低温胁迫对不同西葫芦品种抗寒性生理特性的影响

马峰 张华锋 张怀友 王明友

摘 要：该文研究了不同西葫芦品种对低温胁迫的响应。结果表明：在低温逆境胁迫下，冬悦绿圣和佳丽99西葫芦的根系活力显著高于新王子、寒丰绿宝和福特西葫芦，同时其叶片的SOD、POD活性及可溶性糖含量最高，并明显高于新王子、寒丰绿宝和福特西葫芦;冬悦绿圣、佳丽99西葫芦叶片的MDA含量和相对电导率均明显低于其它3个品种。在新王子、寒丰绿宝和福特3个西葫芦品种中，新王子和寒丰绿宝的SOD、POD活性及可溶性糖含量明显高于福特西葫芦，且MDA含量与相对电导率显著低于福特西葫芦。综合分析认为，在5个西葫芦参试品种中，冬悦绿圣和佳丽99西葫芦的抗寒性最强，其次为新王子和寒丰绿宝西葫芦，福特西葫芦的抗寒性最弱。

关键词：西葫芦;低温胁迫;抗寒性;根系活力;抗氧化酶;可溶性糖

中图分类号 S63文献标识码 A  文章编号 1007-7731（2015）13-55-03

西葫芦（Cucurbita pepo L.）是葫芦科南瓜属的一个种，原产于北美洲南部，19世纪传入中国。近年来，其杂种一代在生产上迅速推广应用，尤其以东北地区、黄河流域及长江中下游地区较为普遍[1]。西葫芦适应性强，栽培容易，产量高，供应期长，同时其营养丰富，药用价值高，是倍受青睐的保健蔬菜[2]。西葫芦在设施内主要作早春蔬菜栽培，越冬栽培易受冻害[3]，低温已成为影响西葫芦冬春保护地栽培产量和质量的主要限制因素之一，因而如何提高西葫芦耐冷性是目前西葫芦设施栽培品种选育的研究重点[4-5]。而使用低温耐受性强的品种是实现西葫芦冬春优质高效栽培的重要途径。为此，笔者研究了与西葫芦抗寒性密切相关的几个指标（如根系活力、SOD和POD活性、可溶性糖、MDA含量及相对电导率）在低温胁迫下的变化规律，比较分析了5个西葫芦品种抗寒性的强弱，旨在为筛选西葫芦耐寒性品种提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试品种 供试西葫芦品种为新王子、佳丽99、寒丰绿宝、冬悦绿圣和福特等5种。

1.2 试验设计 试验安排在德州市陵城区大棚基地内进行。土质为潮土，土壤速效氮、磷和钾的含量分别为89.07mg/kg、33.18mg/kg、105.42mg/kg，有机碳含量为14.29g/kg。90m2试验地施用腐熟有机肥料600kg，精细整地，9m宽大棚内做成5畦宽1.3～1.5m的高畦，垄沟宽40cm。西葫芦种子于2014年11月16日浸种5h，催芽30h后于18日播种，采用随机区组设计，3次重复，每小区面积为6.0m2，采用“之”字形播种，即每畦播2行，且这2行要错开，穴距50cm，行距80cm。播种后立即覆盖地膜，23日出苗后及时破膜引苗，并培土护苗，其它操作按常规管理。经测定，在2014年11月25日至2015年1月30日期间，大棚内的气温波动范围为5～12℃，地温波动范围为9～13℃。因此，棚内西葫芦不可避免地受到低温胁迫。

1.3 测定项目与方法 待植株长到4叶1心时（2015年1月25～28日），对西葫芦的根系活力及叶片的SOD和POD活性、可溶性糖含量、丙二醛（MDA）含量和相对电导率进行测定。根系活力采用TTC比色法测定;叶片SOD活性采用氮蓝四唑（NBT）光还原法测定;叶片POD活性采用愈创木酚法测定;叶片可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定;叶片丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法测定;叶片相对电导率采用电导仪法测定[6]。UV-265型紫外可见分光光度计测定吸光值，测定均重复3次。

