逆境胁迫对反季节温室黄瓜品质形成及风险物质累积影响研究

黄瓜属于葫芦科黄瓜属一年生草本植物，富含维生素、矿物质、膳食纤维等多种营养成分，具有较高的食用和药用价值。我国是世界第一大黄瓜生产国，已经较早地开展反季节温室黄瓜种植技术的相关农技研究，但由于冬春季节光温条件差，各地反季节黄瓜植株依然存在徒长、早衰等问题。与此同时，逆境胁迫引起的农药残留、重金属和硝酸盐等有害物质超标问题，已成为制约反季节黄瓜产业可持续发展的瓶颈。研究表明，低温、弱光等非生物胁迫因子会诱导活性氧大量产生，引起膜脂过氧化、蛋白质失活、核酸损伤等问题，导致作物生长受阻。同时，逆境胁迫还会改变植物内源激素水平，引起光合作用减弱、养分吸收受限、同化产物运转异常等生理失调反应。鉴于此，研究以反季节温室黄瓜为对象，在前期试验的基础上，采用盆栽试验方法，设置低温、弱光、重茬等逆境胁迫梯度，调查了不同胁迫因子及其交互作用对黄瓜形态建成、生理生化特性、产量品质及风险物质累积的影响规律，进一步分析逆境胁迫诱导黄瓜风险物质累积的生理生化机制，并从优化环境调控、品种选育、栽培管理、风险监测等方面提出切实可行的防控对策，以期为反季节温室黄瓜绿色优质高效生产和农产品质量安全保障提供理论依据与技术支撑。

1.材料与方法

1.1 试验材料

本试验以津杂3号黄瓜为供试材料，该品种由天津市黄瓜研究所于1986年以自交系82-76-1-5-6-7为母本、金抗-1-5-15-12-3为父本配组而成。津杂3号属中熟杂交一代品种，抗病性强，商品性状优良，是我国北方温室反季节栽培的主栽品种之一。试验时间为2022年9月至2023年3月。供试土壤有机质含量为27.35g/kg，全氮1.52g/kg，碱解氮130.47mg/kg，速效磷172.64mg/kg，速效钾183.39mg/kg，pH值为7.62。

1.2 试验设计

试验采用盆栽方式，设置低温（T）、弱光（L）、重茬（S）3个单因素胁迫处理和1个对照（CK），每个处理重复5次，共100盆。低温处理设3个梯度，分别为昼/夜温度16℃/8℃（T1）、12℃/4℃（T2）、8℃/2℃（T3），利用温室温控系统调控；弱光处理设3个梯度，分别为遮光率20%（L1）、40%（L2）、60%（L3），利用不同透光率的遮阳网遮蔽；重茬处理取连续种植黄瓜3年土壤（S1）、6年土壤（S2）、9年土壤（S3），以连作1年作为对照（S0）。胁迫处理于黄瓜三叶一心时开始，至花后20d结束。所有处理大田管理一致，随机区组排列。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 黄瓜生长指标测定

分别于花前、花后10d、花后20d测定黄瓜株高、茎粗、叶片数、叶面积等形态指标，用SPAD-502叶绿素仪测定叶绿素相对含量（SPAD值）；用LI-6400XT便携式光合仪测定黄瓜成熟叶片的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）等光合参数；采用NBT光还原法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性，用愈创木酚比色法测定过氧化物酶（POD）活性，用过氧化氢比色法测定过氧化氢酶（CAT）活性，用硫代巴比妥酸（TBA）比色法测定丙二醛（MDA）含量。

1.3.2 黄瓜风险物质含量测定

分别于花前、花后10d、花后20d和收获期采集黄瓜叶片和果实样品，用凯氏定氮法测定全氮含量，用钼锑抗比色法测定硝酸盐含量；用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）、砷（As）等重金属元素含量；用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）测定有机氯、有机磷、拟除虫菊酯和氨基甲酸酯类农药残留量。所有样品均在采集当天完成前处理，并于-80℃条件下保存备用。

