叶面喷施不同浓度腐胺复配剂对黄瓜幼苗高温抗性的影响

刘宏运 林威柱 王 健 孙 锦 束 胜 郭世荣 王 玉

（南京农业大学园艺学院，江苏南京 210095）

腐胺（Put）广泛存在于植物体内，是一种含氮化合物，在植物生长发育和逆境胁迫响应中具有重要的作用。短期高温处理会增加植物叶片中Put 的含量，外源喷施Put 能够通过调节NO 合成提高植物耐热性（Kolupaev et al.，2021）。此外，在短期高温胁迫前叶面喷施Put 可提高甜瓜的果实品质（María et al.，2020）。褪黑素（MT）是一种生物调节剂，可以抑制ROS 产生，保护质膜结构的稳定，提高黄瓜幼苗对高温环境的适应性（徐向东 等，2010；Imran et al.，2021）。高温胁迫诱导MT 积累，外源叶面喷施100 μmol·L-1MT 可有效提高番茄的耐热性（Jahan et al.，2019，2021）。脯氨酸（Pro）是一种有效的渗透调节物质，通过保护生物大分子的功能结构，为生理生化反应提供充足的自由水和活性物质，从而提高植物对胁迫的适应性。外源施用Pro 能够显著提高植物抗氧化酶活性，减少高温造成的氧化胁迫，增强植物的光合作用能力（苏贝贝 等，2015）。高温胁迫下，叶面喷施3 mmol·L-1的Pro 明显促进了黄瓜幼苗的生长，降低细胞渗透势，缓解了渗透胁迫对植株生长的抑制作用（刘书仁 等，2010）。黄腐酸钾（MFA）是一种黄腐酸肥料，具有分子量小、易于生物吸收利用、生理活性强、易溶于水等特点；MFA 不仅可以调节作物生长，还可以补充作物生长发育所需的钾元素（van Oosten et al.，2017）。MFA 也能够提高植物中多种抗氧化酶的活性，降低电解质渗透率和MDA 含量，提高根系活力，促进营养吸收和植物生长，从而增强植株耐热性（林梅桂，2013；沈伟 等，2022）。

近年来，单独施用Put、MT、Pro 和MFA 缓解逆境胁迫的研究报道较多，但对其复合效果的研究较少。本试验以Put 为主，配合施用MT、Pro 和MFA，研究不同浓度组合对黄瓜幼苗高温抗性、光合速率和抗氧化酶活性的影响，以期筛选出缓解高温胁迫最优的配方，为指导设施黄瓜耐热栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

供试黄瓜品种为津春4 号，购自天津科润农业科技股份有限公司。试验于2020 年10—12 月在南京农业大学人工气候室进行。选择饱满、整齐一致的种子，温汤浸种后于28 ℃催芽，发芽后播于15 孔穴盘，育苗基质购自江苏兴农基质科技有限公司。育苗在人工气候室内进行，白天温度控制在25～28 ℃，夜间温度为18～20 ℃，14 h/10 h（昼/夜），相对湿度保持在75%～80%。试验处理采用L9（34）正交试验设计（表1），在第2 片真叶完全展开时，各处理选择长势一致的幼苗15 株，叶面喷施不同浓度的Put 复配剂后放置于42 ℃光照培养箱中进行高温处理，以叶片喷施等量蒸馏水为对照，3 次重复。高温处理48 h 后随机选择3 株取样，测定各项生理指标。

表1 腐胺复配剂浓度筛选处理

1.2 测定指标及方法

1.2.1 光合及叶绿素荧光参数测定 高温处理结束后，将黄瓜幼苗移至25 ℃人工气候室恢复1 h，选择生长点往下完全展开的第2 片真叶，采用LI-6400 便携式光合仪（美国LI-COR 公司）测定净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）等光合参数。测量时仪器的参数设定如下：光照强度为800 μmol·m-2·s-1，叶室内温度控制在25 ℃，叶室内CO2浓度为380 μmol ·mol-1，相对湿度为60%～70%。

