張子幸　常靜靜　王春霞　馬含月　李好　張顯

摘 要：為探究不同濃度JA處理對(duì)西瓜幼苗低溫抗性的影響，以西瓜栽培品種農(nóng)科大五號(hào)為試驗(yàn)材料，以清水25 ℃為對(duì)照（CK），用不同濃度JA（0、20、200、2000 μmol·L-1）進(jìn)行預(yù)處理，4 ℃低溫處理48 h后進(jìn)行相關(guān)生理指標(biāo)的測(cè)定與分析。結(jié)果表明，低溫脅迫下，與0 μmol·L-1 JA相比，葉面噴施200 μmol·L-1 JA處理能夠顯著降低西瓜葉片的電導(dǎo)率、丙二醛含量、超氧陰離子產(chǎn)生速率和H2O2含量，并能夠顯著提高凈光合速率（Pn）、抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量;與0 μmol·L-1 JA處理相比，20 μmol·L-1和2000 μmol·L-1 JA處理后大多相關(guān)生理指標(biāo)無(wú)顯著變化。綜上所述，低溫脅迫下，適宜濃度JA （200 μmol·L-1）能增強(qiáng)西瓜幼苗的抗冷性。

關(guān)鍵詞：西瓜;低溫;茉莉酸;抗氧化系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：S651 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-2871（2021）04-031-05

Abstract： This study is to explore the effects of different concentrations of JA treatments on cold tolerance of watermelon seedlings. The watermelon cultivar Nongkeda No. 5 was used as the test material. Seedlings were exposed at 4 ℃ for 48 h after pre-treatment with different concentration of JA （0， 20， 200， 2000 μmol·L-1）. The physiological indicators were measured and analyzed. The results showed that compared with 0 μmol·L-1 JA， application of 200 μmol·L-1 JA significantly reduced the relative electrical conductivity， malondialdehyde （MDA） content， superoxide anion production rate and H2O2 content， while increased net photosynthetic rate， antioxidant enzymes activity and osmotic substances contents; Pretreatment with 20 μmol·L-1 and 2000 μmol·L-1 JA did not alter the physiological indicators compared to 0 μmol·L-1 JA. This study indicated that application of JA with appropriate concentration （200 μmol·L-1） could alleviate the damage induced by cold stress.

Key words： Watermelon; Low temperature; Jasmonic acid; Antioxidant system

西瓜（Citrullus lanatus （Thunb.） Matsum. and Nakai）起源于非洲，喜溫暖、干燥的氣候，是典型的耐熱作物，對(duì)低溫較為敏感。因此，低溫脅迫是影響西瓜早春育苗和秋延后栽培的一個(gè)重要因素[1]。我國(guó)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施比較落后，采取的保溫措施主要以拱棚和地膜為主，因而極易受低溫天氣的影響[2]。隨著反季節(jié)設(shè)施西瓜栽培技術(shù)的迅速發(fā)展，低溫已成為西瓜生產(chǎn)過(guò)程中所遇到的主要限制因素之一。并且，近年來(lái)極端低溫氣候現(xiàn)象頻繁，嚴(yán)重影響西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)，給西瓜生產(chǎn)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)[3]。

溫度在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著重要作用。低溫是限制植物生長(zhǎng)發(fā)育、品質(zhì)、產(chǎn)量和地理分布的重要因素之一[4]。潘東云等[5]研究表明，低溫脅迫會(huì)導(dǎo)致植物凈光合速率下降。蒲高斌等[6]、劉彤彤等[7]研究表明低溫脅迫會(huì)破壞植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，引起活性氧積累等生理生化反應(yīng)，且脅迫程度越嚴(yán)重，葉片中相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量越高。李進(jìn)等[8]研究結(jié)果表明，低溫脅迫會(huì)提高植物葉片中抗氧化酶活性和滲透物質(zhì)含量，以適應(yīng)低溫逆境。

