賈藍(lán)溪，郭延亮，宋希梅，白如意，張 顯

（西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院 陜西楊凌 712100）

西瓜[Citrullus lanatus（Thunb.）]是我國(guó)的重要經(jīng)濟(jì)作物之一，起源于熱帶與亞熱帶地區(qū)，對(duì)低溫反應(yīng)敏感，最適生長(zhǎng)溫度為20～32°C[1]。近年來，隨著種植技術(shù)水平的提升和種植團(tuán)隊(duì)的專業(yè)化，我國(guó)的西瓜種植規(guī)模逐年擴(kuò)大，有力提高了部分地區(qū)的農(nóng)民收入水平。早春西瓜的種植效益高，是增收的重要方式，然而，伴隨季節(jié)而來的低溫凍害也對(duì)幼苗的生長(zhǎng)帶來不利影響。在西北地區(qū)一般在3 月份進(jìn)行早春大棚的西瓜定植，此時(shí)氣溫較低，會(huì)出現(xiàn)倒春寒的現(xiàn)象，無法達(dá)到西瓜健康生長(zhǎng)的合適溫度，造成西瓜幼苗根系發(fā)育不良，根系活力下降，地上部生長(zhǎng)受阻，葉片光合速率降低，進(jìn)而影響西瓜后期的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)。

溫度是植物生長(zhǎng)和發(fā)育過程中的重要影響因素，低溫會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)特性等造成不良影響，造成葉片萎蔫黃化、坐果率低，嚴(yán)重影響品質(zhì)[2]。徐田軍等[3]研究表明，低溫脅迫會(huì)使植物光合效率降低，減緩植物的生長(zhǎng)。王洪濤等[4]、王萍等[5]研究表明，低溫脅迫會(huì)使植物葉片細(xì)胞膜損傷，破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及功能，使葉片相對(duì)電導(dǎo)率（REC）和丙二醛（MDA）含量增加。李晶等[6]研究表明，低溫脅迫下，植物細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生大量自由基，而超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）可通過消除體內(nèi)自由基，增強(qiáng)植物在逆境中的抗逆能力。和紅云等[7]、楊德光等[8]研究表明，低溫脅迫會(huì)使植物生長(zhǎng)受阻，導(dǎo)致植株地上部、地下部干鮮質(zhì)量下降。王克安等[9]、康俊梅等[10]研究表明，低溫脅迫會(huì)導(dǎo)致植株根系活力下降，降低根系吸收轉(zhuǎn)化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的效率。

被譽(yù)為生命之糖的海藻糖（trehalose）通常在植物遭受逆境脅迫下產(chǎn)生[11]，有著獨(dú)特的抗脫水、抗凍和抗高滲保護(hù)功能[12-14]，在促進(jìn)植物體抗寒性方面起著重大作用[15-16]。已有研究表明，低溫脅迫下，海藻糖處理使葉片電導(dǎo)率降低，地上、地下部干物質(zhì)和葉片中的葉綠素含量增加，從而保證了水稻幼苗在脅迫環(huán)境下的抗逆能力[17]。黃瓜幼苗在低溫環(huán)境中，外源海藻糖會(huì)減少幼苗體內(nèi)活性氧的過度積累，增強(qiáng)幼苗對(duì)溫度的適應(yīng)性[13]。同樣在對(duì)冬小麥低溫下幼苗的抗寒性研究中發(fā)現(xiàn)，外源海藻糖能夠顯著提升作物的抗氧化水平，增強(qiáng)植株的抗寒能力[18]。關(guān)于海藻糖在西瓜低溫脅迫上的作用研究報(bào)道較少，因此筆者通過研究葉片噴施海藻糖對(duì)西瓜幼苗低溫抗性的影響，以期篩選出最適濃度，為生產(chǎn)中使用海藻糖提高西瓜耐冷性提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試西瓜品種為農(nóng)科大五號(hào)，由西北農(nóng)林科技大學(xué)西甜瓜課題組提供，該品種為早熟品種，果實(shí)圓形，單瓜質(zhì)量6 kg 左右，生育期92～95 d，果實(shí)發(fā)育期28～30 d，適宜在陜西省及同類生態(tài)區(qū)早春設(shè)施西瓜種植區(qū)種植；供試海藻糖為德州匯洋生物科技有限公司生產(chǎn)（海藻糖含量≥98%）；供試基質(zhì)由楊凌裕豐種業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)6 個(gè)處理：常溫對(duì)照CK，0、5、10、15、20 mmol·L-1海藻糖，各個(gè)處理見表1。2022 年7 月于西北農(nóng)林科技大學(xué)科研溫室采用50 孔穴盤育苗，待西瓜幼苗1 葉1 心時(shí)移栽至10 cm × 10 cm營(yíng)養(yǎng)缽中，其間注意水分管理。在2 葉1 心時(shí)進(jìn)行葉面噴施處理，以葉面凝成水滴卻不滴下為標(biāo)準(zhǔn)，間隔7 d 后再次進(jìn)行葉面噴施處理，處理結(jié)束后于低溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)（10 ℃/7°C），每個(gè)處理15株，3 次重復(fù)。低溫處理7 d 后進(jìn)行表型拍照，測(cè)定干鮮質(zhì)量、PSII 最大光化學(xué)效率、葉片相對(duì)電導(dǎo)率。采集第2 片真葉放入液氮中速凍后儲(chǔ)存于超低溫冰箱，用于后續(xù)生理指標(biāo)的測(cè)定。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experiment design

