CO2加富和短期昼间亚高温对温室嫁接黄瓜生长及叶片保护酶系统的影响

刘金泉，严海欧，张清梅，侯 佳

（内蒙古农业大学职业技术学院 内蒙古包头 014109）

黄瓜（Cucumis sativus L.）是设施栽培中经济效益较高的一种喜温性蔬菜。目前，为降低病害、改善果实品质和提高产量，普遍采取嫁接技术[1-2]。我国黄瓜嫁接苗使用面积约510 833 hm2，嫁接栽培比例占约30%，温室生产中嫁接苗的利用率占95%以上[3]。在我国北方春末至秋初季节的晴天，温室内常因放风不及时或通风量太小而造成温度偏高，出现亚高温或高温危害，影响植株正常的生理代谢和生长发育，导致作物最终的产量和品质降低[4]；而黄瓜生长最适温度25～32℃，不耐高温，在夏秋之际常由于高温引起细胞大量失水，进而引起代谢异常，使植株逐渐受害，导致产量和品质下降[5]；同时在封闭的设施内，光照充足、光合作用旺盛时，CO2亏缺更为突出，作物处于严重的CO2饥饿状态。因此，黄瓜在温室春末至秋初季节的生产中，亚高温或高温及CO2亏缺是限制其高产优质的重要环境因子。前人对黄瓜CO2加富[6-8]、高温对黄瓜的影响[9-12]等单一因素的研究鲜见报道，高温、高CO2浓度对黄瓜的影响也有一定的研究[13-14]，但CO2加富与亚高温复合对温室嫁接黄瓜影响的研究报道较少。因此，本试验以温室嫁接黄瓜为试材，在CO2加富条件下进行短期亚高温处理，探讨CO2加富及短期亚高温对温室嫁接黄瓜生长性状和叶片酶保护系统的影响，以期为高温季节温室黄瓜高产优质栽培提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验采用靠接法嫁接黄瓜，以‘津春4号’为接穗、‘姿三四郎’为砧木。

1.2 试验处理

试验于2014年在内蒙古农牧业科技园区温室和内蒙古农业大学职业技术学院植物生理实验室中进行，4月2日播种，接穗采用穴盘、砧木采用营养钵育苗。4月17日采用靠接法进行嫁接。5月8日定植，高垄覆膜栽培，株行距为30 cm×50 cm。

试验共设4个处理，即亚高温、CO2加富+亚高温、CO2加富+常温和常温（CK）。各处理在同一温室内进行，相邻小区用2层塑料薄膜（间距50 cm，作为缓冲）隔离成相对独立的环境，各处理区面积为30 m2（长6 m、宽5 m，通过调节各处理区对应的前屋面和后墙通风口大小进行放风及温度管理），3次重复。CO2加富采用钢瓶释放法[15]，从黄瓜初花期开始施用，共施25 d。用北京旗硕基业科技有限责任公司生产的旗硕“农用通”，实时监测CO2浓度、温度变化。各处理区环境管理操作如下。

1.2.1 亚高温处理（T1） 密闭温室至温度接近40℃时放微风，调节通风口大小，使温度晴天稳定在35～40℃，维持4 h左右，并适当喷水降低温度并提高湿度。

1.2.2 亚高温+CO2加富处理（T2） 温度管理同T1，同时从上午7：30—9：30增施高浓度的CO2（1 000～1 200 μmol·L-1）。

1.2.3 常温+CO2加富处理（T3） CO2加富同T2，温度为常温管理模式，即每天9：30开始放微风，11：00—18：00全放风。

1.2.4 对照处理（CK） 采取常规管理模式，每天9：30—18：00 放风。

1.3 测定方法

每处理区随机选取5株，并选取第4片及以上最大叶，做好标记，于处理后5 d和处理后25 d分别用米尺测定株高、L-I3000A便携式叶面积仪测定最大叶面积。计算2次测定数据平均值之差再除以20，即为株高和最大叶面积的日变化量。

于处理后5 d，每处理区选取生长节位较一致、处于膨瓜期的黄瓜5个，并做好标记及日期，用游标卡尺测定瓜长，取其平均值记为始期瓜长，待任一处理区做标记的黄瓜有3个达到商品成熟时，确定为果实生长时间（实际为10 d），并再次测定瓜长，取其平均值记为终期瓜长，瓜长日变化=（终期瓜长平均值-始期瓜长平均值）/生长时间（天）。产量为各处理区25 d内商品瓜的实际产量。

SOD、POD、CAT活性和MDA含量测定：取样时间于处理后每隔5 d取顶部第2片真叶测定，3次重复。过氧化物酶活性测定采用氮蓝四唑（NBT）法测定[16]，过氧化氢酶活性、超氧化物歧化酶活性测定采用紫外吸收法[17]，丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸显色法[16]。

1.4 数据分析

采用Excel 2007对数据进行整理和制图，利用SPSS 19.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对嫁接黄瓜生长性状的影响

由表1可见，各处理对株高日变化、最大叶面积日变化、瓜长日变化和小区产量均有显著影响。在株高日变化、最大叶面积日变化、瓜长日变化和小区产量上，亚高温处理显著低于其余处理，分别是对照的81%、87%、78%和79%；CO2加富+亚高温处理处于显著最高水平，分别是对照的134%、125%、115%和139%；CO2加富+常温处理均低于CO2+亚高温处理，其中在株高日变化、最大叶面积日增长量和小区产量上差异显著，均显著高于亚高温处理和对照，分别是对照的117%、108%、113%和116%。