1.4 数据处理 采用SPSS17.0统计软件进行数据统计，用单因素方差分析（one-way ANOVA）和最小显著差异法（LSD）比较不同处理组数据的差异。

2 结果与分析

2.1 根系活力 根系是植株从土壤中吸收水分、养分最直接和最重要的器官，根系活力的大小可在一定程度上可反映根系吸收养分能力的强弱，直接影响植物个体的生长发育和营养水平等[7]。西葫芦是喜温植物，生长的适宜温度为20～25℃，11～12℃生长缓慢，8℃以下就会停止生长[1]。图1显示了低温胁迫下西葫芦幼苗的根系活力。从图1可以看出，低温胁迫对5个西葫芦品种的根系活力影响显著。各品种根系活力的大小次序为：冬悦绿圣≈佳丽99>寒丰绿宝≈新王子>福特，冬悦绿圣西葫芦的根系活力与佳丽99无显著性差异，但显著高于寒丰绿宝、新王子和福特西葫芦，分别高出33.33%、38.46%和111.76%;寒丰绿宝与新王子西葫芦差异不显著，但显著高于福特西葫芦。综合分析可知，5个西葫芦品种的根系活力对低温胁迫作出迥然不同的响应，其中冬悦绿圣和佳丽99西葫芦的根系活力明显高于寒丰绿宝、新王子和福特西葫芦。

[根系活力TT（mg·g-1·h-1）][品种]

图1 低温胁迫下西葫芦幼苗的根系活力

2.2 叶片SOD和POD活性 从酶促防御活性氧伤害的保护系统看，作为作物体内主要的抗氧化酶，SOD是植物细胞最重要的清除氧自由基的酶之一，其主要功能是清除氧自由基，产生H2O2，而H2O2可与氧自由基相互作用产生更多的氧自由基;而POD可以清除H2O2，维持活性氧代谢平衡，保护膜系统，从而减缓或抵抗了逆境胁迫[8-9]。低温胁迫下西葫芦幼苗叶片的SOD和POD活性变化如图2所示。从图2可以看出，5个西葫芦品种叶片的SOD和POD活性对低温胁迫表现出明显的差异。冬悦绿圣西葫芦的SOD活性最高，与佳丽99西葫芦差异不显著，但明显高于新王子、寒丰绿宝和福特西葫芦，分别高出41.62%、50.57%和109.60%;其次是新王子和寒丰绿宝西葫芦，2个品种的SOD活性亦无显著性差异，但显著高于福特西葫芦。不同品种叶片的POD活性呈现出与SOD基本一致的变化规律，冬悦绿圣和佳丽99的POD活性仍是最高，并显著高于其它3个品种，其中冬悦绿圣分别较新王子、寒丰绿宝和福特西葫芦提高41.46%、48.72%和123.08%。综合分析可知，冬悦绿圣和佳丽99西葫芦在低温胁迫下能较好地保护膜系统，减缓低温胁迫，具有较强的抗寒性;其次为新王子和寒丰绿宝西葫芦，而福特西葫芦的抗寒性最弱。

[SOD活性（U·g-1·min-1）][POD活性（U·g-1·min-1）][品种]图2 低温胁迫下西葫芦幼苗叶片的SOD和POD活性

2.3 叶片可溶性糖 可溶性糖是植物抵御低温的重要保护性物质，能降低冰点，提高原生质保护能力，保护蛋白质胶体不致遇冷变性凝固[9]，一般可溶性糖含量越高，抗寒性就越强。从图3可见，低温胁迫对5个西葫芦品种叶片的可溶性糖含量具有显著的影响。5个品种的可溶性糖含量变化规律为：冬悦绿圣≈佳丽99>新王子≈寒丰绿宝>福特，冬悦绿圣与佳丽99西葫芦的可溶性糖含量差异不显著，但明显高于其它3个品种，其中冬悦绿圣分别比新王子、寒丰绿宝和福特西葫芦高出36.92%、43.55%和89.36%;其次为新王子和寒丰绿宝西葫芦，可溶性糖含量也显著高于福特西葫芦。由此分析认为，在5个西葫芦品种中，冬悦绿圣和佳丽99西葫芦叶片的可溶性糖含量较高，能提高原生质保护能力，较好地保护蛋白质胶体不致遇冷变性凝固;其次为新王子和寒丰绿宝西葫芦，而福特西葫芦最差。

