西瓜苗期耐低溫弱光性鑒定研究

西藤是人們喜歡的水果。近年來在西北地區反季節西瓜栽培取得了可喜的成功,日光溫室及早春大中棚西瓜栽培的面積越來越大。但由于西瓜對低溫敏感,在冬季日光溫室種植中常常受到低溫的不良影響,其中包括0℃左右的凍害與偏低溫(≤15℃)冷害,遇到連陰天,日光溫室氣溫常常低于5℃,成為反季節西瓜生產的一大隱患。因此生產上除了注重保暖措施外,推廣種植耐低溫弱光的西瓜品種不失為最有效的舉措。有關西瓜在低溫脅迫下的生理變化已有報道,該試驗就是通過研究低溫弱光脅迫下不同西瓜品種的一些生理指標變化,對其耐低溫弱光能力進行綜合評價,為生產中準確選擇耐低溫弱光的西瓜品種提供理論依據和實踐基礎。1材料和方法1.1花皮紅苷、花皮紅保護種參試的6份材料均為甘肅省近幾年日光溫室主栽品種。分別是隴豐早成(花皮紅瓤)、隴金蘭(花皮黃瓤)、京欣一號、美抗九號(花皮紅瓤)、隴蜜無籽(花皮無籽)、金秀(黃皮)。1.2低溫弱光處理試驗于2006年10月在甘肅省農科院蔬菜研究所日光溫室和生物技術研究所進行。選取籽粒飽滿、大小一致的種子集中催芽,播于10cm×10cm塑料營養缽,正常光溫管理,平均溫度為27.4/14.7℃,光照強度約為700μmol·m-2·s-1。待西瓜苗長至三葉一心期進行低溫弱光處理,處理在哈爾濱東聯電子公司產人工氣候箱內進行。參照許勇、劉文革等的方法,溫度設為12℃,光強為100μmol·m-2·s-1,光暗各12h,處理8d,處理后第0、2、4、6、8天分別取第2和第3片真葉測定有關生理指標,重復3次。1.3測量1.3.1西瓜冷害情況調查參照許勇等的冷害分級方法,在處理后第0、2、4、6、8d調查6個西瓜品種在低溫弱光脅迫下的傷害情況,并統計冷害指數(冷害指數=∑(各級株數×級數)/總株數)。每處10株,3次重復。1.3.2抗氧化酶活性測定生理指標測定參照李合生編《植物生理生化實驗原理和技術》;膜透性采用電導法測定,以相對電導率來表示;丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸比色法;脯氨酸(Pro)含量測定采用水合印三酮法;超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍四唑法(NBT法);葉綠素含量測定采用浸提法。2結果與分析2.1功能葉變黃物物形態變化6個品種西瓜幼苗受到低溫弱光脅迫2d后,老葉均出現了輕微的皺縮、變形;到第4天隴蜜無籽和金秀幼苗功能葉出現皺縮、變形;隨著脅迫時間的延長,美抗九號、隴蜜無籽、金秀部分功能葉失綠變黃;脅迫8d后各品種間冷害指數表現了明顯的差異,冷害指數由小到大依次為隴豐早成、隴金蘭、京欣一號、美抗九號、金秀隴蜜無籽(見表1)。2.2相對電導率的比較細胞膜系統是低溫傷害的中心,而其傷害程度(相對電導率)可以作為植物耐冷性強弱的指標。由圖1可以看出,隨著脅迫時間的延長相對電導率逐漸增大其中金秀、隴蜜無籽的增幅較大,分別比處理前增加了238.24%、219.80%;而隴豐早成、隴金蘭、京欣一號、美抗九號的增幅較小,分別比處理前增加了104.76%、159.57%、173.27%、164.42%。因此隴豐早成、隴金蘭耐冷性較強,京欣一號、美抗九號次之,隴蜜無籽、金秀較差。2.3不同種類植物的耐低溫性能由圖2可以看出,處理前4d各品種MDA含量增幅明顯,且冷敏性品種增幅顯著大于耐冷性品種,隨后各品種MDA含量繼續增加,但增幅較小。到第8天隴豐早成、隴金蘭、京欣一號、美抗九號、隴蜜無籽、金秀MDA含量分別比處理前增加了123.53%、141.61%151.11%、164.44%、163.83%、173.5%。由于植物受低溫脅迫時膜脂過氧化作用的主要產物是MDA,其含量可以反映植物對逆境反應的強弱,而隴豐早成MDA含量最低,說明其耐低溫性能最強;隴金蘭、京欣一號次之;美抗九號、隴蜜無籽MDA含量較高,耐冷性較低;金秀MDA含量最高,則其耐冷性最差。