吳鵬　郭茜茜

摘要：以西瓜品種‘京欣一號(hào)和‘特大懶漢王為試驗(yàn)材料，3葉1心時(shí)5℃低溫處理0、3、6、9 d，計(jì)算西瓜幼苗冷害指數(shù)，測(cè)定根的干鮮質(zhì)量和根系活力、葉片的干鮮質(zhì)量、組織含水量、相對(duì)含水量、水分飽和虧及光合色素含量，同時(shí)，利用石蠟切片觀察葉片的超微結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，5℃冷脅迫0～6 d‘特大懶漢王的冷害耐受性優(yōu)于‘京欣一號(hào)，9 d時(shí)二者的冷害耐受性無明顯差別。冷脅迫過程中，‘京欣一號(hào)和‘特大懶漢王的葉片和根的干鮮質(zhì)量比均減小，葉片飽和水分虧波動(dòng)變化，光合色素含量積累減少?！卮髴袧h王的根總吸收面積、活躍吸收面積和根活躍吸收百分比變化都較‘京欣一號(hào)更活躍。冷脅迫使葉片的上表皮和下表皮厚度減小，柵欄組織/海綿組織的值不斷減小。

關(guān)鍵詞：西瓜；冷脅迫；生理指標(biāo)；超微結(jié)構(gòu)

西瓜是我國重要的果品之一。為滿足人們對(duì)反季節(jié)西瓜的需求，日光溫室和早春大棚西瓜栽培技術(shù)逐漸推廣。華中和華東地區(qū)以大棚為主，配以中棚、小棚和地膜覆蓋；華北、東北和西北地區(qū)則以日光溫室和大棚為主，輔以其他設(shè)施；設(shè)施栽培西瓜多以吊蔓為主，密度可達(dá)15 000～18 000株·hm^-2，單產(chǎn)高達(dá)67 500～75 000 kg·hm。廣西是西瓜主要產(chǎn)區(qū)之一，在反季節(jié)栽培過程中，春季西瓜栽培常遭受低溫或倒春寒的危害，影響了西瓜嫁接育苗和開花授粉工作。長時(shí)間低溫嚴(yán)重影響反季節(jié)栽培西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。

20世紀(jì)90年代開始，西瓜對(duì)低溫耐受性的研究受到了人們的廣泛關(guān)注，包括低溫對(duì)西瓜幼苗生長發(fā)育的影響、西瓜幼苗的耐低溫特性、低溫脅迫下生理生化特性等多個(gè)方面。筆者通過比較2個(gè)西瓜品種在5℃低溫條件下處理不同時(shí)間（0、3、6、9 d）幼苗的冷害指數(shù)、葉片和根組織含水量及相對(duì)含水量、葉片光合色素含量和水分飽和虧、根系活力、葉片超微結(jié)構(gòu)，探討西瓜的低溫響應(yīng)機(jī)制，為西瓜幼苗低溫耐受性研究積累數(shù)據(jù)，為篩選反季節(jié)栽培西瓜品種和西瓜抗逆性育種積累材料。

1材料與方法

1.1材料

試驗(yàn)材料為‘京欣一號(hào)和‘特大懶漢王，購買于齊齊哈爾市國抗種業(yè)有限公司，均為耐低溫早熟品種，在生產(chǎn)上應(yīng)用較廣泛。

1.2試驗(yàn)處理

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1冷害指數(shù)計(jì)算 根據(jù)Semeniuk標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行冷害分級(jí)（表1）并計(jì)算冷害指數(shù)，計(jì)算公式如下：

1.3.2組織含水量、相對(duì)含水量及水分飽和虧測(cè)定剪取植物葉片或根系組織，放入鋁盒中，稱出鮮質(zhì)量，105℃下殺青10 min，80℃烘至恒重，冷卻后稱出干質(zhì)量。稱量植物葉片鮮質(zhì)量，將樣品浸入蒸餾水?dāng)?shù)小時(shí)后，吸干表面水分再稱質(zhì)量；再浸1 h稱質(zhì)量；再將樣品浸入水中1 h，取出稱質(zhì)量。直至2次浸泡1 h后稱量結(jié)果相同，即為飽和鮮質(zhì)量。

