外源褪黑素对高温胁迫下黄瓜幼苗生长的影响

摘" " 要：以黄瓜优良品种贵妃兔子腿为试验材料，探讨不同外源MT浓度对高温胁迫下黄瓜幼苗表型性状和生理指标的影响，以筛选出可有效缓解黄瓜幼苗高温胁迫的适宜MT浓度。结果表明，与常温处理相比，高温胁迫显著抑制幼苗的生长，100 μmol·L-1的外源MT处理高温胁迫下的黄瓜幼苗，叶长、叶宽、株高显著高于其他处理；高温胁迫显著抑制了幼苗的生理活动，100 μmol·L-1的外源MT处理显著提高了幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、可溶性蛋白含量、根系活力，显著降低了丙二醛（MDA）含量。综合分析表明，高温胁迫下喷施浓度为100 μmol·L-1外源MT溶液能显著增强黄瓜幼苗抵抗高温的能力。

关键词：黄瓜；褪黑素；高温胁迫；表型性状；生理特性

中图分类号：S642.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2025）01-109-06

Effects of exogenous melatonin on growth of cucumber seedlings under high temperature stress

LIU Songhu， WANG Hehe， ZHANG Zhou， TU Huijie， SHEN Jun， ZHU Qingsong

（College of Horticulture， Xinyang Agriculture and Forestry University/Key Laboratory of Horticultural Plant Genetic Improvement in Dabie Mountain Area of Xinyang City， Xinyang 464000， Henan， China）

Abstract： The excellent cucumber variety Guifei Rabbit Leg was used as the experimental material to study the effects of different exogenous MT concentrations on the phenotypic traits and physiological indicators of cucumber seedlings under high temperature stress， in order to screen for the appropriate MT concentration that can effectively alleviate high temperature stress in cucumber seedlings. The results showed that compared with the room temperature treatment， high temperature stress significantly inhibited the growth of seedlings. Cucumber seedlings treated with 100 μmol·L-1 exogenous MT under high temperature stress had significantly higher leaf length， leaf width， and plant height than other treatments. High temperature stress significantly inhibited the physiological activities of seedlings. Exogenous MT treatment of 100 μmol·L-1 significantly increased their superoxide dismutase（SOD）， activity， peroxidase（POD）activity， soluble protein content， and root activity， while malondialdehyde（MDA）content showed a significant decrease. Comprehensive analysis showed that spraying exogenous MT solution with a concentration of 100 μmol·L-1 under high temperature stress could significantly enhance the ability of cucumber seedlings to resist high temperature.

Key words： Cucumber; Melatonin; High temperature stress; Phenotypic traits; Physiological characteristics

黄瓜别名胡瓜、青瓜等，是葫芦科黄瓜属一年生攀缘性草本植物，起源于亚热带，在世界各地广泛栽培，也是我国广泛栽培的主要蔬菜种类之一[1]，为我国蔬菜周年均衡生产和供应创造了巨大的经济效益和社会效益。黄瓜不耐高温，适宜的生长温度为25～30 ℃，超过35 ℃会导致生长发育受阻，植株早衰[2]。在黄瓜栽培过程中，尤其是在设施栽培中，经常遇到35 ℃以上的高温胁迫，已成为影响黄瓜生产的重要因素[3]。高温胁迫下幼苗光合作用效率、抵抗逆境能力均降低，阻碍植物的养分积累和细胞代谢，从而导致蔬菜的产量和品质大幅降低[4-5]。目前，缓解蔬菜高温胁迫危害的主要途径有物理、生物和化学3种，物理途径主要通过环境调控来实现，生物途径通过基因调控来实现，化学途径是采用外源物质来进行处理[6]，而外源物质的施用可以缓解多种逆境伤害，相对经济有效。

