聚乙二醇浸种对黄瓜幼苗耐冷性的影响

潘鑫焱，江彪，闫晋强，张志

聚乙二醇浸种对黄瓜幼苗耐冷性的影响

潘鑫焱1，3，江彪2，3，闫晋强2，3，张志1

（1. 齐齐哈尔大学 生命科学与农林学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2. 广东省农业科学学院 蔬菜研究所，广东 广州 510640；3. 广东省蔬菜新技术研究重点实验室，广东 广州 510640）

以“长春密刺”黄瓜为实验材料，采用不同浓度（1%，5%，15%，25%，35%）聚乙二醇（PEG）溶液常温浸种4 h，蒸馏水作为对照（CK）．浸种完成后，待黄瓜幼苗长至两叶一心期，在培养箱中低温（昼/夜温度分别为：25/15（常温对照组），20/12，15/9，10/6℃）处理3 d，测定水势大小以及可溶性蛋白质、可溶性糖、脯氨酸的质量浓度，研究了PEG浸种对黄瓜幼苗耐冷性的影响．结果表明，随着处理温度的降低，PEG浸种的黄瓜幼苗水势均呈下降趋势，其叶片中可溶性糖、可溶性蛋白质以及脯氨酸的质量浓度均呈上升趋势；在相同处理温度下，经PEG浸种后，黄瓜叶片的水势以及可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸的质量浓度均显著高于对照组，其中15％ PEG浸种对提升黄瓜幼苗低温耐受性最佳．PEG浸种能明显提高黄瓜幼苗耐冷性．

黄瓜；耐低温；PEG浸种

黄瓜（L）是葫芦科黄瓜属一年生攀援植物，具有消炎、祛痰、镇痉等功效[1]，其喜温，对低温反应很敏感，是典型的冷敏型植物．在正常情况下，黄瓜最适生长日温为25～30℃，夜温为13～15℃，当白天温度低于10～12℃，易受冷害，会出现生理活动失调、生长缓慢或停止发育等症状[2]．黄瓜是我国北方地区栽培的主要蔬菜，以越冬温室黄瓜栽培为主，在生长发育过程中常遭遇低温冷害，这已经成为黄瓜生产的主要阻碍[3]．

植物水势一般指植物根系从土壤中吸收水分，经木质部由下而上向茎部运输，到达叶片后再经植物蒸腾作用散失到外界[4]．在植物遭遇冷害时，水势下降，水分流失加快[5]，植物光合速率下降，相关生理代谢活动减少，从而影响植物的生长发育[6]．脯氨酸是一种广泛存在的渗透调节物质，在植物生长发育及响应干旱胁迫的信号途径中具有重要作用[7]．可溶性糖和可溶性蛋白质是植物在干旱冷害胁迫下重要的渗透保护剂，在遭受胁迫时能保护植物细胞膜，维持细胞膨压，提高植物抵抗逆境的能力[8]．当植物处于低温环境时，通常会启动自身防御系统以调控相关代谢功能，产生渗透调节物质以缓解或消除逆境带来的伤害[9]．

聚乙二醇（PEG）是一种水势调节物质，研究表明，适当浓度的PEG胁迫可加快植物次生代谢，促进植物种子萌发和幼苗生长，提高植物对逆境的适应能力[10-11]．近些年，PEG处理被广泛应用于植物渗透胁迫实验，其多被用来处理幼苗，但较少应用于处理种子[12]．本文采用不同浓度PEG对黄瓜浸种，研究PEG浸种对黄瓜种子萌发以及低温胁迫下对幼苗水势大小以及可溶性糖、可溶性蛋白质、脯氨酸质量浓度的影响．找出最佳PEG浸种浓度，以缓解甚至克服低温逆境对黄瓜生产的影响．

1　材料与方法

1.1　实验材料

“长春密刺”黄瓜（哈尔滨金龙农业有限公司）．

乙二醇，考马斯亮蓝G-250，磺基水杨酸（上海麦克林生化科技股份有限公司）；甲烯蓝，浓硫酸，甲苯（广州市梓兴化玻仪器有限公司）；蔗糖，葡萄糖，蒽酮，乙酸乙酯，茚三酮，冰醋酸（生工生物工程（上海）股份有限公司）．

1.2　实验方法

挑选大小均一、膨胀度好的“长春密刺”种子，分别用1％，5％，15％，25％，35％浓度的PEG（PEG-6000，分子量：6 000；纯度：＞99%分子生物学级）溶液浸泡，以蒸馏水（CK）作为对照，室温下浸种4 h，每组处理30粒种子，并进行三次生物学重复．