1.3.3亞甲基藍(lán)測(cè)根系活力 將0.2 mmol·L^-1的亞甲基藍(lán)溶液分別倒入3個(gè)小燒杯中，溶液體積約為根系體積的10倍。根系洗凈吸去表水，依次放人燒杯中，每杯浸泡1.5 min。每個(gè)燒杯中取出亞甲基藍(lán)溶液1 mL，稀釋10倍，660 nm處比色測(cè)量吸光值，計(jì)算亞甲基藍(lán)溶液濃度。計(jì)算公式如下：

總吸收面積/m²=（第1杯中共被吸收的亞甲基藍(lán)毫克數(shù)+第2杯中被吸收的亞甲基藍(lán)毫克數(shù)）×1.1；

活躍吸收面積/m²=第3杯中被吸收的亞甲基藍(lán)毫克數(shù)×1.1；

1.3.4光合色素含量的測(cè)定 葉片去中脈剪碎，稱取0.2 g，加入少量石英砂、少量碳酸鈣和2～3 mL80%丙酮，研磨勻漿，再加10 mL 80%丙酮，過濾至25 mL棕色容量瓶，用丙酮沖洗過濾器，直至濾紙上無綠色，定容。以80%丙酮為對(duì)照，測(cè)定波長663、646、470 nm下的吸光值。

1.3.5石蠟切片觀察葉片超微結(jié)構(gòu) 選取低溫處理0、3、6、9 d幼苗的第2和第3片真葉，離葉尖1/3處切取5 mm×5 mm小塊，用FAA固定液保存于青霉素小瓶中，4℃保存。石蠟切片制作采用Sun等的方法。切片干燥后，用顯微照相系統(tǒng)觀察并照相。測(cè)量柵欄組織、海綿組織和葉片上下表皮厚度，比較不同處理時(shí)間西瓜幼苗葉片顯微結(jié)構(gòu)的異同。

2結(jié)果與分析

2.1不同時(shí)間冷脅迫西瓜幼苗冷害指數(shù)變化

5℃冷脅迫條件下，2個(gè)西瓜品種幼苗都表現(xiàn)出不同程度的冷害現(xiàn)象，隨著處理時(shí)間的增加冷害指數(shù)逐漸變大（表2）。不同西瓜品種冷害發(fā)生的規(guī)律是相似的，但是品種間還是存在差異的。5℃處理3、6 d，‘京欣一號(hào)的冷害指數(shù)均大于‘特大懶漢王，‘特大懶漢王表現(xiàn)出更好的對(duì)冷脅迫的耐受性。5℃處理9 d時(shí)‘京欣一號(hào)和‘特大懶漢王的冷害指數(shù)均超過了3.3，而且‘特大懶漢王的冷害指數(shù)超過了‘京欣一號(hào)?？傮w看來，冷害發(fā)生6 d之內(nèi)，‘特大懶漢王的冷脅迫的耐受性更好，但是如果冷害發(fā)生超過9 d，‘京欣一號(hào)和‘特大懶漢王的冷脅迫的耐受性沒有明顯差異。

2.2不同時(shí)間冷脅迫西瓜幼苗干物質(zhì)積累和含水量變化

5℃冷脅迫條件下，2個(gè)西瓜品種幼苗的生長均受到了不同程度的影響（表3）?！┬酪惶?hào)葉片鮮質(zhì)量在冷脅迫0～6 d不斷降低，6～9 d又增加，葉片干質(zhì)量變化規(guī)律與鮮質(zhì)量相似，也是先降低后增加?！┬酪惶?hào)根鮮質(zhì)量在冷脅迫0～3 d降低，3～9 d又不斷增加，根干質(zhì)量變化規(guī)律與鮮質(zhì)量相似，也是先降低后增加。冷脅迫條件下，‘京欣一號(hào)葉片的干鮮質(zhì)量比不斷減小，根的干鮮質(zhì)量比0～6 d減小，6～9 d增大。‘京欣一號(hào)的生長受到低溫抑制，葉片比根表現(xiàn)更明顯。‘特大懶漢王葉片鮮質(zhì)量在冷脅迫0～3 d增加，3～9 d又降低，葉片干質(zhì)量變化規(guī)律與鮮質(zhì)量相似，也是先增加后降低?！卮髴袧h王根鮮質(zhì)量在冷脅迫0～3 d增加，3～9 d不斷降低，根干質(zhì)量變化規(guī)律與鮮質(zhì)量相似，也是先增加后降低?！卮髴袧h王的葉片干鮮質(zhì)量比和根干鮮質(zhì)量比都是不斷降低?！卮髴袧h王生長受到低溫抑制，葉片和根的表現(xiàn)相似。表3不同冷脅迫時(shí)間西瓜幼苗葉片和根的鮮質(zhì)量、干質(zhì)