褪黑素（Melatonin，MT）即N-乙酰基-5-甲氧基色胺，是新型植物生长调节剂，广泛存在于动植物体内[7]，植物体内MT含量很低，但在抵御和适应逆境方面有较强的作用[8]。MT可以清除植物体内活性氧自由基、促进根系生长、促进植物的生长与光合作用以及显著提高植物的抗逆能力[9]。研究表明，MT可以提高植物对病害、紫外线、高温、盐碱、重金属离子等各种胁迫的抗性，增强植物对环境胁迫的适应性[10-12]。王译等[13]研究表明，高温胁迫下喷施外源MT可显著提高生菜幼苗叶片的SOD、POD活性，降低MDA含量，保护细胞膜的完整性，减轻高温胁迫对生菜幼苗的伤害。目前，关于外源MT对高温胁迫下黄瓜幼苗表型和生理生化影响的系统研究鲜有报道。

笔者以黄瓜优良品种贵妃兔子腿作为试验材料，用不同浓度的外源MT溶液对高温胁迫下的黄瓜幼苗进行处理，测定幼苗表型性状和生理指标，比较分析不同外源MT溶液浓度对高温胁迫下黄瓜幼苗生长的影响，探究其表型性状和生理特性的变化规律，筛选出适宜的MT浓度，为解决黄瓜栽培中的高温胁迫问题提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2023年2月16日至5月8日在信阳农林学院园艺学院校内智慧园艺实习基地（馨园）2号温室和园艺植物育种学实验室进行。供试材料为黄瓜优良品种贵妃兔子腿，由北京盛丰地种子有限公司生产（常规种）。试剂MT购于上海源叶生物科技有限公司。试验育苗基质V草炭∶V蛭石∶V珍珠岩= 2∶2∶1。穴盘规格为54 cm × 28 cm × 5 cm的50孔育苗穴盘。

1.2 设计与方法

将准备好的黄瓜种子用55 ℃温水处理10 min后，待水温降至25 ℃再浸种3 h，水量是种子的5倍。浸种后置于28 ℃恒温培养箱催芽，露白后播种于50孔的标准育苗穴盘中，黄瓜幼苗第1片真叶展平开始进行幼苗营养液的供应，每隔3 d浇1次营养液，营养液配方采用1/2改良式霍格兰营养液。待植株长至2叶1心时进行高温胁迫处理（表1），采用单因素随机区组设计，3次重复，外源MT溶液设置6个处理（表2），以常温（25±1） ℃处理作为对照（CK）。外源MT分别在高温胁迫的前2 d和高温胁迫第3天，采用叶面喷施的方法各处理1次，喷施的量以叶片湿润且叶缘不滴水为度，高温胁迫处理时长为6 d。高温胁迫结束后7 d，分别测定黄瓜幼苗的表型性状和理化性状指标（取生长点向下的第3片叶）。

1.3 黄瓜幼苗性状指标

1.3.1 黄瓜幼苗表型性状测定 每处理随机选择10株黄瓜幼苗的最大真叶用游标卡尺测量叶长、叶宽。每处理随机选择10株用游标卡尺测量从植株的下胚轴基部至生长点的高度为株高。每处理随机选择10株用游标卡尺测量幼苗下胚轴基部的直径为下胚轴直径。

1.3.2 黄瓜幼苗理化性状 采用手持式叶绿素测定仪测量叶绿素相对含量；采用硫代巴比妥酸法（TBA）测定MDA含量[14]；采用G-250（考马斯亮蓝）法测定可溶性蛋白含量[15]；采用愈创木酚法测定POD活性[16]；采用氮蓝四唑法测定SOD活性[17]；采用TTC法测定根系活力[18]。

1.4 数据分析

采用Excel 2016软件统计数据、制图，采用SPSS 20.0 进行方差分析与相关分析；采用 LSD 法进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 MT处理对高温胁迫下黄瓜幼苗表型性状的影响