植物激素在植物生長(zhǎng)發(fā)育整個(gè)周期中都有不可缺少的作用，參與植物器官發(fā)育和形態(tài)建成等多個(gè)過(guò)程[9]。JA及其衍生物茉莉酸甲酯（MeJA）是主要的茉莉酸類(lèi)物質(zhì)，可作為信號(hào)分子參與植物生物及非生物脅迫[10]。已有研究表明，低溫脅迫增加了小麥[11]、水稻[12]、擬南芥[13]體內(nèi)JA含量。外源噴施JA或茉莉酸甲酯可以提高水稻[14]、小麥[15]等的抗冷性。但JA在西瓜上的作用研究報(bào)道較少。筆者通過(guò)用不同濃度茉莉酸甲酯噴施西瓜幼苗葉片后進(jìn)行低溫脅迫處理，以期篩選出提高西瓜幼苗抗冷性的適宜濃度，為西瓜生產(chǎn)中使用茉莉酸提高其抗冷性提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試西瓜品種為農(nóng)科大五號(hào)，由西北農(nóng)林科技大學(xué)西甜瓜課題組提供;茉莉酸甲酯（MeJA，JA供體）購(gòu)自Sigma公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理：清水+ 25 ℃，0 μmol·L-1 JA + 4 ℃，20 μmol·L-1 JA + 4 ℃，200 μmol·L-1 JA + 4 ℃，2000 μmol·L-1 JA + 4 ℃（如表1）。種子于2020年5月播種在西北農(nóng)林科技大學(xué)南校區(qū)玻璃溫室。待植株長(zhǎng)到2葉1心時(shí)移到育苗缽中，其間正常管理。4葉1心時(shí)，挑選長(zhǎng)勢(shì)健壯且一致的幼苗在園藝學(xué)院510光照培養(yǎng)箱中處理，一個(gè)培養(yǎng)箱做不同濃度JA（0、20、200、2000 μmol·L-1）4 ℃低溫處理，另一個(gè)培養(yǎng)箱處于正常生長(zhǎng)條件（25 ℃/18 ℃），每個(gè)處理3組重復(fù)，每個(gè)重復(fù)12株。采用第2片真葉進(jìn)行光合、相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定，并采集48 h的樣品經(jīng)液氮速凍后貯存于-80 ℃超低溫冰箱中進(jìn)行后續(xù)生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定方法

采用美國(guó)Li-Cor公司生產(chǎn)的LI-6800便攜式光合儀，選擇低溫48 h時(shí)從下往上數(shù)第2片真葉測(cè)定凈光合速率;參考Zhou和Leul的方法測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率[16];采用TBA比色法測(cè)定丙二醛含量[17];采用二甲酚橙比色法測(cè)定過(guò)氧化氫含量[18];參照曹翠玲的方法測(cè)定超氧陰離子產(chǎn)生速率[17]。采用NBT法測(cè)定SOD含量;采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD含量;采用紫外吸收法測(cè)定CAT含量[17]。采用磺基水楊酸法測(cè)定脯氨酸含量;采用蒽酮硫酸法測(cè)定可溶性糖含量;采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定可溶性蛋白含量[17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行方差分析，采用Excel 2019作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫下不同濃度JA處理對(duì)西瓜幼苗葉片表型的影響

由圖1可以看出，低溫脅迫下，各處理間葉片均有不同程度損傷，T2處理和T4處理與T3處理相比，葉片萎蔫更為明顯，且與T1處理對(duì)比沒(méi)有明顯差異。而T3處理葉片萎蔫程度較低，表明T3處理可以緩解低溫對(duì)葉片造成的損傷。

2.2 低溫脅迫下不同濃度JA處理對(duì)西瓜葉片光合參數(shù)的影響

從圖2可以看出，低溫脅迫下，西瓜幼苗凈光合速率和氣孔導(dǎo)度較25 ℃清水處理均顯著下降。與T1處理相比，T2和T4處理西瓜幼苗凈光合速率和氣孔導(dǎo)度均無(wú)顯著差異;而T3處理在低溫脅迫下能顯著提高植株的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度，分別提高82.05%和47.35%。

2.3 低溫脅迫下不同濃度JA處理對(duì)西瓜葉片相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量的影響

由圖3可以看出，4個(gè)處理西瓜葉片電導(dǎo)率、MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量均高于CK，其中，T3處理西瓜葉片4項(xiàng)指標(biāo)均與25 ℃清水對(duì)照無(wú)顯著差異，而其他3個(gè)處理此4項(xiàng)指標(biāo)均顯著高于對(duì)照。與T1處理相比，T2處理電導(dǎo)率、MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量無(wú)顯著差異;T4處理相對(duì)電導(dǎo)率、O2·-產(chǎn)生速率、MDA含量無(wú)顯著差異，但能顯著降低H2O2含量;T3處理能顯著降低西瓜葉片相對(duì)電導(dǎo)率、H2O2含量、O2·-產(chǎn)生速率和MDA含量，分別比T1處理降低了46.55%、15.3%、14.9%和9.4%。

2.4 低溫脅迫下不同濃度JA處理對(duì)西瓜葉片抗氧化酶系統(tǒng)的影響

由圖4可以看出，低溫脅迫在一定程度上可以顯著促進(jìn)抗氧化酶活性的提高。在葉面噴施不同濃度JA之后，T3處理與T1處理相比，在低溫脅迫下可以顯著提高SOD、CAT、POD活性，分別提高了5.2%、9.8%、86.8%;而低溫下T2處理和T4處理與T1處理對(duì)比沒(méi)有顯著差異。