1.3 測(cè)定方法

各處理按隨機(jī)取樣法選取西瓜植株3 株進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定，各指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3 次，取平均值。除根系活力、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量外，其余指標(biāo)的測(cè)定葉為第2 片真葉。Fv/Fm（PSII 最大光化學(xué)效率）的測(cè)定使用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x（德國(guó)WALZ 公司生產(chǎn)），測(cè)定前需要將西瓜幼苗暗適應(yīng)30 min；葉片相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定采用Zhou 等[19]的方法；丙二醛含量的測(cè)定采用TBA 比色法[20]；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）還原法測(cè)定[20]；過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚顯色法測(cè)定[20]；根系活力的測(cè)定采用TTC 法[21]；鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的測(cè)定方法為洗凈擦干植株，用電子天平稱取鮮質(zhì)量，再放入80 ℃恒溫烘箱中烘干48 h 后取出，稱取干質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用IBM SPSS 2019 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用EXCEL 2019 軟件作圖，利用Duncan 檢驗(yàn)方法確定各處理之間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 海藻糖處理對(duì)低溫脅迫下西瓜幼苗表型的影響

由圖1 可知，正常溫度下西瓜幼苗生長(zhǎng)健壯，葉片舒展，低溫脅迫會(huì)使得西瓜幼苗葉片卷曲、萎蔫、葉柄彎曲。與T1 處理相比，T2～T5 處理西瓜幼苗后，降低了葉片的萎蔫程度，其中T4 處理葉片萎蔫程度最低，緩解了低溫對(duì)西瓜幼苗葉片的傷害。

圖1 低溫條件下不同濃度海藻糖處理對(duì)西瓜幼苗表型的影響Fig.1 Effects of different concentrations of trehalose on the phenotype of watermelon seedlings at low temperature

2.2 海藻糖處理對(duì)低溫脅迫下西瓜幼苗葉片PSII最大光化學(xué)效率的影響

由圖2 可知，低溫脅迫下，西瓜幼苗葉片中的PSII 最大光化學(xué)效率顯著降低。與T1 處理相比，T2、T4、T5 處理西瓜幼苗葉片中的PSII 最大光化學(xué)效率無顯著差異；而T3 處理與T1 處理相比，最大光化學(xué)效率顯著提高了9.77%。

圖2 低溫脅迫下不同濃度海藻糖處理對(duì)西瓜幼苗PSII最大光化學(xué)效率的影響Fig.2 Effects of different concentrations of trehalose on the maximum photochemical efficiency of watermelon seedlings PSII at low temperature

2.3 海藻糖處理對(duì)低溫脅迫下西瓜幼苗葉片電導(dǎo)率和丙二醛含量的影響

由圖3-A 可知，低溫脅迫下西瓜幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率顯著上升。與T1 處理相比，T2、T3、T5 處理西瓜幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率沒有顯著差異；而T4 處理與T1 處理相比，葉片相對(duì)電導(dǎo)率顯著降低了23.01%。由圖3-B 可知，低溫脅迫下西瓜幼苗葉片丙二醛含量顯著上升。與T1 處理相比，T5 處理西瓜幼苗葉片丙二醛含量沒有顯著差異，而T2、T3、T4 處理顯著降低了西瓜葉片丙二醛含量，分別降低了18.36%、24.24%和25.32%。

