張愛冬,張圣美,朱宗文,尚 靜,田守波,吳雪霞*

(1.上海市農(nóng)業(yè)科學院 園藝研究所,上海 201403;2.上海市設施園藝技術重點實驗室,上海 201403)

絲瓜為葫蘆科(Cucurbitaceae)絲瓜屬(LuffaMill.)一年生攀緣性草本植物，其喜高溫潮濕,耐熱性強,生育適溫25～30 ℃,在15 ℃以下生長緩慢[1,2]。近年來由于絲瓜的食用價值、藥用價值及工業(yè)應用價值提升,其栽培面積不斷擴大。低溫冷害是制約絲瓜早春栽培的關鍵因素之一,早春低溫冷害主要出現(xiàn)在絲瓜苗期階段[3,4]。目前,國內外學者對絲瓜栽培技術、品種選育方面的研究較多[5,6],但對低溫影響下絲瓜幼苗生長、抗氧化酶活性和滲透調節(jié)物質動態(tài)變化的研究較少。為此,本文在不同設施覆蓋條件下研究了低溫對絲瓜幼苗葉片生理生化特性的影響，探討了絲瓜幼苗在低溫逆境下抗氧化酶體系的應激反應和防御能力,旨在為絲瓜耐低溫品種選育及苗期管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試絲瓜品種為“江蔬1號”,種子由江蘇省農(nóng)業(yè)科學院提供。

1.2 試驗處理

將絲瓜種子在55 ℃溫水中浸種16 h后,播種于50孔的穴盤內,然后放在人工氣候室內,溫度設置為28 ℃(白天)/22 ℃(黑夜),光照時間設置為14 h(白天)/8 h(黑夜)。待幼苗長 至3～4片真葉時在上海市農(nóng)業(yè)科學院莊行試驗站進行處理。本試驗依照生產(chǎn)中栽培方式,設4種不同覆蓋方式處理：對照(CK),放置在人工氣候室內;雙層薄膜覆蓋,以T1表示;單層薄膜覆蓋,以T2表示;露地,以T3表示。每處理3個重復,每個重復20株。試驗開始日期為2019年2月25日,處理至3月1日時取樣,露地絲瓜葉片已經(jīng)皺縮且黃化(見圖1)。

圖1 不同設施自然低溫處理下絲瓜葉片的生長情況

1.3 測定指標與方法

1.3.1 空氣溫度的測定 在大棚前部0.2 m處放置一套空氣溫度自動記錄儀(WS-TH,杭州盡享科技有限公司),空氣溫度儀探頭用紙杯進行遮光,設定每30 min記錄一次數(shù)據(jù)。

1.3.2 葉綠素含量的測定 葉綠素含量的測定參照吳雪霞等[7]的方法。取0.1 g葉片置于 50 mL刻度試管中,加入15 mL 95%乙醇在黑暗下浸提12 h,分別測定A665 nm、A649 nm,計算葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素的含量。

1.3.3 活性氧代謝相關酶活性等的測定 丙二醛(MDA)含量、超氧陰離子(O2·-)產(chǎn)生速率、過氧化氫(H2O2)含量,超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性以及脯氨酸(Pro)、可溶性糖和可溶性蛋白含量的測定均采用蘇州科銘試劑盒。

1.4 統(tǒng)計分析

對試驗數(shù)據(jù)采用Origin 7.5軟件繪圖,用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對平均數(shù)用Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 處理期間(2019年2月25日～3月1日)不同設施的溫度變化

從圖2可以看出2019年2月27日不同設施對照(CK)、T1、T2和T3的空氣溫度變化情況。4個處理早上7:00至12:30的溫度一直呈直線上升的趨勢,對照從20.5 ℃上升到36.0 ℃,T1從7.6 ℃上升到33.2 ℃,T2從5.9 ℃上升到29.4 ℃,T3從7.9 ℃上升到20.0 ℃。對照、T1、T2和T3的日平均溫度分別為23.42、15.14、13.55和9.79 ℃。

