不同浓度JA处理对西瓜幼苗低温抗性的影响

张子幸　常静静　王春霞　马含月　李好　张显

摘 要：为探究不同浓度JA处理对西瓜幼苗低温抗性的影响，以西瓜栽培品种农科大五号为试验材料，以清水25 ℃为对照（CK），用不同浓度JA（0、20、200、2000 μmol·L-1）进行预处理，4 ℃低温处理48 h后进行相关生理指标的测定与分析。结果表明，低温胁迫下，与0 μmol·L-1 JA相比，叶面喷施200 μmol·L-1 JA处理能够显著降低西瓜叶片的电导率、丙二醛含量、超氧阴离子产生速率和H2O2含量，并能夠显著提高净光合速率（Pn）、抗氧化酶活性和渗透调节物质含量;与0 μmol·L-1 JA处理相比，20 μmol·L-1和2000 μmol·L-1 JA处理后大多相关生理指标无显著变化。综上所述，低温胁迫下，适宜浓度JA （200 μmol·L-1）能增强西瓜幼苗的抗冷性。

关键词：西瓜;低温;茉莉酸;抗氧化系统

中图分类号：S651 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）04-031-05

Abstract： This study is to explore the effects of different concentrations of JA treatments on cold tolerance of watermelon seedlings. The watermelon cultivar Nongkeda No. 5 was used as the test material. Seedlings were exposed at 4 ℃ for 48 h after pre-treatment with different concentration of JA （0， 20， 200， 2000 μmol·L-1）. The physiological indicators were measured and analyzed. The results showed that compared with 0 μmol·L-1 JA， application of 200 μmol·L-1 JA significantly reduced the relative electrical conductivity， malondialdehyde （MDA） content， superoxide anion production rate and H2O2 content， while increased net photosynthetic rate， antioxidant enzymes activity and osmotic substances contents; Pretreatment with 20 μmol·L-1 and 2000 μmol·L-1 JA did not alter the physiological indicators compared to 0 μmol·L-1 JA. This study indicated that application of JA with appropriate concentration （200 μmol·L-1） could alleviate the damage induced by cold stress.

Key words： Watermelon; Low temperature; Jasmonic acid; Antioxidant system

西瓜（Citrullus lanatus （Thunb.） Matsum. and Nakai）起源于非洲，喜温暖、干燥的气候，是典型的耐热作物，对低温较为敏感。因此，低温胁迫是影响西瓜早春育苗和秋延后栽培的一个重要因素[1]。我国农业基础设施比较落后，采取的保温措施主要以拱棚和地膜为主，因而极易受低温天气的影响[2]。随着反季节设施西瓜栽培技术的迅速发展，低温已成为西瓜生产过程中所遇到的主要限制因素之一。并且，近年来极端低温气候现象频繁，严重影响西瓜的产量和品质，给西瓜生产带来了巨大挑战[3]。

温度在植物生长发育过程中起着重要作用。低温是限制植物生长发育、品质、产量和地理分布的重要因素之一[4]。潘东云等[5]研究表明，低温胁迫会导致植物净光合速率下降。蒲高斌等[6]、刘彤彤等[7]研究表明低温胁迫会破坏植物细胞膜结构，引起活性氧积累等生理生化反应，且胁迫程度越严重，叶片中相对电导率、MDA含量、O2·-产生速率和H2O2含量越高。李进等[8]研究结果表明，低温胁迫会提高植物叶片中抗氧化酶活性和渗透物质含量，以适应低温逆境。

植物激素在植物生长发育整个周期中都有不可缺少的作用，参与植物器官发育和形态建成等多个过程[9]。JA及其衍生物茉莉酸甲酯（MeJA）是主要的茉莉酸类物质，可作为信号分子参与植物生物及非生物胁迫[10]。已有研究表明，低温胁迫增加了小麦[11]、水稻[12]、拟南芥[13]体内JA含量。外源喷施JA或茉莉酸甲酯可以提高水稻[14]、小麦[15]等的抗冷性。但JA在西瓜上的作用研究报道较少。笔者通过用不同浓度茉莉酸甲酯喷施西瓜幼苗叶片后进行低温胁迫处理，以期筛选出提高西瓜幼苗抗冷性的适宜浓度，为西瓜生产中使用茉莉酸提高其抗冷性提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试西瓜品种为农科大五号，由西北农林科技大学西甜瓜课题组提供;茉莉酸甲酯（MeJA，JA供体）购自Sigma公司。

