閻世江，劉 潔，張繼寧，司龍亭

(1山西省農業(yè)科學院蔬菜研究所，山西太原，030031;2山西省農業(yè)科學院科技情報研究所;3沈陽農業(yè)大學園藝學院)

黃瓜(Cucumis sativus L．)屬葫蘆科1年生草本蔓生攀緣植物，屬喜溫性蔬菜，對低溫的反應很敏感［1］，為滿足人民生活的需要，在氣溫較低的冬春季節(jié)進行保護地黃瓜栽培時，低溫對生產帶來巨大危害，成為最主要的限制因素。相對于水稻、番茄、辣椒等作物而言，有關黃瓜耐低溫性的研究起步較晚，目前的研究多集中在發(fā)芽期性狀、產量性狀、綜合耐低溫性上［2～7］，深入到生理層面的研究較少，本次研究利用幾份不同遺傳來源耐低溫性不同的黃瓜高代自交系，給予其低溫處理，研究葉片中水的質量分數(shù)、自由水的質量分數(shù)、束縛水的質量分數(shù)、可溶性蛋白質的質量分數(shù)、POD活性、SOD活性、MDA的質量摩爾濃度、可溶性糖的質量分數(shù)、根系比表面積等生理指標的變化規(guī)律，探討這些指標與耐低溫性的關系，以期為黃瓜育種奠定理論基礎。

1 材料與方法

1．1 供試材料

選取的6份材料中，9504和9507耐低溫性較強，9511和9514耐低溫性居中，9506和9517耐低溫性較弱。

1．2 方法

1．2．1 材料種植與性狀調查 本次試驗于2006年3月開始至6月結束。3月將9504等6份材料播種于沈陽農業(yè)大學園藝學院育種基地1號溫室，每份材料播40粒種子，30 d后，待其長至3片真葉，分苗至營養(yǎng)缽(10 cm×10 cm)，每份材料取5株，將苗置于日本SANYO公司產MLR-350H型人工光照培養(yǎng)箱中進行低溫處理，每天光照處理 7．5 h，強度為30 μmol·(m2·s)－1，約合2 000 lx，白天12 ℃，晚上8℃，共處理14 d。另取5株作對照，隨機區(qū)組設計，3次重復，然后調查耐低溫性。分級標準如下:0級，全株受凍死亡或接近死亡;1級，秧苗各葉片普遍受凍，其中3～4葉受凍面積＞50%;2級，秧苗3～5葉受凍，其中2～3葉受凍面積＞50%;3級，秧苗2～4葉受凍，其中1～2葉受凍面積＞50%;4級，秧苗1～2葉受凍，面積約20% ～30%;5級，秧苗生長正常，無任何受凍癥狀［8］。

1．2．2 生理指標測定方法 測定葉片水的質量分數(shù)、自由水的質量分數(shù)、束縛水的質量分數(shù)，采用張憲政等［9］的方法。測定葉片可溶性蛋白質的質量分數(shù)(考瑪斯靚藍法)、POD活性(愈創(chuàng)木酚法，以每分鐘內A470變化0．01為一個酶活性單位，用U表示)、SOD活性(NBT法，以抑制NBT光華還原的50%為一個酶活性單位，用U表示)、MDA的質量摩爾濃度(硫代巴比妥酸法)、可溶性糖的質量分數(shù)(蒽酮法)、根系比表面積(甲烯藍法)等指標。數(shù)據分析采用DPS軟件，Excel統(tǒng)計并制圖。

圖1 6份黃瓜材料的耐低溫性

2 結果與分析

2．1 黃瓜幼苗耐低溫性

供試的6份材料的耐低溫性在材料間差異達極顯著水平，說明它們的耐低溫性差異很大，即耐低溫性不同，因此可進行進一步的分析。其中，9504和9507的耐低溫性最高，達4級以上(圖1);9511和9514的耐低溫性居中，在4級上下;9506和9517的耐低溫性最低，在2．1 級以下。

2．2 黃瓜若干生理指標

2．2．1 黃瓜葉片水的質量分數(shù)、自由水的質量分數(shù)、束縛水的質量分數(shù) 供試的6份材料該3個性狀在常溫下差異不顯著，除葉片水的質量分數(shù)外，自由水的質量分數(shù)、束縛水的質量分數(shù)在低溫處理后差異顯著。6份材料經低溫處理后葉片水的質量分數(shù)、自由水的質量分數(shù)、束縛水的質量分數(shù)均下降(圖2)。低溫處理后，9504和9507的自由水的質量分數(shù)較低，達488，502 mg·g－1;9506和9517的自由水的質量分數(shù)，達571，555 mg·g－1;束縛水的質量分數(shù)變化趨勢相反，9504和9507的束縛水的質量分數(shù)較高，達312，298 mg·g－1;9506和9517的束縛水的質量分數(shù)較低，僅達249，245 mg·g－1;9511和9514的這2個性狀均居中。

