外源水杨酸对持续低温胁迫下黄瓜幼苗生长和细胞膜稳定性的影响

王纪忠，周青

（淮阴工学院生化学院园艺系，江苏淮安，223002）

黄瓜是我国北方保护地栽培的主要蔬菜，近几年来由于种植结构的调整，黄瓜栽培面积迅速扩大，对调节市场供应、增加农民收入发挥了重要作用。但在黄瓜冬春育苗与保护地栽培中，低温冷害已成为北方黄瓜生产进一步发展的主要障碍因子[1]。因此，研究黄瓜幼苗的低温伤害机理，探讨减轻黄瓜幼苗低温冷害的途径和方法具有重要意义。

水杨酸 (salicylic acid；SA)是植物中广泛存在的一种单元酚类化合物，它参与植物开花、种子萌发、膜的透性、离子吸收等许多生理生化过程[2，3]。由于SA被认为是一种植物对胁迫反应所需的信号分子[4]，因此，有人认为SA与植物的抗逆性有关。马德华等[5]发现低温锻炼后的黄瓜幼苗体内SA含量明显增加，这预示着SA可能与黄瓜的抗冷性有关。近年来，对SA在植物抗病反应中的重要作用及其机制、SA信号传导途径等方面的研究已取得了重大进展[4，6]，外源SA对植物生长的调节作用及提高植物抗盐胁迫、水分胁迫能力方面的研究也较多[7，9]，外源SA对植物抗低温胁迫的影响也有研究[10，11]，但对植物抗低温伤害的机理尚不清楚。本试验研究了持续低温胁迫下，外源SA对黄瓜幼苗生长及有关生理性状的影响，特别是对细胞膜稳定性的影响。旨在探讨外源SA提高黄瓜幼苗抗冷性的机理以及适宜的处理浓度，为解决黄瓜苗期低温冷害问题提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为淮安地区常见栽培黄瓜品种：津春4号和津绿1号。

1.2 试验方法

播种前用40℃温水浸种24 h，催芽后将种子均匀点播在育苗盆里，放入恒温培养箱中培养（白天30℃，晚上15℃），定期观察浇水 （1~2 d浇水1次），保持75%的相对湿度。待黄瓜幼苗长到2叶1心时，分别喷施1，2，3，4 mmol/L的SA溶液进行预处理，并以喷清水为对照（雾化喷洒，使溶液在叶片上聚成水滴状但不滴落）。处理24 h后，将幼苗放入LRH-800-GS型人工气候箱中用5℃低温进行胁迫处理。试验采用完全随机设计、重复4次，人工气候箱中相对湿度保持在75%左右、光照时间为 11 h，光照强度为 62.5 μmol·m-2·s-1，持续低温胁迫处理4 d后取样测定幼苗的形态和生理指标。

1.3 测定项目与方法

每重复随机选取10株幼苗用水冲洗干净后，分别测定株高、根长及地上、地下部鲜质量，而后用105℃杀青30 min，在80℃下烘干至恒重称其干质量。

黄瓜幼苗叶片中叶绿素含量采用分光光度法测定[12]，可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[12]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[12]、，丙二醛（MDA）含量参照赵世杰等[13]的方法测定。叶片质膜透性用电导仪法测定[14]。

2 结果与分析

2.1 外源SA对黄瓜幼苗形态发育的影响

试验结果表明，在持续低温胁迫（5℃）下，黄瓜幼苗的生长受到不同程度的影响，用1，2，3 mmol/L浓度的SA预处理后两个品种的株高、根长均比未处理的提高，用1，2 mmol/L浓度的SA预处理后两个品种地上部鲜干质量、地下部鲜干质量均比未处理的升高（表1，2），其中用2 mmol/L浓度的SA预处理黄瓜幼苗的株高、根长及地上、地下部鲜干质量均显著高于未用SA预处理的黄瓜幼苗，用4 mmol/L浓度的SA预处理后两个品种的株高、根长及地上、地下部鲜干质量均比未处理的降低，说明适宜浓度的SA预处理可以缓解低温冷害对黄瓜幼苗形态发育的影响，而高浓度的SA预处理不仅不会减轻黄瓜幼苗的冷害，而且会加重低温的伤害。

