低温胁迫下哈密瓜幼苗生理的变化研究

户金鸽，杨咪，杨英，沙勇龙，杨军，廖新福

(新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200)



低温胁迫下哈密瓜幼苗生理的变化研究

户金鸽，杨咪，杨英，沙勇龙，杨军，廖新福

(新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200)

【目的】减轻春季寒流对植株的伤害，研究低温胁迫对哈密瓜幼苗的影响及其抗寒性。【方法】以5个哈密瓜品种(西州密17号、西州密25号、新密45号、8501、86-1)为试验材料，采取人工低温胁迫的方法，研究哈密瓜幼苗在20、15、10、5和0℃低温处理下根系活力、细胞伤害率、游离脯氨酸、可溶性蛋白含量。【结果】幼苗在低温胁迫下，根系活力受到抑制，随温度的下降，细胞伤害率、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量增加。10℃植株大部分无冷害现象，5和0℃新密45号的冷害指数显著高于其它品种。【结论】细胞伤害率、脯氨酸、可溶性蛋白含量在植物抗寒能力中占据了重要地位，能较好地反应材料的抗寒能力。在参试品种中，西州密25号的抗寒能力较强，新密45号的抗寒能力较弱。生产上，可以在5～10℃进行短时间的低温锻炼来提高植株的抗寒能力。

低温胁迫；哈密瓜；生理

0 引 言

【研究意义】随着甜瓜种植面积的不断扩大和春季种植时间的提早，近年来，极端严寒灾害性气候频繁出现、气候剧烈变化，经常在春季遭受冻害致死，造成甜瓜产量大幅度减产，给甜瓜产业生产造成了巨大的经济损失。研究低温对新疆主栽甜瓜品种生长发育的影响显得十分迫切，同时可为生产上抗寒栽培提供科学的理论依据。【前人研究进展】目前国内外学者对低温胁迫下番茄、辣椒、黄瓜、西瓜、籽瓜、甜瓜、瓜菜作物幼苗生长及生理特性的研究报道较多。黄伟等[1]认为低温弱光造成番茄茎的增长和叶面积扩展减缓，叶片净光合速率降低，但对番茄根系活性影响不明显；郁继华等[2]研究了辣椒幼苗叶片中活性氧清除系统对低温弱光的响应，认为随低温弱光胁迫程度和时间的增加，辣椒幼苗叶片中POD活性提高，但SOD和CAT活性下降，MDA含量增加，细胞膜透性增大；逯明辉等[3]选用了3个耐冷力不同的黄瓜品种研究其叶片SOD、CAT|POD等在冷害过程中的变化，其中CAT和POD活性与黄瓜叶片的耐冷力表现一致，SOD活性则与其耐冷力表现相反；许勇等[4]对西瓜幼苗进行了0、10、15℃的低温处理，结果发现鉴定西瓜幼苗耐冷性的最适条件为10℃；杨燕等[5]研究了低温胁迫下籽用西瓜幼苗生理的变化，不同品种籽用西瓜幼苗的相对电导率随低温胁迫时间的延长而升高；甜瓜幼苗经低温锻炼后能增强对低温的适应性，明显提高抗寒能力，但锻炼温度量值不同，甜瓜幼苗抗寒能力的提高程度有一定差异[6]。此外，小麦、棉花、葡萄、茄子、紫花苜蓿、含笑、香水百合、山樱花等植物上都有报道。可见，植株的耐冷力越来越受到的关注。【本研究切入点】目前，新疆关于哈密瓜的抗冷性研究报道较少，研究采取人工模拟低温的方法，探讨低温对幼苗根系活力及叶片生理的影响，对幼苗进行耐冷力的初步评价。【拟解决的关键问题】研究与哈密瓜幼苗耐冷力相关的生理指标，初步对幼苗的耐冷力进行评价，为春季露地哈密瓜栽培提高一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材 料(表1)

表1 试验材料及来源Table 1 experimental materials and source

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

模拟移栽时的苗龄大小。2015年5月19日催芽，待种子露白后播种于50穴的穴盘中，出土后及时通风透气，常规管理，待幼苗大部分长至2叶1心时，置于不同温度的智能人工气候培养箱(型号为RTOP430D)中，从20℃开始以5℃为梯度进行低温胁迫直到温度达到0℃为止，光暗交替12 h。每处理50株，三次重复。

不同温度处理24 h后，分别采取同一节位叶片测定电导率(用于计算细胞伤害率)，游离脯氨酸含量，然后将剩余的叶片迅速置于-40℃的冰箱中冷冻保藏用来测量可溶性蛋白含量。同时取植株的嫩根系用来测定根系活力，以室温为对照(CK)。