高温处理48 h、叶片暗适应30 min 后，采用PAM-2100 便携式调制荧光仪（德国Walz 公司）测定生长点往下完全展开的第2 片真叶的PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）和PSⅡ实际光化学效率〔Y（Ⅱ）〕。

1.2.2 生理生化指标测定 叶绿素含量采用乙醇浸提法测定（Wellburn，1994），相对电导率采用型号为DDS-11C 的电导率仪进行测定（Hong et al.，2003），MDA 含量采用硫代巴比妥酸法测定（Hodges et al.，1999），可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定（Bradford，1976），H2O2含量采用紫外分光光度法测定（Velikova et al.，2000），超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑（NBT）光还原法测定（Dhindsa et al.，1981），过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法测定（Kochba et al.，1977），过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外分光光度法测定（Dhindsa et al.，1981）。

1.3 数据处理

利用模糊数学中隶属函数的方法，综合评价不同处理的高温抗性。挑选测定指标中对植物高温抗性正相关的指标，并计算其指标的隶属函数值，计算公式为：

X（mz）＝（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）

结合相关文献调查我们发现在发生CRE感染的科室中，急诊科、ICU和手术科室是感染的“重灾区”，这可能是由于以上科室的患者大多病情危重，机体免疫力较差，大多会接受抗生素治疗，与医护人员接触更加密切等，因而更容易发生感染。多数学者都将既往接受过抗生素治疗，老龄患者，机械通气或其他有创支持治疗，慢性疾病，曾接受过移植或进行免疫抑制相关治疗等列为危险因素。还有研究者提出感染CRE为患者死亡的独立危险因素，而这也促使我们在平时的工作中将更加关注具有相关危险因素的患者。

挑选测定指标中对植物高温抗性负相关的指标，计算其指标的反隶属函数值，计算公式为：

X（mf）＝1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）

式中，X为该指标的测量值，Xmax为测量指标的最大值，Xmin为测量指标的最小值。

将指标的隶属函数值和反隶属函数值进行累计相加，求平均值，平均值越大，则该处理的综合高温抗性越强，此配方效果越优。

使用直观分析法对正交试验结果进行分析（董如何 等，2004）。试验数据使用Excel 2017 软件进行统计整理并作图，采用SPSS 18.0 软件Duncan法进行多重比较（P＜0.05），使用Pearson 分析各指标相关性。

2 结果与分析

2.1 腐胺复配剂对高温胁迫下黄瓜幼苗表型及高温抗性指标的影响

如图1 所示，黄瓜幼苗对高温胁迫比较敏感，高温胁迫下对照幼苗叶片发黄、失水、萎蔫；T3、T4 和T6 处理效果较差，虽有一定缓解高温胁迫的作用，但并不明显；T7、T8 和T9 处理幼苗仅叶缘失水卷曲，植株形态较为正常，受高温影响较小。

图1 高温胁迫下腐胺复配剂处理48 h 的黄瓜幼苗表型

从表2 可以看出，与对照相比，T1、T2、T5、T7、T8 和T9 处理显著抑制了高温诱导下黄瓜幼苗叶片相对电导率升高，其中T8 处理的效果最优，降低了57.50%。外源喷施Put 复配剂能够显著降低H2O2含量，其中T9 处理的H2O2含量下降最多，比对照降低了40.64%。MDA 含量与相对电导率的变化趋势相同，T8 处理的效果最优，比对照降低了76.00%。此外，Put 复配剂喷施处理在不同程度上增加了幼苗叶片可溶性蛋白含量，其中T9 处理可溶性蛋白含量最高，比对照增加了126.92%。

表2 腐胺复配剂对高温胁迫下黄瓜幼苗高温抗性指标的影响 （FW）

2.2 腐胺复配剂对高温胁迫下黄瓜幼苗叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响

如表3 所示，T7、T8 和T9 处理的黄瓜幼苗叶片叶绿素含量均显著高于对照，分别比对照提高了21.90%、32.12% 和35.77%；T1、T7、T8 和T9处理的Fv/Fm 显著高于对照，其中T9 处理最高，比对照增加了29.82%；T9 处理的Y（Ⅱ）亦最高，比对照增加了227.59%。