1.2 试验设计

试验共设置5个处理：清水+ 25 ℃，0 μmol·L-1 JA + 4 ℃，20 μmol·L-1 JA + 4 ℃，200 μmol·L-1 JA + 4 ℃，2000 μmol·L-1 JA + 4 ℃（如表1）。种子于2020年5月播种在西北农林科技大学南校区玻璃温室。待植株长到2叶1心时移到育苗钵中，其间正常管理。4叶1心时，挑选长势健壮且一致的幼苗在园艺学院510光照培养箱中处理，一个培养箱做不同浓度JA（0、20、200、2000 μmol·L-1）4 ℃低温处理，另一个培养箱处于正常生长条件（25 ℃/18 ℃），每个处理3组重复，每个重复12株。采用第2片真叶进行光合、相对电导率的测定，并采集48 h的样品经液氮速冻后贮存于-80 ℃超低温冰箱中进行后续生理指标的测定。

1.3 测定方法

采用美国Li-Cor公司生产的LI-6800便携式光合仪，选择低温48 h时从下往上数第2片真叶测定净光合速率;参考Zhou和Leul的方法测定相对电导率[16];采用TBA比色法测定丙二醛含量[17];采用二甲酚橙比色法测定过氧化氢含量[18];参照曹翠玲的方法测定超氧阴离子产生速率[17]。采用NBT法测定SOD含量;采用愈创木酚法测定POD含量;采用紫外吸收法测定CAT含量[17]。采用磺基水楊酸法测定脯氨酸含量;采用蒽酮硫酸法测定可溶性糖含量;采用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量[17]。

1.4 数据分析

采用SPSS 19软件对数据进行统计分析，利用Duncan检验进行方差分析，采用Excel 2019作图。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫下不同浓度JA处理对西瓜幼苗叶片表型的影响

由图1可以看出，低温胁迫下，各处理间叶片均有不同程度损伤，T2处理和T4处理与T3处理相比，叶片萎蔫更为明显，且与T1处理对比没有明显差异。而T3处理叶片萎蔫程度较低，表明T3处理可以缓解低温对叶片造成的损伤。

2.2 低温胁迫下不同浓度JA处理对西瓜叶片光合参数的影响

从图2可以看出，低温胁迫下，西瓜幼苗净光合速率和气孔导度较25 ℃清水处理均显著下降。与T1处理相比，T2和T4处理西瓜幼苗净光合速率和气孔导度均无显著差异;而T3处理在低温胁迫下能显著提高植株的净光合速率和气孔导度，分别提高82.05%和47.35%。

2.3 低温胁迫下不同浓度JA处理对西瓜叶片相对电导率、MDA含量、O2·-产生速率和H2O2含量的影响

由图3可以看出，4个处理西瓜叶片电导率、MDA含量、O2·-产生速率和H2O2含量均高于CK，其中，T3处理西瓜叶片4项指标均与25 ℃清水对照无显著差异，而其他3个处理此4项指标均显著高于对照。与T1处理相比，T2处理电导率、MDA含量、O2·-产生速率和H2O2含量无显著差异;T4处理相对电导率、O2·-产生速率、MDA含量无显著差异，但能显著降低H2O2含量;T3处理能显著降低西瓜叶片相对电导率、H2O2含量、O2·-产生速率和MDA含量，分别比T1处理降低了46.55%、15.3%、14.9%和9.4%。

2.4 低温胁迫下不同浓度JA处理对西瓜叶片抗氧化酶系统的影响

由图4可以看出，低温胁迫在一定程度上可以显著促进抗氧化酶活性的提高。在叶面喷施不同浓度JA之后，T3处理与T1处理相比，在低温胁迫下可以显著提高SOD、CAT、POD活性，分别提高了5.2%、9.8%、86.8%;而低温下T2处理和T4处理与T1处理对比没有显著差异。

