高温胁迫对不同西瓜幼苗生长和生理特性的影响及综合评价

张力等

摘 要： 以15份不同性状西瓜为试验材料，研究高温胁迫对西瓜幼苗3项生长指标和6项生理指标的影响，并采用隶属函数方法和系统聚类分析对各西瓜幼苗耐热性进行综合评价，初步筛选出耐热试材，为西瓜耐热育种提供条件。结果表明：高温胁迫后各西瓜幼苗的生长受到抑制，与对照相比株高、茎粗度、叶面积、总叶绿素含量和SOD活性均出现不同程度下降，相对电导率、丙二醛含量和POD活性均呈现不同程度上升，脯氨酸含量变化趋势不一致，表现为耐热材料含量增加，不耐热材料含量下降。通过综合评价得到4类不同耐热性试材，其中耐热性差试材1个，耐热性一般试材8个，耐热性较好试材2个，耐热性好试材4个。

关键词： 高温胁迫； 西瓜幼苗； 生长指标； 生理指标； 综合评价

Effect of high temperature stress on the growth and physiological property of different watermelon seedlings and their comprehensive assessment

ZHANG Li1， LI Guifen2， LI Wenxin2， QIN Sihua2， HUANG Jinyan2， HE Yi2， HONG Rixin2

（1. Vegetable Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanning 5300071，Guangxi，China； 2. Horticultural Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanning 5300071，Guangxi，China）

Abstract： Fifteen watermelon seedlings with different characters were used as experimental materials to study 3 growth indexes and 6 physiological indexes of watermelon seedlings under high temperature stress. The methods of membership function and hierarchical cluster analysis were used to comprehensively evaluate the heat resistance of different watermelon seedlings. The preliminary materials of watermelon with tolerance to heat stress were selected in order to provide the conveniences for heat tolerance breeding. The results showed a negative effect of high temperature stress on the growth of watermelon seedlings. Compared to the control，the plant height，stem roughness，leaf area，total chlorophyll content and SOD activity of watermelon seedlings decreased in different degrees，and relative electrolytic leakage，MDA content and POD activity increased in different degrees. The change in proline content was inconsistent among different experimental materials，with increase in heat-resistance materials and decrease in heat-labile materials，compared to the control. According to the comprehensive assessment results，there were 4 types of different heat-resistance materials，with 1 poor heat-resistance material，8 medium heat-resistance materials，2 better heat-resistance materials and 4 best heat-resistance materials.

Key words： High temperature stress； Watermelon seedlings； Growth index； Physiological index； Comprehensive assessment

西瓜（Citrullus lanatus var. lanatus）为夏季常见水果，适宜生长的温度为25～30 ℃，我国南方地区夏季炎热，经常出现极端高温天气，室外温度普遍超过35 ℃，温室大棚内温度往往高达40 ℃以上。随着设施栽培的不断推广，高温对西瓜夏季保护地栽培产生严重影响，制约着西瓜产业的发展。解决高温危害的根本途径是进行耐热育种，但目前关于西瓜耐热性研究报道不多，张志刚等[1]发现蚯蚓粪基质穴盘苗相比常规草炭基质穴盘苗的耐热性更好；刘成静等[2]研究了西瓜自根苗和不同西瓜砧木的嫁接苗的耐热性及保护酶的变化趋势，发现嫁接苗的耐热性要高于自根苗，且嫁接苗和自根苗均表现为叶片过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶的活性先下降后升高，然后再下降；郝晓杰[3]研究结果表明，高温胁迫下西瓜根系活力、光合速率和叶片叶绿素含量均下降，叶片MDA含量显著升高，SOD、CAT、GPX、POD活性显著升高，而一定浓度的硒处理能够增强高温胁迫下西瓜幼苗根系活力，提高叶片叶绿素含量、净光合速率和特定的抗氧化酶活性，降低叶片中 MDA含量和相对电导率，从而减轻高温胁迫对西瓜幼苗叶片产生的伤害，增强其抗逆性。本试验对不同西瓜幼苗高温胁迫后生长和生理反应进行研究并进行综合评价，初步筛选出耐热试材，为西瓜耐热育种奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料：‘W1（二倍体、红瓤）、‘W2（二倍体、红瓤）、‘W3（二倍体、红瓤）、‘W4（二倍体、红瓤）、‘W5（二倍体、红瓤）、‘W6（二倍体、红瓤）‘W7（三倍体、红瓤）、‘W8（二倍体、红瓤）、‘W9（二倍体、黄瓤）、‘W10（二倍体、红瓤）、‘W11（二倍体、红瓤）、‘W12（二倍体、红瓤）、‘W13（四倍体、红瓤）、‘W14（四倍体、红瓤）、‘W15（四倍体、黄瓤），均由广西农业科学院园艺研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验采用6.5 cm×6.5 cm育苗钵育苗，待4叶1心时将西瓜幼苗放入人工气候箱中进行处理，设定昼夜温度为40 ℃/25 ℃ 作为高温处理，另设置30 ℃/25 ℃ 为对照处理，光照均为4 000 Lx，光照时数为12 h。在热胁迫第9天采样测定相关形态和生理指标，测定时每个试材随机取样5株，3次重复。

