外源水楊酸對持續(xù)低溫脅迫下黃瓜幼苗生長和細(xì)胞膜穩(wěn)定性的影響

王紀(jì)忠，周青

（淮陰工學(xué)院生化學(xué)院園藝系，江蘇淮安，223002）

黃瓜是我國北方保護(hù)地栽培的主要蔬菜，近幾年來由于種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，黃瓜栽培面積迅速擴(kuò)大，對調(diào)節(jié)市場供應(yīng)、增加農(nóng)民收入發(fā)揮了重要作用。但在黃瓜冬春育苗與保護(hù)地栽培中，低溫冷害已成為北方黃瓜生產(chǎn)進(jìn)一步發(fā)展的主要障礙因子[1]。因此，研究黃瓜幼苗的低溫傷害機(jī)理，探討減輕黃瓜幼苗低溫冷害的途徑和方法具有重要意義。

水楊酸 (salicylic acid；SA)是植物中廣泛存在的一種單元酚類化合物，它參與植物開花、種子萌發(fā)、膜的透性、離子吸收等許多生理生化過程[2，3]。由于SA被認(rèn)為是一種植物對脅迫反應(yīng)所需的信號(hào)分子[4]，因此，有人認(rèn)為SA與植物的抗逆性有關(guān)。馬德華等[5]發(fā)現(xiàn)低溫鍛煉后的黃瓜幼苗體內(nèi)SA含量明顯增加，這預(yù)示著SA可能與黃瓜的抗冷性有關(guān)。近年來，對SA在植物抗病反應(yīng)中的重要作用及其機(jī)制、SA信號(hào)傳導(dǎo)途徑等方面的研究已取得了重大進(jìn)展[4，6]，外源SA對植物生長的調(diào)節(jié)作用及提高植物抗鹽脅迫、水分脅迫能力方面的研究也較多[7，9]，外源SA對植物抗低溫脅迫的影響也有研究[10，11]，但對植物抗低溫傷害的機(jī)理尚不清楚。本試驗(yàn)研究了持續(xù)低溫脅迫下，外源SA對黃瓜幼苗生長及有關(guān)生理性狀的影響，特別是對細(xì)胞膜穩(wěn)定性的影響。旨在探討外源SA提高黃瓜幼苗抗冷性的機(jī)理以及適宜的處理濃度，為解決黃瓜苗期低溫冷害問題提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為淮安地區(qū)常見栽培黃瓜品種：津春4號(hào)和津綠1號(hào)。

1.2 試驗(yàn)方法

播種前用40℃溫水浸種24 h，催芽后將種子均勻點(diǎn)播在育苗盆里，放入恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)（白天30℃，晚上15℃），定期觀察澆水 （1~2 d澆水1次），保持75%的相對濕度。待黃瓜幼苗長到2葉1心時(shí)，分別噴施1，2，3，4 mmol/L的SA溶液進(jìn)行預(yù)處理，并以噴清水為對照（霧化噴灑，使溶液在葉片上聚成水滴狀但不滴落）。處理24 h后，將幼苗放入LRH-800-GS型人工氣候箱中用5℃低溫進(jìn)行脅迫處理。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)、重復(fù)4次，人工氣候箱中相對濕度保持在75%左右、光照時(shí)間為 11 h，光照強(qiáng)度為 62.5 μmol·m-2·s-1，持續(xù)低溫脅迫處理4 d后取樣測定幼苗的形態(tài)和生理指標(biāo)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

每重復(fù)隨機(jī)選取10株幼苗用水沖洗干凈后，分別測定株高、根長及地上、地下部鮮質(zhì)量，而后用105℃殺青30 min，在80℃下烘干至恒重稱其干質(zhì)量。

黃瓜幼苗葉片中葉綠素含量采用分光光度法測定[12]，可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定[12]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[12]、，丙二醛（MDA）含量參照趙世杰等[13]的方法測定。葉片質(zhì)膜透性用電導(dǎo)儀法測定[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源SA對黃瓜幼苗形態(tài)發(fā)育的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，在持續(xù)低溫脅迫（5℃）下，黃瓜幼苗的生長受到不同程度的影響，用1，2，3 mmol/L濃度的SA預(yù)處理后兩個(gè)品種的株高、根長均比未處理的提高，用1，2 mmol/L濃度的SA預(yù)處理后兩個(gè)品種地上部鮮干質(zhì)量、地下部鮮干質(zhì)量均比未處理的升高（表1，2），其中用2 mmol/L濃度的SA預(yù)處理黃瓜幼苗的株高、根長及地上、地下部鮮干質(zhì)量均顯著高于未用SA預(yù)處理的黃瓜幼苗，用4 mmol/L濃度的SA預(yù)處理后兩個(gè)品種的株高、根長及地上、地下部鮮干質(zhì)量均比未處理的降低，說明適宜濃度的SA預(yù)處理可以緩解低溫冷害對黃瓜幼苗形態(tài)發(fā)育的影響，而高濃度的SA預(yù)處理不僅不會(huì)減輕黃瓜幼苗的冷害，而且會(huì)加重低溫的傷害。

