糖含量的影响

由图4可知，低温胁迫0 d时，嫁接苗和自根苗无显著差异，低温胁迫1 d时，各处理果糖含量变化不大，随胁迫时间延长，各处理果糖含量增加，到第2天时，自根苗果糖含量达到峰值，第3天时嫁接苗含量达到峰值，嫁接苗与自根苗差异达到显著水平，第5天时无显著差异。说明苦瓜嫁接苗的果糖含量在低温胁迫下各处理间随时间变化量较小，总的趋势是先缓慢上升再逐渐下降。

2.6 低温胁迫对葡萄糖含量的影响

由图5可知，低温处理0 d时，葡萄糖含量顺序依次为苦砧2号>中原共荣>自根苗，但无显著差异。所有处理的葡萄糖含量在低温胁迫后上升，自根苗与苦砧2号在2 d、中原共荣在3 d时达到最大值，在3～5 d嫁接苗有一个骤降，在第2～3天，嫁接苗的葡萄糖含量显著高于自根苗。达峰值时，与0 d相比，自根苗葡萄糖含量增幅为16%，苦砧2号的增幅为63%，中原共荣的增幅为57%。说明在冷胁迫前期，嫁接苗通過迅速提高叶片的葡萄糖含量来响应冷胁迫。

2.7 低温胁迫对蔗糖含量的影响

由图6可知，低温处理0 d时，蔗糖含量苦砧2号>中原共荣>自根苗，自根苗和嫁接苗有极显著差异。嫁接苗的蔗糖含量变化趋势为：在低温胁迫前2 d中上升并达峰值，随后下降，自根苗在1 d时蔗糖含量高于0 d，2～5 d中持续下降，其中第2天苦砧2号蔗糖含量极显著高于中原共荣，中原共荣嫁接苗的下降速率小于苦砧二号，中原共荣处理蔗糖含量在第3天与第5天无明显差异，自根苗极显著低于嫁接苗。苦瓜嫁接苗能够提高幼苗叶片中的蔗糖含量抵御低温胁迫。

3 讨论

低温胁迫下植物会在细胞质内积累大量的渗透调节物质，有机渗透调节物质又叫相容溶质，包括游离脯氨酸、可溶性糖、渗透调节蛋白、甜菜碱等，它们在较高浓度下也不会对细胞形成毒害作用，并且可以保护代谢及酶类物质[24]。

叶片冷害指数能直观地反映低温胁迫对幼苗叶片的伤害程度[21]。本研究表明，在低温胁迫的各天中，嫁接苗耐冷性极显著高于自根苗，其中苦砧2号的耐冷性极显著高于中原共荣嫁接苗。说明选用耐冷性好的砧木品种嫁接苦瓜可以增强苦瓜植株抵御低温胁迫的能力。这与张娟[25]、刘慧英[24]等的研究结论一致。

在低温胁迫下，可溶性蛋白的亲水性强，可溶性蛋白含量升高，能增强细胞持水力，提高植物抗性[26]。可溶性蛋白含量变化与酶活性变化密切相关[27]，此研究耐冷性较强的嫁接苗可溶性蛋白含量显著高于自根苗。由此可见，可溶性蛋白的积累与耐冷性呈正相关。

脯氨酸作为一类重要的渗透调节物质，已知在逆境下，游离脯氨酸含量会大量上升[28-30]，其中抗逆性强的品种游离脯氨酸含量上升更迅速[31]，受胁迫前期嫁接苗脯氨酸积累，用以调节植物细胞渗透平衡，达到保护细胞质中的酶的作用[27]。本研究结果表明，在冷害胁迫前3 d各处理的游离脯氨酸含量均上升，其中嫁接苗增幅显著高于自根苗，与前人研究结果一致[9， 32]，说明嫁接可以显著改善苦瓜幼苗的渗透调节能力，显著提高其耐冷性。

已知零上低温胁迫，耐冷性强的品种可溶性糖含量增加更多，细胞水势降低，细胞抗脱水能力增强，抗性增强[25]。糖浓度变化与植物内源ABA形成相关，其达到临界水平便可作信号使植物体内ABA增加[32]。ABA可以改善植物对逆境的适应，增强生长活性，间接诱导蛋白质的合成，具有有益的生理促进作用，可提高植物抗寒能力[33-35]。本研究表明，嫁接苗可溶性总糖含量均高于自根苗，嫁接苗之间无显著差异，表现出高于对照的抗冷性；进一步测定葡萄糖、果糖、蔗糖的含量，初步测验这3种可溶性糖含量与耐冷性的相关性，其中葡萄糖与蔗糖含量变化趋势与总糖变化趋势相同，苦砧2号极显著高于自根苗与中原共荣嫁接苗，果糖含量只在第3天与自根苗存在显著差异，其余有差异但无显著差异，研究可溶性糖组分与耐冷性的研究较少，各种机制需要进一步探索。

综上所述，通过嫁接的方式，选用耐冷性好的砧木，可促进苦瓜幼苗在低温胁迫下以一定速率积累葡萄糖、果糖、蔗糖、可溶性总糖、可溶性蛋白、脯氨酸等渗透调节物质，使细胞内环境维持稳定，减小低温对苦瓜幼苗造成的伤害，提高自身对逆境的适应。而在冷胁迫前期正向响应的可溶性糖中的主要成分是葡萄糖，蔗糖在整个耐冷胁迫期间均表现了正向作用。

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