2.5 低温胁迫下不同浓度JA处理对西瓜叶片渗透物质含量的影响

从图5可以看出，与CK相比，低温胁迫下，4个处理西瓜叶片中的脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量都显著升高。与T1处理相比，T2处理脯氨酸含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量无显著差异;T4处理脯氨酸含量和可溶性糖含量没有显著差异，而可溶性蛋白含量显著提升7.4%;T3处理脯氨酸含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量分别显著提升14.6%、10.2%、12.5%。

3 讨论与结论

西瓜整个生长发育周期都不耐低温，10 ℃以下低温就会对西瓜造成严重冷害，造成产量和品质严重下降[19]。JA是植物抵御外界生物胁迫和非生物胁迫的重要信号分子，研究表明许多逆境条件下植物体内的JA含量会显著升高，从而增强植物抵御外界胁迫的能力[20]。

植物的光合作用是对低温最为敏感的生理反应之一，植物的光系统反应中心受低温影响较大，低温下会降低其对光能的利用率，最终导致净光合速率降低，影响植物的生长发育[5]。许永安[21]通过研究低温对甜瓜叶片光合的影响，发现低温能显著降低甜瓜的净光合速率，这与本试验结果一致。在本试验中，低温胁迫之后西瓜叶片的净光合速率和气孔导度均显著下降，与T1处理相比，T3处理能显著提高西瓜幼苗的净光合速率和气孔导度，但T2处理和T4处理与T1处理相比均无显著差异。

植物在受到低温胁迫之后会导致细胞膜损伤，增加其质膜透性[22]。相对电导率、MDA含量、O2·-产生速率和H2O2含量是反映植物细胞膜透性和过氧化程度的重要指标[23]。研究表明，植物在受到低温胁迫后相对电导率、MDA含量、O2·-产生速率和H2O2含量显著升高[24-25]，这与本试验结果一致。本研究在叶面喷施不同浓度JA之后，发现T3处理能够显著降低叶片相对电导率、MDA含量、O2·-产生速率和H2O2含量，进而提高西瓜幼苗抗冷性，说明JA提高西瓜抗冷性可能通过影响西瓜质膜氧化来提高西瓜幼苗对低温的适应能力。

低温胁迫会造成植物体内ROS积累，ROS积累到一定程度会对植物造成损伤，进而影响植物的生长发育[26]。抗氧化酶（SOD、CAT、POD等）在提高植物抵御外界胁迫能力方面有重要作用。本研究中，低温胁迫下，西瓜叶片内抗氧化酶活性均显著升高，这与张永平等[27]在甜瓜上的研究结果一致。在叶面喷施外源JA之后，发现T3处理能够显著升高西瓜幼苗叶片内的SOD、CAT、POD活性。表明外源200 μmol·L-1 JA能够通过提高西瓜幼苗叶片内相关抗氧化酶活性，从而提高其抗冷性，这与赵虎等[10]在小麦上的研究结果一致。

植物体内的渗透调节物质主要包括脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白[28]。植物为了适应低温环境，会在体内积累大量脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等渗透调节物质，一是可以维持细胞膨压，防止细胞过度失水;二是可以稳定细胞器结构，调节细胞膜运输能力，保证细胞不受低温损伤[29-31]。在本试验中，低温胁迫下各处理可溶性糖、可溶性蛋白含量均显著升高，其中，T3处理升高更为显著，其可溶性糖、可溶性蛋白含量较T1处理分别提升10.2%、12.5%。表明200 μmol·L-1 JA能够诱导植物积累相关渗透调节物质，从而增强植物抗冷性，该结果与前人在甜瓜[32]上的研究结果一致。

综上所述，低温胁迫下，叶面喷施T3处理与T1处理相比，可以显著提高叶片光合作用能力，显著降低叶片相对电导率、MDA含量、O2·-产生速率、H2O2含量，提高相关抗氧化酶活性和渗透调节物质含量，以缓解低温对西瓜幼苗造成的损伤，进而提高西瓜幼苗的抗冷性。本研究结果可以为后期JA应用于调节西瓜抗冷性生产提供理论依据。

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