王立涵 王翔 李世斌

摘 要：以“津研4號”黃瓜品種為試材，研究了外源精胺（Spm）、亞精胺（Spd）、硝普鈉（SNP，一氧化氮供體）和硫氫化鈉（NaHS，硫化氫供體）對高溫脅迫下黃瓜幼苗的葉綠素熒光特性、抗氧化酶活性和生長的影響。結果表明，高溫脅迫致使黃瓜幼苗葉片的潛在光化學活性（Fv/Fo）、最大光化學效率（Fv/Fm）、光化學猝滅系數(shù)（qP）、實際光化學效率（ΦPSII）顯著下降，而非光化學猝滅系數(shù)（qN）顯著升高，抗氧化酶（SOD、 POD、 CAT、 APX）活性降低，最終幼苗生長受到抑制。葉片噴施外源物質Spm、Spd、SNP和NaHS，可抑制高溫脅迫下幼苗Fv/Fo、Fv/Fm、qP和ΦPSII的降低，進一步提高qN，并促使抗氧化酶活性趨于正常水平，恢復幼苗生長。表明外源噴施Spm、Spd、SNP和NaHS，皆可減輕高溫脅迫對黃瓜幼苗光合器官的傷害，維持抗氧化酶的功能，進而提高黃瓜植株的耐熱能力。綜合各因素分析，各外源物質的緩解效果無顯著差異，外源Spd的保護效果稍好。

關鍵詞：黃瓜;高溫脅迫;外源物質;葉綠素熒光;抗氧化酶

中圖分類號 S63文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）10-0020-04

Abstract： Effects of spermine （spm），spermidine （spd），sodium nitroprusside （SNP，nitric oxide donor） and sodium hydrosulfide （NaHS，hydrogen sulfide donor） on chlorophyll fluorescence parameters ，antioxidant enzyme activities in leaves and growth of cucumber seedlings with spraying exogenous were investigated，using cucumber variety of ‘Jinyan 4 under high temperature stress.Results showed that the potential photochemical activity （Fv/Fo），maximum photochemical efficiency （Fv/Fm），photochemical quenching coefficient （qP），actual photochemical efficiency （ΦPSII） decreased significantly，the non-photochemical quenching coefficient （qN） increased significantly，and the activities of antioxidant enzymes （SOD，POD，CAT，APX） decreased after treated with high temperature of 42℃.Finally，the growth of seedlings was inhibited by high temperature stress.The decrease of Fv/Fo，F(xiàn)v/Fm，qP and ΦPSII were inhibited，the qN was further improved，the activity of antioxidant enzymes were promoted to normal levels，the inhibition of seedling growth was repaired under high temperature stress with spraying exogenous substances spm，spd，SNP and NaHS.These indicated that exogenous spm，spd，SNP and NaHS could alleviate the damage of photosynthetic organs of cucumber seedlings under high temperature stress，maintain the function of antioxidant enzymes，and improve the heat tolerance of cucumber plants.Based on the analysis of various factors，there was no significant difference in the alleviation effect of each exogenous substance，and the protective effect of exogenous spd was slightly better.

Key words： Cucumber; High temperature stress; Exogenous substance; Chlorophyll fluorescence parameters; Antioxidant enzyme

黃瓜（Cucumis sativus L.）是我國重要的蔬菜作物之一。近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的調整和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施，以及設施園藝生產(chǎn)的迅速發(fā)展，黃瓜作為蔬菜設施栽培中的主要作物種類，栽培面積持續(xù)擴大。黃瓜起源于溫暖濕潤的喜馬拉雅山南麓的熱帶雨林及印度北部地區(qū)，喜溫暖但不耐高溫，適宜溫度為25～30℃，超過35℃就會產(chǎn)生高溫傷害[1]。在我國夏季露地以及夏秋茬日光溫室或塑料大棚內(nèi)，高溫是影響黃瓜生長發(fā)育的主要環(huán)境因子，高溫導致黃瓜代謝失調，生長受抑，品質下降，植株早衰，產(chǎn)量降低[2，3]。

