低温胁迫对甜瓜嫁接苗和自根苗生长及生理特性的影响

吕星光　周梦迪　李　敏

（青岛农业大学园艺学院，山东青岛266109）

低温胁迫对甜瓜嫁接苗和自根苗生长及生理特性的影响

吕星光周梦迪李敏*

（青岛农业大学园艺学院，山东青岛266109）

以4种白籽南瓜为砧木，以甜宝甜瓜为接穗，对嫁接苗和自根苗进行15 ℃/5 ℃（昼/夜）连续5d低温处理，统计嫁接苗成活率，并进行生长指标及抗冷相关生理指标的测定。结果表明，低温胁迫后嫁接苗株高、茎粗、地上部鲜质量、根鲜质量的相对生长量均高于自根苗，根系活力、可溶性糖含量、脯氨酸（Pro）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性亦不同程度高于自根苗，而丙二醛（MDA）含量则显著低于自根苗。嫁接显著提高了甜瓜的耐冷性，低温胁迫后甜砧嫁接苗的生长指标以及抗冷相关生理指标几乎全部优于其他3种砧木嫁接苗及自根苗，更适合在甜瓜耐低温生产中推广应用。

甜瓜；嫁接；低温胁迫；生长；生理指标

甜瓜（Cucumismelo L.）是我国北方设施内主栽作物之一。甜瓜喜温耐热不耐寒，苗期是甜瓜对温度最敏感、影响最大的时期之一（刘鸿先等，1981），适宜温度为20～25 ℃，10 ℃甜瓜幼苗停止生长，7.4 ℃发生寒害（王秀峰，2011），而甜瓜在我国北方设施内的越冬生产中，经常遇到温度低于10 ℃的情况，5～8 ℃的夜间低温也时有发生，并伴有一定的持续期（和红云，2008）。因此，低温胁迫已成为限制我国北方地区设施内越冬甜瓜优质、高产的因素之一。

低温常导致植物生长受抑制、根系活力下降（王克安等，2000）、渗透势降低（董绪兵等，2011），同时抗氧化酶活性降低、自由基积累、膜脂过氧化严重（蔡志全等，2003；陈青君等，2005）。嫁接能显著提高瓜类耐冷性，并减轻低温胁迫对其生长和生理的不良影响（刘慧英等，2003；魏宏贺和高崇娟，2006；高俊杰等，2009 a， 2009 b；孙胜等，2009）。

本试验旨在研究低温胁迫下，不同甜瓜砧木嫁接苗和自根苗在生长和生理方面的变化，初步探讨抗冷机制，以期为嫁接甜瓜耐冷鉴定和甜瓜的越冬设施栽培提供理论和实践依据。

1　材料与方法

1.1试验材料

供试甜瓜品种为甜宝，由河南省新乡市科达种子有限公司提供。供试甜瓜砧木4种，分别为全能铁甲（德高蔬持种苗研究所提供）、青研1号（青岛市农业科学院提供）、甜砧（金妈妈农业科技有限公司提供）、铠甲1号（昌邑市砧木研究所提供），均为杂交白籽南瓜。

1.2试验处理

1.2.1嫁接育苗 试验于2015年6～8月在青岛农业大学日光温室内进行。6月18日，将砧木种子浸泡、催芽，6月20日播种于50孔穴盘中；6月23日，将接穗种子浸泡、催芽，6月24日播种于50孔穴盘中。6月27日砧木一叶一心、接穗子叶平展时，采用顶插接法嫁接，并于7月7日统计嫁接成活率。7月10日，选取长势一致的嫁接苗和自根苗移栽至20Cm×13Cm的塑料盆中，每品种18盆，每盆1株。所有栽培基质均由蛭石和土壤按照1 V：2 V的比例配制而成。幼苗生长期间适当补充Hoagland营养液，其他按常规管理。

1.2.2低温处理 8月10日，每品种分别选取12盆嫁接苗和自根苗放入HPG_280B光照培养箱中进行低温前预处理，参数设定为白天25 ℃/12 h、夜间15 ℃/12 h，光照强度为12 000 lx。3d后任选6盆进行低温处理，参数设定为白天15 ℃/12 h、夜间5 ℃/12 h，光照强度为12 000 lx，处理5d。其余6盆为对照，参数仍为白天25 ℃/12 h、夜间15℃/12 h，光照强度为12 000 lx。