由表3可知，在高温胁迫下，T1处理黄瓜幼苗的叶长、叶宽、株高、下胚轴直径均显著低于CK，说明高温胁迫显著抑制黄瓜幼苗的生长。在高温胁迫下经外源MT溶液处理后，黄瓜幼苗的叶长、叶宽、株高与下胚轴直径随MT溶液浓度的增大表现为先增加后降低的趋势，且均是T3处理显著高于其他处理，说明喷施100 μmol·L-1外源MT溶液不仅能缓解高温胁迫对幼苗的抑制作用，还能显著促进高温胁迫下黄瓜幼苗的生长。T4处理黄瓜幼苗的叶长、叶宽和株高，均与CK无显著差异，下胚轴直径则显著高于CK，但T4处理黄瓜幼苗的叶长、叶宽、株高和下胚轴直径均显著高于T1，说明喷施150 μmol·L-1外源MT溶液只能缓解高温胁迫的影响，不能显著促进黄瓜幼苗的生长。T6处理幼苗的叶长、叶宽、株高和下胚轴直径均显著低于CK，说明外源MT溶液浓度高于250 μmol·L-1对黄瓜幼苗生长则有显著的抑制作用。综上可知，喷施较低浓度的外源MT溶液能够显著缓解高温胁迫对幼苗生长的抑制作用，其中100 μmol·L-1浓度的效果最显著。

2.2 MT处理对高温胁迫下黄瓜幼苗理化特性的影响

由表4可知，在高温胁迫下，T1处理黄瓜幼苗的叶绿素相对含量和根系活力均显著低于CK，表明高温胁迫显著降低了幼苗叶绿素相对含量和根系活力。在高温胁迫下，随外源MT处理浓度的增加，高温胁迫下幼苗的叶绿素相对含量和根系活力均表现出先上升后下降的趋势，在T3处理时达到最大值，且显著高于CK和其他处理；T4处理叶绿素相对含量与CK无显著差异，但显著高于T1、T2、T5和T6；T4处理根系活力与CK、T5无显著差异，但显著高于T1、T2和T6；T2与T5处理叶绿素相对含量和根系活力均无显著差异；T6处理的叶绿素相对含量与T1无显著差异，根系活力显著高于T1，表明高温胁迫下较低浓度的外源MT处理可以显著增加幼苗的叶绿素相对含量和增强根系活力，以外源MT浓度为100 μmol·L-1的处理效果最佳。

外源MT处理后，在高温胁迫下黄瓜幼苗的MDA含量随外源MT处理浓度的增加呈现先降低后升高的趋势，T6与T1处理之间差异不显著，但显著高于其他处理和CK；T5处理显著高于CK、T2、T3和T4；T2与T4处理差异不显著，但显著高于T3；T3和CK无显著差异，二者与T1相比，MDA含量显著降低了44.03%、42.03%。说明在高温胁迫下，喷施适宜浓度的外源MT处理能够显著降低高温胁迫下黄瓜幼苗叶片的MDA含量，起到缓解胁迫的作用，降低幼苗叶片的膜脂化过氧化程度，使有害物质积累减少，以100 μmol·L-1外源MT溶液处理后的效果较好。

由表5可知，在高温胁迫下，T1处理黄瓜幼苗的POD活性、SOD活性和可溶性蛋白含量均显著低于CK，说明高温胁迫显著降低了抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量。随着外源MT溶液处理浓度的增加，POD活性、SOD活性和可溶性蛋白含量均呈现先升高后降低的趋势，在T3处理时达到峰值，且显著高于其他处理。T3处理SOD活性较T1、T2、T4处理分别高78.71%、16.73%、14.62%；T1与T6处理的SOD活性无显著差异，且显著低于其他处理。POD活性的变化趋势与SOD活性变化趋势一致，只是T5处理与T6处理无显著差异，T1处理与T6处理无显著差异。可溶性蛋白含量与SOD活性变化趋势一致。综合分析表明，低浓度的外源MT对高温胁迫下黄瓜幼苗抗氧化酶活性激活不够，高浓度对幼苗体内的酶活性有显著的抑制作用，且酶活性高低与幼苗体内可溶性蛋白含量趋势一致。生产上为缓解高温胁迫问题，只有用适宜浓度的外源MT处理才可有效缓解高温胁迫对幼苗的伤害，以100 μmol·L-1处理浓度的效果最佳。