2.2 外源SA对黄瓜幼苗生理性状的影响

①SA对黄瓜幼苗叶片中叶绿素含量的影响 从表3可以看出，持续低温胁迫下，用1，2，3 mmol/L浓度的SA预处理后津优4号叶片的叶绿素含量分别比对照增加了31.00%，53.67%，19.52%，差异达显著水平。其中2 mmol/L的SA预处理后在低温胁迫下叶绿素含量最高，而4 mmo/L浓度的SA预处理显著减少了黄瓜叶片的叶绿素含量。津绿1号也表现出同样的规律。但在相同SA浓度下津优4号比对照的增幅大于津绿1号，说明SA对不同品种的影响效应存在差异。

②SA对黄瓜幼苗叶片中可溶性糖含量的影响可溶性糖是植物体内重要的渗透调节物质，在逆境条件下提高可溶性糖的含量对减少逆境伤害具有重要作用。试验表明（表3），持续低温胁迫条件下，两个黄瓜品种的可溶性糖含量随SA浓度的升高均呈现先升后降的趋势。经1，2，3 mmol/L浓度的SA预处理后，黄瓜幼苗的可溶性糖含量与对照比均显著提高，而4 mmol/L浓度的SA预处理使黄瓜幼苗的可溶性糖含量比对照显著降低。其中SA浓度为2 mmol/L处理时黄瓜幼苗的可溶性糖含量最高。另外，相同SA浓度时，可溶性糖含量与对照相比，津优4号比津绿1号上升的幅度要大。说明适宜浓度的外源SA预处理能提高黄瓜幼苗中可溶性糖的积累，增加胞质浓度以增强抗脱水能力，从而提高黄瓜的抗冷性，而高浓度的SA处理反而会加剧低温伤害。

③外源SA对黄瓜幼苗叶片中可溶性蛋白含量的影响 可溶性蛋白质也是植物体内重要的渗透调节物质，也具有减少逆境伤害的作用。试验表明（表3），持续低温胁迫条件下，用1，2，3 mmol/L的SA预处理的黄瓜幼苗的可溶性蛋白质含量与对照相比都显著提高，而且2 mmol/L SA处理与1，3 mmol/L处理间的差异显著，但SA浓度为4 mmol/L时可溶性蛋白质含量与对照比显著降低。另外，相同SA浓度时，津优4号与对照相比上升的幅度要大于津绿1号。说明外源SA处理能提高黄瓜幼苗中可溶性蛋白质的积累。

2.3 外源SA对黄瓜幼苗叶片细胞膜稳定性的影响

①外源SA对黄瓜幼苗叶片细胞膜相对透性的影响 相对电导率是检验植物受逆境胁迫后细胞膜受损伤程度的重要指标。从表2可以看出，当SA处理浓度为1，2，3 mmol/L时，两个品种黄瓜叶片的电导率都有不同程度的降低，与对照比差异均达到显著水平。其中2 mmol/L的SA处理降低幅度最大，而4 mmol/L的SA与对照相比显著提高。表明外源SA可显著提高经低温胁迫后的黄瓜幼苗叶片细胞膜的稳定性，而高浓度的SA反而加重细胞膜的受损程度。

表1 外源SA处理对持续低温胁迫下津优4号黄瓜幼苗形态发育的影响

表2 外源SA处理对持续低温胁迫下津绿1号黄瓜幼苗形态发育的影响

表3 外源SA对黄瓜幼苗叶片有关生理性状的影响

②不同浓度SA对黄瓜幼苗叶片中MDA含量的影响 MDA是膜脂过氧化作用的最终产物，也是反映细胞膜系统受伤害程度的重要指标，MDA含量可以反映叶片膜脂过氧化的程度。本试验条件下用1，2，3 mmol/L的SA预处理黄瓜幼苗可以显著降低MDA含量，而4 mmol/L SA预处理与对照比有不同程度的提高。其中2 mmol/L的SA预处理的MDA含量最低，两个品种的趋势一致。说明浓度为1～3 mmol/L的SA预处理都能够不同程度的缓解因低温造成的膜脂伤害，其中SA浓度为2 mmol/L时效果最好，而高浓度的SA反而对膜脂造成伤害（表 3）。