采用外源物質進行化學調控，激發(fā)植物自身的耐熱性，是緩解高溫脅迫對植物傷害的方便快捷的途徑。近年來的多項研究表明，不同外源化學物質如精胺（Spermine，Spm）[4]、亞精胺（Spermidine，Spd）[5，6]、一氧化氮（Nitric oxide，NO）[7，8]等均能緩解植物高溫脅迫。硫化氫（Hydrogen sulfide，H2S）被認為是繼一氧化氮和一氧化碳之后的新型氣體信號分子，參與介導種子萌發(fā)[9]、氣孔運動[10]和器官衰老[11]等多種生理過程，并能通過提高抗氧化酶活性，調控離子通道活性及基因表達等，從而提高了植物的抗逆能力，減輕了逆境傷害[12-14]。但目前對黃瓜抗高溫方面的研究甚少，其與外源物質之間的比較則更少見報道。葉綠素熒光參數(shù)可反映植物的光合作用反應中心狀況，電子傳遞效率和熱耗散情況，具有快速無損的檢測特點。為此，本試驗以“津研4號”黃瓜幼苗為試材，研究葉面噴施Spm、Spd、硝普鈉（SNP，NO供體）、硫氫化鈉（NaHS，H2S供體）對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉綠素熒光特性、抗氧化酶活性和生長的影響，以期從光合角度探討外源物質在提高黃瓜幼苗耐熱性中的生理機理，為外源物質在黃瓜生產(chǎn)中的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料 試驗于2017年5月至2018年5月在濰坊學院試驗站和生物化學與分子生物學重點實驗室進行。供試黃瓜品種為“津研4號”。試劑硝普鈉、精胺、亞精胺、硫氫化鈉購自美國Sigma公司。

1.2 材料處理 黃瓜種子經(jīng)消毒后浸泡12h，于28℃生化培養(yǎng)箱中催芽，挑選整齊、健壯的露白種子播種于10cm×10cm的營養(yǎng)缽內(nèi)，每缽3株。育苗基質為草炭（V）︰蛭石（V）=2︰1，自然光下培養(yǎng)，清水澆灌。待幼苗長至3葉1心時選取長勢一致的幼苗，轉到人工氣候室中培養(yǎng)。光照強度設定為600μmol·m-2·s-1，光周期12h/12h，晝夜溫度28℃/18℃，相對濕度70%～75%，箱內(nèi)適應3d以備用于試驗處理。選用63株無病、健壯、生長勢均一的黃瓜幼苗，分為7個不同的處理，每個處理9株黃瓜幼苗。人工氣候箱內(nèi)適應3d后將54株幼苗轉入晝夜溫度設置為42℃/32℃的氣候箱內(nèi)，另9株維持之前的培養(yǎng)條件。開始高溫處理后，每天17︰00用小型噴霧器對幼苗進行葉面噴施，葉片兩面噴灑均勻，以處理液附于葉面全部濕潤但不下滴為度。本試驗處理如下：H2O（28℃），溫度設置28℃/18℃，葉面不噴施;HT（42℃），溫度設置42℃/32℃，葉面不噴施;H2O（42℃），溫度設置42℃/32℃，葉面噴施去離子水;Spm（42℃），溫度設置42℃/32℃，葉面噴施1mmol·L-1 Spm;Spd（42℃），溫度設置42℃/32℃，葉面噴施1mmol·L-1 Spd;SNP（42℃），溫度設置42℃/32℃，葉面噴施0.1mmol·L-1 SNP;NaHS（42℃），溫度設置42℃/32℃，葉面噴施0.1mmol·L-1 NaHS。處理2d后測定葉綠素熒光參數(shù)和抗氧化酶活性，7d后取樣進行幼苗生物量（株高、莖粗和葉面積）測定，所有指標均重復3次，取平均值。

1.3 測定方法

1.3.1 生長量 用直尺測定株高，用游標卡車測定莖粗，用葉面積儀測定第3片真葉的葉面積。

1.3.2 葉綠素熒光特性 將黃瓜幼苗第3片真葉暗處理20min后，采用Imaging-PAM調制熒光成像系統(tǒng)（德國，Walz），檢測獲得葉綠素熒光參數(shù)：潛在光化學活性Fv/Fo、最大光化學效率 Fv/Fm、光化學猝滅系數(shù)qP、非光化學猝滅系數(shù)qN和實際光化學效率ΦPSII。

1.3.3 抗氧化酶活性的測定 用南京建成公司生產(chǎn)的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）試劑盒參照其說明書測定SOD、CAT、POD和APX活力。

1.4 數(shù)據(jù)分析 用Microsoft Excel進行處理數(shù)據(jù)和作圖，用SPSS統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗（Duncan，p=0.05）。

