張紅梅，金海軍*，楊學(xué)科，丁小濤，崔佳維，卜立君，余紀(jì)柱**

（1上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室，上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施園藝研究所，上海201403；2 232152部隊，石家莊050081；3上海孫橋溢佳農(nóng)業(yè)技術(shù)股份有限公司，上海201210）

植物誘導(dǎo)抗病性的研究工作始于20世紀(jì)50年代，隨著植物誘導(dǎo)抗病性研究的不斷發(fā)展，物理誘導(dǎo)因子因具有安全、應(yīng)用方便的特點(diǎn)受到人們的重視，尤其以生態(tài)因子作為誘導(dǎo)因子的抗病性研究倍受關(guān)注［1］。研究發(fā)現(xiàn)，某些生態(tài)壓力，如高溫、高濕、低濕等條件可以誘導(dǎo)寄主植物的系統(tǒng)抗病性（ISR）［2-5］。在黃瓜生產(chǎn)中高溫悶棚是生態(tài)防治中最具有代表性、成效最明顯的方法。目前，關(guān)于高溫悶棚防治黃瓜病蟲害方面的研究已有一些報道。王其枝等［6］認(rèn)為，使棚內(nèi)溫度達(dá)到38—52℃，可抑制病害的發(fā)生和危害，并可消滅害蟲。Stermer等［7］曾用短暫熱擊法誘導(dǎo)黃瓜黃化苗及正常黃瓜苗對黃瓜黑星?。–ladosporium cucumerinumEll.et Arth.）的抗性，黃瓜幼苗經(jīng)50℃水浴40—50 s后，抗病性明顯增強(qiáng)。張富榮等［8］研究認(rèn)為，在日光溫室高水肥管理的條件下，高溫悶棚對黃瓜白粉病的發(fā)生有一定的抑制作用。以上研究都集中在高溫悶棚的方式方法以及防治效果上，而對植物生長過程中通過環(huán)境條件及生態(tài)壓力的調(diào)控來激發(fā)其自身抗病性反應(yīng)機(jī)制的研究較少，因而限制了生態(tài)防治在病害防治中的應(yīng)用。本試驗在黃瓜耐高溫研究的基礎(chǔ)上，對高溫悶棚條件下黃瓜植株的光合參數(shù)、生理指標(biāo)以及病害變化情況進(jìn)行研究，以期為生態(tài)防治方法更好地應(yīng)用于田間生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

大棚所種黃瓜品種為‘春秋王2號’，歐洲類型短黃瓜，由上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施園藝研究所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 育苗及定植

試驗于2015年9—12月在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合試驗站的兩個塑料大棚中進(jìn)行。大棚為南北走向，鋼骨架結(jié)構(gòu)，棚高2.3 m，寬8 m，長40 m，PE膜，薄膜厚度0.10 mm，使用期1年。每棚作5畦，畦面和畦溝全部鋪上黑色地膜，地膜下鋪滴灌管進(jìn)行水分管理。9月1日將飽滿的黃瓜種子直播于50孔穴盤中，育苗基質(zhì)為草炭∶蛭石∶珍珠巖＝7∶2∶1。9月9日幼苗長到1葉1心時定植到大棚中，緩苗后采用膜下滴灌方式進(jìn)行澆水，保證每次每棚滴水時間一致，其他按常規(guī)方法管理。

1.2.2 高溫悶棚方法

2015年10月12日（晴朗天氣）上午9：00（室外溫度達(dá)到20℃）進(jìn)行悶棚，黃瓜植株處于開花結(jié)果前期。將其中一個棚進(jìn)行高溫悶棚，悶棚前打開滴灌澆足水，并在壟溝上灑水，在大棚中部距離地面0 m、1 m、1.5 m、2 m的位置各放置一個溫濕度記錄儀（WS-TH，杭州微松環(huán)境科技有限公司），將大棚卷簾和進(jìn)出門關(guān)閉，大棚內(nèi)最高溫度控制在45—50℃，持續(xù)2 h后，逐漸通風(fēng)降溫。另外一個棚正常管理作為對照。