将PEG浸种的种子常温培育到两叶一心期后，分别移至恒温光照培养箱中进行不同温度的低温处理，处理温度分别为白天（7∶00—19∶00）/夜间（19∶00—7∶00）：25/15（常温对照组），20/12，15/9，10/6℃，每组处理12株，处理时间为3 d．

1.3　指标测定

取黄瓜幼苗新鲜叶片进行生理指标测定．采用小液流法[13]测定水势；采用考马斯亮蓝G-250染色法[14]测定可溶性蛋白质量浓度；采用蒽酮比色法[15]测定可溶性糖质量浓度；采用磺基水杨酸法[16]测定脯氨酸质量浓度．

1.4　数据分析

采用Office 2021 Excel分析整理数据，IBM SPSS Statistics 21软件统计分析数据，邓肯检验进行显著性分析（<0.05），GraphPad Prism 9软件作图．所有实验均进行三次重复．

2　结果与分析

2.1　PEG浸种对黄瓜种子发芽率的影响

用不同浓度PEG浸种黄瓜种子，观察种子发芽率（见图1）．由图1可见，1%，5%，15%浓度的PEG浸种的发芽率分别为82.2%，87.8%，77.0％，与对照组发芽率（86.2%）相比差异不显著．25％，35％浓度的PEG浸种的发芽率分别为35.6%，0%，显著低于对照组．结果表明，1％，5％，15%浓度的PEG浸种不影响黄瓜种子的发芽率；25%浓度的PEG浸种对黄瓜种子的萌发具有一定的抑制作用；35%浓度的PEG浸种完全抑制种子萌发．

图1　PEG浸种对黄瓜种子发芽率的影响

2.2　PEG浸种对黄瓜幼苗叶片水势的影响

将PEG浸种的黄瓜种子培育到两叶一心期后，移至恒温光照培养箱中进行不同温度的低温处理，观察不同浓度PEG浸种对黄瓜幼苗叶片水势的影响（见表1）．由表1可见，无论对照还是不同浓度预处理后的黄瓜幼苗，叶片水势均随着温度的降低呈下降趋势．在25/15℃室温处理组和20/12℃低温处理组中，CK对照组水势最低，分别为-2.05，-2.15 MPa，15％浓度的PEG组水势最高，分别为-2.01，-2.08 MPa，且与CK组相比均差异不显著；在10/6℃低温处理组中，CK对照组水势最低，为-2.65 MPa，15％浓度的PEG组水势最高，为-2.37 MPa，且与CK组相比差异显著；在15/9℃低温处理组中，CK组水势最低，为-2.34 MPa，5％浓度的PEG组水势最高，为-2.19 MPa，与CK组相比差异显著．结果表明，不同浓度PEG浸种黄瓜幼苗叶片水势随着温度的降低均呈下降趋势；用浓度15％的PEG浸种黄瓜种子对改善低温胁迫下叶片组织水势的降低具有较明显的作用，其水势的下降趋势较小．

表1　不同浓度PEG浸种对黄瓜幼苗叶片水势的影响 MPa

2.3　PEG浸种对黄瓜幼苗叶片可溶性蛋白质质量浓度的影响

将PEG浸种的黄瓜种子培育到两叶一心期后，移至恒温光照培养箱中进行不同温度的低温处理，观察不同浓度PEG预处理对黄瓜幼苗叶片可溶性蛋白质质量浓度的影响（见表2）．由表2可见，在不同温度处理组中，均为CK组可溶性蛋白质质量浓度最低，分别为1.98，2.04，2.27，2.47 mg/g，15％浓度的PEG组可溶性蛋白质质量浓度最高，分别为2.06，2.26，2.55，2.83 mg/g，且与CK组相比均差异显著；随着温度的降低，各浓度PEG浸种的可溶性蛋白质质量浓度均增加．结果表明，不同浓度PEG浸种黄瓜幼苗叶片，可溶性蛋白质质量浓度随着温度的降低均呈上升趋势；用浓度15％的PEG浸种黄瓜种子对改善低温胁迫下叶片组织中可溶性蛋白质质量浓度的降低具有较明显的作用．