1.2.2 测定指标 植株高度：随机取5株，测定根颈处到生长点的距离，用直尺测量。茎粗度：随机取5株，选同一节位，用游标卡尺测量。叶面积：随机选取5片相同部位的叶片，采用叶面积仪测定。总叶绿素含量：采用浙江托普公司生产的便携式叶绿素测定仪（TYS-A）测定。相对电导率：采用电导仪法测定[1]。丙二醛（MDA）含量：采用硫代巴比妥酸法测定[4]。脯氨酸（Pro）含量：采用磺基水杨酸法测定[4]。过氧化物酶（POD）活性：采用愈创木酚法测定[4]。超氧化物歧化酶（SOD）活性：采用NBT还原法测定[4]。

1.2.3 隶属函数分析 采用的模糊数学中的隶属函数方法[5]，计算各试材耐热指标隶属函数值X（μ），累加后取X（μ）平均数，比较各试材间的耐热性。X（μ）平均数越大，其耐热性越强。当测定指标与耐热性呈正相关时采用公式X（μ）=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin），当测定指标与耐热性呈负相关时采用公式 X（μ）=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）。Xmax为试材某一项耐热指标的最大值，Xmin为试材某一项耐热指标的最小值。

2 结果与分析

2.1 高温对西瓜幼苗形态指标的影响

由表1可知：高温胁迫后各西瓜幼苗株高与对照相比均出现不同程度的下降，除‘W7、‘W13和‘W14外均与对照相比存在显著差异，其中‘W7、‘W13、‘W14下降幅度较小，分别为9.07%、10.11%和4.33%；‘W5、‘W6和‘W8下降幅度较大，分别为39.07%、35.14%和33.30%。高温胁迫后各西瓜幼苗茎粗度与对照相比均出现不同程度的下降，与对照相比均无显著差异，其中‘W2、‘W3、‘W7下降幅度较小，分别为0.66%、0.31%和1.31%；‘W4和‘W8下降幅度较大，分别为6.9%和6.01%。高温胁迫后各西瓜幼苗叶面积与对照相比均出现不同程度的下降，与对照相比均存在显著差异，其中‘W1、‘W3、‘W7下降幅度较小，分别为24.48%、23.73%和23.53%；‘W5和‘W8下降幅度较大，分别为51.99%和40.54%。

2.2 高温对西瓜幼苗生理指标的影响

2.2.1 高温对西瓜幼苗总叶绿素含量和相对电导率的影响 由表2可知：与对照相比，在高温胁迫后各西瓜幼苗总叶绿素含量均出现不同程度的下降，除‘W2、‘W4和‘W7外均与对照相比差异显著，其中‘W2、‘W7下降幅度较小，分别为1.33%和5.03%；‘W5、‘W6、‘W10和‘W15下降幅度较大，分别为16.29%、16.53%、19.05%和16.06%。相对电导率在高温胁迫后与对照相比均呈现不同程度上升，与对照相比均存在显著差异，其中‘W1、‘W3、‘W6、‘W7和‘W14升高幅度较小，分别为48.38%、30.95%、50.27%、49.83%和48.84%；‘W5、‘W8和‘W10升高幅度较大，分别为176.48%、165.83%和150.20%。

2.2.2 高温对西瓜幼苗丙二醛和脯氨酸含量的影响 由表3可知：在高温胁迫后各西瓜幼苗丙二醛含量相比对照均出现不同程度的上升，除‘W1、‘W2、‘W3、‘W7外均与对照相比差异显著，其中‘W1、‘W2、‘W3、‘W7上升幅度较小，分别为74.28%、78.31%、74.08%和57.91%；‘W5和‘W8上升幅度较大，分别为169.83%和161.14%。高温胁迫后各西瓜幼苗脯氨酸含量与对照相比表现不同变化趋势，其中‘W5、‘W8、‘W10出现下降，下降幅度分别为17.76%、1.00%和1.69%；其余试材呈现上升趋势，‘W1、‘W3、‘W7和‘W13升高幅度较大，分别为53.64%、57.05%、58.91%和54.01%，除‘W8、‘W9、‘W10外均与对照相比差异显著。