2.3 黄瓜幼苗表型与生理性状的相关分析

由表6可知，在高温胁迫下，黄瓜幼苗经外源MT溶液处理后，多数表型与生理性状间呈显著或极显著正相关，而MDA含量与叶长、叶宽、株高等表型性状以及叶绿素相对含量、SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量等生理性状均呈显著或极显著负相关。

3 讨论与结论

研究表明，MT作为一种重要的第二信使分子，在各种胁迫中均起着至关重要的作用[19-21]。植株的表型性状指标是不同栽培条件下植株生长状况的最直接反映，在本试验中，高温胁迫下的黄瓜幼苗经外源MT处理后，各处理的叶长、叶宽、株高和下胚轴直径随着外源MT浓度的增加而呈现先升高后降低的趋势，且以喷施100 μmol·L-1外源MT溶液处理效果较好，说明低浓度外源MT处理可增强黄瓜植株对高温胁迫的抗性，超过一定浓度范围，反而对幼苗生长有一定的抑制作用，这与在白菜[22]、厚皮甜瓜[23]上用外源MT在高温胁迫下的处理结果一致。

叶绿素是植物体将光能转化为化学能的主要色素，高温胁迫导致叶绿素显著下降的原因有两个方面，一是高温胁迫使黄瓜幼苗叶片叶绿素的合成速率降低，二是高温造成活性氧大量积累，使黄瓜幼苗叶片叶绿素的降解速率加快。在本试验中，与常温相比，高温胁迫处理的黄瓜幼苗叶绿素含量显著下降，T1相较于CK、T3处理分别下降了18.26%、23.88%。高温胁迫下，适宜浓度的外源MT处理后叶绿素含量显著提高，这与徐向东等[24]、余雪娜等[25]研究外源MT提高高温胁迫下黄瓜、茄子幼苗叶片叶绿素含量变化的趋势一致，表明喷施适宜浓度的外源MT能增强高温胁迫下叶片光合色素的稳定性，减少高温逆境对黄瓜叶片叶绿素含量的影响，维持高温条件下的叶绿素含量，保证光合作用的进行，提高光合速率。

MDA含量反映了细胞膜质过氧化的程度。本试验结果表明，与常温相比，高温胁迫导致黄瓜幼苗MDA含量显著提高，而在黄瓜叶面喷施适宜浓度的外源MT溶液能显著降低高温胁迫下的黄瓜幼苗MDA含量，以100 μmol·L-1外源MT溶液处理后的降低效果最好。这在很大程度上缓解了高温逆境对细胞膜的伤害，保护细胞膜功能的完整性，这与周海月等[22]在大白菜、余雪娜等[25]和吴雪霞等[26]在茄子中的研究结果一致。

SOD、POD是植物体内重要抗氧化酶类，具有清除活性氧，保持其动态平衡，并进而保持细胞膜的稳定性的作用[20，27]。在本试验中，与常温相比，高温胁迫下黄瓜幼苗SOD、POD活性均显著降低，经低浓度外源MT处理后SOD、POD活性均显著增强，T3处理的SOD、POD活性与T1相比分别提高了78.71%、99.20%，与CK处理相比也分别提高了39.85%和20.55%，有效缓解了高温环境对黄瓜幼苗抗氧化酶活性的抑制效果，提高了黄瓜幼苗清除活性氧的能力，减轻了高温胁迫对幼苗细胞膜的伤害，外源MT浓度超过100 μmol·L-1时，其抗氧化酶活性均显著降低，此结果与陈倩云等[23]在厚皮甜瓜、余雪娜等[25]在茄子、王译等[13]在生菜中的研究结果一致。