[可溶性糖含量（mg/g）][品种]

图3 低温胁迫下西葫芦幼苗叶片的可溶性糖含量

2.4 MDA含量和相对电导率 细胞浸出液电导率的变化可以反映质膜受伤害的程度，当植物受到低温伤害时，常能伤害原生质的结构而引起透性增大，细胞内含物外渗，相对电导率就增大，相对电导率越大，表示受伤愈重，抗寒性愈弱[9]。MDA是脂质过氧化的主要产物之一，其积累是活性氧毒害作用的表现。由图4可见，低温胁迫对西葫芦幼苗叶片的丙二醛含量和相对电导率影响显著，且丙二醛含量和相对电导率表现出一致的变化规律：福特>寒丰绿宝≈新王子>佳丽99≈冬悦绿圣。福特西葫芦的丙二醛含量和相对电导率均最高，并显著高于其它品种，其中丙二醛含量分别较寒丰绿宝、新王子、佳丽99和冬悦绿圣西葫芦高出36.59%、43.59%、124.00%和154.55%，相对电导率分别高出25.20%、31.93%、64.23%和73.67%;其次为寒丰绿宝和新王子西葫芦，而佳丽99和冬悦绿圣西葫芦的丙二醛含量和相对电导率均处于较低值。综合分析认为，5个西葫芦品种中，冬悦绿圣和佳丽99西葫芦在低温胁迫下所受的伤害最小，其次为新王子和寒丰绿宝西葫芦，而福特西葫芦在低温胁迫所受的伤害最严重。

[相对电导率（%）][丙二醛含量（μmol·g-1）][品种]

图4 低温胁迫下西葫芦幼苗叶片的丙二醛含量和相对电导率

3 结论与讨论

SOD和POD作为内源活性氧清除剂能够在低温逆境中清除过量的活性氧，维持其代谢平衡，保持膜结构的稳定性，从而消除或减轻伤害[9]。在低温逆境中，SOD和POD活性水平的高低，与植物品种的抗寒性强弱有着密切的关系，可作为植物抗寒性检测的生理指标[10]。同时，可溶性糖含量与植物的抗寒性密切相关，一般认为，低温下可溶性糖的积累是作为渗透调节物质和防脱水剂起作用的，在低温胁迫下它们可以降低细胞水势，增强持水力[11]。可见，植物在低温逆境条件下，通过提高SOD、POD等细胞膜保护酶活性和可溶性糖等渗透调节物质的含量，可以保护细胞膜免受活性氧伤害和因原生质体水分急剧散失造成细胞结构的损伤[12]。由于细胞膜的完整性，使膜脂过氧化产物MDA含量和相对电导率处于较低水平。因此，上述指标能够反映出本试验不同品种之间的抗寒能力差异。

由本次试验可知，低温胁迫对各个西葫芦品种的生长均产生了一定影响，5个西葫芦品种的根系活力在低温胁迫逆境下表现出明显的差异，其中冬悦绿圣和佳丽99西葫芦的根系活力显著高于其他3种。在低温逆境胁迫下，冬悦绿圣和佳丽99西葫芦叶片的SOD、POD活性及可溶性糖含量最高，并显著高于新王子、寒丰绿宝和福特西葫芦，而且冬悦绿圣和佳丽99西葫芦叶片的MDA含量和相对电导率均明显低于其它3个品种。在新王子、寒丰绿宝和福特3个西葫芦品种中，新王子和寒丰绿宝的SOD、POD活性及可溶性糖含量明显高于福特西葫芦，且MDA含量与相对电导率明显低于福特西葫芦。综合分析得出，在5个西葫芦参试品种中，冬悦绿圣和佳丽99西葫芦的抗寒性最强，其次为新王子和寒丰绿宝西葫芦，而福特西葫芦的抗寒性最弱。

参考文献

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[12]Rathinasabapathi B.metabolic engineering for stress tolerance：installing osmo protectant synthesis pathways[J].Annals of Botany，2000，86（4）：709-716. （责编：张宏民）