2.2 不同設施低溫對絲瓜幼苗生長的影響

由表1可以看出,絲瓜幼苗生長受到低溫抑制,溫度越低,抑制效果越明顯。與對照(CK)相比,T1、T2和T3處理的絲瓜株高、莖粗和地上部鮮重均顯著降低，其中T1處理的分別降低了24.41%、11.20%和24.99%,T2處理的分別降低了35.57%、14.84%和38.20%,T3處理的分別降低了42.85%、21.59%和39.47%。

圖2 不同設施內空氣溫度的變化

與對照(CK)相比,T1、T2和T3處理的葉片電導率均顯著升高,分別增加了14.46%、27.41%和62.87%；T1、T2和T3處理之間葉片電導率均呈顯著差異,表現(xiàn)為T1

2.3 不同設施低溫對絲瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響

由表2可知,隨著溫度的降低,葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b含量和葉綠素a/b均呈下降趨勢。與對照(CK)相比,T1、T2和T3處理的以上4個指標均顯著降低,T1處理的分別降低了45.70%、40.77%、44.48%和8.46%,T2處理的分別降低了76.05%、56.62%、71.23%和44.81%,T3處理的分別降低了80.47%、58.92%、75.13%和52.52%。除T2和T3處理間葉綠素b含量無顯著差異外,其余處理之間均呈顯著差異,均表現(xiàn)為T3

表1 不同設施低溫對絲瓜幼苗生長和葉片電導率的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

表2 不同設施低溫對絲瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響

2.4 不同設施低溫對絲瓜幼苗葉片MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量的影響

由表3可以看出,隨著溫度的降低,絲瓜幼苗葉片MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量均呈現(xiàn)上升的趨勢。與對照(CK)相比,除T1處理的MDA含量增加不顯著外,其余均顯著增加。除T1和T2之間MDA含量無顯著差異外,在T1、T2和T3處理之間上述3個指標均有顯著差異,均表現(xiàn)為T1

表3 不同設施低溫對絲瓜幼苗葉片MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量的影響

2.5 不同設施低溫對絲瓜幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

由表4可以看出,隨著溫度的降低,絲瓜幼苗葉片SOD、POD、CAT和APX活性均呈增加趨勢,溫度越低,增加效果越顯著。與對照(CK)相比,除T1處理的CAT活性增加不顯著外,T1、T2和T3處理的以上4種酶活性均顯著增加。T1處理的SOD活性與T2處理的無顯著差異,但顯著低于T3處理的;T2處理的SOD活性也顯著低于T3處理的。在T1、T2和T3處理間POD、CAT和APX活性均呈顯著差異,均表現(xiàn)為T1

表4 不同設施低溫對絲瓜幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

2.6 不同設施低溫對絲瓜幼苗滲透調節(jié)物質含量的影響

由表5可知,隨著溫度的降低,脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量呈增加趨勢,溫度越低,增加幅度越大。與對照(CK)相比,T1處理的脯氨酸、可溶性糖含量無明顯變化,可溶性蛋白含量顯著增加;T2、T3處理的上述3個指標均顯著增加。在T1、T2和T3處理之間脯氨酸含量均呈顯著差異,可溶性糖和可溶性蛋白含量均無顯著變化。

3 討論

3.1 低溫脅迫對絲瓜幼苗生長的影響

低溫脅迫是自然界主要的非生物脅迫之一,是限制作物產(chǎn)量和品質的重要因素。李麗杰等[8]的研究結果表明低溫脅迫后玉米幼苗地上部鮮重、根系鮮重、葉面積和株高均顯著低于對照；刁倩楠等[9]發(fā)現(xiàn)低溫脅迫處理明顯抑制了甜瓜幼苗的生長,植株的株高、莖粗和地上鮮重顯著低于對照。本研究發(fā)現(xiàn),低溫脅迫明顯抑制了絲瓜幼苗的株高、莖粗、地上鮮重,且隨著脅迫溫度的降低,這些生長指標明顯降低。同時,在低溫脅迫處理下,絲瓜幼苗葉片的相對電導率明顯高于對照,說明低溫脅迫會使細胞膜受到損傷,細胞膜透性增大,使絲瓜幼苗產(chǎn)生冷害性狀。這與前人在西瓜[10]、豇豆[11]等作物上的研究結果一致。

