水杨酸对高温胁迫下黄瓜幼苗光合特性和过氧化物酶活性的影响

许耀照，曾秀存

(1.河西学院农业与生物技术学院，甘肃张掖 734000；2.甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室，甘肃张掖 734000)



水杨酸对高温胁迫下黄瓜幼苗光合特性和过氧化物酶活性的影响

许耀照1，2，曾秀存1，2

(1.河西学院农业与生物技术学院，甘肃张掖 734000；2.甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室，甘肃张掖 734000)

摘要[目的]研究外施水杨酸(SA)对黄瓜幼苗抗高温胁迫能力的生理效应。[方法]以“ 津春3号” 黄瓜幼苗为试验材料，对其喷施浓度分别为0.05、0.10和0.50 mmol/L的SA溶液，并进行昼(40±1) ℃/夜(30±1) ℃高温胁迫处理，研究黄瓜幼苗4叶期叶片光合特性、叶绿素荧光参数变化及过氧化物酶(POD)活性。 [结果]高温胁迫下幼苗叶片的净光合速率(Pn)、羧化效率(CE)、表观量子效率(AQY)、光化学淬灭系数(qP)、PSⅡ实际光化学效率(фPSⅡ)、POD活性明显降低，而幼苗叶片初始荧光(Fo)、非光化学淬灭系数(NPQ)明显增加，且嫁接苗的变化趋势弱于自根苗。[结论]不同浓度的SA溶液均可抑制高温胁迫下黄瓜幼苗Pn、CE、AQY、qP、фPSⅡ、POD活性的降低和Fo、NPQ的增加，以浓度为0.10 mmol/L的SA处理效果最优。

关键词黄瓜幼苗；水杨酸；高温；Pn；CE；AQY；叶绿素荧光参数；POD活性

温度是制约蔬菜产量和品质的主要环境因子。我国北方保护地生产设施气温常可达到40 ℃以上，夏季露地的气温也常达35 ℃以上[1]。黄瓜喜温暖不耐高温。目前黄瓜设施种植面积已占黄瓜种植面积的42%左右[2]。夏秋茬黄瓜的幼苗期正值高温季节，高温会导致黄瓜幼苗的生理代谢紊乱，生长受到抑制[3]，造成黄瓜植株早衰，产量和品质下降。因此提高露地中黄瓜幼苗对高温的耐性是生产中亟需解决的问题。水杨酸(Salicylic acid，SA)是植物体内一种简单的酚酸类物质，具有多种生理调节作用，被认为是一种植物内源信号物质和新的植物激素，它能够激活植物过敏反应和系统获得性抗性[4]。研究表明，水杨酸(SA)具有诱导植物系统抗病性、调节气孔功能[5]、抗热性[6]等功能。此外已有研究证实SA还与细胞的生长和死亡、植物开花、离子吸收、抗氰呼吸与产热以及抗衰老等众多生理过程有关，外源SA亦可引发上述反应[7]。马德华等[8]的研究发现，黄瓜幼苗在经过 42 ℃高温处理后，或经过38 ℃/32 ℃(昼/夜)的高温锻炼后，叶片内游离SA含量均成倍增加。但有关SA对黄瓜幼苗耐热性影响的研究不多，鉴于此，笔者以日光温室专用黄瓜品种“津春3号”幼苗为试验材料，研究外施SA对黄瓜幼苗抗高温胁迫能力的生理效应，以期为生产中降低高温对黄瓜幼苗的伤害提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料供试的黄瓜(Cucumissativus.L)品种为“津春3号”(天津市黄瓜研究所选育)，嫁接苗采用黑籽南瓜(Cuarbitaficifolia)作砧木。将黄瓜自根苗和嫁接苗栽培于12 cm×10 cm营养钵中，营养钵装有预先配制的营养土(培养土加入充分腐熟的有机肥，捣碎、掺匀)，每钵1株，置于日光温室内，温度为昼(32±2) ℃/夜(20±2) ℃左右(室温)，光照强度约为600 μmol/(m2·s)(采用遮阳网部分遮日光)，相对湿度为80%左右，正常管理。