1.2.3 測定項目及方法

在悶棚前9：00、悶棚結(jié)束時11：30、悶棚后當(dāng)天下午1：00、恢復(fù)1 d、恢復(fù)2 d和恢復(fù)3 d后的9：00取葉片（生長點(diǎn)下第6片葉）-80℃保存，用來測定各項生理指標(biāo)。利用LI-6400光合儀（美國LI-COR公司）測定黃瓜葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間 CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）（悶棚結(jié)束時11：30不測），測定時光照強(qiáng)度約為30 000 lx，CO2濃度為（400±10）μL·L-1；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性、抗壞血酸過氧化物酶（APX）的測定參照吳雪霞等［9］的方法?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮藍(lán)G250法測定［10］，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定［10］，脯氨酸含量采用磺基水楊酸提取法測定［10］。

悶棚前1天和悶棚后第5天調(diào)查霜霉病和白粉病的病情指數(shù)。

霜霉病嚴(yán)重度分級標(biāo)準(zhǔn)［11］。0級：無病斑；1級：有微小病斑，其直徑小于0.5 cm，病葉占全株真葉數(shù)的10%以下；2級：病斑黃化面積占整個葉面積的1/2以下，壞死斑占1/3以下，病葉占全株真葉數(shù)的10%—25%；3級：壞死斑面積占整個葉面積1/3—2/3，病葉占全株真葉數(shù)的25%—50%；4級：壞死斑面積占整個葉面積2/3以上，病葉占全株真葉數(shù)的50%以上，病葉大部分枯黃，全株枯死。

霜霉病病情指數(shù)＝Σ（每個病級植株數(shù)量×級別數(shù)量）/（總植株數(shù)量×發(fā)病最高級別數(shù)量）×100。

黃瓜白粉病嚴(yán)重度分級標(biāo)準(zhǔn)［12］。0級：無病斑；1級：有少數(shù)抗病型病斑；2級：有多數(shù)抗病型病斑或感病型病斑，占葉面積1/3以下；3級：感病型病斑面積占葉面積1/3—1/2；4級：感病型病斑面積占葉面積1/2—2/3；5級：感病型病斑面積超過葉面積2/3，葉片干枯。

白粉病病情指數(shù)＝Σ（每個病級植株數(shù)量×級別數(shù)量）/（總植株數(shù)量×發(fā)病最高級別數(shù)量）×100。

每個指標(biāo)測定重復(fù)3次，取平均值。數(shù)據(jù)采用Excel2003軟件進(jìn)行處理，用OriginPro 8.0軟件進(jìn)行繪圖，用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析和Tukey多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫悶棚期間大棚內(nèi)空氣溫度變化情況

從圖1可以看出，高溫悶棚時，大棚上部的空氣溫度高于下部，地表溫度最低。從上午9：00開始悶棚，9：30棚內(nèi)2 m處空氣溫度達(dá)到40.5℃，地表溫度為35.9℃。10：00—11：30，大棚內(nèi)2 m處（生長點(diǎn)位置）空氣溫度一直保持在49℃—50℃，1 m和1.5 m處空氣溫度也達(dá)到了40℃以上。11：30開始，對大棚東、西風(fēng)口開放小口（20 cm風(fēng)口），12：30逐步將風(fēng)口開放至最大進(jìn)行通風(fēng)?？諝鉁囟戎饾u下降，12：30時降到41℃。從9：30—11：30，大棚溫度維持在40—50℃。

圖1 高溫悶棚期間大棚內(nèi)空氣溫度變化Fig.1 Change of air temperature in greenhouse during high temperature control