2.4抗二十七日和隴蜜無籽pro含量的變化由圖3可以看出,從處理后到第6天各品種Pro含量呈增加趨勢,且增幅較大。從第6天開始除美抗九號和隴蜜無籽Pro含量有所下降外,其余4個品種仍呈上升趨勢,但增幅很小。處理8d后各品種Pro含量由大到小依次是隴金蘭、隴豐早成、京欣一號、美抗九號、金秀、隴蜜無籽。2.5低溫脅迫對西瓜sod活性的影響SOD是植物體內重要的保護酶之一,可以清除過量的活性氧,對植物的抗寒性有重要作用。由圖4可見,在處理前隴蜜無籽SOD活性最高,這與劉文革等對三倍體西瓜的研究結果一致。從脅迫開始直到第6天,隴蜜無籽SOD活性一直呈緩慢上升趨勢,而后稍有降低;其他5個品種SOD活性從處理開始到第4天上升到峰值,說明體內的保護酶系統對低溫脅迫做出了響應。隨后由于低溫弱光脅迫的加劇,致使西瓜幼苗體內保護酶活性或合成機制受到破壞,SOD活性開始下降,其中京欣一號和美抗九號的降幅較大。到第8天各品種SOD活性由高到低依次是隴蜜無籽、隴豐早成、隴金蘭、京欣一號、金秀、美抗九號。2.6低溫弱光對葉綠素含量的影響由圖5可以看出,由于隴蜜無籽是三倍體,在處理前其葉綠素含量比其它二倍體高;而金秀是黃皮西瓜,其葉片中葉綠素含量明顯低于其他品種。從開始處理到第2天,各品種葉綠素含量呈上升趨勢,可能是弱光激活了葉綠素合成機制,導致其含量升高。而后隨著低溫弱光處理的延長,各品種葉綠素含量開始降低,劉慧英等在嫁接西瓜上的研究也證實了這一點。其中隴蜜無籽的降幅最大,比處理前降低了46.28%,由于金秀本身葉綠素含量低,其耐弱光能力也最差。處理8d后各品種葉綠素含量由大到小依次是隴豐早成、京欣一號、隴金蘭、美抗九號、隴蜜無籽、金秀。2.7低溫弱光性測定由于植物受到低溫弱光脅迫時,會影響生理活動的各個方面,不能用單一的指標評價某個品種的耐冷性,因此該試驗將測定的指標按求隸屬函數的方法進行計算,利用多指標進行綜合評價,以期準確揭示各品種對低溫弱光脅迫的反應,提高鑒定結果的準確性。隸屬函數值的計算依照龔明等的方法,計算各品種間的耐低溫弱光性指標隸屬函數值X(μ),累加后取平均值,平均值越大,其耐低溫弱光性越強。測定指標與耐低溫弱光性正相關:X(μ)=(XiXmin)/(Xmax-Xmin);測定指標與耐低溫弱光性負相關:X(μ)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。其中Xi為某個品種處理8d時的某一指標值,Xmax、Xmin為所有供試品種該指標的最大值和最小值。3低溫弱光脅迫對西瓜抗氧化酶系統的影響研究表明,植物在逆境脅迫產生過剩的自由基會加劇膜質過氧化,其產物MDA可以作為反映植物抗逆性的指標。馬德華等發現MDA含量與黃瓜各品種耐低溫性呈顯著負相關。在該試驗中幾個西瓜品種在低溫弱光脅迫下電解質滲透率逐步增大,說明低溫弱光對細胞膜造成了傷害;而作為膜質過氧化的主要產物MDA,其含量也顯著升高,并且各品種電解質滲透率MDA含量的高低與最后的綜合評價有較好的一致性。植物在逆境脅迫下保護酶活性降低、合成機制受到破壞,從而使活性氧大量積累,引起膜質過氧化,前人有關西瓜在低溫脅迫下SOD變化的研究結果比較復雜,有的認為SOD活性持續降低,有的認為持續升高,該試驗的研究結果是先升高后降低,這可能與溫度、光照、脅迫時間以及品種的不同有關。Pro作為一種滲透調節物質,對于維持細胞膨壓、調節細胞膜的穩定性有重要作用,該試驗中Pro含量都有不同程度的增加,說明在低溫弱光脅迫下Pro的積累對調節水勢和維持細胞膜的穩定性起了作用。低溫弱光脅迫初期葉綠素含量略有升高,可能是弱光激活了植物自身的保護機制,葉綠素含量的升高說明植物通過提高對光能的利用率來彌補低溫弱光造成的光合作用下降。但隨著脅迫時間的延長葉綠素含量開始降低,可能是低溫致使葉綠素合成受阻或導致葉綠素降解。6個西瓜品種除隴蜜無籽外葉綠素含量越高,其耐低溫弱光能力越強,說明有較高的葉綠素含量的品種更適應低溫弱光環境。通過求隸屬函數值,對低溫弱光脅迫下多個生理指標進行了綜合評價:認為隴豐早成