1.3测定项目与方法

1.3.1生长指标 8月10日低温处理前，各嫁接苗和自根苗选6盆测定生长指标：株高、茎粗、地上部鲜质量、根鲜质量，结果记作t。8月18日，测定低温处理后嫁接苗及自根苗的生长指标，结果记作T1；测定各对照植株的上述生长指标，结果记作T0，计算相对生长量。相对生长量=〔（T1_t）/（T0_t）〕×100%。

1.3.2生理指标 8月18日，测定生长指标的同时测定生理指标。取根尖处1Cm，采用TTC法测定根系活力。分别取所有植株顶部向下第1、2、3片完全展开功能叶片的相同部位测定可溶性糖、脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）含量；采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量，采用茆三酮比色法测定Pro含量，采用硫代巴比妥酸法测定MDA含量。随机取3株植株顶部向下第4、5、6片完全展开功能叶片的相同部位，分别测定超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性；采用氮蓝四唑光化还原法测定SOD活性，采用愈创木酚法测定POD活性，采用紫外吸收法测定CAT活性（王学奎，2006）。

1.4数据统计及处理

采用MiCrosoft ExCel 2010软件进行数据统计，用DPS 7.05软件进行方差显著性分析（LSD法）。

2　结果与分析

2.1砧木品种对嫁接苗成活率的影响

不同砧木嫁接苗成活率差异明显。甜砧嫁接苗成活率最高，为96.00%，与铠甲1号嫁接苗（92.00%）差异不显著，但显著高于全能铁甲嫁接苗（82.67%）、青研1号嫁接苗（86.67%），表明甜砧与甜宝甜瓜嫁接亲和性较好。

2.2低温胁迫对甜瓜嫁接苗和自根苗生长的影响

相对生长量可反映不同砧木嫁接苗遭受低温胁迫后保持原有生长势的能力，相对生长量越大，耐低温能力越强，反之，耐低温能力越弱。由表1可以看出，嫁接苗的相对生长量均高于自根苗，株高方面，甜砧嫁接苗相对生长量最大，显著高于全能铁甲嫁接苗、青研1号嫁接苗、甜宝自根苗；茎粗方面，甜砧嫁接苗显著高于其他砧木嫁接苗及甜宝自根苗；地上部鲜质量及根鲜质量方面，甜砧嫁接苗优于铠甲1号嫁接苗、青研1号嫁接苗，显著高于全能铁甲嫁接苗、甜宝自根苗。

表1　低温胁迫对甜瓜嫁接苗和自根苗生长的影响

2.3低温胁迫对甜瓜嫁接苗和自根苗生理特性的影响

2.3.1低温胁迫对甜瓜嫁接苗和自根苗根系活力及渗透调节作用的影响 从图1可以看出，嫁接显著提高了甜宝甜瓜的根系活力。低温胁迫后嫁接苗及自根苗的根系活力均显著下降，但嫁接苗的根系活力仍高于自根苗，说明采用嫁接栽培能提高甜瓜根系的耐低温能力，其中甜砧嫁接苗低温胁迫后的根系活力最高，为54.50mg·g_1·h_1。

低温胁迫后，嫁接苗及自根苗的可溶性糖含量均显著上升，说明嫁接苗和自根苗均对低温做出了积极的反应。低温胁迫后嫁接苗的可溶性糖含量增幅较大，其中青研1号嫁接苗增幅最大，上升了155.42%，甜宝自根苗上升了53.32%。低温胁迫后嫁接苗可溶性糖含量均显著高于自根苗，其中，甜砧嫁接苗的可溶性糖含量最高，达到1.16%（图1）。

从图1可以看出，低温胁迫后，嫁接苗及自根苗的Pro含量均显著上升，嫁接苗的Pro含量增幅较大，其中甜砧嫁接苗的Pro含量增幅最大，上升了147.37%，甜宝自根苗上升了50.00%。低温胁迫后嫁接苗的Pro含量显著高于自根苗，其中，甜砧嫁接苗的Pro含量最高，达到0.004 7%。