5℃冷脅迫條件下，‘京欣一號(hào)的組織含水量不斷增加，相對(duì)含水量不斷降低，飽和水分虧0～3 d升高，3～6 d降低，6～9 d升高（表4）?！卮髴袧h王的組織含水不斷增加，相對(duì)含水量不斷降低，飽和水分虧0～3 d降低，3～6 d升高，6～9 d降低?！┬酪惶?hào)和‘特大懶漢王的組織含水量及相對(duì)含水量變化規(guī)律是相似的，飽和水分虧是不同的，‘京欣一號(hào)表現(xiàn)出更好的低溫耐受性。

2.3不同時(shí)間冷脅迫對(duì)西瓜幼苗根系活力的影響

5℃冷脅迫過程中，‘京欣一號(hào)和‘特大懶漢王的根系活力表現(xiàn)出不同的變化過程（表5）?！┬酪惶?hào)的根總吸收面積、根活躍吸收面積和根活躍吸收百分比都在不斷減小。根總比表面積0～3 d減小，3～6 d增加，6～9 d減小，處于波動(dòng)變化狀態(tài)?；钴S比表面積0～6 d增加，6～9 d減小?！卮髴袧h王的根總吸收面積0～3 d減小，3～9 d增加。根活躍吸收面積0～3 d減小，3～6 d增加，6～9 d減小。根活躍吸收百分比和總比表面積0～3 d增加，3～9 d減小。活躍比表面積0～6 d增加，6～9 d減小。冷脅迫條件下，根總比表面積變化最活躍，積極響應(yīng)冷脅迫。‘京欣一號(hào)和‘特大懶漢王的活躍比表面積變化規(guī)律相似?！卮髴袧h王的根總吸收面積、活躍吸收面積和根活躍吸收百分比變化都較‘京欣一號(hào)更活躍。

2.4冷脅迫對(duì)西瓜幼苗光合色素含量的影響

5℃冷脅迫過程中，‘京欣一號(hào)和‘特大懶漢王的光合色素含量變化規(guī)律相似（表6）。葉綠素a、葉綠素b含量和葉綠素總量都不斷降低，葉綠素a/葉綠素b也在不斷減小?！┬酪惶?hào)類胡蘿卜素含量隨著冷脅迫的時(shí)間延長而不斷降低，而‘特大懶漢王的類胡蘿卜素含量在0～3 d減少，3～6 d增加，6～9 d減少。

冷脅迫3 d，‘特大懶漢王葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量分別下降了19.75%、13.81%和7.68%。葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量下降幅度均大于‘京欣一號(hào)，可見‘京欣一號(hào)對(duì)冷脅迫的耐受力比‘特大懶漢王要好。隨著處理時(shí)間的延長，2個(gè)品種葉綠素含量和類胡蘿卜素含量持續(xù)下降。冷脅迫9 d時(shí)，‘京欣一號(hào)品種葉綠素a葉綠素b的總量和類胡蘿卜素含量分別下降了37.96%和35.26%，‘特大懶漢王則下降了24.89%和39.08%，表明長時(shí)間冷脅迫會(huì)明顯影響西瓜幼苗光合色素積累。

2.5冷脅迫對(duì)西瓜幼苗超微結(jié)構(gòu)的影響

由于品種間的差異，處理前‘特大懶漢王的上下表皮、柵欄組織和海綿組織厚度均大于‘京欣一號(hào)（表7）。隨著處理時(shí)間的增加，2個(gè)品種的各組織厚度均出現(xiàn)減小的現(xiàn)象。冷脅迫3 d時(shí)，還可以看到清晰的柱狀排列緊密的柵欄組織（圖1和圖2），冷脅迫初期，西瓜幼苗還能承受5℃的低溫壓力，葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)變化不明顯。冷脅迫6 d時(shí)，柵欄組織厚度明顯減小，細(xì)胞體積變小，形狀由矩形變成橢圓形（圖3和圖4）。冷脅迫9 d時(shí)，柵欄組織排列無序，海綿組織細(xì)胞出現(xiàn)變形，甚至不能分辨（圖5和圖6）?！卮髴袧h王葉片的變化與‘京欣一號(hào)是相似的，此外上下表皮還出現(xiàn)斷裂、細(xì)胞干癟及明顯的細(xì)胞間隙。隨脅迫時(shí)間的延長，冷脅迫下西瓜葉片表現(xiàn)出形態(tài)結(jié)構(gòu)的損傷。