2.2 高溫悶棚對黃瓜植株葉片光合參數(shù)的影響

由圖2A可知，進(jìn)行高溫悶棚的大棚中黃瓜植株葉片的Pn值與對照相比均有所降低，悶棚結(jié)束后當(dāng)天下午測得的Pn值最低，只有14.46μmol·m-2·s-1，下降了10.86%，與對照相比差異顯著?；謴?fù)1—3 d后，Pn有所回升，第3天的Pn值與對照無顯著差異。處理棚黃瓜植株葉片的Gs在悶棚后高于對照棚，差異顯著，說明植株在高溫下增大了氣孔導(dǎo)度，以帶走更多的熱量（圖2B）。處理棚和對照棚Ci值的變化無顯著差異（圖2C）。處理棚的蒸騰速率Tr在悶棚結(jié)束后當(dāng)天下午低于對照棚，兩者差異顯著；恢復(fù)1 d后Tr值最高，處理和對照間無顯著差異；而恢復(fù)2 d和3 d后的數(shù)值較低，這與當(dāng)時的太陽輻射和棚內(nèi)溫度有關(guān)（圖2D）。

圖2 高溫悶棚對黃瓜植株葉片光合參數(shù)變化的影響Fig.2 Effects of high temperature control on photosynthetic parameters of cucumber leaves

2.3 高溫悶棚對黃瓜植株葉片抗氧化酶活性的影響

從圖3可以看出，處理棚黃瓜植株葉片的POD、CAT和APX活性在悶棚當(dāng)天以及恢復(fù)1 d時均高于對照棚，且差異顯著（恢復(fù)1 d的CAT值除外）。處理棚黃瓜植株的POD和APX活性在恢復(fù)1 d后達(dá)到最高值，分別為0.867μmol·mg-1·min-1FW和0.199μmol·mg-1·min-1FW，比對照增加了122.05%和26.75%。CAT活性在悶棚當(dāng)天13：30達(dá)到最高值0.013μmol·mg-1·min-1FW，比對照增加了85.71%（圖3B）。SOD活性變化幅度不大，在悶棚當(dāng)天13：30和恢復(fù)1 d后活性稍高于對照，差異不顯著，之后有所下降（圖3D）。

圖3 高溫悶棚對黃瓜植株葉片抗氧化酶活性變化的影響Fig.3 Effects of high temperature control on the activities of antioxidant enzymes of cucumber leaves

2.4 高溫悶棚對黃瓜植株葉片脯氨酸和丙二醛含量的影響

從圖4A可以看出，高溫悶棚后，黃瓜植株葉片中的脯氨酸含量增加，悶棚當(dāng)天下午以及恢復(fù)1 d和3 d時，分別比對照增加了9.69%、9.85%和57.38%，差異顯著。丙二醛含量在悶棚當(dāng)天13：30增加最多，比對照高25.58%，差異顯著，其他時間與對照差異不明顯（圖4B）。

圖4 高溫悶棚對黃瓜植株葉片脯氨酸和MDA含量變化的影響Fig.4 Effects of high tem perature control on the content of proline and MDA of cucumber leaves

2.5 高溫悶棚前后大棚內(nèi)黃瓜霜霉病和白粉病病情指數(shù)的變化

從表1可以看出，悶棚前，對照棚黃瓜植株有白粉病和霜霉病，處理棚只有霜霉病。悶棚后兩個棚的病情指數(shù)均有所增加，但處理棚增加的幅度明顯小于對照棚。悶棚后處理黃瓜棚霜霉病病情指數(shù)增加29.20%，比對照棚減少37.44%，白粉病病情指數(shù)增加28.64%，比對照棚減少26.89%。由此看見，高溫悶棚對黃瓜霜霉病和白粉病的防治具有一定效果。

表1 高溫悶棚前后大棚內(nèi)黃瓜霜霉病和白粉病的病情指數(shù)Table 1 Disease index of downy m ildew and powdery m ildew of cucumber before and after high tem perature treatment in greenhouse

3 結(jié)論與討論

高溫悶棚時，棚內(nèi)溫度與棚外氣溫有關(guān)。當(dāng)棚外氣溫低于15℃時，棚內(nèi)最高溫度達(dá)不到46.0—48.5℃，對黃瓜霜霉病、白粉病、細(xì)菌性角斑病基本上沒有抑制效果［13］。本試驗是當(dāng)棚外氣溫達(dá)到20℃時，開始進(jìn)行悶棚，從10：00到11：30，棚內(nèi)生長點(diǎn)處的溫度處于49—50℃。如果超過50℃的時間持續(xù)2 h以上，部分植株嫩葉會出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象，對植株造成一定傷害［13］。因此，悶棚過程中要時刻對溫度進(jìn)行監(jiān)測，尤其是生長點(diǎn)處的氣溫，以確保植株的安全。

