愈合期不同光照度对亚低温胁迫下黄瓜嫁接苗生长和生理的影响

翟挺楷， 郝思怡， 林碧英， 熊伟任， 钟路明， 储玉凡， 林黄昉

(1.福建农林大学园艺学院/福建农林大学蔬菜研究所，福建福州 350002；2.华中农业大学园艺林学学院/园艺植物生物学教育部重点实验室，湖北武汉 430070)

黄瓜(CucumissativusL.)作为全球各国广泛栽培的园艺作物，近年来市场需求量日渐提高，但栽培过程中的连作障碍严重影响黄瓜的产量与品质，而嫁接技术的应用可有效克服蔬菜生产过程中连作障碍问题，提高植株抗逆性[1-2]，在黄瓜、番茄等蔬菜中应用广泛[3-4]，其中黄瓜嫁接苗的应用率更是达到70%以上[5]。温度是影响黄瓜生长的首要因素，制约黄瓜栽培时间及分布范围，如何提高黄瓜嫁接苗的抗低温能力已成为目前主要研究方向[6-8]。随着黄瓜设施温室、大棚栽培快速发展，同时为满足市场需要和提高黄瓜栽培的经济效益，南方地区常进行黄瓜春早熟设施大棚栽培。然而，春早熟设施栽培在实际生产中常受到“倒春寒”等天气影响而导致亚低温环境，从而影响黄瓜生长。因此，探究亚低温胁迫对黄瓜嫁接苗的响应，对黄瓜春早熟栽培期间提升抗亚低温能力具有重大意义。

嫁接口的愈合直接决定嫁接苗的质量。近年来研究发现，光环境的调控可有效促进蔬菜嫁接口的愈合。刘方园等通过试验筛选出在1～3、4～6、7～8 d给予光照度处理75、150、225 μmol/(m2·s)时西瓜嫁接苗成活率较高，且幼苗生长形态与光合特性较佳[9]；廖自月等对黄瓜嫁接苗愈合期光照度进行筛选，得出在1～3、4～6、7～10 d分别给予45、90、135 μmol/(m2·s)的光照度，黄瓜嫁接苗愈合速度最快，且幼苗综合生长指标较好，可溶性糖与可溶性蛋白积累较多[10-11]。然而，目前并未见关于愈合期最佳光照度下的黄瓜嫁接苗在后期(定植期)对逆境响应的相关研究报道。为此，本试验采用愈合期不同梯度的光照度对黄瓜进行嫁接愈合，将不同光照度下已愈合且达到定植标准的黄瓜嫁接苗进行亚低温胁迫，从植株形态、抗性指标、叶绿素含量和叶绿素荧光特性方面进行指标测定分析，旨在获得既能提高嫁接苗质量，进而又能提升定植后黄瓜嫁接苗对亚低温胁迫耐抗性的愈合最佳光照度梯度，为黄瓜嫁接苗耐抗性研究提供一些理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验在2021年8—12月于福建农林大学园艺学院设施农业科学与工程系人工气候室中进行。试验材料以南瓜壮士作砧木，黄瓜冬青作接穗，采购于福州市昌育农业开发有限公司。试验光源为LED白色荧光灯条，定制于福州市塔洛斯生物科技有限公司。试验MDA(丙二醛)、Pro(脯氨酸)含量检测试剂盒采购于北京索莱宝科技有限公司。

1.2 试验设计

以冬青+壮士为嫁接组合进行催芽育苗与嫁接，嫁接采用改良顶插固定法[12]。在福建农林大学蔬菜研究所课题组相关研究结果基础上，于嫁接后1～3、4～6、7～10 d分别按梯度对应光照度设置5个试验处理T1～T5，并以嫁接后1～3、4～6、7～10 d 光照度梯度0、30、45 μmol/(m2·s)为对照(表1)。除光照外，其他环境条件为：昼夜温25 ℃/18 ℃，湿度90%、80%、70%，光周期12 h/12 h。嫁接后10 d完全愈合，将每处理嫁接苗45株移入温室大棚3 d，并继续保持昼夜温25 ℃/18 ℃缓苗，其他依常规生产管理。缓苗结束后嫁接苗已长至2叶1心(即商品苗定植期)时，将苗移入人工气候室模拟我国南方地区春早熟设施大棚栽培模式下易出现的亚低温环境，以昼夜温18 ℃/12 ℃、光照度 80 μmol/(m2·s)、光周期12 h/12 h环境进行亚低温胁迫处理8 d。分别在亚低温处理后0、4、8 d测定相关指标，每处理随机取样10株测形态指标与第1张真叶叶绿素荧光参数，随后迅速对叶片取样通过液氮冷冻并保存在-80 ℃超低温冰箱，用于后期相关生理指标测定，每处理设3次重复。