表3 腐胺复配剂对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响

2.3 腐胺复配剂对高温胁迫下黄瓜幼苗光合作用的影响

如表4 所示，除T1、T4 和T5 处理外，其他处理的黄瓜幼苗叶片Pn 均显著高于对照，其中T9处理最高，比对照提高了160.71%；此外，T2、T3、T6、T7 和T8 处理的Pn 分别比对照提高了81.92%、55.21%、65.03%、45.97% 和151.47%。T1、T2、T7、T8 和T9 处理的Ci 显著高于对照，分别比对照提高了27.96%、93.45%、84.00%、63.48%和60.83%。与对照相比，外源喷施Put 复配剂能够显著提高高温胁迫下黄瓜幼苗叶片的Tr，其中T9 处理Tr 最高，比对照提高了600.00%，效果最显著；T1～T8 处理分别比对照提高了126.73%、164.36%、181.19%、121.78%、82.18%、169.31%、300.99%和111.88%。除T4 处理外，其他Put 复配剂处理的Gs 均显著高于对照，其中T9处理Gs 最大，比对照提高了457.69%。

表4 腐胺复配剂对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片光合参数的影响

2.4 腐胺复配剂对高温胁迫下黄瓜幼苗抗氧化酶活性的影响

由表5 可知，T9 处理的黄瓜幼苗叶片抗氧化酶活性均高于其他处理，且均显著高于对照，SOD、POD、CAT 活性分别比对照提高了29.32%、31.66%、52.16%。此外，T1、T2、T7 和T8 处理的SOD 活性也显著高于对照，分别比对照提高了19.96%、20.37%、18.65% 和20.29%；T8 处理的POD 活性显著高于对照，比对照提高了29.14%；T1、T2、T5、T7 和T8 处理的CAT 活性也显著高于对照，分别比对照提高了33.84%、19.42%、12.77%、32.67%和38.44%。

表5 腐胺复配剂对高温胁迫下黄瓜幼苗抗氧化酶活性的影响（FW）

2.5 腐胺复配剂处理下黄瓜幼苗各指标的相关性分析

将Put 复配剂处理下黄瓜幼苗的各项指标进行相关性分析。结果表明（图2），各数据可分为两组，Pn、Gs、Ci、Tr、Fv/Fm、Y（Ⅱ）、可溶性蛋白含量、SOD 活性、POD 活性和CAT 活性两两之间均成正相关关系，而与H2O2含量、MDA 含量、相对电导率均成负相关关系。Pn 与Gs、Fv/Fm、Y（Ⅱ）、SOD 活性和CAT 活性呈显著正相关关系。H2O2含量、MDA 含量和相对电导率与3 种抗氧化酶活性呈显著负相关关系。表明，Put 复配剂可能通过提高抗氧化酶活性清除H2O2，同时提高光合速率，进而提高黄瓜幼苗的高温抗性。

图2 腐胺复配剂处理下黄瓜幼苗各指标的相关关系

2.6 腐胺复配剂处理下黄瓜幼苗高温抗性综合评价

采用模糊隶属函数法对不同浓度Put 复配剂处理的黄瓜幼苗叶片叶绿素含量、相对电导率、MDA 含量、H2O2含量、可溶性蛋白含量、SOD 活性、POD 活性和CAT 活性等8 项指标进行高温抗性隶属函数值计算，通过隶属函数平均值进行喷施效果的优劣排名。结果表明（表6），T9 处理的隶属函数平均值最高，为0.974，其次为T8 处理。表明，T9 处理黄瓜幼苗的高温抗性最强，即8 mmol·L-1Put 配合施用0.3 g·L-1MFA、1.5 mmol·L-1Pro和50 μmol·L-1MT 缓解高温胁迫对黄瓜幼苗伤害的效果最好。

表6 腐胺复配剂对高温胁迫下黄瓜幼苗高温抗性的影响

2.7 正交试验结果分析

采用直观分析法对试验结果进行分析，结果表明（表7），影响黄瓜幼苗高温抗性因素的主次顺序为：D＞B＞C＞A，即MT 的浓度对黄瓜幼苗高温抗性的影响最大；比较各因素K1、K2、K3 大小，筛选出最优的配方为A2B1C1D3。