3 小结与讨论

3.1 外源SA对黄瓜抗冷性的影响

①外源SA对持续低温胁迫下黄瓜幼苗生长的影响 SA对植物生长的调节作用，国内外不同学者的研究结果不尽相同。据报道，SA可促进萝卜幼苗的生长，增加谷子的株高，但却抑制大豆的顶端生长，促进侧根生长，显著增加玉米的新生根数和根长，并在一定程度上增加根冠比及生物学产量[15～17]。本试验结果表明，用1～3 mmol/L SA预处理可显著提高持续低温胁迫下黄瓜幼苗的株高、根长及地上、地下部物质积累量，促进壮苗的形成。说明外源SA处理可以促进黄瓜幼苗的生长，减轻持续低温冷害对黄瓜幼苗生长的影响。

②外源SA对持续低温胁迫下黄瓜幼苗有关生理性状的影响 植物体内蛋白质和碳水化合物含量的变化是反映干旱、低温等逆境环境植物代谢变化较为敏感的生理指标之一。通常植物组织液的渗透浓度越高，抗冷性越强，可溶性糖作为渗透保护物质可提高细胞液浓度，增加细胞持水力，从而降低细胞质冰点，起到保护植物组织免受冷害的作用[18，19]。本试验结果表明，适当浓度的外源SA能增加黄瓜幼苗的可溶性糖积累量，提高幼苗对低温的抵御能力。SA可能作为一种信号物质诱导植物体合成与糖代谢相关的酶，并激活相关酶的活性，增加可溶性糖的生成途径，从而提高可溶性糖的含量。低温冷害也会引起蛋白质的变化，主要表现在可溶性蛋白的变化，酶类的变化及产生抗冷蛋白。王克安等研究发现，随着植物组织内可溶性蛋白质含量的增加，植物的抗寒性也随着增加[18]。一般情况下冷害会加快蛋白质的分解变性，减慢其合成的速度，使得蛋白质含量不断减少，植物体伤害程度加深。本试验条件下，适当浓度的外源SA处理明显促进了可溶性蛋白质含量的提高，可能是SA活化了细胞内某些蛋白质的合成基因，提高了蛋白质的合成量。另一方面SA也可能通过改变植物体内物质代谢途径，来降低低温条件下的蛋白质的变性降解速度。

另外，有研究[19，20]表明，细胞膜相对透性、MDA含量是植物膜系统是否稳定的重要标志，而膜系统稳定性的大小则与植物抵抗低温胁迫的能力密切相关。本试验结果表明，当黄瓜幼苗受到持续低温胁迫时，用适当浓度的外源SA处理可显著提高膜系统的稳定性，抑制叶片中MDA的累积，保护膜结构的稳定性，进而提高黄瓜幼苗的抗低温胁迫能力，这与SA对小麦盐害及水分胁迫的缓解作用相同[8，9]。

SA对植物抗寒性，尤其是对黄瓜幼苗抗低温胁迫能力的影响已有研究，作用机理尚不清楚[8，10]。SA被认为是植物在胁迫反应中产生的一种信号分子[21],马德华等对黄瓜幼苗进行低温锻炼，可使叶片中游离态SA含量增加2.5倍以上[5]，这表明SA可能与植物的抗低温胁迫有关。本试验结果则证实了适宜浓度的外源SA可在一定程度上提高黄瓜幼苗的抗冷性。

3.2 外源SA提高黄瓜幼苗抗冷性的有效浓度

SA提高植物抗冷性的有效浓度因植物种类和处理时期的不同而异。王煜等[11]研究表明，SA在0.01～0.15 g/L的浓度范围内均可提高水稻萌发种子的抗冷性；吕军芬等[22]发现，SA在1～3 mmol/L范围内可以提高3叶1心西瓜幼苗的抗冷性。本试验表明，SA在1～3 mmol/L范围内均可以提高2叶1心期黄瓜幼苗的抗冷性，但最佳浓度为2 mmol/L。但对于提高黄瓜不同阶段抗冷性的SA有效浓度与最佳浓度尚需进一步研究。

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