1.3.3 数据分析方法

采用Microsoft Excel 2021进行数据录入和初步分析，用SPSS 22.0软件进行统计分析。用单因素方差分析（One-way ANOVA）比较不同处理间差异的显著性，用最小显著差异法（LSD）进行多重比较（α=0.05）。用Pearson相关系数评价各测定指标间的相关性，用主成分分析（PCA）筛选关键影响因子。

2.结果与分析

2.1 对黄瓜形态建成的影响

由表1可知，随着逆境胁迫程度的提升，黄瓜植株的株高、茎粗、叶片数和叶面积均呈显著下降趋势（P＜0.05）。与对照相比，T3、L3和S3处理的株高分别降低了23.6%、18.5%和16.2%，茎粗降低了16.8%、13.2%和11.6%，叶片数减少了25.7%、20.1%和18.3%，叶面积缩小了31.4%、26.2%和22.8%。可见，低温、弱光和连作胁迫均会抑制黄瓜植株的营养生长，其中低温胁迫的影响最为显著。

2.2 对黄瓜生理生化指标的影响

随着胁迫强度的提升，黄瓜叶片的SPAD值、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）均呈不同程度的下降，而胞间CO2浓度（Ci）则表现出先降后升的趋势。与对照相比，T3、L3和S3处理的SPAD值分别降低了18.3%、13.7%和11.2%，Pn降低了26.4%、20.5%和17.6%，Gs降低了32.9%、25.6%和21.4%，Tr降低了28.1%、22.3%和19.7%。表明逆境胁迫会导致叶绿素合成受阻，光合色素含量下降，从而抑制光合电子传递和碳同化过程。Ci在轻度胁迫下降低，而在重度胁迫下升高。

同时，逆境胁迫显著影响了黄瓜叶片的抗氧化酶活性和膜脂过氧化程度。与对照相比，T3、L3和S3处理的SOD活性分别降低了24.3%、18.6%和16.1%，POD活性降低了20.8%、15.4%和13.2%，CAT活性降低了27.7%、21.9%和19.5%，而MDA含量则分别提升了32.5%、25.8%和22.4%。由此可见，逆境胁迫会诱导活性氧（ROS）大量产生与积累，而植株内源抗氧化防御系统受到破坏，清除ROS的能力下降，最终导致细胞膜脂过氧化加剧，膜稳定性降低。总的来看，低温胁迫对黄瓜抗氧化酶活性和膜脂过氧化的影响大于弱光和连作胁迫。

2.3 逆境胁迫诱导黄瓜风险物质累积的机制

在风险物质含量测定的基础上，研究进一步探讨了低温、弱光和连作逆境胁迫诱导黄瓜风险物质（重金属、农药残留和硝酸盐）累积的生理生化机制。结果表明，逆境胁迫显著影响了黄瓜根系对风险物质的吸收、体内的转运与积累，以及解毒代谢过程。从根系吸收来看，随着胁迫程度的提升，黄瓜根系的活力和选择性均呈下降趋势。与对照相比，T3、L3和S3处理的根系活力分别降低了27.4%、21.6%和18.3%，根系选择性分别降低了23.8%、18.5%和15.7%，这意味着逆境胁迫会破坏根系的正常生理功能，削弱其对养分离子的选择吸收能力，从而导致风险物质被动吸收增多。与对照相比，T3、L3和S3处理的重金属根冠转运系数分别升高了31.6%、24.5%和20.2%，农药残留茎叶富集系数分别升高了36.2%、28.3%和23.1%，硝酸盐果肉积累系数分别升高了25.7%、19.4%和16.3%。推测由于胁迫条件下根系栅栏功能降低，更多风险物质进入地上部，并沿木质部和韧皮部运输至叶片和果实。其中，农药残留主要富集于茎叶，重金属则更易在根部积累，而硝酸盐多分布于果肉。在解毒代谢能力方面，逆境胁迫下黄瓜体内解毒酶活性降低，化学键合能力下降。与对照相比，T3、L3和S3处理的谷胱甘肽S-转移酶（GST）活性分别降低了22.3%、17.6%和14.8%，植物络合素（PCs）含量分别降低了26.5%、21.2%和18.4%。由此可见，逆境胁迫会损伤植株体内的解毒防御系统，削弱其将风险物质转化为无毒化合物或与之螯合的能力，导致游离态有害物质在体内积累，最终阻碍植株生长发育。