表1 愈合期不同光照度梯度处理设计

1.3 测定方法

1.3.1 生长指标测定 使用PD-151数显游标卡尺测量接穗茎粗、株高、结合部直径数据，其中株高为植株基部到最高处长度。使用电子天平(精确度为0.000 1 g)称量嫁接苗地上部与地下部干质量。根系指标使用EPSON Expression 110000XL扫描仪进行测定。全株干质量=地上部干质量+地下部干质量；根冠比=地下部干质量/地上部干质量×100%；嫁接壮苗指数=结合部茎粗/接穗茎粗×全株干质量[13]。

1.3.2 抗性指标测定 采用电导仪器法[14]测定相对电导率；采用植物MDA、Pro含量检测试剂盒测定黄瓜嫁接苗抗性指标。

1.3.3 叶绿素含量测定 取嫁接苗真叶部分，采用丙酮、无水乙醇1 ∶1体积混合液浸提叶绿素 12 h，分光光度计测定663、645 nm处吸光度[15]。计算公式：叶绿素a含量(mg/g，FW)=(12.7D663 nm-2.69D645 nm)×V/1 000×m；叶绿素b含量(mg/g，FW)=(22.9D645 nm-4.68D663 nm)×V/1 000×m；叶绿素总量(mg/g，FW)=叶绿素a含量+叶绿素b含量。式中：V表示丙酮与无水乙醇混合溶液的体积；m表示样品质量。

1.3.4 叶绿素荧光参数测定 各处理随机取嫁接苗5株并进行30 min暗适应处理，用IMAGING-PAM荧光成像仪测定，叶片统一选择第1张真叶，并记录Fo(初始荧光)、Fm(最大荧光产量)、Y(Ⅱ)(PSⅡ实际光化学量子速率)、Y(NO)(PSⅡ非调节性能量耗散)和NPQ(非光化学猝灭系数)相关参数。Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm[16]。

1.4 数据处理

采用Excel 2019进行数据处理与图表绘制；植株形态、抗性指标与叶绿素含量去除最大值与最小值后3次重复进行分析，叶绿素荧光特性去除最大值与最小值后12次重复进行分析；数据单因素方差分析采用IBM SPSS Statistics 20软件Duncan’s法(α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 愈合期不同光照度对黄瓜嫁接苗定植后亚低温胁迫下综合形态的影响

表2所示为愈合期不同光照度处理获得的黄瓜嫁接苗，在2叶1心时受亚低温胁迫下综合形态指标的影响。亚低温处理当天，各处理嫁接苗接穗茎粗从大到小为T3>T2>T4>T5>T1>CK，株高各处理间无显著差异；总根长、根表面积和分根数以T3最高。亚低温胁迫处理后4 d，各处理嫁接苗接穗茎粗从大到小均为T3>T1>T2>T5>T4>CK；嫁接后8 d，各处理嫁接苗接穗茎粗从大到小为 T3>T1>T5>T4>CK>T2、株高从大到小均为 T3>T1>T2>T5>CK>T4，且在处理后8 d达最大值，此时T3的接穗茎粗、株高分别比CK提升5.08%、7.38%，且与CK存在显著差异；T3、T4、T5的总根长、根表面积和分根数总体高于CK、T1、T2，且以T3最大。

亚低温处理当天，各处理嫁接苗根冠比均无显著差异；嫁接壮苗指数从大到小为T3>T4>T5>T2>T1>CK，各处理与CK均存在显著差异。亚低温胁迫处理后4 d，根冠比从小到大为T3T1>T2>CK>T5>T4，最大值T3与各处理均存在显著差异。亚低温胁迫处理后8 d，各处理间根冠比从小到大为T3T5>T2>T1>T4>CK，其中T3较CK提升75.24%，呈显著性差异。