1.2.2 电解质及各生理指标的测定

1.2.2.1 电导率率的测定、细胞伤害率的计算

参照李合生方法[7]，略有改动，用雷磁DDSJ-308A电导仪测定浸泡液的电导率S1，再将浸泡液的试管置于沸水中，水浴30 min，冷却至室温后测定电导率S2，以去离子水的电导率Lck为对照，计算细胞伤害率。

1.2.2.2 各生理指标的测定

根系活力的测定采用TTC法[8]，脯氨酸含量的测定采用茚三酮显色法[8]，可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250染色法[8]，各项指标均测定3次，取平均值。

1.3 数据统计

利用Microsoft Excel 2003进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对哈密瓜幼苗根系活力的影响

根是植物吸收水分和矿质元素的主要器官，根的生长情况和活力水平直接影响植株地上部的生长。

研究表明，随胁迫温度的逐渐下降，根系活力总体上呈下降趋势，温度越低，根系活力越弱，且都明显低于对照，西州密17号、西州密25号、新密45号、8501、86-1分别比对照下降了37.75%、40.28%、37.87%、45.38%、50.28%，86-1和8501的下降速率最大，初步推断低温胁迫对86-1和8501的根系活力影响最大，较其它品种不耐低温。图1

图1 不同温度下哈密瓜根系活力变化Fig.1 effect of root activity under different temperature

2.2 低温胁迫对哈密瓜幼苗相对电导率的影响

膜系统是冻害的原初部位，低温胁迫能引起植物细胞膜透性的明显改变，导致溶质外渗，因而质膜的透性变化可显示细胞膜结构和功能的受损程度。用电导法测定细胞率的变化，是用来反应细胞膜伤害程度的一个重要指标。细胞伤害率越大，细胞膜受损程度越严重，反之，受损程度越轻。

研究表明，细胞伤害率随处理温度的降低而增加，温度越低，电导率越大，除西州密25号外，其它品种大致10℃是迅速增加，可推测，在甜瓜生产过程中，10℃左右进行低温锻炼提高植株的抗寒能力。24 h后，新密45号的细胞伤害率最大，是未经处理的4.39倍，可以推测出最弱的是新密45号，这与试验中的观察一致，可见细胞伤害率是植物抗寒能力的一项重要生理指标。图2

图2 不同温度下哈密瓜幼苗叶片细胞伤害率变化Fig.2 effect of cell injury rates under different temperatura

2.3 低温胁迫对哈密瓜幼苗游离脯氨酸含量的影响

游离脯氨酸是植物细胞内重要和有效的渗透调节物质，用来保持原生质体和环境的渗透平衡。植物体内游离脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗逆性强的品种往往积累较多的脯氨酸。

研究表明，随处理温度的降低游离脯氨酸含量变化虽有波动， 总体上呈增加趋势，增幅最大的是西州密25号(144.49%)，最小的是新密45号(49.70%)。可推断出新密45号的抗寒能力较弱。图3

图3 不同温度下哈密瓜幼苗叶片游离脯氨酸含量变化Fig.3 effect of proline content under different temperature

2.4 低温胁迫对哈密瓜幼苗可溶性蛋白的影响

可溶性蛋白的含量与植物的抗冷性之间存在密切关系，多数学者认为：低温胁迫下，植物可溶性蛋白含量增加。可溶性蛋白含量总的趋势随温度的降低而增大，说明可溶性蛋白的含量和温度在一定范围内呈负相关，蛋白质含量增加可能是由于降解速率下降或是因为低温促进了某些新蛋白质的合成。研究表明，甜瓜幼苗随温度的降低可溶性蛋白呈含量增加，增幅较对照增加最大的是西州密25号(62.23%)，最小的是8501(3.531%)。根据刘晓东等[9]研究结论可推断出西州密25号的抗寒能力较其它品种强。图4

图4 不同温度下哈密瓜幼苗叶片可溶性蛋白含量变化Fig.4 effect of soluble protein content under different temperature

2.5 低温胁迫下的幼苗冷害指数

研究表明，冷害指数随胁迫温度的降低而增大，20、15℃下均无出现冷害现象，10℃时86-1出现轻微的冷害，新密45号在5、0℃时冷害指数高于其它4个品种，这与试验中观察到的结果相一致。图5

图5 低温胁迫24 h后的冷害指数Fig.5 chilling injury index after 24 h

3 讨 论

3.1 各生理指标与抗寒性的关系

20世纪30年代，开始研究植物的抗寒性，植物的抗寒能力与植株的形态结构、膜系统、渗透调节物质、保护性酶系统、基因及其它因素息息相关。试验中选取了和植株抗寒能力有关的细胞伤害率、游离脯氨酸、可溶性蛋白，及与植株长势有关的根系活力。