光合作用是植物合成有機(jī)物質(zhì)和獲得能量的根本源泉［14］。溫度是影響植物光合作用的一個很重要的因子。郝婷等［15］研究認(rèn)為，高溫處理后黃瓜葉片光合速率明顯降低。如果光合速率的降低伴隨著氣孔導(dǎo)度和細(xì)胞間隙CO2濃度的降低，就說明是氣孔導(dǎo)度降低限制了外界CO2通過氣孔進(jìn)入細(xì)胞間隙，并進(jìn)一步降低了光合速率，屬于氣孔限制。但是，有時也會出現(xiàn)光合速率降低而細(xì)胞間隙CO2濃度保持恒定的情況，這仍屬于氣孔限制，其原因是氣孔發(fā)生了不均勻關(guān)閉［16］。許多試驗已證實(shí)了這一現(xiàn)象［17-18］，本試驗結(jié)果也屬于第二種情況，進(jìn)行高溫悶棚的大棚中黃瓜植株葉片的凈光合速率有所降低，但細(xì)胞間CO2濃度變化不大。

研究發(fā)現(xiàn)，短時間高溫處理黃瓜后，可誘導(dǎo)其體內(nèi)產(chǎn)生一系列的抗病性反應(yīng)，這些反應(yīng)體現(xiàn)在一系列生理生化指標(biāo)的變化上［19］。SOD、POD、CAT、APX等抗氧化酶類在植物體內(nèi)具有協(xié)同作用，在脅迫條件下能夠清除過量的自由基，維持代謝的平衡，從而使植物在一定程度上忍耐、減輕或抵御脅迫傷害［2］。前人研究發(fā)現(xiàn)，甜椒［20］、甜瓜［21］及黃瓜［22］在高溫處理后 SOD、POD、CAT和 APX活性增加。張富榮等［8］研究認(rèn)為，高溫悶棚后黃瓜植株通過提高抗氧化酶活性來增加對白粉病的抗性。本研究中高溫悶棚后黃瓜植株葉片中的POD、CAT和APX活性增加明顯，SOD稍有增加，脯氨酸和丙二醛的含量也高于對照，說明短時間的高溫提高了植株體內(nèi)的抗氧化酶活性。當(dāng)植物受到病原物侵染時，植物可以識別入侵的病原體，啟動體內(nèi)一系列的防御反應(yīng)，以減緩或抑制病原物的擴(kuò)散或再侵染，活性氧迸發(fā)是植物對病原菌應(yīng)答的最早期反應(yīng)之一［23］，而防御酶可以清除這些活性氧。丙二醛含量的增加說明熱脅迫引起的膜脂過氧化作用破壞了質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，而游離脯氨酸具有調(diào)節(jié)滲透及保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的作用，植物在逆境條件下游離脯氨酸的積累將會提高植物對逆境的忍耐力或適應(yīng)力［24］。本研究中進(jìn)行高溫悶棚的大棚中黃瓜植株白粉病和霜霉病的病情指數(shù)與對照相比明顯下降，說明高溫悶棚對病害的防治具有一定效果，這與許多研究報道相一致［2，6，8，13］，也充分證明了高溫誘導(dǎo)處理激發(fā)了植株體內(nèi)一系列抗病過程，從而降低了病菌對植株的侵害。

綜上所述，高溫悶棚可以通過提高植株防御酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，有效清除活性氧，降低膜脂過氧化傷害，從而增強(qiáng)植株對病菌的抵抗能力。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以利用生態(tài)壓力激發(fā)植株的系統(tǒng)抗病性。每茬黃瓜高溫悶棚次數(shù)應(yīng)視病蟲發(fā)展和作物生長狀況而定，每次間隔12—15 d為宜。一般來說，高溫悶棚3次后，黃瓜霜霉病和白粉病得到控制。