低溫脅迫對“西州密25號”幼苗葉片的生理變化

新疆葡萄瓜果研究所，新疆吐魯番 838200

倒春寒是指初春氣溫回升較快，而在春季后期氣溫較正常年份偏低的天氣現(xiàn)象。哈密瓜是新疆吐魯番市的特色農(nóng)業(yè)，是當?shù)氐闹饕?jīng)濟支柱。近年來隨著全球氣候的劇變，“倒春寒”現(xiàn)象日益頻繁，2014年春季吐魯番市的“倒春寒”現(xiàn)象給當?shù)氐钠咸旬a(chǎn)業(yè)和哈密瓜產(chǎn)業(yè)造成了無法挽回的損失，嚴重影響了當?shù)剞r(nóng)戶的收入。

為了減少“倒春寒”現(xiàn)象造成的損失，研究低溫脅迫對植株生理的影響顯得尤為重要。目前，關于低溫脅迫對植株的影響已在果樹、蔬菜、花卉上都有報道。趙明明等[1]以研究了歐洲稠李的抗寒性，電解質滲出率隨溫度降低而增加，可溶性糖含量明顯上升，脯氨酸含量總體上呈增加趨勢，謝麗芬[2]研究了葡萄砧木的抗寒性，隨處理溫度的降低，電解質滲出率、丙二醛含量明顯增加，可溶性蛋白、游離脯氨酸含量總體上呈上升趨勢。李建設等[3]研究了低溫脅迫對茄子生理生化的影響，隨溫度降低，MDA含量增加，SOD、POD活性上升，脯氨酸含量增加。低溫脅迫在籽用西瓜上也都有報道。楊燕等[4]認為，脯氨酸、MDA、相對電導率隨低溫脅迫時間延長而升高，品種的耐冷性與品種來源、類型及在低溫下植株的冷害指數(shù)、光合特性與細胞膜穩(wěn)定性有關。張志等[5]認為，低溫脅迫使得黃瓜葉片脯氨酸含量先上升后下降，葉綠素、可溶性糖含量先下降后上升，隨溫度的降低，細胞膜受損程度加重，保護酶的活性降低。此外，低溫處理對云南含笑[6]、棉花[7]等上都有研究。在哈密瓜上報道較少。本文以哈密瓜新品種“西州密25號”為試驗材料，采取人工氣候培養(yǎng)箱模擬低溫，分析低溫脅迫對“西州密25號”幼苗葉片的影響，為其栽培管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及來源

試驗材料為新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所培育的哈密瓜新品種西州密25號。中熟品種，果實發(fā)育期50 d左右，果實橢圓，淺綠底，網(wǎng)紋細密全，單瓜重1.5～2.4 kg，果肉桔紅，肉質細、松、脆，爽口，風味好，中心平均折光含糖量17～18%，抗白粉病。

1.2 方法

本試驗模擬移栽時的苗齡大小。2015年5月19日催芽，溫湯浸種，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。以20℃處理作為溫度脅迫對照，0 h處理作為時間脅迫對照。

不同溫度處理后，每12 h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。同時每24 h取植株的嫩根系用來測定根系活力。

1.3 電解質及各生理指標的測定

1.3.1 電導率的測定、細胞傷害率的計算

參照李合生方法[8]，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。

1.3.2 各生理指標的測定

根系活力的測定采用TTC法[9]，脯氨酸含量的測定采用茚三酮顯色法[9]，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250染色法[9]，各項指標均測定3次，取平均值。

2 結果與分析

2.1 不同低溫脅迫下根系活力的變化

“西州密25號”在不同的低溫脅迫下，隨處理時間的延長根系活力呈下降趨勢，且明顯低于20℃處理，溫度越低，根系活力越弱（圖1）。處理結束后，0℃的根系活力最弱，其次是5℃，試驗過程中發(fā)現(xiàn)，當外界氣溫降至0℃時，穴盤中的基質呈結冰狀態(tài)，因此嚴重影響了幼苗的根系活力。

2.2 不同低溫脅迫下細胞傷害率的變化

葉片的細胞傷害率隨低溫脅迫時間的延長而呈增加的趨勢，0℃和5℃下細胞傷害率高于其他溫度處理，且明顯高于對照，24 h是細胞傷害率達到最大值（圖2），初期細胞傷害率的增加可能突然的低溫導致細胞膜系統(tǒng)開始對低溫逆境產(chǎn)生反應，細胞膜透性發(fā)生不同程度的增大，電解質有不同程度的外滲，從而導致電導率有不同程度的增加，細胞傷害率增大。后期細胞傷害率增加不顯著可能是驟然低溫對葉片的傷害達到了最大。

2.3 不同低溫脅迫下游離脯氨酸含量的變化

游離脯氨酸是植物體內一種重要的滲透調節(jié)物質，可反映植物受脅迫狀況[10]。游離脯氨酸含量隨低溫脅迫時間的延長呈現(xiàn)增加的趨勢，且溫度越低其含量增加越多。經(jīng)過60 h的低溫脅迫，0℃下的游離脯氨酸含量明顯高于其他處理,其含量比0 h增加了3.12倍（圖3）。

2.4 不同低溫脅迫下可溶性蛋白含量的變化

可溶性蛋白含量變化規(guī)律不是特別的明顯，但大體上呈增加趨勢，且大多高于對照，處理結束時，可溶性蛋白的含量明顯高于對照。處理結束后，20℃、15℃、10℃、5℃、0℃下可溶性蛋白含量分別比0h 增加了 1.68、1.69、1.81、1.87、1.79 倍（圖 4）。

3 結論與討論

根系對于植株生長來說具有至關重要的作用，植物通過根系從土壤中吸收水分、營養(yǎng)物質等。當外界溫度驟降時，會影響植物的根系活力并對植株的葉片造成傷害。隨著處理時間的延長，根系活性明顯下降，96 h后根系活力最低的為0℃處理。

細胞傷害率也是植株相應逆境脅迫的一項重要生理指標。0～24 h時，各處理的細胞傷害率明顯增加，24 h后細胞傷害率增加不明顯，可能是驟然低溫對葉片的傷害達到了最大。這與武輝等[7]的研究結論不太一致，武輝等認為REC隨著低溫脅迫時間的延長而增加。

游離脯氨酸是植物體內重要和有效的滲透調節(jié)物質。隨處理時間的延長游離脯氨酸含量大體上呈增加趨勢，其中0℃處理器含量最高，比處理前增加了3.12倍。造成脯氨酸含量增加的原因可能是一是低溫脅迫導致脯氨酸合成加強，二是脯氨酸氧化作用受抑，而且脯氨酸氧化的中間產(chǎn)物逆轉為脯氨酸，三是蛋白質的合成減弱，低溫抑制了蛋白質合成，也就抑制了脯氨酸摻入蛋白質的過程。

可溶性蛋白具有較強的親水性，其含量的增加可以束縛更多的水分，減少低溫條件下原生質因結冰而受傷害致死的機會[11]。大量研究表明隨低溫脅迫時間的延長可溶性蛋白含量增加。試驗中可溶性蛋白含量隨低溫脅迫時間的延長大體上增加的趨勢，但變化規(guī)律不強，這可能與試驗中采取凍樣測定有關。

低溫脅迫導致細胞傷害率、游離脯氨酸含量、可溶性蛋白含量增加，根系活性下降。隨著處理時間的延長，0℃對植株的傷害最為嚴重。