根是植物吸收水分和矿质元素的主要器官，土壤温度的高低随外界气温的变化而变化，根系的活力直接关系着植株的长势，在试验中，随着温度的降低，根系活力下降。其中，8501、86-1的根系活力下降较其他品种迅速。可见低温对这两个品种的根系活力影响较大，若长时间处于低温下，可能会导致植株长势变弱，甚至死亡。

电导率是植物抗寒能力的一项重要生理指标，用电导法测定细胞率的变化，是用来反应细胞膜伤害程度的一个重要指标。细胞伤害率越大，细胞膜受损程度越严重，反之，受损程度越轻。通过对细胞伤害率变化的观察发现，在10℃时，细胞伤害率迅速增加，5℃下新密45号的冷害指数显著增加，初步推测可在5～10℃进行低温，这一研究发现与甜瓜生产上的低温锻炼恰好吻合。

游离脯氨酸是植物细胞内重要和有效的渗透调节物质，与逆境息息相关。抗逆性强的品种往往会积累较多的脯氨酸含量，西州密25号的叶片中积累的游离脯氨酸含量较其他品种高，可初步推测出西州密25号的抗寒能力较强。

可溶性蛋白的含量与植物的抗冷性之间存在密切关系，刘晓东等[9]对苦水玫瑰和冷香玫瑰的研究表明，低温下两种玫瑰的可溶性蛋白含量均随着温度降低逐渐上升，与抗寒性呈正相关。在此次试验中，增幅较大的是西州密25号，最小的是8501，由此可以推断，西州密25号的抗寒性较其他品种强。

根据各生理指标测定的结果可以看出，西州密25号的抗寒能力比较强，新密45号的抗寒能力较差。但是单个指标用来评价植株的抗寒能力显得不够科学、全面。在今后的研究中可以从植株的形态结构及基因、低温半致死温度等方面综合考虑，评价植株的抗寒能力。

3.2 提高植物抗寒性的措施

提高植物的耐寒性最直接、最有效的措施就是选育耐低温的品种。从试验可以看出，大概在10℃时，细胞伤害率迅速增加，5℃时，冷害指数较大，初步推断可以在5～10℃进行低温锻炼，从而增强植株的抗寒能力。除此之外还可以进行Ca和CaM、其它化学物质诱导等手段增强植株的抗寒能力。

4 结 论

4.1 随胁迫温度的下降，根系活力下降，不同品种的细胞伤害率、游离脯氨酸含量、可溶性蛋白含量均有不同程度的增加。

4.2 细胞伤害率、脯氨酸、可溶性蛋白含量在植物抗寒能力中占据了重要地位，这三项指标能较好地反应材料的抗寒能力。

4.3 在参试品种中，西州密25号的抗寒能力较强，新密45号的抗寒能力较弱。

4.4 生产上，可以在5～10℃进行短时间的低温锻炼来提高植株的抗寒能力。在今后关于哈密瓜的抗寒能力的研究上，可以计算低温半致死温度，来明确各品种的抗寒能力。

References)

[1] 黄伟,任华中,张福墁.低温弱光对番茄苗期生长和光合作用的影响[J].中国蔬菜,2002,(4):15-17.

HUANG Wei, REN Huang-zhong, ZHANG Fu-man. (2002). Influences of Low Temperature and Poor Light on Growth and Photosythesis of Tomato Seedling [J].ChinaVegetable, (4):15-17. (in Chinese)

[2] 郁继华,张国斌,冯致,等.低温弱光对辣椒幼苗抗氧化酶活性与质膜透性的影响[J].西北植物学报,2005,25(12):2 478-2 483.

YU Ji-hua, ZHANG Guo-bin, FENG Zhi, et al. (2005). Effect of Low Temperature and Weak Light on Anti-oxidative Enzyme Activities and Plasm-membrane Permeability of Pepper Seedling [J].ActaBotanicaBoreali-OccidentaliaSinica, 25(12):2,478-2,483. (in Chinese)

[3] 逯明辉,宋慧,李晓明,等.冷害过程中黄瓜叶片SOD、CAT和POD活性的变化[J].西北植物学报,2005,25(8):1 570-1 573.

LU Ming-hui, SONG Hui, LI Xiao-ming, et al.(2005).Change of SOD,CAT and POD Activities in Cucumber Leaves during Cold Damage [J].ActaBotanicaBoreali-OccidentaliaSinica, 25(8):1,570-1,573. (in Chinese)

[4] 许勇,王永建,张峰,等.西瓜幼苗耐低温研究初报[J].华北农学报,1997,12(3):93-96.