2.2 外源SA對黃瓜幼苗生理性狀的影響

①SA對黃瓜幼苗葉片中葉綠素含量的影響 從表3可以看出，持續(xù)低溫脅迫下，用1，2，3 mmol/L濃度的SA預(yù)處理后津優(yōu)4號(hào)葉片的葉綠素含量分別比對照增加了31.00%，53.67%，19.52%，差異達(dá)顯著水平。其中2 mmol/L的SA預(yù)處理后在低溫脅迫下葉綠素含量最高，而4 mmo/L濃度的SA預(yù)處理顯著減少了黃瓜葉片的葉綠素含量。津綠1號(hào)也表現(xiàn)出同樣的規(guī)律。但在相同SA濃度下津優(yōu)4號(hào)比對照的增幅大于津綠1號(hào)，說明SA對不同品種的影響效應(yīng)存在差異。

②SA對黃瓜幼苗葉片中可溶性糖含量的影響可溶性糖是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在逆境條件下提高可溶性糖的含量對減少逆境傷害具有重要作用。試驗(yàn)表明（表3），持續(xù)低溫脅迫條件下，兩個(gè)黃瓜品種的可溶性糖含量隨SA濃度的升高均呈現(xiàn)先升后降的趨勢。經(jīng)1，2，3 mmol/L濃度的SA預(yù)處理后，黃瓜幼苗的可溶性糖含量與對照比均顯著提高，而4 mmol/L濃度的SA預(yù)處理使黃瓜幼苗的可溶性糖含量比對照顯著降低。其中SA濃度為2 mmol/L處理時(shí)黃瓜幼苗的可溶性糖含量最高。另外，相同SA濃度時(shí)，可溶性糖含量與對照相比，津優(yōu)4號(hào)比津綠1號(hào)上升的幅度要大。說明適宜濃度的外源SA預(yù)處理能提高黃瓜幼苗中可溶性糖的積累，增加胞質(zhì)濃度以增強(qiáng)抗脫水能力，從而提高黃瓜的抗冷性，而高濃度的SA處理反而會(huì)加劇低溫傷害。

③外源SA對黃瓜幼苗葉片中可溶性蛋白含量的影響 可溶性蛋白質(zhì)也是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，也具有減少逆境傷害的作用。試驗(yàn)表明（表3），持續(xù)低溫脅迫條件下，用1，2，3 mmol/L的SA預(yù)處理的黃瓜幼苗的可溶性蛋白質(zhì)含量與對照相比都顯著提高，而且2 mmol/L SA處理與1，3 mmol/L處理間的差異顯著，但SA濃度為4 mmol/L時(shí)可溶性蛋白質(zhì)含量與對照比顯著降低。另外，相同SA濃度時(shí)，津優(yōu)4號(hào)與對照相比上升的幅度要大于津綠1號(hào)。說明外源SA處理能提高黃瓜幼苗中可溶性蛋白質(zhì)的積累。

2.3 外源SA對黃瓜幼苗葉片細(xì)胞膜穩(wěn)定性的影響

①外源SA對黃瓜幼苗葉片細(xì)胞膜相對透性的影響 相對電導(dǎo)率是檢驗(yàn)植物受逆境脅迫后細(xì)胞膜受損傷程度的重要指標(biāo)。從表2可以看出，當(dāng)SA處理濃度為1，2，3 mmol/L時(shí)，兩個(gè)品種黃瓜葉片的電導(dǎo)率都有不同程度的降低，與對照比差異均達(dá)到顯著水平。其中2 mmol/L的SA處理降低幅度最大，而4 mmol/L的SA與對照相比顯著提高。表明外源SA可顯著提高經(jīng)低溫脅迫后的黃瓜幼苗葉片細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，而高濃度的SA反而加重細(xì)胞膜的受損程度。

表1 外源SA處理對持續(xù)低溫脅迫下津優(yōu)4號(hào)黃瓜幼苗形態(tài)發(fā)育的影響

表2 外源SA處理對持續(xù)低溫脅迫下津綠1號(hào)黃瓜幼苗形態(tài)發(fā)育的影響

表3 外源SA對黃瓜幼苗葉片有關(guān)生理性狀的影響

②不同濃度SA對黃瓜幼苗葉片中MDA含量的影響 MDA是膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物，也是反映細(xì)胞膜系統(tǒng)受傷害程度的重要指標(biāo)，MDA含量可以反映葉片膜脂過氧化的程度。本試驗(yàn)條件下用1，2，3 mmol/L的SA預(yù)處理黃瓜幼苗可以顯著降低MDA含量，而4 mmol/L SA預(yù)處理與對照比有不同程度的提高。其中2 mmol/L的SA預(yù)處理的MDA含量最低，兩個(gè)品種的趨勢一致。說明濃度為1～3 mmol/L的SA預(yù)處理都能夠不同程度的緩解因低溫造成的膜脂傷害，其中SA濃度為2 mmol/L時(shí)效果最好，而高濃度的SA反而對膜脂造成傷害（表 3）。