蛋白质是生命活动的物质基础，植物在逆境条件下通过增加可溶性蛋白的合成，可在胁迫下维持正常的渗透压，直接参与其适应逆境的过程[28]。在本试验中，T3处理的可溶性蛋白含量最高，显著高于除CK外的其他处理，说明外源MT处理可以较好地保持细胞渗透调节平衡，降低黄瓜幼苗受到的伤害程度。此结果与曾庆栋等[29]在甘蓝上的研究结果一致。

幼苗根系活力高可使根系吸取更多水分及营养，以供地上部分生长需要[30]。在本试验中，高温胁迫下，幼苗经外源MT处理后，根系活力得到不同程度的增强，在T3处理时，效果达到最佳，表明100 μmol·L-1的外源MT溶液处理可以起到较好缓解高温胁迫对幼苗生长的抑制作用。外源MT在缓解干旱胁迫、盐胁迫时有类似的结果[31-32]。

黄瓜幼苗表型与生理性状的相关分析结果进一步表明，在高温胁迫下，黄瓜幼苗经外源MT溶液处理后，其表型性状与幼苗的叶绿素相对含量、SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量呈显著或极显著正相关，与MDA含量则呈显著或极显著负相关，说明其黄瓜幼苗的表型性状和生理指标对高温胁迫的响应是一致的。

综上所述，在高温胁迫下，叶面喷施适宜浓度的外源MT溶液可以提高高温胁迫下黄瓜幼苗的叶长、叶宽、株高、下胚轴直径等表型农艺性状指标，同时黄瓜幼苗叶片SOD、POD抗氧化酶活性以及可溶性蛋白含量、根系活力等生理指标显著升高，显著降低植株体内有害物质MDA的积累，缓解了高温对原生质细胞膜的破坏，延缓叶绿素分解，增强黄瓜幼苗对高温胁迫的抗性。综合分析表明，100 μmol·L-1外源MT处理显著缓解高温胁迫对黄瓜幼苗生长的影响，可为解决黄瓜栽培过程中的高温胁迫问题提供理论依据。

参考文献

[1] 刘婷婷，翟锡姣，卫旭阳，等．外源褪黑素对黄瓜幼苗生长特性的影响[J]．山西农业科学，2021，49（7）：828-833．

[2] 徐向东．外源褪黑素对高温胁迫下黄瓜幼苗生理反应的影响[D]．陕西杨凌：西北农林科技大学，2010．

[3] 赵娜．外源褪黑素对高温胁迫条件下黄瓜幼苗碳氮代谢的影响[D]．陕西杨凌：西北农林科技大学，2012．

[4] 刘宏运，林威柱，王健，等．叶面喷施不同浓度腐胺复配剂对黄瓜幼苗高温抗性的影响[J]．中国蔬菜，2023（1）：34-41．

[5] 薛思嘉，杨再强，朱丽云，等．黄瓜花期高温胁迫对叶片衰老特性和内源激素的影响[J]．生态学杂志，2018，37（2）：409-416．

[6] 马绍鋆．缓解蔬菜高温胁迫伤害技术的研究进展[J]．安徽农学通报，2017，23（1）：42-46．

[7] 徐宁，孙晓慧，曹娜，等．外源褪黑素对硝酸盐胁迫下番茄幼苗生长及渗透调节物质的影响[J]．中国瓜菜，2020，33（9）：23-27．

[8] JANAS K M，POSMYK M M．Melatonin，an underestimated natural substance with great potential for agricultural application[J]．Acta Physiologiae Plantarum，2013，35（12）：3285-3292．