2.5 低溫脅迫下不同濃度JA處理對(duì)西瓜葉片滲透物質(zhì)含量的影響

從圖5可以看出，與CK相比，低溫脅迫下，4個(gè)處理西瓜葉片中的脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量都顯著升高。與T1處理相比，T2處理脯氨酸含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量無(wú)顯著差異;T4處理脯氨酸含量和可溶性糖含量沒(méi)有顯著差異，而可溶性蛋白含量顯著提升7.4%;T3處理脯氨酸含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量分別顯著提升14.6%、10.2%、12.5%。

3 討論與結(jié)論

西瓜整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育周期都不耐低溫，10 ℃以下低溫就會(huì)對(duì)西瓜造成嚴(yán)重冷害，造成產(chǎn)量和品質(zhì)嚴(yán)重下降[19]。JA是植物抵御外界生物脅迫和非生物脅迫的重要信號(hào)分子，研究表明許多逆境條件下植物體內(nèi)的JA含量會(huì)顯著升高，從而增強(qiáng)植物抵御外界脅迫的能力[20]。

植物的光合作用是對(duì)低溫最為敏感的生理反應(yīng)之一，植物的光系統(tǒng)反應(yīng)中心受低溫影響較大，低溫下會(huì)降低其對(duì)光能的利用率，最終導(dǎo)致凈光合速率降低，影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[5]。許永安[21]通過(guò)研究低溫對(duì)甜瓜葉片光合的影響，發(fā)現(xiàn)低溫能顯著降低甜瓜的凈光合速率，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。在本試驗(yàn)中，低溫脅迫之后西瓜葉片的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度均顯著下降，與T1處理相比，T3處理能顯著提高西瓜幼苗的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度，但T2處理和T4處理與T1處理相比均無(wú)顯著差異。

植物在受到低溫脅迫之后會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜損傷，增加其質(zhì)膜透性[22]。相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量是反映植物細(xì)胞膜透性和過(guò)氧化程度的重要指標(biāo)[23]。研究表明，植物在受到低溫脅迫后相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量顯著升高[24-25]，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。本研究在葉面噴施不同濃度JA之后，發(fā)現(xiàn)T3處理能夠顯著降低葉片相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量，進(jìn)而提高西瓜幼苗抗冷性，說(shuō)明JA提高西瓜抗冷性可能通過(guò)影響西瓜質(zhì)膜氧化來(lái)提高西瓜幼苗對(duì)低溫的適應(yīng)能力。

低溫脅迫會(huì)造成植物體內(nèi)ROS積累，ROS積累到一定程度會(huì)對(duì)植物造成損傷，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[26]?？寡趸福⊿OD、CAT、POD等）在提高植物抵御外界脅迫能力方面有重要作用。本研究中，低溫脅迫下，西瓜葉片內(nèi)抗氧化酶活性均顯著升高，這與張永平等[27]在甜瓜上的研究結(jié)果一致。在葉面噴施外源JA之后，發(fā)現(xiàn)T3處理能夠顯著升高西瓜幼苗葉片內(nèi)的SOD、CAT、POD活性。表明外源200 μmol·L-1 JA能夠通過(guò)提高西瓜幼苗葉片內(nèi)相關(guān)抗氧化酶活性，從而提高其抗冷性，這與趙虎等[10]在小麥上的研究結(jié)果一致。

植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要包括脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白[28]。植物為了適應(yīng)低溫環(huán)境，會(huì)在體內(nèi)積累大量脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，一是可以維持細(xì)胞膨壓，防止細(xì)胞過(guò)度失水;二是可以穩(wěn)定細(xì)胞器結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)細(xì)胞膜運(yùn)輸能力，保證細(xì)胞不受低溫?fù)p傷[29-31]。在本試驗(yàn)中，低溫脅迫下各處理可溶性糖、可溶性蛋白含量均顯著升高，其中，T3處理升高更為顯著，其可溶性糖、可溶性蛋白含量較T1處理分別提升10.2%、12.5%。表明200 μmol·L-1 JA能夠誘導(dǎo)植物積累相關(guān)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，從而增強(qiáng)植物抗冷性，該結(jié)果與前人在甜瓜[32]上的研究結(jié)果一致。

綜上所述，低溫脅迫下，葉面噴施T3處理與T1處理相比，可以顯著提高葉片光合作用能力，顯著降低葉片相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率、H2O2含量，提高相關(guān)抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，以緩解低溫對(duì)西瓜幼苗造成的損傷，進(jìn)而提高西瓜幼苗的抗冷性。本研究結(jié)果可以為后期JA應(yīng)用于調(diào)節(jié)西瓜抗冷性生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

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