2 結果與分析

2.1 外源物質對高溫脅迫下黃瓜幼苗生長的影響 如表1所示，高溫脅迫7d，與常溫對照相比，黃瓜幼苗的株高、莖粗和葉面積均顯著降低，分別比對照降低了39.81個百分點、27.91個百分點和38.07個百分點，而在高溫脅迫下葉面噴施Spd、Spm、SNP和NaHS處理，均顯著提高了黃瓜幼苗的株高、莖粗和葉面積，各外源物質間無明顯差異。其中，以噴施Spd處理的緩解效果最好，黃瓜幼苗的株高、莖粗和葉面積分別比高溫脅迫處理增加41.88個百分點、23.87個百分點和39.20個百分點。與單獨高溫脅迫相比，高溫下噴施去離子水可以稍緩解高溫傷害，但無明顯效果。這說明葉面噴施外源物質Spd、Spm、SNP和NaHS，能緩解高溫對黃瓜幼苗生長的抑制，促進幼苗生長。

2.2 外源物質對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉綠素熒光的影響 如圖2所示，高溫脅迫下黃瓜幼苗潛在光化學活性Fv/Fo、最大光化學效率Fv/Fm、光化學猝滅系數(shù)qP、實際光化學效率ΦPSII顯著下降，分別比常溫對照降低了40.84個百分點、11.34個百分點、13.26個百分點和11.80個百分點，而非光化學猝滅系數(shù)qN顯著升高，比對照增加了16.33個百分點。高溫脅迫下葉面噴施外源Spd、Spm、SNP和NaHS，明顯抑制幼苗Fv/Fo、Fv/Fm、qP和ΦPSII的降低，其中噴施Spd處理的效果最明顯，幼苗Fv/Fo、Fv/Fm、qP和ΦPSII比單獨高溫脅迫分別提高了33.37個百分點、7.10個百分點、8.29個百分點和9.85個百分點，但各外源物質間差異不明顯。葉面噴施外源物質進一步提高了高溫脅迫下幼苗qN，但噴施Spm處理的效果不顯著，噴施Spd、SNP和NaHS處理的幼苗qN值比單獨高溫脅迫分別增加12.99個百分點、6.99個百分點和9.85個百分點。

2.3 外源物質對黃瓜幼苗抗氧化酶活性的影響 如圖3所示，高溫脅迫顯著抑制了黃瓜幼苗抗氧化酶系統(tǒng)的活性，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）活力比常溫對照分別顯著降低40.37個百分點、37.94個百分點、63.64個百分點和72.67個百分點。葉面噴施外源Spd、Spm、SNP和NaHS，顯著降低了高溫對抗氧化酶活性的抑制，并且各外源物質的效果類似。

3 討論

高溫會導致黃瓜光化學效率降低，光合組織損傷，影響葉片對光能的有效利用，抑制植株生長[2]。葉綠素熒光參數(shù)的變化可反映出不良環(huán)境對植物光合性能的影響，其中PSII的最大光化學效率Fv/Fm，反映植物的潛在最大光合能力，是光抑制的敏感指標，F(xiàn)v/Fo是PSII反應中心的潛在活性，光化學猝滅系數(shù)qP值的大小可反映PSII開放中心的數(shù)目和植物光合活性的高低，非光化學猝滅系數(shù)qN值反映了植物耗散過剩光能為熱的能力，即光保護能力，某一光照狀態(tài)下的實際光合效率ΦPSII反映植物對光能的利用情況[15，16]。本研究中，高溫處理（42℃/32℃）2d后，黃瓜幼苗葉片的Fv/Fo、Fv/Fm、qP和ΦPSII顯著下降，qN大幅升高，說明高溫破環(huán)了光化學反應中心PSII，抑制了光合電子傳遞，雖然植物提高了熱耗散，進行自我保護，但PSII的實際光化學效率降低。此時，植物吸收的光能超過光合利用能力，會產(chǎn)生大量活性氧，而抗氧化酶活性降低，清除自由基能力減小，活性氧平衡被破壞，最后植物生長受到抑制[2]。本試驗中，高溫處理顯著降低了黃瓜抗氧化酶的活性，致使黃瓜幼苗的株高、莖粗和葉面積顯著降低。