2．2．2 黃瓜葉片可溶性蛋白質的質量分數(shù)(鮮重)、POD活性、SOD活性、MDA的質量摩爾濃度(鮮重)

供試的6份材料葉片可溶性蛋白質的質量分數(shù)、POD活性、SOD活性、MDA的質量摩爾濃度等性狀常溫下在材料間的差異未達顯著水平，經低溫處理在材料間的差異均達極顯著水平。

供試的6份材料可溶性蛋白質在常溫下差異不大，在低溫下9504和9507的可溶性蛋白質質量分數(shù)在5．7 ～5．8 mg·g－1之間(圖3)，9511 和 9514 的可溶性蛋白質質量分數(shù)在 4．8 ～4．9 mg·g－1之間，9506和9517的可溶性蛋白質質量分數(shù)較低，為4．3 mg·g－1。

在常溫時，6份材料的POD活性差異不大，達11．355～18．564 U之間(圖4)。但低溫處理后POD活性均出現(xiàn)增加，其中9504和9507等耐低溫性較強的材料POD活性最大，達45．321，44．32 U，是對照的將近3倍;而9506和9517的POD活性很小，為18．32，19．354 U，約為對照的1．5倍;9511和9514等耐低溫性居中的材料，POD活性約為對照的2倍。

在常溫下，供試的6份材料的SOD活性保持在134．404～187．057 U(圖5)。經低溫處理以后，所有材料SOD活性均升高，其中9504的最高，9507的居于第2位，分別為498．747，473．608 U;9511和9514 的居中，在424．298 ～438．858 U 之間，其余2 份材料的SOD 活性較低，分別為385．995，385．028 U。

在常溫下，供試的6份材料MDA的質量摩爾濃度在45．161～51．430 μmol·g－1之間，差異較小(圖6)。經低溫處理后，所有材料的MDA含量均比對照有所增加，9504和9507的MDA的質量摩爾濃度最低，為51．372，52．819 μmol·g－1;9511 和 9514 的 MDA 的質量摩爾濃度居中，分別為 58．116，59．288 μmol·g－1;而耐低溫性較弱的9506 和9517 的 MDA 的質量摩爾濃度最高，為68．716，66．241 μmol·g－1。

圖2 6份黃瓜材料水的質量分數(shù)、自由水的質量分數(shù)、束縛水的質量分數(shù)

圖3 6份黃瓜材料的可溶性蛋白質的質量分數(shù)(鮮重)

圖4 6份黃瓜材料的POD活性

圖5 6份黃瓜材料的SOD活性重)

圖6 6份黃瓜材料的MDA的質量摩爾濃度(鮮

黃瓜幼苗葉片可溶性糖的質量分數(shù)、根系比表面積方差分析表明，2性狀在所有材料間的差異在常溫未達顯著水平，在低溫下達顯著水平。

供試的6份材料可溶性糖的質量分數(shù)，在常溫條件下，9506和9517等耐低溫性較弱材料可溶性糖的質量分數(shù)較高(圖7);而耐低溫性較強的材料表現(xiàn)相反。但經過低溫處理，9504和9507的可溶性糖的質量分數(shù)顯著提高，分別由 15．36，15．746 mg·g－1增加至 24．709，27．086 mg·g－1;而 9506 和 9517的增幅較小，分別由15．003，16．631 mg·g－1增加至17．004，17．505 mg·g－1;9511 和 9514 的耐低溫性居中，分別由 16．29，15．258 mg·g－1增加至 20．402，19．409 mg·g－1，增幅居中。

黃瓜根系比表面積列于圖8，根系比表面積是一個相對值，是指根的總吸收面積與根體積的比，也是一個衡量根系活力的指標。由圖8可知，供試的6份材料在常溫下根系的比表面積在2．744～2．936 m－1之間，差異較小。經過低溫處理，所有材料根系的比表面積均下降，9504和9507下降較小，降至2．689，2．694 m－1;其余的 4 份材料下降很大，分別降至 1．408，1．237，0．912，0．844 m－1。

圖7 6份黃瓜材料的可溶性糖的質量分數(shù)

圖8 6份黃瓜材料根系的比表面積

2．3 相關分析

供試的6份材料耐低溫性與自由水的質量分數(shù)、MDA的質量摩爾濃度的偏相關呈顯著負相關，與束縛水的質量分數(shù)、可溶性蛋白質的質量分數(shù)、SOD活性、可溶性糖的質量分數(shù)、根系比表面積的偏相關呈顯著正相關，與POD活性的偏相關為正相關，未達顯著水平(表4)。