表5 不同設施低溫對絲瓜幼苗葉片脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白質含量的影響

3.2 低溫脅迫對絲瓜幼苗葉片光合色素含量的影響

前人研究結果表明,在低溫脅迫下,作物葉片葉綠素的合成受阻，降解速度加快,導致葉綠素含量下降,從而使光合作用受到抑制,光合速率下降[12]。本研究表明,在低溫脅迫下,絲瓜葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素(a+b)含量均降低,且溫度越低,降低效果越明顯。這與低溫脅迫下甜瓜[13]、豇豆[11]等的研究結論一致。

3.3 低溫脅迫對絲瓜幼苗葉片生物膜系統(tǒng)的影響

低溫脅迫使植物體內積累大量的活性氧自由基(OH-、O2·-),細胞膜透性增大,胞內電解質外滲,加劇膜質過氧化作用,使植物代謝紊亂[14,15]。本試驗結果表明,低溫脅迫下絲瓜幼苗葉片中MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量均顯著高于對照,說明低溫破壞了細胞膜結構,導致細胞膜透性增大,電解質外滲。陳匯林等[16]研究發(fā)現(xiàn),在低溫條件下豇豆電導率、MDA含量均升高,且與低溫脅迫時間及低溫程度呈正相關關系。李海燕等[17]研究發(fā)現(xiàn),低溫脅迫使玉米MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量顯著增加,低溫時間越長,增加趨勢越明顯。

3.4 低溫脅迫對絲瓜幼苗葉片保護酶系統(tǒng)的影響

在低溫脅迫下,植物體內活性氧的清除與產(chǎn)生動態(tài)平衡被破壞,植物保護酶(SOD、POD、CAT和APX)活性被誘導,從而減輕或避免活性氧對植物細胞造成的傷害[18]。在本研究中,不同低溫處理下,絲瓜幼苗葉片SOD、POD、CAT和APX活性較CK增加,溫度越低,增加越明顯，表明絲瓜幼苗保護酶體系在低溫逆境中對活性氧自由基產(chǎn)生了應激和防御反應,試圖通過提高這些保護酶活性來降低活性氧的積累。這與陳匯林等[16]在豇豆上的研究結論一致。

3.5 低溫脅迫對絲瓜幼苗滲透調節(jié)物質含量的影響

脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白是植物體內重要的滲透調節(jié)物質。前人的研究結果表明：脯氨酸含量增加對植物有一定的保護作用；可溶性糖含量升高可能是低溫誘導了水解酶的活性,促使淀粉迅速分解；可溶性蛋白含量升高可能是有新的蛋白質合成[8]。本研究結果表明,在低溫脅迫下,絲瓜幼苗葉片積累了大量的脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白,且隨著溫度的降低出現(xiàn)不同程度的升高,說明三者共同作用來抵御外界低溫傷害。這與李海燕等[17]在玉米上、向娟等[11]在豇豆上的研究結果一致。

綜上所述,在不同設施自然低溫脅迫下,絲瓜幼苗生長受到抑制,葉片葉綠素含量降低,電導率、MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量增加,SOD、POD、CAT和APX活性上升，脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量升高,溫度越低,變化幅度越大。說明低溫脅迫不僅能提高絲瓜幼苗的細胞活性氧水平,也能誘發(fā)保護酶活性,從而減輕活性氧對絲瓜幼苗的傷害。本研究結果為絲瓜耐低溫機制研究奠定了一定的理論基礎,可為絲瓜早春種植提供參考。