XU Yong, WANG Yong-jian, ZHANG Feng, et al.(1997). Preliminary Study on Low Temperature Tolerance in Watermelon Seedling [J].ActaAgriculturaeBoreali-Sinica, 12(3):93-96. (in Chinese)

[5] 杨燕,王萍,赵清岩,等.低温胁迫下籽用西瓜幼苗生理变化与耐冷性的研究[J].华北农学报,2012,27(3):156-160.

YANG Yan, WANG Ping, ZHAO Qing-yan, et al.(2012). Study on Relationship between Physiological Changes and Chilling Tolerance in Seed-used Watermelon Seedling under Low-temperature Stress [J].ActaAgriculturaeBoreali-Sinica, 27(3):156-160. (in Chinese)

[6] 李建明,黄志,王中红.低温锻炼对冷胁迫下甜瓜幼苗抗氧化酶活性与质膜透性的影响[J].西北农业学报,2007,16(1):168-171.

LI Jian-ming, HUANG Zhi,WANG Zhong-hong.(2007). Effect of Cold Acclimation on Anti-oxidative Enzyme Activities and Plasmmembrane Permeability of Muskmelon Seedling under Cold Stress [J].ActaBotanicaBoreali-OccidentaliaSinica, 16(1):168-171. (in Chinese)

[7] 李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2000.

LI He-sheng. (2000).PlantPhysiologyandBiochemistryExperimentalPrinciplesandTechniques[M].Beijing: Higher Education Press,2000. (in Chinese)

[8] 王学奎,黄见良.植物生理生化实验原理与技术 [M].第三版.北京:高等教育出版社,2015.

WANG Xue-kui, HUANG Jian-liang. (2015).PlantPhysiologyandBiochemistryPrinciplesandTechniques[M].(The third edition) Beijing: Higher Education Press. (in Chinese)

[9] 刘晓东,任伟嘉,何淼.苦水玫瑰和冷香玫瑰抗寒性[J].东北林业大学学报,2012,40(11):28-44.

LIU Xiao-dong, REN Wei-jiang, HE Miao. (2012).Cold Resistance of Rose rugosa 'Kushui' and rosa rugosa 'Lengxiang'[J].JournalofNortheastForestryUniversity, 40(11):28-44. (in Chinese)

Fund project:Public welfare research institutes basic scientific research business expenses special funds of the Department of Science and Technology of Xinjiang (KY2015109)and special funds for national melon industry technology system (CARS-26-43)

Physiological Change in Hami Melon Seedling under Low Temperature

HU Jin-ge, YANG Mi, YANG Ying, SHA Yong-long, YANG Jun, LIAO Xin-fu

(Research Institute of Grapes and Melons of Xinjiang Uygur Autonomous Region，ShanshanXinjiang838200,China)

【Objective】 Cold spell often happens in later spring recently, which causes chilling injury to young leaves of plants. In order to reduce the harm to the plant cold spell in spring, the study on low temperature stress on melon seedlings and the effect of cold resistance research are becoming increasingly urgent.【Method】Five Hami melon (Xizhoumi NO.17, Xizhoumi NO.25, Xinmi NO.45, 8501, 86-1) cultivars with different cold tolerances were used as test materials, and their seedlings' root activity, cell injury rates, proline, soluble protein content variations were studied at 20℃,15℃,10℃,5℃,0℃.【Result】As low temperature inhibited the growth of root system, the decrease of temperature, cell damage rate, proline content, soluble protein content increased. Plants appear normal under 10℃, while chilling injury index of Xinmi NO.45 was higher than others under 5℃ and 0℃.【Conclusion】Cell injury rates, proline and soluble protein play an important role in cold tolerance, which reflects the cold tolerance very well. Xizhoumi NO.25 has stronger cold tolerance than others varieties. Short-term hypothermia exercise can improve cold resistance during 5-10℃.

cold stress; Hami Melon; physiology

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.08.006

2016-03-11

2015年新疆维吾尔自治区科技厅公益性科研院所基本科研业务费专项资金(KY2015109)；国家西甜瓜产业技术体系专项资金(CARS-26-43)

户金鸽(1982 -)，女，助理研究员，硕士，研究方向为西、甜瓜育种，(E-mail)hujinge2007@sina.com

廖新福(1960 -)，男，研究员，研究方向为哈密瓜贮运，(E-mail)lxf3838@163.com

S652.1

A

1001-4330(2016)08-1409-06