表2 愈合期不同光照度对黄瓜嫁接苗定植后亚低温胁迫下综合形态的影响

2.2 愈合期不同光照度对黄瓜嫁接苗定植后亚低温胁迫下抗性的影响

2.2.1 对嫁接苗相对电导率的影响 图1为愈合期不同光照度处理获得的黄瓜嫁接苗，在2叶1心时受亚低温胁迫下相对电导率的影响。随着亚低温胁迫时间延长，不同光照度处理获得的嫁接苗相对电导率均呈现上升趋势。亚低温处理当天，各处理嫁接苗相对电导率从小到大为T3

2.2.2 对嫁接苗丙二醛含量的影响 图2为愈合期不同光照度处理获得的黄瓜嫁接苗，在2叶1心时受亚低温胁迫下MDA含量的影响。随着亚低温胁迫时间延长，不同光照度处理获得的嫁接苗MDA含量均呈现上升趋势。亚低温处理当天，各处理嫁接苗MDA含量从小到大为T3

2.2.3 对嫁接苗脯氨酸含量的影响 图3为愈合期不同光照度处理获得的黄瓜嫁接苗，在2叶1心时受亚低温胁迫下Pro含量的影响。在亚低温胁迫下，随着光照度的增强，不同光照度处理获得的嫁接苗Pro含量呈上升趋势。亚低温处理当天，各处理嫁接苗Pro含量从大到小为T5>T3>T4>T2>T1>CK，各处理间无显著差异。亚低温处理后4 d，不同处理嫁接苗Pro含量从大到小为T5>T4>T3>T2>T1>CK，其他各处理与CK相比均存在显著差异。亚低温处理后8 d，不同处理嫁接苗的Pro含量从大到小为T4>T5>T3>T2>T1>CK，其中最大值T4较CK提升33.28%，呈显著性差异。

2.3 愈合期不同光照度对黄瓜嫁接苗定植后亚低温胁迫下叶绿素总量的影响

植物光合作用直接关系着生长状态与产量，是植物最重要的合成代谢途径之一[17]。图4为愈合期不同光照度处理获得的黄瓜嫁接苗，在2叶1心时受亚低温胁迫下叶绿素总量的影响。随着亚低温胁迫时间延长，不同光照度处理获得的嫁接苗叶绿素总量呈现先上升后下降趋势。亚低温处理当天，各处理嫁接苗叶绿素总量从大到小为T3>T4>T2>T5>T1>CK，最大值T3较CK提升7.89%，呈显著性差异。亚低温处理后4 d，不同处理嫁接苗的叶绿素总量从大到小为T3>T2>T1>CK>T5>T4，T4与T5同其他各处理存在显著差异。亚低温处理后8 d，不同处理嫁接苗的叶绿素总量从大到小为T3>T2>T4>T1>CK>T5，最大值T3较CK提升7.76%，且差异显著。

2.4 愈合期不同光照度对黄瓜嫁接苗定植后亚低温胁迫下叶绿素荧光参数的影响

2.4.1 对嫁接苗Y(NO)和NPQ的影响 叶绿素荧光参数被称为光合作用的探针，可反映光合机构内部一系列重要的调节过程[18]。图5-A与图5-B为愈合期不同光照度处理获得的黄瓜嫁接苗，在2叶1心时受亚低温胁迫下Y(NO)和NPQ的影响。亚低温处理当天，各处理嫁接苗Y(NO)和NPQ均无显著差异。亚低温后4 d，各处理Y(NO)从小到大为T3T3>T4=T5>CK=T1，各处理无明显差异。亚低温处理后8 d，各处理间Y(NO)以T3最低，其次为CK，二者间无显著差异，而与其他处理相比差异显著；NPQ以T3最高，较CK提升17.2%，且T1～T5与CK相比均差异显著。

