低溫脅迫下哈密瓜幼苗生理的變化研究

戶金鴿，楊咪，楊英，沙勇龍，楊軍，廖新福

(新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200)

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低溫脅迫下哈密瓜幼苗生理的變化研究

戶金鴿，楊咪，楊英，沙勇龍，楊軍，廖新福

(新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200)

【目的】減輕春季寒流對植株的傷害，研究低溫脅迫對哈密瓜幼苗的影響及其抗寒性?！痉椒ā恳?個哈密瓜品種(西州密17號、西州密25號、新密45號、8501、86-1)為試驗材料，采取人工低溫脅迫的方法，研究哈密瓜幼苗在20、15、10、5和0℃低溫處理下根系活力、細胞傷害率、游離脯氨酸、可溶性蛋白含量?！窘Y果】幼苗在低溫脅迫下，根系活力受到抑制，隨溫度的下降，細胞傷害率、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量增加。10℃植株大部分無冷害現(xiàn)象，5和0℃新密45號的冷害指數(shù)顯著高于其它品種?！窘Y論】細胞傷害率、脯氨酸、可溶性蛋白含量在植物抗寒能力中占據(jù)了重要地位，能較好地反應材料的抗寒能力。在參試品種中，西州密25號的抗寒能力較強，新密45號的抗寒能力較弱。生產上，可以在5～10℃進行短時間的低溫鍛煉來提高植株的抗寒能力。

低溫脅迫；哈密瓜；生理

0 引 言

【研究意義】隨著甜瓜種植面積的不斷擴大和春季種植時間的提早，近年來，極端嚴寒災害性氣候頻繁出現(xiàn)、氣候劇烈變化，經常在春季遭受凍害致死，造成甜瓜產量大幅度減產，給甜瓜產業(yè)生產造成了巨大的經濟損失。研究低溫對新疆主栽甜瓜品種生長發(fā)育的影響顯得十分迫切，同時可為生產上抗寒栽培提供科學的理論依據(jù)?！厩叭搜芯窟M展】目前國內外學者對低溫脅迫下番茄、辣椒、黃瓜、西瓜、籽瓜、甜瓜、瓜菜作物幼苗生長及生理特性的研究報道較多。黃偉等[1]認為低溫弱光造成番茄莖的增長和葉面積擴展減緩，葉片凈光合速率降低，但對番茄根系活性影響不明顯；郁繼華等[2]研究了辣椒幼苗葉片中活性氧清除系統(tǒng)對低溫弱光的響應，認為隨低溫弱光脅迫程度和時間的增加，辣椒幼苗葉片中POD活性提高，但SOD和CAT活性下降，MDA含量增加，細胞膜透性增大；逯明輝等[3]選用了3個耐冷力不同的黃瓜品種研究其葉片SOD、CAT|POD等在冷害過程中的變化，其中CAT和POD活性與黃瓜葉片的耐冷力表現(xiàn)一致，SOD活性則與其耐冷力表現(xiàn)相反；許勇等[4]對西瓜幼苗進行了0、10、15℃的低溫處理，結果發(fā)現(xiàn)鑒定西瓜幼苗耐冷性的最適條件為10℃；楊燕等[5]研究了低溫脅迫下籽用西瓜幼苗生理的變化，不同品種籽用西瓜幼苗的相對電導率隨低溫脅迫時間的延長而升高；甜瓜幼苗經低溫鍛煉后能增強對低溫的適應性，明顯提高抗寒能力，但鍛煉溫度量值不同，甜瓜幼苗抗寒能力的提高程度有一定差異[6]。此外，小麥、棉花、葡萄、茄子、紫花苜蓿、含笑、香水百合、山櫻花等植物上都有報道?？梢?，植株的耐冷力越來越受到的關注。【本研究切入點】目前，新疆關于哈密瓜的抗冷性研究報道較少，研究采取人工模擬低溫的方法，探討低溫對幼苗根系活力及葉片生理的影響，對幼苗進行耐冷力的初步評價?！緮M解決的關鍵問題】研究與哈密瓜幼苗耐冷力相關的生理指標，初步對幼苗的耐冷力進行評價，為春季露地哈密瓜栽培提高一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料(表1)