Spm、Spd、NO和H2S可通過提高抗氧化酶活性、保護光合組織、維持線粒體功能等緩解不良環(huán)境對植物的傷害[4，5，8，12]。本試驗研究了葉面噴施Spm、Spd、NO供體SNP、H2S供體NaHS對高溫脅迫下黃瓜幼苗葉綠素熒光特性、抗氧化酶活性和生長的影響。結果表明，以上外源物質都能抑制高溫下Fv/Fo、Fv/Fm、qP、ΦPSII、抗氧化酶活性的降低，進一步提高了qN值。說明Spm、Spd、NO、H2S可通過抑制PSII潛在活性的下降，提高熱耗散能力，減輕高溫對PSII的傷害程度，使黃瓜葉片吸收的光能最大程度地用于光合電子傳遞，提高了光合作用效率，同時提高了活性氧清除能力，最終緩解了高溫對植株生長的抑制。4種外源物質比較而言，僅噴施Spm處理對高溫脅迫下黃瓜qN值的提高效果不顯著，其他緩解效果都達到了顯著水平。綜合各因素分析，各外源物質的緩解效果無顯著差異，外源Spd的保護效果稍好。

總之，外源噴施Spm、Spd、SNP和NaHS均可增強電子傳遞效率，提高抗氧化酶活性，有效地緩解高溫脅迫對黃瓜幼苗光合性能的傷害，保證植株有較好的能量轉化和有機物同化效率，增強黃瓜幼苗的耐熱性，促進植物生長?；诒驹囼灲Y果，建議優(yōu)先選擇Spd。

參考文獻

[1]田婧，郭世榮.黃瓜的高溫脅迫傷害及其耐熱性研究進展[J].中國蔬菜，2012（18）：43-52.

[2]孫勝男.設施黃瓜對高溫脅迫的響應與適應[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2017.

[3]李思思，張紅梅，金海軍，等.根際高溫對不同砧木黃瓜嫁接幼苗生長、光合及生理特性的影響[J].中國農(nóng)學通報，2018，34（1）：61-67.

[4]耶興元，張燕.精胺對高溫脅迫下獼猴桃葉中抗氧化物質的影響[J].湖北 農(nóng)業(yè)科學，2013，52（9）：2090-2093.

[5]彭晨，蘇曉瓊，杜靜，等.外源亞精胺對高溫脅迫下黃瓜幼苗快速葉綠素熒光誘導動力學特性的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學報，2016，29（2）：260-265.

[6]梅燚，祖艷俠，王薇薇，等.外源亞精胺對高溫脅迫下蘿卜幼苗生長發(fā)育的影響[J].中國農(nóng)學通報，2017，33（31）：33-38.

[7]李秀，鞏彪，王允，等.外源一氧化氮對生姜葉片多胺代謝及 PSII 的調控作用[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2014，47（6）：1171-1179.

[8]張政委，索琳格，吳佩，等.Ca2+參與外源NO增強低溫脅迫下黃瓜幼苗葉片抗氧化能力[J].核農(nóng)學報，2018，32（3）：0600-0608.

[9]Li Z G，Gong M，Liu P.Hydrogen sulfide is a mediatorin H2O2 induced seed germination in Jatropha Curcas [J].Acta Physiol.Plant，2012，34（6）：2207-2213.

[10]Garc'?a-Mata C，Lamattina L.Hydrogen sulphide，a novel gasotransmitter involved in guard cell signaling[J].The New Phytol.，2010，188（4）： 977-984.

[11]Zhang H，Hu S L，Zhang Z J，et al.Hydrogen sulfide acts as a regulator of flower senescence in plants[J].Postharvest Biology and Technology，2011，60（3）：251-257.

[12]曹慧，潘利，姜倩倩，等.外源鈣和硫化氫對鎘脅迫下平邑甜茶幼苗根系活性氧代謝和線粒體特性的影響[J].華北農(nóng)學報，2018，33（2）：163-168.

[13]周超凡，吳幗秀，李婷，等.外源 H2S對低溫下日光溫室黃瓜光合作用及抗氧化系統(tǒng)的影響[J].園藝學報，2016，43（3）：462-472.

[14]解夢潔，賀烽，張麗萍，等.H2S和NO在大白菜抵抗高溫脅迫中的作用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2018，37（6）：1079-1085.

[15]李鵬民，高輝遠，Reto J.Strasser.快速葉綠素熒光誘導動力學分析在光合作用研究中的應用[J].植物生理與分子生物學學報，2005，31（6）：559-566.

[16]姜倩倩，張保仁，汪承建，等.外源硫化氫對康乃馨切花葉綠素熒光參數(shù)和抗氧化酶活性的影響[J].北方園藝，2016（23）：124-128.

（責編：張宏民）