2.4.2 对嫁接苗Fv/Fm和Y(Ⅱ)的影响 图6-A与图6-B为愈合期不同光照度处理获得的黄瓜嫁接苗，在2叶1心时受亚低温胁迫下Fv/Fm和 Y(Ⅱ) 的影响。亚低温处理当天，各处理嫁接苗Fv/Fm从大到小为T3>T2>T1>T4>T5>CK，Y(Ⅱ) 从大到小为T3>T4>T2>T1=T5>CK。亚低温处理后4 d，Fv/Fm以T3>T2>T1>CK>T4>T5排序；Y(Ⅱ)以T3>T2>CK>T4>T5>T1排序。亚低温处理后8 d，各处理Fv/Fm和Y(Ⅱ)均以T3最大，与CK相比分别提升13.8%与7.39%，且均差异显著。

3 讨论与结论

3.1 愈合期不同光照度对黄瓜嫁接苗定植后亚低温胁迫的形态指标影响

嫁接苗抗逆性的情况直接由嫁接苗生长状况体现[19]，这主要受嫁接苗砧穗亲和性[20]与嫁接苗愈合程度[21]所影响，光环境调控主要影响嫁接苗愈合程度。本试验结果表明，愈合后嫁接苗(即亚低温胁迫当天)，T1～T5处理地上部接穗茎粗、地下部总根长、根表面积和分根数明显高于CK，但株高总体上低于CK，说明愈合期1～3 d补光有助于黄瓜嫁接苗生长，这与储玉凡等研究黄瓜嫁接苗愈合期最优光照度结果[11]一致。愈合期不同光照度处理获得的黄瓜嫁接苗在亚低温胁迫下，T1～T5处理各基础形态指标均优于CK，其中以T3表现最佳。说明愈合期不同光照度处理获得的黄瓜嫁接苗，在定植后遇到亚低温胁迫时对耐寒性的应答不同，其中以T3处理的黄瓜嫁接苗耐寒性最佳。此外，本研究发现，随着亚低温胁迫时间的延长，以T3为界限，T1与T2地上部生长优于T4与T5，这与亢亚超等研究发现“在适宜弱光条件下有利于双色木番茄地上部生长”的研究结果[22]相似；T4与T5地下部生长优于T1与T2，这与邵明杰等发现“强光下促进生菜根系生长”的结果[23]一致。说明在亚低温胁迫时，愈合期1～3 d补光低于T3有利于地上部生长，愈合期1～3 d补光高于T3可促进地下部生长。

植物的根冠比表现出其地下部与地上部的相关性，壮苗指数表现出植株的壮实情况。本试验结果发现，愈合后嫁接苗(即亚低温胁迫当天)，各处理间根冠比无显著差异，且以T3最小；T1～T5处理壮苗指数显著优于CK，且以T3最大。说明愈合期1～3 d补光有助于黄瓜嫁接苗维持地上与地下部相关性，且利于壮苗，其中T3处理效果最好。随着亚低温胁迫时间的延长，各处理间根冠比不断下降，壮苗指数呈先上升后下降趋势，最终以T3最优。说明在亚低温胁迫下，T3处理黄瓜嫁接苗的根冠比最优，最有利于壮苗形成。

3.2 愈合期不同光照度对黄瓜嫁接苗定植后亚低温胁迫的抗逆指标影响

当植物遭受冷害时，其体内的细胞膜受到损伤而导致选择透过性降低，引起细胞内可溶性物质大量外渗[24]，MDA含量可有效体现脂质氧化水平，随着MDA含量在植株体内逐渐积累，植株电解质渗透率不断上升[25]，加深对植株的伤害。本试验结果发现，在遇到亚低温胁迫时，T1～T5处理的相对电导率与MDA含量均低于CK，其中以T3最低。随着亚低温时间的延长，各处理间相对电导率与MDA含量的差异更加明显，仍以T3最低。说明愈合期 1～3 d补光有利于黄瓜嫁接苗受亚低温胁迫时降低细胞膜损伤与 MDA含量，面对长期亚低温胁迫，各补光处理耐寒性呈增强趋势，其中以T3效果最优。

Pro作为植物细胞中的渗透物质，可保持原生质渗透平衡。在冷害胁迫条件下，植物体内Pro的积累可以保护组织免遭冷害[26]。本试验结果表明，亚低温胁迫当天，T2～T5处理Pro含量显著提高，且各处理间以CK最低。亚低温胁迫后4、8 d，T1～T5处理Pro含量显著高于CK。说明愈合期1～3 d补光较传统黑暗处理有利于Pro的积累，且随着光照度的提升，Pro含量逐渐增多。