在單相關中，耐低溫性與自由水的質量分數(shù)、MDA的質量摩爾濃度呈顯著負相關，與束縛水的質量分數(shù)、可溶性蛋白質的質量分數(shù)、POD活性、SOD活性、可溶性糖的質量分數(shù)、根系比表面積呈顯著正相關，POD活性與SOD活性呈顯著正相關。

供試的6份材料其余性狀間的相關未達顯著水平。

表4 6份黃瓜材料處理后生理指標與耐低溫性的相關分析

3 討 論

植物組織中的水分，依據其存在的狀態(tài)可分為自由水和束縛水。二者與植物抗逆性的研究已有報道，閆世江［10］、朱進［11］的研究認為，束縛水的質量分數(shù)與耐低溫性呈正相關關系。筆者的研究結論與其一致，其原因是束縛水被細胞中的膠體顆粒或滲透物質所吸引，牢牢地束縛在膠體顆?；驖B透物質周圍的水分，它不能自由移動，當溫度升高時不能蒸發(fā)，當溫度降至零下也不結冰。較多的束縛水的存在使細胞的內溶物在低溫下保持正常生理活動所需的水分，尤其在接近冰點時，提高細胞內溶物比熱，保持內溶物的液態(tài)，使它不會結冰，減少低溫的傷害，維持正常生長。同時，可以減少因原生質內結冰而傷害致死的機會。

可溶性蛋白質的質量分數(shù)與植物耐低溫性的關系已有廣泛研究，多數(shù)的學者認為，可溶性蛋白質的質量分數(shù)的增加使一些保護酶類活性強［12］。筆者的研究認為，可溶性蛋白質的質量分數(shù)與耐低溫性呈正相關關系，這是由于可溶性蛋白質的質量分數(shù)高，低溫下保護酶類的活性強，防止細胞膜脂過氧化，為苗期耐低溫性打下堅實的基礎。可溶性蛋白質能提高植物體的耐低溫能力的另一個原因是由于其吸水性很強，其含量的增加可以束縛更多的水分，能加強細胞的持水力。

POD，SOD廣泛存在于植物體中，在植物體衰老或遭遇低溫、鹽害、高溫等脅迫時，細胞內會產生大量的超氧自由基破壞細胞膜，使細胞內溶物外滲。POD，SOD是一類清除超氧自由基的酶，其活性大幅度升高，其對于維持細胞膜的穩(wěn)定性非常重要。李建設等［12］均報道蔬菜幼苗經零上低溫處理后，POD，SOD活性增強。本次試驗的結論與上述觀點相同。這是因為POD，SOD可殺滅在逆境時產生的超氧自由基，減輕對細胞膜的破壞，同時還誘導產生更多的脯氨酸［13］，間接提高植物的抗寒性。

MDA與耐低溫性的關系報道較多。賈俊英等［14］研究了低溫對黃瓜幼苗膜脂過氧化的影響，結果表明:低溫下細胞的膜脂過氧化程度明顯加劇，MDA的質量摩爾濃度顯著增加，其與黃瓜幼苗耐低溫能力呈極顯著負相關。李建設等［12］對茄子、段會軍等［15］對西瓜的研究也有類似的報道，本試驗也得出相同結論。MDA是一種有害物質，是膜脂過氧化的產物，它可引起蛋白質的交聯(lián)，對膜結構和蛋白質的功能造成破壞，由于耐低溫性強的材料受低溫傷害小，所以細胞內出現(xiàn)的有害物質MDA就較少，反之則增加。

可溶性糖的質量分數(shù)與耐低溫性關系的報道較多，如高桂花等［16］對玉米自交系、王磊等［17］對甘藍品種的研究，結果表明耐低溫性較強的材料在低溫下的生理活動影響不大，可溶性糖等滲透調節(jié)物質的質量分數(shù)上升，以維持正常代謝。楊曉玲等［18］報道，水楊酸(SA)處理黃瓜幼苗，能提高其抗寒性，實質是提高可溶性糖的質量分數(shù)，增強滲透調節(jié)能力。本次試驗的結論與這些結論相同，其原因是低溫脅迫能使積累的淀粉轉化為可溶性糖，增加了細胞汁液的濃度，增強了細胞防脫水能力，維持細胞的正常代謝［19］。

根系比表面積與低溫的關系的研究很早受到大家的重視，王瑞云等［20］研究低溫脅迫對苜蓿幼苗存活和葉片生理指標的影響。結果表明:幼苗在低溫下，根系比表面積極顯著提高，幼苗耐低溫性增強。本試驗與之相同，根系比表面積是正常生理活動的表現(xiàn)，當?shù)蜏孛{迫來臨時，如果黃瓜的耐低溫性強，對其在低溫下的生理活動、自身的正常代謝就影響小，所以比表面積降低幅度較小。

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