表1 試驗材料及來源Table 1 experimental materials and source

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

模擬移栽時的苗齡大小。2015年5月19日催芽，待種子露白后播種于50穴的穴盤中，出土后及時通風透氣，常規(guī)管理，待幼苗大部分長至2葉1心時，置于不同溫度的智能人工氣候培養(yǎng)箱(型號為RTOP430D)中，從20℃開始以5℃為梯度進行低溫脅迫直到溫度達到0℃為止，光暗交替12 h。每處理50株，三次重復。

不同溫度處理24 h后，分別采取同一節(jié)位葉片測定電導率(用于計算細胞傷害率)，游離脯氨酸含量，然后將剩余的葉片迅速置于-40℃的冰箱中冷凍保藏用來測量可溶性蛋白含量。同時取植株的嫩根系用來測定根系活力，以室溫為對照(CK)。

1.2.2 電解質及各生理指標的測定

1.2.2.1 電導率率的測定、細胞傷害率的計算

參照李合生方法[7]，略有改動，用雷磁DDSJ-308A電導儀測定浸泡液的電導率S1，再將浸泡液的試管置于沸水中，水浴30 min，冷卻至室溫后測定電導率S2，以去離子水的電導率Lck為對照，計算細胞傷害率。

1.2.2.2 各生理指標的測定

根系活力的測定采用TTC法[8]，脯氨酸含量的測定采用茚三酮顯色法[8]，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250染色法[8]，各項指標均測定3次，取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

利用Microsoft Excel 2003進行數(shù)據(jù)處理。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對哈密瓜幼苗根系活力的影響

根是植物吸收水分和礦質元素的主要器官，根的生長情況和活力水平直接影響植株地上部的生長。

研究表明，隨脅迫溫度的逐漸下降，根系活力總體上呈下降趨勢，溫度越低，根系活力越弱，且都明顯低于對照，西州密17號、西州密25號、新密45號、8501、86-1分別比對照下降了37.75%、40.28%、37.87%、45.38%、50.28%，86-1和8501的下降速率最大，初步推斷低溫脅迫對86-1和8501的根系活力影響最大，較其它品種不耐低溫。圖1

圖1 不同溫度下哈密瓜根系活力變化Fig.1 effect of root activity under different temperature

2.2 低溫脅迫對哈密瓜幼苗相對電導率的影響

膜系統(tǒng)是凍害的原初部位，低溫脅迫能引起植物細胞膜透性的明顯改變，導致溶質外滲，因而質膜的透性變化可顯示細胞膜結構和功能的受損程度。用電導法測定細胞率的變化，是用來反應細胞膜傷害程度的一個重要指標。細胞傷害率越大，細胞膜受損程度越嚴重，反之，受損程度越輕。

研究表明，細胞傷害率隨處理溫度的降低而增加，溫度越低，電導率越大，除西州密25號外，其它品種大致10℃是迅速增加，可推測，在甜瓜生產過程中，10℃左右進行低溫鍛煉提高植株的抗寒能力。24 h后，新密45號的細胞傷害率最大，是未經處理的4.39倍，可以推測出最弱的是新密45號，這與試驗中的觀察一致，可見細胞傷害率是植物抗寒能力的一項重要生理指標。圖2

圖2 不同溫度下哈密瓜幼苗葉片細胞傷害率變化Fig.2 effect of cell injury rates under different temperatura

2.3 低溫脅迫對哈密瓜幼苗游離脯氨酸含量的影響

游離脯氨酸是植物細胞內重要和有效的滲透調節(jié)物質，用來保持原生質體和環(huán)境的滲透平衡。植物體內游離脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗逆性強的品種往往積累較多的脯氨酸。