2.4 减轻逆境胁迫对黄瓜风险物质累积的思考与对策

针对反季节温室黄瓜种植中普遍存在的低温、弱光、连作等逆境胁迫问题，结合本研究揭示的风险物质累积机制，笔者拟提出以下减轻逆境胁迫诱导黄瓜风险物质累积的对策建议。第一，优化温室环境调控1def1afc93f09bc7d01bebd91f89bb09措施，降低逆境胁迫程度。在冬春季节，应加强温室保温，合理采取塑料薄膜覆盖、热风机加温、地下埋管供热等措施，将温室内昼/夜温度维持在25/15℃左右，避免低温逆境对黄瓜生长发育的不利影响；同时通过补充光照、涂刷反光涂料、铺设反光地膜等方式，提高温室透光率，延长光照时间，使黄瓜植株获得充足光合有效辐射，减轻弱光胁迫。第二，加强耐逆品种的筛选与培育。以本研究筛选的黄瓜耐寒、耐弱光、耐连作品系为基础，利用常规杂交、分子标记辅助选择、基因工程等技术，培育兼具多种逆境胁迫耐性的优良黄瓜新品种，并加快推广应用，从根本上提高黄瓜对低温、弱光、连作等复合逆境的适应能力。第三，探索适宜的栽培管理技术，提高黄瓜抗逆性。在反季节黄瓜生产中，应合理优化定植密度、嫁接砧木、水肥管理等栽培措施，协调源库关系，平衡养分供需，同时通过合理运用植物生长调节剂，调控内源激素水平，增强植株抗逆性，还应结合土壤消毒、轮作倒茬、施用有机肥等措施，修复连作障碍土壤，改善根际微环境，从而减轻逆境胁迫对风险物质吸收、转运和积累的促进作用。第四，加强风险物质监测，建立黄瓜安全生产体系。应制订和完善反季节黄瓜风险物质限量标准，建立覆盖生产全过程的监测预警网络，及时准确掌握重金属、农药残留、硝酸盐等有害物质的动态变化，并针对监测结果采取相应措施，及时采收和销毁风险物质累积水平超标的黄瓜果实，从源头遏制风险蔓延。

结论

研究结果表明，随着低温、弱光、重茬胁迫程度的提升，黄瓜植株的株高、茎粗、叶片数、叶面积、光合参数、保护酶活性等生长和生理指标均呈显著下降趋势，而MDA含量则不断升高，导致产量和品质均受到不同程度的负面影响。同时，逆境胁迫显著改变了重金属、农药残留、硝酸盐等风险物质在黄瓜体内的吸收、转运和积累过程，导致有害物质含量超标，严重威胁果实品质安全。通过对风险物质累积机制的深入分析发现，逆境胁迫一方面会破坏根系的吸收功能，削弱其对养分离子的选择性，导致风险物质被动吸收增多；另一方面会降低根系对风险物质的拦截能力，使更多有害物质进入地上部并向果实转移，同时会抑制植株体内的解毒代谢，最终导致风险物质在可食部位大量蓄积。鉴于目前反季节温室黄瓜生产中逆境胁迫因素普遍存在，风险物质污染已成为制约产业发展的瓶颈，实际温室生产中往往存在多种逆境因子的复合胁迫，因此还需进一步开展复合胁迫条件下黄瓜风险物质累积的动态监测和调控研究。此外，在后续研究中还应加强分子生物学手段的运用，深入探讨逆境胁迫诱导农产品风险物质累积的遗传调控网络和信号转导机制，挖掘耐逆基因资源，为培育抗逆宜机新品种提供理论依据。