圖3 低溫脅迫下不同濃度海藻糖處理對(duì)西瓜幼苗相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量的影響Fig.3 Effects of different concentrations of trehalose on the content of REC and MDA of watermelon seedlings at low temperature

2.4 海藻糖處理對(duì)低溫脅迫西瓜幼苗抗氧化酶活性的影響

由圖4-A～B 可知，低溫脅迫下西瓜幼苗葉片抗氧化酶活性提高。與T1 處理相比，T4 處理顯著提升了西瓜幼苗葉片SOD、POD 活性，分別提高了36.29%和43.65%；而T2、T3、T5 處理西瓜幼苗葉片抗氧化酶活性與T1 處理相比無顯著差異。

圖4 低溫脅迫下不同濃度海藻糖處理對(duì)西瓜幼苗抗氧化酶活性的影響Fig.4 Effects of different concentrations of trehalose on the autioxidant enzyme activities of watermelon seedlings at low temperature

2.5 海藻糖處理對(duì)低溫脅迫下西瓜幼苗干鮮質(zhì)量的影響

由圖5-A～D 可知，低溫脅迫會(huì)使西瓜幼苗地上部鮮質(zhì)量顯著降低，與T1 處理相比，T2～T5 處理能顯著提高西瓜幼苗地上部鮮質(zhì)量，分別提高了30.05%、50.58%、89.20%和40.61%；在地上部干質(zhì)量方面，與T1 處理相比，T2、T3 處理沒有顯著差異，而T4、T5 處理顯著提高了地上部干質(zhì)量，分別提高了80.35%和63.65%；在地下部鮮質(zhì)量方面，與T1 處理相比，T2、T5 處理沒有顯著差異，而T3、T4 處理顯著提高了地下部鮮質(zhì)量，分別提高了117.28%和166.95%；在地下部干質(zhì)量方面，與T1 處理相比，T2、T5 處理沒有顯著差異，而T3、T4 處理顯著提高了西瓜幼苗地下部干質(zhì)量，分別提高了40.26%和107.61%。

圖5 低溫脅迫下不同濃度海藻糖處理對(duì)西瓜幼苗干鮮質(zhì)量的影響Fig.5 Effects of different concentrations of trehalose on dry and fresh weight of watermelon seedlings at low temperature

2.6 海藻糖處理對(duì)低溫脅迫下西瓜幼苗根系活力的影響

由圖6 可知，與CK 相比，低溫脅迫下，除T3、T4 處理外，西瓜幼苗的根系活力顯著下降。與T1處理相比，T2、T5 處理對(duì)提高西瓜幼苗根系活力無顯著影響；而T3、T4 處理顯著提升了西瓜幼苗的根系活力，分別提高了66.30%和127.21%。

圖6 低溫脅迫下不同濃度海藻糖處理對(duì)西瓜幼苗根系活力的影響Fig.6 Effects of different concentrations of trehalose on the root viability of watermelon seedlings at low temperature

3 討論與結(jié)論

低溫會(huì)造成西瓜幼苗根系損傷、根系活力下降，葉片光合速率降低，使幼苗生長(zhǎng)受阻、葉片萎蔫，甚至死亡，造成西瓜品質(zhì)和產(chǎn)量下降[22]。有研究表明，海藻糖可以顯著提高植物體SOD 等酶活性，使細(xì)胞干物質(zhì)增加，并使植物相對(duì)電導(dǎo)率減少，保持根系細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，減少對(duì)根系的傷害，從而提高植物對(duì)低溫的抵抗能力[23]。