3.3 愈合期不同光照度对黄瓜嫁接苗定植后亚低温胁迫的叶绿素总量影响

植物光合色素含量直接影响着光合作用与光合电子传递效率[27]，低温环境下对其体内的叶绿素含量产生抑制作用。杜清洁等发现，亚低温胁迫会降低番茄光合色素的积累，同时番茄净光合速率显著下降[28]。本试验结果表明，亚低温胁迫当天，各处理叶绿素总量存在显著差异，T1～T5处理高于CK，其中以T3最高。说明愈合期1～3 d补光明显有利于黄瓜嫁接苗叶绿素总量的积累，且以T3处理积累最多。随着亚低温胁迫时间的延长，T1～T3叶绿素总量积累始终高于CK，且以T3最大。说明在亚低温胁迫时，愈合期 1～3 d 补光低于T3有利于促进地上部叶绿素含量的积累，其中以T3处理增加最多。

3.4 愈合期不同光照度对黄瓜嫁接苗定植后亚低温胁迫的叶绿素荧光影响

Y(NO)和NPQ均代表着PSⅡ非调节性的能量耗散，随着Y(NO)的提高，植株光化学能量转化能力与自我保护调节机制都不同程度降低；NPQ值越高，则越有利于植物抵抗外界环境中的不良光系统损害[29]。本试验结果表明，在遇到亚低温胁迫时，Y(NO)均指向T3处理最优，CK次好之；NPQ在亚低温胁迫后4 d，各处理无明显差异，亚低温胁迫后8 d，T1～T5处理显著高于CK，且以T3最大。说明在亚低温胁迫下，各处理间T3与CK的自我保护调节机制较优；而与CK相比，愈合期 1～3 d补光有利于黄瓜嫁接苗定植后提升光保护能力。

Fv/Fm可有效反映植株光合潜能与最大光合效率[30]；Y(Ⅱ)表现植株高光合效能，随着Y(Ⅱ)的增高，植株高光合效能增大[31]。本试验结果表明，亚低温胁迫当天，Fv/Fm与Y(Ⅱ)各处理间存在显著性差异，以T3最大，CK最小。说明愈合期1～3 d 补光有利于提升黄瓜嫁接苗光合效率。在亚低温胁迫4、8 d，Fv/Fm呈现同叶绿素总量类似规律，T1～T3处理始终大于CK，且以T3最高。随着亚低温胁迫时间延长，T1～T5处理的Y(Ⅱ)呈先上升后下降趋势，并在胁迫后8 d时显著高于CK，其中以T3最大。说明在亚低温胁迫下，愈合期1～3 d补光有利于黄瓜嫁接苗定植后提升光合效率，且各处理间以T3的光合潜能与高光合效能最优。同时以T3为界限，愈合期光照度梯度低于T3，则黄瓜嫁接苗最大光合效率较优。

4 结论

总而言之，愈合期1～3 d补光的黄瓜嫁接苗与CK(1～3 d黑暗)相比，在愈合后进行亚低温胁迫时可有效缓解低温胁迫对生长的影响，促进幼苗综合形态指标提升，同时有利于降低相对电导率，减少丙二醛(MDA)积累，增加脯氨酸(Pro)含量，提升光保护能力与光合效率。验证了“愈合期1～3 d补光可有效提升黄瓜嫁接苗质量”的结论。其中，T3的光照度梯度下愈合的黄瓜嫁接苗根冠比与壮苗指数最佳，抗亚低温胁迫能力最强，叶绿素总量积累最多，光保护能力与光合效率最优，面对长时间亚低温胁迫时耐寒性最强。且愈合期补光低于T3可促进黄瓜嫁接苗亚低温环境地上部生长与光合色素积累，并提升光合效率；补光高于T3可促进黄瓜嫁接苗亚低温环境下的根系生长与Pro积累。然而，本试验仅研究了愈合期不同光照度梯度的黄瓜嫁接苗在定植后亚低温胁迫的响应，对于在其他环境胁迫下是否会得出相同结论，还有待进一步研究探索。