3 小結(jié)與討論

3.1 外源SA對黃瓜抗冷性的影響

①外源SA對持續(xù)低溫脅迫下黃瓜幼苗生長的影響 SA對植物生長的調(diào)節(jié)作用，國內(nèi)外不同學(xué)者的研究結(jié)果不盡相同。據(jù)報(bào)道，SA可促進(jìn)蘿卜幼苗的生長，增加谷子的株高，但卻抑制大豆的頂端生長，促進(jìn)側(cè)根生長，顯著增加玉米的新生根數(shù)和根長，并在一定程度上增加根冠比及生物學(xué)產(chǎn)量[15～17]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，用1～3 mmol/L SA預(yù)處理可顯著提高持續(xù)低溫脅迫下黃瓜幼苗的株高、根長及地上、地下部物質(zhì)積累量，促進(jìn)壯苗的形成。說明外源SA處理可以促進(jìn)黃瓜幼苗的生長，減輕持續(xù)低溫冷害對黃瓜幼苗生長的影響。

②外源SA對持續(xù)低溫脅迫下黃瓜幼苗有關(guān)生理性狀的影響 植物體內(nèi)蛋白質(zhì)和碳水化合物含量的變化是反映干旱、低溫等逆境環(huán)境植物代謝變化較為敏感的生理指標(biāo)之一。通常植物組織液的滲透濃度越高，抗冷性越強(qiáng)，可溶性糖作為滲透保護(hù)物質(zhì)可提高細(xì)胞液濃度，增加細(xì)胞持水力，從而降低細(xì)胞質(zhì)冰點(diǎn)，起到保護(hù)植物組織免受冷害的作用[18，19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)濃度的外源SA能增加黃瓜幼苗的可溶性糖積累量，提高幼苗對低溫的抵御能力。SA可能作為一種信號(hào)物質(zhì)誘導(dǎo)植物體合成與糖代謝相關(guān)的酶，并激活相關(guān)酶的活性，增加可溶性糖的生成途徑，從而提高可溶性糖的含量。低溫冷害也會(huì)引起蛋白質(zhì)的變化，主要表現(xiàn)在可溶性蛋白的變化，酶類的變化及產(chǎn)生抗冷蛋白。王克安等研究發(fā)現(xiàn)，隨著植物組織內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量的增加，植物的抗寒性也隨著增加[18]。一般情況下冷害會(huì)加快蛋白質(zhì)的分解變性，減慢其合成的速度，使得蛋白質(zhì)含量不斷減少，植物體傷害程度加深。本試驗(yàn)條件下，適當(dāng)濃度的外源SA處理明顯促進(jìn)了可溶性蛋白質(zhì)含量的提高，可能是SA活化了細(xì)胞內(nèi)某些蛋白質(zhì)的合成基因，提高了蛋白質(zhì)的合成量。另一方面SA也可能通過改變植物體內(nèi)物質(zhì)代謝途徑，來降低低溫條件下的蛋白質(zhì)的變性降解速度。

另外，有研究[19，20]表明，細(xì)胞膜相對透性、MDA含量是植物膜系統(tǒng)是否穩(wěn)定的重要標(biāo)志，而膜系統(tǒng)穩(wěn)定性的大小則與植物抵抗低溫脅迫的能力密切相關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)黃瓜幼苗受到持續(xù)低溫脅迫時(shí)，用適當(dāng)濃度的外源SA處理可顯著提高膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抑制葉片中MDA的累積，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高黃瓜幼苗的抗低溫脅迫能力，這與SA對小麥鹽害及水分脅迫的緩解作用相同[8，9]。

SA對植物抗寒性，尤其是對黃瓜幼苗抗低溫脅迫能力的影響已有研究，作用機(jī)理尚不清楚[8，10]。SA被認(rèn)為是植物在脅迫反應(yīng)中產(chǎn)生的一種信號(hào)分子[21],馬德華等對黃瓜幼苗進(jìn)行低溫鍛煉，可使葉片中游離態(tài)SA含量增加2.5倍以上[5]，這表明SA可能與植物的抗低溫脅迫有關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果則證實(shí)了適宜濃度的外源SA可在一定程度上提高黃瓜幼苗的抗冷性。

3.2 外源SA提高黃瓜幼苗抗冷性的有效濃度

SA提高植物抗冷性的有效濃度因植物種類和處理時(shí)期的不同而異。王煜等[11]研究表明，SA在0.01～0.15 g/L的濃度范圍內(nèi)均可提高水稻萌發(fā)種子的抗冷性；呂軍芬等[22]發(fā)現(xiàn)，SA在1～3 mmol/L范圍內(nèi)可以提高3葉1心西瓜幼苗的抗冷性。本試驗(yàn)表明，SA在1～3 mmol/L范圍內(nèi)均可以提高2葉1心期黃瓜幼苗的抗冷性，但最佳濃度為2 mmol/L。但對于提高黃瓜不同階段抗冷性的SA有效濃度與最佳濃度尚需進(jìn)一步研究。

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