由此可知，CO2加富时给以亚高温管理，更加显著地促进植株长势、增加产量，但单一的亚高温处理显著抑制了植株长势和产量。

表1 CO2加富、亚高温处理对黄瓜生长性状的影响

2.2 不同处理对嫁接黄瓜叶片SOD、POD、CAT酶系统的影响

不同处理对嫁接黄瓜叶片SOD的影响见图1。亚高温处理的SOD活性随着处理时间的延长呈先上升后下降的趋势，在处理10 d达到峰值，整个处理期间SOD活性一直高于对照，处理10d和15d分别是对照的144%和121%，均形成显著差异。CO2加富+亚高温处理的SOD活性随着处理时间的延长一直呈上升趋势，处理5 d时略低于亚高温处理、高于对照；处理10 d、15 d一直高于其余处理，处理10 d和15 d分别是对照的160%和161%，均呈显著差异。CO2加富+常温处理的SOD活性呈现先降低后增高的趋势，处理5 d时略有下降，是对照的90%；之后略有上升，但幅度不大，处理10 d和15 d分别是对照的114%和106%。对照处理的SOD活性随着处理时间的延长略有上升，但变化幅度不大。

图1 不同处理对SOD酶的影响

POD酶是植物体内重要的保护酶之一。由图2可以看出，亚高温处理POD活性随着处理时间的延长呈现先升高后降低的变化趋势，在处理的10 d达到峰值，是对照的140%，差异极显著，之后呈下降趋势；CO2加富+亚高温处理的POD酶活性随着处理时间的延长一直呈现升高的变化趋势，且一直高于其余处理，到处理10 d时，是对照的155%，差异极显著；CO2加富+常温处理的SOD活性随着处理时间的延长呈现上升趋势，但一直低于亚高温处理和CO2加富+亚高温处理，高于对照，到处理10 d时，是对照的107%，差异显著。

图2 不同处理对POD酶的影响

由图3可知，亚高温处理的CAT活性随处理时间的延长呈先上升后下降的变化趋势，处理10 d，CAT活性达到最大值，是对照的192%，差异极显著。CO2加富+亚高温处理的CAT活性随处理时间延长呈上升趋势，处理10 d，CAT活性是对照的172%，极显著高于对照；处理15 d，CAT活性处于极显著最高水平，是对照195%。CO2加富+常温处理的CAT活性一直呈递增趋势，但始终低于亚高温处理和CO2加富+亚高温处理、高于对照。

图3 不同处理对CAT酶的影响

2.3 不同处理对嫁接黄瓜叶片丙二醛含量的影响

MDA是膜脂过氧化水平的标志。图4表明，亚高温处理黄瓜叶片MDA含量随着处理时间的延长呈现明显增加的趋势，并一直高于其余处理，处理5、10、15 d，其 MDA 含量分别是对照的 102%、137%和150%，其中处理10 d和15 d均极显著高于对照。CO2加富+亚高温处理的CAT活性随处理时间延长呈先增加后降低的趋势，处理5 d时，其含量低于亚高温处理，高于对照和CO2加富+常温处理；处理10 d时明显低于其余处理；处理15 d，其含量是对照的66%，差异极显著。CO2加富+常温处理在整个处理时间MDA含量一直低于对照，处理15 d是对照的85%，差异极显著。由此可知，黄瓜叶片经高温胁迫后，短时间内伤害不大，但随着处理时间的延长作为膜伤害的指标，膜脂过氧化的产物丙二醛（MDA）含量明显增加。

图4 不同处理对MDA的影响

3 讨论与结论

有研究表明，黄瓜生长不耐高温，且高温下植株生长后期早衰现象比较严重［18］。本研究结果表明，在株高日变化、最大叶面积日变化、果实生长速度和产量等指标上，CO2加富+亚高温处理＞CO2加富+常温处理＞对照＞亚高温处理，这与潘璐［14］、王全智[19]等的研究结果相似。说明亚高温抑制了黄瓜生长与产量提高，增施高浓度的CO2促进了黄瓜生长与产量提高，在亚高温下增施高浓度的CO2比常温下更有利于黄瓜的生长发育，并缓解亚高温对黄瓜生长的抑制作用。

超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶类，是植物活性氧清除系统中重要的酶，能维持活性氧自由基产生与清除系统的平衡，MDA是脂质过氧化作用的主要产物之一，其含量的高低在一定程度上反映脂膜过氧化作用水平和膜结构的受害程度［18］。本试验研究结果表明，亚高温处理，嫁接黄瓜叶片的SOD、POD、CAT活性均呈先增加后减少的变化趋势，MDA含量呈增加趋势；CO2加富+亚高温处理，嫁接黄瓜叶片的SOD、POD、CAT活性均呈现上升趋势，且活性强度均显著增高，MDA含量呈显著下降趋势，CO2加富+常温处理的SOD、POD、CAT活性强度均高于对照，且低于亚高温处理，这与何晓明[10]的研究结果相似，说明短时间高温促进嫁接黄瓜酶保护系统活性，清除自由基的能力加强，对高温下嫁接黄瓜的生长有一定的自我保护能力，但长时间的高温处理导致了叶片膜系统受到伤害，清除体内自由基的能力下降，脂膜过氧化作用加强；CO2加富和亚高温结合清除自由基的能力要比单纯CO2加富效果明显，可以有效地减轻嫁接黄瓜叶片细胞膜伤害程度；在CO2加富+常温处理下，MDA含量低于对照，说明膜系统受损程度相对较轻。

因此在高温季节CO2加富时配合亚高温管理，不仅缓解了因温室内高温需放风而CO2加富需密闭的矛盾，同时延长了CO2加富的时间，而且更能有效地减轻高温对嫁接黄瓜叶片引起的伤害程度，提高嫁接黄瓜植株防御高温的能力，更显著地促进植株长势和增加果实产量。