1.2试验设计幼苗于4叶1心时，选取生长一致的自根苗和嫁接苗，设以下处理：①未受高温胁迫对照Ⅰ(CKⅠ)，在日光温室内，每天早、晚用自来水喷洒黄瓜幼苗叶片，以真叶湿润为止，共喷洒96 h；②以浓度分别为0.05、0.10、0.50 mmol/L的SA溶液(pH=6.8)每天早、晚喷洒黄瓜幼苗叶片，以真叶湿润为止，每株幼苗喷洒5 mL SA，处理10钵(株)，共喷洒96 h，以便黄瓜幼苗充分吸收SA；③高温胁迫对照Ⅱ(CKⅡ)，喷洒自来水；将CKⅡ和SA处理后的幼苗分别移至4个恒温RXZ-300D智能人工气候培养箱(宁波江南仪器厂制造)中进行高温胁迫处理，温度为昼(40±1) ℃/夜(30±1) ℃，光照强度为600 μmol/(m2·s)，光周期为昼夜各12 h，相对湿度为80%左右(用培养箱匹配的加湿器控制)，高温胁迫48 h后，将黄瓜自根苗和嫁接苗置于与CKⅠ环境条件一致的日光温室中恢复48 h后测定幼苗叶片的光合速率、叶绿素荧光参数和过氧化物酶(POD)活性等指标。

1.3测定项目与方法净光合速率(Pn)采用英国PP-Systems公司生产的CIRAS-2型便携式光合测定系统测定，测定叶片温度为(28±1) ℃、光照强度为800 μmol/(m2·s)、CO2浓度为(350±5) μL/L下进行，测定植株第2位真叶，重复测定5片叶；羧化效率(CE)、表观量子效率(AQY)的测定参考Demming等[9]的方法；POD活性的测定参考Omran等[10]的方法，重复测定3次；叶绿素荧光参数采用英国Hansatech公司生产的FMS-2便携调制式荧光仪测定，测定前叶片在FMS-2型荧光仪匹配的暗适应夹中适应25～30 min，测定时，打开检测光[光合有效辐射约为0.1 μmol/(m2·s)]测定初始荧光(Fo)，然后照射饱和脉冲光[光合有效辐射为8 000 μmol/(m2·s)，2.5 s，1个脉冲]测定最大荧光(Fm)，计算可变荧光(Fv)，Fv=Fm-Fo；再照射作用光后，分别依次照射检测光和饱和脉冲光，测得作用光存在时的最大荧光(Fm′)，关闭作用光10 s后，打开内源远红光照射叶片[光合有效辐射为8 000 μmol/(m2·s)，2.5 s，1个脉冲]，测得作用光关闭后初始荧光(Fo′)，重复测定15片叶。计算光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)、非光化学淬灭系数(NPQ)、光化学淬灭系数(qP)、PSⅡ实际光化学效率(ФPSⅡ)。计算公式：Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm；NPQ=(Fm-Fm′)/Fm′；qP=(Fm′-Fs)/(Fm′-Fo′)；ФPSⅡ=(Fm′-Fs)/Fm′。式中，Fs为稳态荧光。

1.4数据方法采用Excel 2003和DPS 6.0软件处理试验数据，采用Duncan新复极差法对数据进行方差分析和差异显著性检验。

2结果与分析

2.1SA对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片Pn的影响由图1可知，高温胁迫使黄瓜幼苗的Pn明显降低，SA处理明显抑制Pn的降低，且嫁接苗叶片的Pn高于自根苗。浓度为0.05 mmol/L的SA处理对高温下黄瓜幼苗叶片的Pn不产生明显的影响；浓度为0.50 mmol/L的SA处理对高温下黄瓜幼苗叶片的Pn有不同程度的抑制作用；浓度为0.10 mmol/L的SA处理对高温下黄瓜幼苗叶片Pn的降低有明显的缓解作用，嫁接苗和自根苗叶片的Pn较CKⅠ分别降低了14.7%、23.2%，较CKⅡ分别升高了19.7%、14.5%。这表明浓度为0.10 mmol/L的SA处理可提高黄瓜幼苗在高温胁迫期间的Pn，有利于干物质的积累。

2.2SA对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片CE的影响由图2可知，高温胁迫使黄瓜幼苗的CE明显降低，SA处理明显抑制CE降低，且嫁接苗的CE高于自根苗。浓度为0.05 mmol/L的SA处理对高温下黄瓜幼苗叶片的CE不产生明显的影响；浓度为0.50 mmol/L的SA处理对高温下对叶片的CE有不同程度的抑制作用；浓度为0.10 mmol/L的SA处理对高温下叶片CE的降低有明显的缓解作用，嫁接苗和自根苗叶片的CE 较CKⅠ分别降低了19.9%、24.7%，较CKⅡ分别升高了16.7%、11.4%。这表明浓度为0.10 mmol/L的SA 处理可提高黄瓜幼苗在高温胁迫期间的RuBP羧化酶初活性及叶片中活化的RuBP羧化酶含量，从而提高幼苗在高温胁迫时的Pn。

图2　SA对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片CE的影响Fig.2　Effect of salicylic acid on the activity of CE in the leaf of cucumber seedling under the stress of high temperature