图1　低温胁迫对甜瓜嫁接苗和自根苗根系活力及渗透调节作用的影响

2.3.2低温胁迫对甜瓜嫁接苗和自根苗膜脂过氧化的影响 从图2可以看出，嫁接苗和自根苗经低温胁迫后MDA含量均显著增加，但胁迫后嫁接苗的MDA含量增幅均小于甜宝自根苗，低温胁迫后，全能铁甲嫁接苗的MDA含量较对照上升了96.61%，青研1号嫁接苗上升了172.17%，甜砧嫁接苗上升了137.28%，铠甲1号嫁接苗上升了205.88%，甜宝自根苗上升了209.01%。低温胁迫后嫁接苗的MDA含量均显著低于自根苗，其中，甜砧嫁接苗胁迫后的MDA含量最低，仅为14.43nmol·g_1。

图2　低温胁迫对甜瓜嫁接苗和自根苗膜脂过氧化的影响

从图2可以看出，低温胁迫后，嫁接苗及自根苗的SOD活性均显著上升，嫁接苗的SOD活性显著高于自根苗。其中，甜砧嫁接苗低温胁迫后的SOD活性最高且增幅最大，达到271.00 U·g_1，显著高于其他嫁接苗及甜宝自根苗。

从图2可以看出，低温胁迫后，嫁接苗及自根苗的POD活性均显著上升，嫁接苗的POD活性增幅较大，增幅最大的甜砧嫁接苗比对照上升了133.47%，甜宝自根苗上升了22.21%。低温胁迫后嫁接苗的POD活性显著高于自根苗，甜砧嫁接苗POD活性最高，达到555.67 U·g_1。

从图2可以看出，嫁接苗及自根苗的CAT活性经低温胁迫后均显著下降，铠甲1号嫁接苗的CAT活性最高，为34.33 U·g_1，甜砧嫁接苗次之，为31.67 U·g_1，且降幅最小，二者间差异不显著，但均显著高于全能铁甲嫁接苗、青研1号嫁接苗嫁接苗及甜宝自根苗。

3　结论与讨论

低温胁迫对植物最直观的影响表现在外部形态上（高志杰和王国华，2002），低温胁迫下的植物分生组织细胞膨压降低，细胞分裂速度减慢或停止，同时细胞伸长受到抑制，生长速度明显减慢。本试验条件下的嫁接苗及自根苗在15 ℃/5 ℃（昼/夜）低温胁迫下，株高、茎粗、地上部鲜质量、根鲜质量均受到抑制，这与沈火林等（2006）在芹持上的研究结果类似。低温胁迫下，甜瓜幼苗的根系活力会呈现先升后降的趋势，说明甜瓜幼苗根系对低温胁迫作出了积极的响应，但随着胁迫时间延长，根系的适应调节能力受到抑制，根系活力持续下降（和红云，2008）。本试验条件下，胁迫后嫁接苗和自根苗的根系活力显著低于正常温度条件下的对照，说明低温胁迫已对根系的自身调节产生抑制，导致根系活力下降。

一定胁迫条件下，某些植物会在细胞内积累可溶性糖、脯氨酸等渗透调节物质，以调节渗透势，维持膨压及其原有代谢过程。本试验结果表明，嫁接苗和自根苗的可溶性糖含量在低温胁迫后均上升，显著高于对照可溶性糖含量，这与孙胜等（2009）在西瓜嫁接苗、袁淑珍等（2005）在螺旋藻体上的研究结果类似。前人在脯氨酸含量与耐冷性的关系方面已进行了许多研究。Bornman和Jansson（1980）指出，脯氨酸含量的增加可以提高烟草的耐冷性；刘慧英等（2003）研究指出，低温胁迫下西瓜嫁接苗的脯氨酸含量明显增加。本试验的数据表明，低温胁迫后嫁接苗和自根苗的脯氨酸含量均显著高于对照，与前人的研究结果相同，说明叶片内脯氨酸含量的高低可作为衡量甜瓜的耐寒性指标。