2.2.3 高温对西瓜幼苗POD和SOD活性的影响

由表4可知，在高温胁迫后各西瓜幼苗POD活性与对照相比均出现不同程度的上升，与对照相比均存在显著差异，其中‘W5、‘W11、‘W15上升幅度较小，分别为111.89%、141.65%、和138.27%；‘W1、‘W2、‘W3和‘W7上升幅度较大，分别为212.20%、232.59%、257.12%和215.27%。高温胁迫后各西瓜幼苗SOD与对照相比均表现不同程度下降，除‘W3、‘W11外均与对照相比差异显著，其中‘W3、‘W11下降幅度较小，分别为5.84%和7.53%；‘W4、‘W8、‘W14和‘W15下降幅度较大，分别为47.16%、41.20%、41.32%和45.02%。

2.3 不同西瓜幼苗耐热性综合评价

对不同西瓜幼苗的耐热性采用隶属函数方法进行综合评价，X1～X9分别代表株高变化率、茎粗度变化率、叶面积变化率、总叶绿素含量变化率、电导率变化率、丙二醛含量变化率、脯氨酸含量变化率、POD活性变化率和SOD活性变化率，由表5可知：各试验材料隶属函数均值从大到小依次为‘W7、‘W3、‘W1、‘W2、‘W14、‘W13、‘W9、‘W12、‘W11、‘W4、‘W6、‘W8、‘W15、‘W10、‘W5。采用系统聚类分析法对隶属函数均值进行聚类分析，如图1所示，当欧氏距离为10时，可将15份试材分为4类：‘W5为耐热性差试材，‘W4、‘W6、‘W8、‘W9、‘W10、‘W11、‘W12和‘W15为耐热性一般试材，‘W13和‘W14为耐热性较好试材，‘W1、‘W2、‘W3、‘W7为耐热性好试材。

3 讨 论

在高温胁迫下植物外观形态能够直观地反映其生长状况，在高温胁迫后西瓜幼苗的株高、茎粗度以及叶面积与对照相比均出现不同程度下降，表明高温对西瓜幼苗生长起到抑制作用，耐热性越强，受到的抑制作用越小。马宁[6]对高温胁迫下裸仁南瓜幼苗生长状况的研究表明株高等生长指标均显著降低，吴丽君等[7]研究高温下番茄幼苗生长情况，发现株高和茎粗的相对生长量受到一定程度抑制，李建建等[8]对42 ℃/27 ℃（白天/夜晚）处理下不同耐热性黄瓜幼苗进行研究，发现幼苗各项生长指标均受到明显抑制，且耐热品种受到的抑制程度小于热敏感品种，与本研究结果相一致。

高温会破坏植物细胞膜结构和叶绿体结构，造成电导率上升，叶绿素含量下降，并且表现出耐热好的品种较耐热性差的品种电导率上升幅度小、叶绿素含量下降幅度小的趋势[9-13]。本试验研究表明在高温胁迫后西瓜幼苗的相对电导率均出现上升，总叶绿素含量均出现下降，与前人研究相一致。

高温加剧植物细胞膜氧化，造成丙二醛积累，改变膜透性，从而对植物造成伤害[14]；同时植物体内的蛋白质会在高温下发生降解，游离脯氨酸增多，增强植物的抗氧化能力和维持渗透调节能力[15]。初敏等[16]对不同耐热性萝卜进行高温胁迫表明高温致使萝卜幼苗丙二醛和脯氨酸含量上升，且耐热品种较热敏感品种上升幅度大。本试验研究表明在高温胁迫后西瓜幼苗的丙二醛含量出现不同程度增加，但脯氨酸含量变化趋势不一致，表现为耐热材料含量增加，不耐热材料含量下降。

POD和SOD是植物体内重要的保护性酶，能够清除自由基，减轻或避免植物细胞膜膜脂过氧化作用。本试验研究表明在高温胁迫后西瓜幼苗的POD活性均出现不同程度上升，赵美华等[17]对大白菜幼苗耐热性研究表明，高温处理后大白菜幼苗POD活性上升，与本研究结果相一致。本研究高温胁迫后西瓜幼苗的SOD活性均出现不同程度下降。姜燕等[18] 对辣椒幼苗耐热性研究表明40℃高温处理下各辣椒品种的SOD活性出现不同程度下降，与本研究相一致。

4 结论

植物的耐热性受多基因控制，因此对于西瓜的耐热性也应该是多方面综合评价。本研究采用隶属函数方法和聚类分析对西瓜幼苗生长和生理指标进行综合性评价，得到4类不同耐热性试材，其中耐热性差试材1个，耐热性一般试材8个，耐热性较好试材2个，耐热性好试材4个。

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