表2　不同浓度PEG的黄瓜幼苗叶片可溶性蛋白质质量浓度 mg/g

2.4　PEG浸种对黄瓜幼苗叶片可溶性糖质量浓度的影响

将PEG浸种的黄瓜种子培育到两叶一心期后，移至恒温光照培养箱中进行不同温度的低温处理，观察不同浓度PEG预处理对黄瓜幼苗叶片可溶性糖质量浓度的影响（见表3）．由表3可见，在25/15℃室温处理组中，15％浓度的PEG组可溶性糖质量浓度最低，为6.27 mg/g，1％浓度的PEG组可溶性糖质量浓度最高，为6.73 mg/g，2组与CK组相比均差异显著；在20/12℃低温处理组中，CK组可溶性糖质量浓度最高，为6.79 mg/g，5％浓度的PEG组可溶性糖质量浓度最低，为6.59 mg/g，2组差异显著；在15/9，10/6℃低温处理组中，均为CK组可溶性糖质量浓度最低，分别为7.32，7.96 mg/g，15％浓度的PEG组可溶性糖质量浓度最高，分别为8.23，8.78 mg/g；且随着温度的降低，各PEG浸种的可溶性糖质量浓度均有上升的趋势．结果表明，不同浓度PEG浸种黄瓜幼苗叶片，可溶性糖质量浓度随着温度的降低均呈上升趋势；用15％PEG浸种效果最佳，可最大程度降低可溶性糖质量浓度的减少，降低低温冷害对植物细胞的伤害．

表3　不同浓度PEG的黄瓜幼苗叶片可溶性糖质量浓度 mg/g

2.5　PEG浸种对黄瓜幼苗叶片脯氨酸质量浓度的影响

将PEG浸种的黄瓜种子培育到两叶一心期后，移至恒温光照培养箱中进行不同温度的低温处理，观察不同浓度PEG浸种对黄瓜幼苗叶片脯氨酸质量浓度的影响（见表4）．由表4可见，在4组温度处理中，均为CK组脯氨酸质量浓度最低，分别为286，279，372，426 μg/g，15％浓度的PEG组脯氨酸质量浓度最高，分别为298，334，436，547 μg/g，且与CK组相比均差异显著；随着温度的降低，各PEG浸种的脯氨酸质量浓度均增加．结果表明，不同PEG浸种黄瓜幼苗叶片中脯氨酸质量浓度随着温度的降低均呈上升趋势；用15％PEG浸种黄瓜种子对改善低温胁迫下叶片中脯氨酸质量浓度的降低具有较明显的作用．

表4　不同浓度PEG的黄瓜幼苗叶片脯氨酸质量浓度 μg/g

3　讨论与结论

温度作为重要的环境因子之一，决定了植物的分布区域与生物产量[17]．东北地区平均每4年就会发生一次范围较大的冷害造成的蔬菜粮食减产，影响蔬菜生产[18]．随着全球气候变暖和极端天气的频繁发生，低温冷害风险也可能增加[19]，从而增加农业生产的不稳定性．因此，研究提高植物冷害抗性的方法对蔬菜种植具有重要意义．

冷害使植物生长受到限制，持续的冷胁迫更会导致植物根系吸水困难，植株萎蔫，出现坏死的脱水斑等[20]．低温条件下延缓水势的下降趋势是植株生长对抗冷害的重要手段．有研究表明，适当浓度的PEG可提高植物对逆境的适应能力．脯氨酸作为细胞内的渗透调节物质，可以增加细胞渗透压，稳定细胞膜和亚细胞结构，保护细胞免受应激下的氧化损伤，从而维持细胞膜的完整性，提高植物的抗冷性[21-22]．当植物受到冷害时，脯氨酸质量浓度增加，提高植物组织的持水力[23]．可溶性蛋白质和可溶性糖是植物细胞重要的渗透调节物质，能够增加细胞内溶质浓度，降低细胞的冰点，防止细胞过度脱水，从而减少低温对细胞的伤害[24]．低温下植株中的可溶性糖作为渗透调节物质和防脱水剂而积累起作用，降低细胞水势，增强持水能力[25]．