图3　SA对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片AQY的影响Fig.3　Effect of salicylic acid on the activity of AQY in the leaf of cucumber seedling under the stress of high temperature

2.3SA对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片AQY的影响由图3可知，高温胁迫使黄瓜幼苗的AQY显著降低，SA处理有明显抑制叶片AQY降低的趋势，且嫁接苗叶片的AQY高于自根苗。浓度为0.05 mmol/L的SA处理对高温下黄瓜幼苗叶片的AQY不产生明显的影响；浓度为0.50 mmol/L的SA处理对高温下叶片的AQY有不同程度的抑制作用；浓度为0.10 mmol/L的SA处理对高温下叶片AQY的降低有明显的缓解作用，嫁接苗和自根苗AQY 较CKⅠ分别降低了3.9%、10.0%，较CKⅡ分别升高了20.9%、14.3%。这表明浓度为0.10 mmol/L的SA处理可提高黄瓜幼苗在高温胁迫期间的光能转化效率，增强Pn和提高CE的初活性。

2.4SA对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响由表1可知，高温胁迫使黄瓜幼苗叶片的Fo、NPQ明显升高，SA处理明显抑制叶片的Fo、NPQ的升高。浓度为0.05 mmol/L的SA处理对高温下黄瓜幼苗叶片的Fo、NPQ不产生明显的影响；浓度为0.50 mmol/L的 SA处理对高温下叶片的Fo、NPQ有不同程度的抑制作用，浓度为0.10 mmol/L的 SA处理对高温下叶片Fo、NPQ的升高有明显的缓解作用，嫁接苗和自根苗叶片的Fo、NPQ较CKⅠ分别增加了2.7%、3.5%和61.8%、143.2%，较CKⅡ分别降低了4.3%、8.3%和13.8%、26.8%。这表明浓度为0.10 mmol/L的 SA处理可缓解黄瓜幼苗在高温胁迫期间叶片的Fo和NPQ的增加，以保护PSⅡ的稳定和降低捕光色素蛋白复合体(LHC)吸收光能的热量耗散程度。高温胁迫使黄瓜幼苗叶片的qP明显降低，SA处理明显抑制叶片的qP的降低，且嫁接苗叶片的qP高于自根苗。浓度为0.05 mmol/L的 SA处理对高温下黄瓜幼苗叶片的qP不产生明显的影响；浓度为0.50 mmol/L的 SA处理对高温下叶片的qP有不同程度的抑制作用，浓度为0.10 mmol/L的 SA处理对高温下叶片qP的降低有明显的缓解作用，嫁接苗和自根苗叶片的qP较CKⅠ分别增加了11.5%、2.8%，较CKⅡ分别增加了29.6%、65.5%。这表明浓度为0.10 mmol/L的SA处理可降低黄瓜幼苗在高温胁迫期间叶片的qP，以保证PSⅡ的电子传递活性，维持光合作用的进行。高温胁迫使黄瓜幼苗叶片的фPSⅡ明显降低，SA处理明显抑制叶片的фPSⅡ的降低，且嫁接苗叶片的фPSⅡ高于自根苗。浓度为0.05 mmol/L的SA处理对高温下黄瓜幼苗叶片的фPSⅡ不产生明显的影响；浓度为0.50 mmol/L的SA处理对高温下叶片的фPSⅡ有不同程度的抑制作用，浓度为0.10 mmol/L的SA处理对高温下叶片фPSⅡ的降低有明显的缓解作用，嫁接苗和自根苗叶片的фPSⅡ较CKⅠ分别降低了1.6%、0.3%，较CKⅡ分别增加了15.7%、64.5%。这表明浓度为0.10 mmol/L的SA处理可增强黄瓜幼苗在高温胁迫期间叶片的фPSⅡ，以保证PSⅡ的电子传递效率。

表1　SA对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片Fo、NPQ、qP、фPSⅡ的影响

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Note： Difference lowercases in same column stand for significant difference(P<0.05).