研究表明，隨處理溫度的降低游離脯氨酸含量變化雖有波動， 總體上呈增加趨勢，增幅最大的是西州密25號(144.49%)，最小的是新密45號(49.70%)?？赏茢喑鲂旅?5號的抗寒能力較弱。圖3

圖3 不同溫度下哈密瓜幼苗葉片游離脯氨酸含量變化Fig.3 effect of proline content under different temperature

2.4 低溫脅迫對哈密瓜幼苗可溶性蛋白的影響

可溶性蛋白的含量與植物的抗冷性之間存在密切關系，多數(shù)學者認為：低溫脅迫下，植物可溶性蛋白含量增加?？扇苄缘鞍缀靠偟内厔蓦S溫度的降低而增大，說明可溶性蛋白的含量和溫度在一定范圍內呈負相關，蛋白質含量增加可能是由于降解速率下降或是因為低溫促進了某些新蛋白質的合成。研究表明，甜瓜幼苗隨溫度的降低可溶性蛋白呈含量增加，增幅較對照增加最大的是西州密25號(62.23%)，最小的是8501(3.531%)。根據(jù)劉曉東等[9]研究結論可推斷出西州密25號的抗寒能力較其它品種強。圖4

圖4 不同溫度下哈密瓜幼苗葉片可溶性蛋白含量變化Fig.4 effect of soluble protein content under different temperature

2.5 低溫脅迫下的幼苗冷害指數(shù)

研究表明，冷害指數(shù)隨脅迫溫度的降低而增大，20、15℃下均無出現(xiàn)冷害現(xiàn)象，10℃時86-1出現(xiàn)輕微的冷害，新密45號在5、0℃時冷害指數(shù)高于其它4個品種，這與試驗中觀察到的結果相一致。圖5

圖5 低溫脅迫24 h后的冷害指數(shù)Fig.5 chilling injury index after 24 h

3 討 論

3.1 各生理指標與抗寒性的關系

20世紀30年代，開始研究植物的抗寒性，植物的抗寒能力與植株的形態(tài)結構、膜系統(tǒng)、滲透調節(jié)物質、保護性酶系統(tǒng)、基因及其它因素息息相關。試驗中選取了和植株抗寒能力有關的細胞傷害率、游離脯氨酸、可溶性蛋白，及與植株長勢有關的根系活力。

根是植物吸收水分和礦質元素的主要器官，土壤溫度的高低隨外界氣溫的變化而變化，根系的活力直接關系著植株的長勢，在試驗中，隨著溫度的降低，根系活力下降。其中，8501、86-1的根系活力下降較其他品種迅速。可見低溫對這兩個品種的根系活力影響較大，若長時間處于低溫下，可能會導致植株長勢變弱，甚至死亡。

電導率是植物抗寒能力的一項重要生理指標，用電導法測定細胞率的變化，是用來反應細胞膜傷害程度的一個重要指標。細胞傷害率越大，細胞膜受損程度越嚴重，反之，受損程度越輕。通過對細胞傷害率變化的觀察發(fā)現(xiàn)，在10℃時，細胞傷害率迅速增加，5℃下新密45號的冷害指數(shù)顯著增加，初步推測可在5～10℃進行低溫，這一研究發(fā)現(xiàn)與甜瓜生產上的低溫鍛煉恰好吻合。

游離脯氨酸是植物細胞內重要和有效的滲透調節(jié)物質，與逆境息息相關。抗逆性強的品種往往會積累較多的脯氨酸含量，西州密25號的葉片中積累的游離脯氨酸含量較其他品種高，可初步推測出西州密25號的抗寒能力較強。