[9] 赵小红．温度胁迫下外源MT和CaCl2对黄瓜生长的影响[D]．重庆：西南大学，2017．

[10] 姜超强，祖朝龙．褪黑素与植物抗逆性研究进展[J]．生物技术通报，2015，31（4）：47-55．

[11] 周永海，杨丽萍，马荣雪，等．外源褪黑素对高温胁迫下甜瓜幼苗抗氧化特性及其相关基因表达的影响[J]．西北农业学报，2020，29（5）：745-751．

[12] 杜天浩．外源褪黑素对NaCl胁迫下番茄幼苗生理代谢和产量及品质的影响[D]．陕西杨凌：西北农林科技大学，2016．

[13] 王译，韩莹琰，郝敬虹，等．褪黑素对高温胁迫下生菜抗氧化酶系统的影响[J]．北京农学院学报，2022，37（2）：45-49．

[14] 刘莹，徐关印．盐碱胁迫下黄瓜丙二醛含量及有机硅的缓解效应[J]．北方园艺，2017（22）：1-5．

[15] 高俊凤．植物生理学实验指导[M]．北京：高等教育出版社，2000．

[16] 李合生．植物生理生化实验原理和技术[M]．北京：高等教育出版社，2000．

[17] 王继庆，任毅，时晓磊，等．小麦籽粒超氧化物歧化酶（SOD）活性全基因组关联分析[J]．中国农业科学，2021，54（11）：2249-2265.

[18] 李海珍，刘雪莹，安刚，等．低温胁迫对甜瓜砧木幼苗生理生化指标的影响[J]．北京农学院学报，2017，32（1）：33-36．

[19] RAHAT S，CHEN X，ZHANG H Q，et al．Melatonin and its effects on plant systems[J]．Molecules，2018，23（9）：2352．

[20] ZHENG X D，WANG L，ZHOU J Z，et al．Melatonin enhances the tolerance to iron deficiency stress through scavenging ROS in apple[J]．Fruit Research，2021，1：1-9．

[21] 刘婷婷，卫旭阳，翟锡姣，等．外源褪黑素对盐渍环境下黄瓜幼苗生长的影响[J]．华北农学报，2021，36（3）：125-132．

[22] 周海月，刘维信，陈熙，等．高温胁迫下外源褪黑素对胶州大白菜幼苗生理特性的影响[J]．中国瓜菜，2023，36（11）：50-56．

[23] 陈倩云，刘海河，张彦萍，等．外源褪黑素对高温胁迫下厚皮甜瓜幼苗光合及抗氧化特性的影响[J]．河北农业大学学报，2019，42（1）：33-37．

[24] 徐向东，孙艳，郭晓芹，等．高温胁迫下外源褪黑素对黄瓜幼苗光合作用及叶绿素荧光的影响[J]．核农学报，2011，25（1）：179-184．

[25] 余雪娜，李婧娴，谢永东，等．外源褪黑素对高温胁迫下茄子幼苗光合及抗氧化特性的影响[J]．湖南农业大学学报（自然科学版），2016，42（5）：496-499．

[26] 吴雪霞，张圣美，张爱冬，等．外源褪黑素对高温胁迫下茄子幼苗光合和生理特性的影响[J]．植物生理学报，2019，55（1）：49-60．

[27] 孙军利，赵宝龙，郁松林．外源水杨酸对高温胁迫下葡萄几种抗氧化酶活性和抗氧化物含量的影响[J]．植物生理学报，2014，50（7）：1014-1018．

[28] 徐佳宁，刘钢，张利云，等．高温胁迫对不同番茄品种叶片抗氧化系统的影响[J]．山东农业科学，2016，48（10）：27-31．

[29] 曾庆栋，许忠民，张恩慧，等．外源褪黑素对高温胁迫下甘蓝幼苗生理特性的影响[J]．北方园艺，2017（20）：12-17．

[30] 单立山．西北典型荒漠植物根系形态结构和功能及抗旱生理研究[D]．兰州：甘肃农业大学，2013．

[31] 银珊珊，周国彦，顾博文，等．褪黑素引发对干旱胁迫下黄瓜幼苗生理特性的影响[J]．中国农学通报，2022，38（19）：30-36．

[32] 李荣，焦志阳，银珊珊，等．喷施褪黑素对黄瓜幼苗耐盐效应研究[J]．中国瓜菜，2023，36（1）：53-58．