2.5SA对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片POD活性的影响由图4可知，高温胁迫使黄瓜幼苗叶片的POD活性显著降低，SA处理明显抑制叶片POD活性降低，且嫁接苗叶片的POD活性高于自根苗。浓度为0.05 mmol/L的SA处理对高温下对黄瓜幼苗叶片的POD活性不产生明显影响；浓度为0.50 mmol/L的SA处理对高温下黄瓜幼苗叶片的POD活性有不同程度的抑制作用，浓度为0.10 mmol/L的SA处理对高温下黄瓜幼苗叶片POD活性的降低有明显的缓解作用，嫁接苗和自根苗叶片的POD活性较CKⅠ分别降低了19.8%、22.0%，较CKⅡ分别升高了7.3%、6.1%。这表明SA处理可提高黄瓜幼苗在高温胁迫期间叶片的POD活性，以抵御高温对叶片细胞膜脂过氧化的伤害，维持叶片细胞膜结构的稳定，保证叶片正常的生理功能。

图4　SA对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片POD的影响Fig.4　Effect of salicylic acid on the activity of POD in the leaf of cucumber seedling under the stress of high temperature

3讨论

温度是制约园艺植物产量和品质的主要环境因子，特别是设施园艺[11]。试验结果表明：在高温胁迫下，浓度为0.10 mmol/L的SA处理能够提高黄瓜幼苗的Pn，这可能是由于幼苗光合运输能力增强了，因为在高温胁迫下，SA处理的幼苗叶片有较高的CE、AQY。据Pramod等[12]报道，用浓度为0.32 mmol/L的水杨酸喷施大豆叶面能够显著提高其光合速率和羧化效率，从而提高大豆产量。该试验结果也验证了这一点。

在高温胁迫下，喷施浓度为0.10 mmol/L的外源SA可以使黄瓜叶片的Fo维持在较低的水平，以保护PSⅡ反应中心的稳定和维持叶片类囊体膜结构，从而使得光合膜功能正常，持续进行光合作用。在高温胁迫下，幼苗叶片的Fo明显增加，PSⅡ的电子传递活性和电子传递的量子效率降低，喷施浓度为0.10 mmol/L的外源SA能增加叶片PSⅡ的电子传递活性和电子传递的量子效率，使得光合电子传递链正常进行，维持光合作用的进行。

高温逆境胁迫的本质是氧化胁迫。马德华等[8]研究发现，黄瓜经过高温锻炼后，其POD活性升高，POD能够氧化H2O2成水，因此POD活性的升高必然为H2O2的清除奠定条件。高温处理幼苗喷施外源SA后，其叶片的POD活性增加，这证明在高温下SA具有增强POD活性的作用，因而可以消除过多H2O2在细胞内的积累对其膜的伤害。SA处理黄瓜幼苗提高其适应高温逆境的能力与H2O2含量的变化是否有关需进一步试验。

4结论

叶面喷施浓度为0.10 mmol/L的SA 可缓解高温对黄瓜幼苗叶片光合作用的抑制程度、维持PSⅡ有较高的活性并减轻膜脂过氧化程度。

参考文献

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基金项目甘肃省教育厅科研资助项目(0709-05)；甘肃省自然科学基金项目(1506RJZG051)。

作者简介许耀照(1975- )，男，甘肃榆中人，副教授，硕士，从事园艺植物生理生态与栽培的教学与科研工作。

收稿日期2016-04-05

中图分类号S 642.2；S604+.3

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)13-047-04

Effect of Salicylic Acid on the Photosynthetic Characteristics and Peroxide Enzyme Activity of Cucumber Seedlings under the Stress of High Temperature

XU Yao-zhao1,2, ZENG Xiu-cun1,2

(1. College of Agriculture and Biotechnology, Hexi University, Zhangye, Gansu 734000; 2. Key Laboratory of Special Resource Utilization of Hexi Corridor in Gansu Province, Zhangye, Gansu 734000)

Abstract[Objective] The effect of exogenous salicylic acid (SA) on the physiological reaction of cucumber seedling under the high stress temperature was studied. [Method] The testing material: cucumber variety "Jinchun 3" seedlings, was treated with the salicylic acid with the concentration of 0.05, 0.10 and 0.50 mmol/L and the stress of high temperature of (40±1) ℃ in day and (30±1) ℃ in night. The photosynthetic characteristics, the variation of chlorophyll fluorescence parameters and peroxidase activity of cucumber plant at 4 leaves were tested. [Results] The net photosynthetic rate (Pn), carboxylation efficiency (CE), apparent quantum efficiency (AQY), photochemical quenching (qP), PSⅡ actual photochemical efficiency (фPSⅡ), POD activity in the laef of seedlings under the stress of high temperature were significantly reduced; while the initial fluorescence (Fo) and non-photochemical quenching (NPQ), significantly increased. And the trend of the value of those indicators of grafted seedlings was weaker than self-rooting seedlings. [Conclusion] All SA solutions could reduce the activities of Pn, CE, AQY, qP, фPSⅡ,POD and increase Fo and NPQ in the cucumber seedlings under the stress of high temperature and the SA with the concentration of 0.10 mmol/L is the best treatment.

Key wordsCucumber seedling; Salicylic acid; High temperature; Pn; CE; AQY; Chlorophyll fluorescence parameters; POD activity