有实验研究表明，PEG处理对低温胁迫下植物幼苗叶片水势降低有延缓作用，对渗透调节物质（可溶性糖、可溶性蛋白质、脯氨酸等）质量浓度的增加起促进作用[26]．张加利[27]等发现，较低浓度PEG浸种对文冠果种子萌发有促进作用，并能提高文冠果幼苗叶片中渗透调节物质、酶活性和叶绿素含量，降低膜脂过氧化反应；高浓度PEG浸种抑制文冠果的萌发和幼苗的生长，使文冠果叶绿素含量下降，MDA和相对电导率升高．本文发现，低浓度PEG浸种对黄瓜种子萌发具有促进作用，高浓度PEG浸种抑制对黄瓜种子萌发有抑制作用，与张加利等研究结论一致．同时发现，随着处理温度的降低，PEG浸种的黄瓜幼苗叶片水势均呈下降趋势，其幼苗叶片中可溶性糖、可溶性蛋白质、脯氨酸的质量浓度均呈上升趋势．因黄瓜生长适宜的地温为20～25℃，在适宜温度期间黄瓜幼苗水势变化不大，所以在温度25/15℃与20/12℃下，不同浓度PEG浸种后黄瓜幼苗水势差异不显著；在相同处理温度下，经PEG浸种后黄瓜幼苗叶片的水势以及可溶性糖、可溶性蛋白质、脯氨酸的质量浓度均呈上升趋势，其中15％浓度的PEG浸种对提升黄瓜幼苗低温耐受性最佳．用适当浓度的PEG胁迫来提高植物对逆境的适应能力在美国山核桃[28]、桑树[29]、油松[30]123、元宝枫[31]等树种的苗木培育中均有应用．

在植物生命周期的各个阶段中，种子萌发、幼苗出苗和建立是植物生存与生长的关键过程[32]．低温干旱胁迫会影响植物的发芽率和早期幼苗生长[33]．PEG是高分子渗透调节物质，可以通过调节植物细胞内的水势变化影响种子萌发[30]123．本文采用PEG浸种预处理，对种子发芽率进行研究发现，不同浓度的PEG预处理对黄瓜种子萌发的影响区别较大．5％浓度的PEG预处理的黄瓜种子发芽率最高，为87.8％，但与CK组相比差异不显著；其中35％浓度的PEG预处理对种子萌发的抑制作用最大，发芽率为0％，与CK组相比差异极显著．表明 5％PEG预处理对黄瓜种子的萌发有一定的促进作用．

综上所述，使用PEG浸种能明显提高低温下黄瓜幼苗叶片中可溶性蛋白质、可溶性糖、游离脯氨酸的质量浓度，延缓水势的降低，提高组织的持水能力，缓解甚至克服低温胁迫对黄瓜造成的伤害．其中15％浓度的PEG浸种对提升黄瓜幼苗低温耐受性效果最佳．

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Effect of seed soaking with polyethylene glycol on seedlings tolerance to cold of cucumber

PAN Xinyan1，3，JIANG Biao2，3，YAN Jinqiang2，3，ZHANG Zhi1

（1. School of Life Sciences，Agriculture and Forestry，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China；2. Vegetable Research Institute，Guangdong Academy of Agricultural Sciences，Guangzhou 510640，China；3. Guangdong Key Laboratory for New Technology Research on Vegetables，Guangzhou 510640，China）

Cucumber variety“Changchun Mici”was used as experiment materials．The seeds of this variety was soaked for four hours at room temperature with different concentrations of polyethylene glycol（PEG）solutions（1%，5%，15%，25%，35%）and those treated with H2O were applied as control（CK）．After seed soaking，the cucumber seedlings were allowed to grow to the two-leaf-one-heart stage, and then treated with low temperature（day/night temperature：25/15（ambient control group），20/12，15/9，10/6℃，respectively）in artificial climate chamber for three days．The water potential，the contents of soluble protein，soluble sugar and proline were measured to investigate the effect of PEG soaking on seedlings tolerance to cold of cucumber．The results showed that water potential of PEG-soaked cucumber seedlings decreased with temperature decreasing．The contents of soluble sugar，soluble protein and proline in the leaves of PEG-soaked cucumber seedlings all presented an increasing trend．The water potential，the contents of soluble sugars，soluble proteins and proline of the leaves of PEG-soaked cucumber seedlings were significantly higher than those of the CK under the same temperature，15% PEG was the most effective treatment to enhance cold tolerance．PEG seed soaking could significantly improve cold tolerance of cucumber seedlings and seed soaking．

cucumber；low temperature resistance；PEG seed soaking

1007-9831（2023）12-0082-06

Q94

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.12.014

2023-07-22

潘鑫焱（1999-），女，黑龙江哈尔滨人，在读硕士研究生，从事遗传学研究．E-mail：1970131937@qq.com

张志（1966-），男，黑龙江海伦人，副教授，硕士，从事植物营养研究．E-mail：66zhangzhi@163.com