可溶性蛋白的含量與植物的抗冷性之間存在密切關系，劉曉東等[9]對苦水玫瑰和冷香玫瑰的研究表明，低溫下兩種玫瑰的可溶性蛋白含量均隨著溫度降低逐漸上升，與抗寒性呈正相關。在此次試驗中，增幅較大的是西州密25號，最小的是8501，由此可以推斷，西州密25號的抗寒性較其他品種強。

根據(jù)各生理指標測定的結果可以看出，西州密25號的抗寒能力比較強，新密45號的抗寒能力較差。但是單個指標用來評價植株的抗寒能力顯得不夠科學、全面。在今后的研究中可以從植株的形態(tài)結構及基因、低溫半致死溫度等方面綜合考慮，評價植株的抗寒能力。

3.2 提高植物抗寒性的措施

提高植物的耐寒性最直接、最有效的措施就是選育耐低溫的品種。從試驗可以看出，大概在10℃時，細胞傷害率迅速增加，5℃時，冷害指數(shù)較大，初步推斷可以在5～10℃進行低溫鍛煉，從而增強植株的抗寒能力。除此之外還可以進行Ca和CaM、其它化學物質誘導等手段增強植株的抗寒能力。

4 結 論

4.1 隨脅迫溫度的下降，根系活力下降，不同品種的細胞傷害率、游離脯氨酸含量、可溶性蛋白含量均有不同程度的增加。

4.2 細胞傷害率、脯氨酸、可溶性蛋白含量在植物抗寒能力中占據(jù)了重要地位，這三項指標能較好地反應材料的抗寒能力。

4.3 在參試品種中，西州密25號的抗寒能力較強，新密45號的抗寒能力較弱。

4.4 生產上，可以在5～10℃進行短時間的低溫鍛煉來提高植株的抗寒能力。在今后關于哈密瓜的抗寒能力的研究上，可以計算低溫半致死溫度，來明確各品種的抗寒能力。

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Fund project:Public welfare research institutes basic scientific research business expenses special funds of the Department of Science and Technology of Xinjiang (KY2015109)and special funds for national melon industry technology system (CARS-26-43)

Physiological Change in Hami Melon Seedling under Low Temperature

HU Jin-ge, YANG Mi, YANG Ying, SHA Yong-long, YANG Jun, LIAO Xin-fu

(Research Institute of Grapes and Melons of Xinjiang Uygur Autonomous Region，ShanshanXinjiang838200,China)

【Objective】 Cold spell often happens in later spring recently, which causes chilling injury to young leaves of plants. In order to reduce the harm to the plant cold spell in spring, the study on low temperature stress on melon seedlings and the effect of cold resistance research are becoming increasingly urgent.【Method】Five Hami melon (Xizhoumi NO.17, Xizhoumi NO.25, Xinmi NO.45, 8501, 86-1) cultivars with different cold tolerances were used as test materials, and their seedlings' root activity, cell injury rates, proline, soluble protein content variations were studied at 20℃,15℃,10℃,5℃,0℃.【Result】As low temperature inhibited the growth of root system, the decrease of temperature, cell damage rate, proline content, soluble protein content increased. Plants appear normal under 10℃, while chilling injury index of Xinmi NO.45 was higher than others under 5℃ and 0℃.【Conclusion】Cell injury rates, proline and soluble protein play an important role in cold tolerance, which reflects the cold tolerance very well. Xizhoumi NO.25 has stronger cold tolerance than others varieties. Short-term hypothermia exercise can improve cold resistance during 5-10℃.

cold stress; Hami Melon; physiology

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.08.006

2016-03-11

2015年新疆維吾爾自治區(qū)科技廳公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項資金(KY2015109)；國家西甜瓜產業(yè)技術體系專項資金(CARS-26-43)

戶金鴿(1982 -)，女，助理研究員，碩士，研究方向為西、甜瓜育種，(E-mail)hujinge2007@sina.com

廖新福(1960 -)，男，研究員，研究方向為哈密瓜貯運，(E-mail)lxf3838@163.com

S652.1

A

1001-4330(2016)08-1409-06