‘京欣一號(hào)的上表皮和下表皮厚度不斷減小，柵欄組織高度和海綿組織高度不斷降低，柵欄組織/海綿組織的值不斷減小。‘特大懶漢王上表皮厚度0～3 d略有增加，3～9 d不斷減小，柵欄組織高度和海綿組織高度不斷降低，柵欄組織/海綿組織的值不斷減小。

3討論與結(jié)論

冷害指數(shù)是描述植物遭受冷害程度最直觀最有效的指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，西瓜的冷害耐受性是有品種間差異和耐受時(shí)限的。不同的西瓜品種冷害發(fā)生規(guī)律相似，但對(duì)冷害脅迫響應(yīng)是不同的。不同西瓜品種的冷害指數(shù)變化幅度不同，耐受冷害時(shí)間也不同，即使較好的耐低溫品種，超過其耐受冷害的時(shí)間也會(huì)發(fā)生冷害。冷害發(fā)生的程度取決于環(huán)境溫度、低溫持續(xù)的時(shí)間、降溫方式、植物材料的適應(yīng)和抵抗能力等。本研究結(jié)果表明，隨著冷脅迫時(shí)間的延長，冷害指數(shù)不斷升高。處理9 d時(shí)，2個(gè)品種均表現(xiàn)出葉緣萎縮、萎蔫及葉片發(fā)黃，‘京欣一號(hào)品種受損程度要略高于‘特大懶漢王。

根系活力降低會(huì)影響植物正常生理代謝，導(dǎo)致植物的生長發(fā)育受到抑制。根系是植物從土壤中吸收養(yǎng)分的重要器官，冷脅迫對(duì)根系的影響主要表現(xiàn)為降低了總比表面積和活躍比表面積。本研究結(jié)果表明，冷脅迫條件下西瓜根總比表面積變化最活躍，積極響應(yīng)冷脅迫。根總吸收面積、活躍吸收面積和根活躍吸收百分比也在波動(dòng)變化，‘特大懶漢王較‘京欣一號(hào)變化幅度更大，但是2者的活躍比表面積變化規(guī)律相似。

光合色素（葉綠素和類胡蘿卜素）含量直接影響到光合作用的速率，進(jìn)而影響植物產(chǎn)量積累和品質(zhì)形成。本研究結(jié)果表明，冷脅迫條件下，隨著時(shí)間延長，西瓜幼苗的葉綠素和類胡蘿卜素含量明顯下降。這與劉慧英等在低溫脅迫對(duì)嫁接西瓜光合特性影響的研究及王興虎在低溫對(duì)厚皮甜瓜生理特性影響的研究得到的結(jié)論是一致的。低溫造成植物光合色素含量降低，影響到植物的光合作用和生長發(fā)育。

完整的形態(tài)結(jié)構(gòu)是葉片光合作用實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，是植物物質(zhì)積累和能量貯藏的準(zhǔn)備。本研究結(jié)果表明，冷脅迫影響西瓜幼苗葉片的超微結(jié)構(gòu)，上表皮和下表皮厚度減小，柵欄組織，海綿組織的值不斷減小。冷脅迫初期，上下表皮厚度減小，柵欄組織體積開始減小，排列較疏松，海綿組織出現(xiàn)間隙。冷脅迫后期，柵欄組織細(xì)胞排列紊亂、干癟甚至嚴(yán)重變形，海綿組織細(xì)胞間隙變大，無法區(qū)別柵欄組織和海綿組織。范小玉在對(duì)西瓜苗期耐冷性研究中也得到了相同的結(jié)論。冷脅迫初期，葉片的上下表皮細(xì)胞受損程度較輕，細(xì)胞水分變化較小，細(xì)胞膜和細(xì)胞功能受損程度低，植物體受到的傷害也較輕，這與蔡立永和宋永昌的研究結(jié)果一致。