表7 正交试验结果分析

3 讨论与结论

高温胁迫会破坏植物光合作用系统，导致光合效率下降，也会破坏抗氧化系统，提高ROS 和MDA 含量，影响植物正常的生理生化反应（孙胜楠 等，2017）。更重要的是，高温胁迫导致果实畸形和脱落，严重影响黄瓜的产量和品质（薛思嘉等，2017）。

外源Put 通过调节H2O2和NO 合成提高植物抗氧化系统的功能，进而增强植物的高温胁迫抗性（Kolupaev et al.，2021；Jahan et al.，2022）。MT在植物耐热方面有着重要的作用，外源施用MT 有效提高了甘蓝、黄瓜、甜瓜和番茄等作物的耐热性（徐向东 等，2010；曾庆栋 等，2017；Jahan et al.，2019；周永海 等，2020）。Pro 作为重要的渗透调节物质，通过提高植物的抗氧化和渗透调节能力增强高温胁迫抗性（曹毅 等，2011）。MFA 可以促进植物对K+的利用，提高营养吸收能力，促进植物生长，在提高辣椒植株的耐热性方面也有一定的作用（林梅桂，2013）。受到逆境胁迫的植物，体内ROS 增多，细胞膜遭到破坏，导致膜透性增大，从而使细胞内的电解质外渗，同时生成大量的MDA，而MDA 会进一步加剧细胞生物膜的氧化反应，造成生物膜结构破坏（徐松华，2021）。因此，植物细胞内MDA 含量可以间接代表其受氧化胁迫的程度。本试验结果表明，合适配比的Put复配剂处理能够显著降低黄瓜叶片的相对电导率，减少H2O2和MDA 含量，提高植物体内的可溶性蛋白含量。向玥如等（2014）研究表明，逆境胁迫下外源多胺能够清除植物体内自由基和ROS，提高保护酶活性，降低膜脂过氧化程度。本试验也发现外源喷施合适配比的Put 复配剂后，黄瓜幼苗叶片中抗氧化酶的活性可得到不同程度的增强。因此，合适配比的Put 复配剂能够减少植物质膜的损伤，维持渗透平衡，减少氧化胁迫，提高植株抗性。

Put 复配剂处理可以缓解高温胁迫对植物光合作用的抑制。当植物遇到非生物胁迫时，可以通过调节叶片气孔的分布、大小和数量来适应逆境，提高光合作用能力，抵抗外部环境胁迫（Casson &Gray，2008）。高温胁迫下植物Gs 减小伴随着Ci的降低，光合速率的降低是由于气孔限制引起的，外源Put 复配剂的使用可通过解除气孔因素的限制改善高温对光合作用的影响。在高温胁迫下，植物的光合系统会受到一定程度的损伤，因此叶绿素荧光参数也会受到相应的影响（崔庆梅 等，2021）。高温胁迫也会影响叶绿素合成相关酶的活性，降低光合色素的含量。本试验结果表明，与对照相比，合适配比的外源Put 复配剂处理可以提高黄瓜幼苗叶片Fv/Fm 和Y（Ⅱ），表明其能够提高PSⅡ反应中心内的光能转换效率，这可能与叶绿素含量的增加有关。

本试验中，隶属函数综合评价各处理的高温抗性排序为T9＞T8＞T1＞T7＞T2＞T5＞T6＞T3＞CK＞T4。T9 处理的综合排名最高，此配方可以在高温胁迫下有效提高黄瓜幼苗光合作用，提高Fv/Fm 和Y（Ⅱ），降低相对电导率、H2O2和MDA 含量，提高可溶性蛋白含量及抗氧化酶SOD、POD、CAT 活性，有效缓解高温胁迫引起的伤害。正交试验结果分析表明，4 mmol·L-1Put、0.3 g·L-1MFA、1.0 mmol·L-1Pro 和50 μmol·L-1MT 组成的腐胺复配制剂为最优的配方。