自由基伤害学说由MCCord和FridoviCh（1969）首先提出。低温等逆境条件下，植物细胞中自由基和活性氧的产生及清除这种平衡状态被破坏，自由基积累致使细胞膜系统首先遭受伤害，造成膜脂过氧化，膜结构被破坏。MDA是膜脂过氧化分解的主要产物，故常用来表示细胞膜脂过氧化程度，同时反映植物遭受逆境胁迫的程度大小。本试验结果表明，低温胁迫后的嫁接苗及自根苗的MDA含量均显著高于对照，说明低温胁迫已造成细胞膜系统损伤；胁迫后自根苗MDA含量显著高于4种嫁接苗，说明自根苗受伤害程度较深，这与王洪涛等（2010）的研究结果相似。SOD、POD和CAT是3种保护细胞膜系统避免过氧化伤害的重要酶，本试验中低温胁迫后嫁接苗的SOD、POD活性均显著高于自根苗，这与刘慧英等（2004）在西瓜嫁接苗上的研究结果类似。与正常温度处理的对照相比，低温胁迫后的嫁接苗和自根苗的SOD、POD活性均显著上升，说明SOD、POD酶系统保持良好，而CAT活性均显著下降，这是因为低温胁迫下，植物体内导致细胞膜损伤及细胞内物质渗漏的H2O2并不完全由CAT清除，其他清除机制如抗坏血酸过氧化物酶（APX）催化等也起着重要作用，当CAT不足时，叶绿体中H2O2主要依赖于APX及相应的ASA_GSH循环系统来清除（NoCtor & Foyer，1998）。低温胁迫后嫁接苗的SOD、POD活性显著高于自根苗，可能是由于抗氧化酶基因表达量增加所致，故下一步试验将在基因转录和酶活性水平，研究低温胁迫下甜瓜嫁接苗和自根苗叶片基因表达和酶活性变化及其与抗冷性的关系，以进一步探索嫁接增强甜瓜抗冷性的分子机制。

综上所述，低温胁迫会引起甜瓜生长速度减慢甚至停止，并对其生理活动产生不良影响。低温胁迫后4种嫁接苗的根系活力、渗透调节物质含量、抗氧化酶活性显著高于或优于自根苗，膜脂过氧化物丙二醛含量显著低于自根苗，表明采用耐低温砧木嫁接栽培甜瓜能明显提高其耐冷性，有利于甜瓜的耐低温生产。甜砧嫁接苗在各项指标中几乎全部优于其他嫁接苗和自根苗，综合考妞，甜砧更适合在甜瓜的耐低温生产中作为砧木推广应用。

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Effects of Low Temperature Stress ongrowth and Physiological Characteristics ofgrafted and Own Rootmelon Seedlings

LYU Xing_guang，ZHOUmeng_di，LImin*
（College of Horticulture，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，Shandong，China）

Taking 4 speCies of white seed pumpkin as rootstoCk and ‘Tianbao’melon as sCion，this study treated the root_stoCks and own rootmelon seedlings with low temperature （15 ℃/5 ℃，day/night，for 5days）；Counted the survival rate ofgrafting and tested thegrowth and physiologiCal indexes related to low temperature stress. The results indiCated that after low temperature stress plant height，stemdiameter，shoot FW and root FW ofgrafting seedlings were higher than that of own rootmelon seedlings；and the root aCtivity，soluble sugar Content，proline （Pro） Content，SOD aCtivity，POD aCtivity，CAT aCtivity ofgrafting seedlings were also higher than that of own rootmelon seedlings，bydifferentdegree. While themDA Content was remarkably lower than that of own rootmelon seedlings. It was ConCluded thatgrafting signifiCantly improved the Chilling toleranCe ofmelon；and low temperature stressmade thegrowth index and physiologiCal index related to Chilling resistanCe of ‘Tianzhen’grafted seedlings all better than that of the other 3 rootstoCks and own rootmelon seedlings. Therefore，‘Tianzhen’is suitable to be popularized and applied in low temperature produCtion ofmelon.

Melon；Graft；Low temperature stress；Growth；PhysiologiCal index

吕星光，男，硕士研究生，主要从事蔬持栽培生理方面的研究，E_mail：1335396662@qq.Com

（Corresponding author）：李敏，女，教授，硕士生导师，主要从事蔬持栽培生理方面的研究，E_mail：minli@qau.edu.Cn

2015_12_29；接受日期：2016_03_27

“十二五”国家科技支撑计划项目（2014BAD05B03），山东省科技发展计划项目（2013GNC11014）