植物能通過葉綠體進(jìn)行光合作用，而處在低溫環(huán)境中，植物葉片中葉綠體結(jié)構(gòu)可能無法維持其完整性，從而影響光合進(jìn)程，使植物正常生長(zhǎng)發(fā)育受阻[24]。周建等[25]研究發(fā)現(xiàn)，低溫下植物幼苗PSII 最大光化學(xué)效率明顯下降。楊芬芬等[26]研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫顯著抑制了葉片的光合能力，通過噴施適宜濃度的海藻糖，可以提高光合作用能力，說明在低溫下適宜濃度的海藻糖處理在恢復(fù)植物的光合作用方面有著較好的效果，這與筆者的研究結(jié)果一致。在本試驗(yàn)中，低溫脅迫下，西瓜葉片中PSII 最大光化學(xué)效率顯著降低。與T1 處理相比，T3 處理能顯著提高西瓜葉片的PSII 最大光化學(xué)效率，提高了9.77%。

植物體在受到低溫脅迫后，積累的大量活性氧可能造成膜脂過氧化，而丙二醛則是過氧化的主要產(chǎn)物[4]，同時(shí)膜透性的提高和胞內(nèi)電解質(zhì)的外滲也會(huì)引起相對(duì)電導(dǎo)率的上升[27]。已有研究表明，植物幼苗在遭遇低溫脅迫時(shí)，海藻糖能減輕植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)所受的影響，使細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)滲透率和葉片相對(duì)電導(dǎo)率明顯降低[17]，這與筆者的試驗(yàn)結(jié)果一致。在本試驗(yàn)中，在葉面噴施不同濃度海藻糖后，與T1處理相比，T4 處理顯著降低了西瓜幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率，T2～T4 處理能顯著降低西瓜幼苗葉片丙二醛含量，分別降低了18.36%、24.24%和25.32%。

對(duì)于植物細(xì)胞而言，處在逆境環(huán)境中會(huì)加快胞內(nèi)活性氧生成的速度，而過量的活性氧會(huì)損害細(xì)胞膜。有些酶如POD、SOD 等則可通過消除體內(nèi)自由基，從而增強(qiáng)植物在逆境中的抗逆能力[6]。崔瑩等[28]研究表明，低溫脅迫下，葉片噴施海藻糖減少了植物葉片活性氧的相對(duì)含量，顯著提高了POD 等抗氧化酶活性，這與筆者的研究結(jié)果一致。在本試驗(yàn)中，低溫脅迫下西瓜幼苗葉片抗氧化酶活性提高。與T1 處理相比，T4 處理能顯著提升西瓜幼苗葉片SOD、POD 活性，分別提高了36.29%和43.65%。

低溫脅迫會(huì)對(duì)植株地上部和地下部的干鮮質(zhì)量產(chǎn)生影響，前人的研究顯示，在低溫條件下，海藻糖處理可以使幼苗地下部干質(zhì)量增加，增強(qiáng)幼苗的抗逆轉(zhuǎn)能力[23]，這與筆者的研究結(jié)果一致。在本試驗(yàn)中，與T1 處理相比，T4 處理顯著增加了西瓜幼苗干鮮質(zhì)量，且效果最好，其中地上部鮮質(zhì)量增加了89.20%，干質(zhì)量增加了80.35%；地下部鮮質(zhì)量增加了166.95%，干質(zhì)量增加了107.61%。

根系活力體現(xiàn)了植物根系在吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、調(diào)節(jié)代謝等方面的能力，直接影響植株的抗逆性和地上部的生長(zhǎng)量[29]。魏文婧等[30]研究結(jié)果表明，隨著溫度的下降，植物根系活力明顯下降。張鈺欽等[31]研究發(fā)現(xiàn)，海藻糖處理能夠提高植物根系活力，更有利于幼苗的生長(zhǎng)，這與筆者的研究結(jié)果一致。在筆者的試驗(yàn)中，與T1 處理相比，T3、T4 處理能顯著提升西瓜幼苗的根系活力，其中T4 處理效果最顯著，提高了127.21%。

綜上所述，低溫脅迫下，葉面噴施適宜濃度的海藻糖可以提高西瓜幼苗的光合作用能力，減少低溫對(duì)細(xì)胞膜的傷害，提高抗氧化酶活性和根系活力，促進(jìn)了西瓜幼苗生長(zhǎng)，其中15 mmol·L-1海藻糖（T4）處理緩解西瓜幼苗低溫脅迫的效果最好，可為海藻糖在提高西瓜耐冷性研究中提供理論依據(jù)。