冬瓜幼苗对低温胁迫的响应及其耐冷性评价

姚金晓，杨 飞，王呈阳，杨梢娜，吴海平，庄叶军*

(1.舟山市农林科学研究院 316000； 2.舟山市农林技术推广中心 316000)

日光温室早春或者越冬栽培，因温度较低，农作物常造成生理障碍或结实器官受损，导致冷害现象的发生，最终导致农作物不能正常生长而降低产量，甚至会造成绝产[1-2]。科学工作者为了解决冷害对多种植物的影响，进行了一系列的研究。吴雪霞等[3]研究低温处理的5份茄子材料，发现其生物量积累受到显著抑制，耐低温材料的抑制程度小于低温敏感材料。马艳青等[4]对不同品种的辣椒进行低温处理后，发现丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)与辣椒的抗寒性密切相关。朱文哲等[5]研究发现较耐低温的多毛番茄的MDA含量均显著低于普通番茄，而SOD活性等酶活性则显著高于普通番茄。包崇来等[6]采用低温处理100份茄子资源，筛选得到耐低温材料和敏感材料各一份，并对其生理响应进行了研究。目前对于大多数蔬菜，科研工作者进行了耐低温胁迫试验，并筛选到了一些宝贵的耐低温材料，并且有的进行了生理生化研究。但是对于冬瓜的耐低温材料的筛选及耐低温生理响应研究国内尚无报道。

为此本试验利用低温胁迫冬瓜幼苗，分析幼苗的冷害指数，形态指标以及生理生化指标的变化，进行耐低温响应的研究；并用聚类分析的方法，进行耐低温的冬瓜种质材料的筛选。

1 材料与方法

1.1 材料

供试的23 份冬瓜材料中，13份为市场收集品种，5份自主选育纯合材料，5份自主杂交组合。试验于 2016—2017年在舟山市农林科学院的人工气候室中进行。

供试材料的来源名称及代码。1，玲珑秀色4号，长沙市银田蔬菜种子实业有限公司；2，01-1-5-9-10-1-5；3，嫩仔，鼎牌种苗有限公司；4，55-1-2-6-6-4×04-5-7-5-8-5；5，07-1-3-11-5-1；6，玲珑秀色1号，长沙市银田蔬菜种子实业有限公司；7，55-1-2-6-9-1×04-2-7-5-5-6；8，粉娃；9，碧玉2号；10，55-1-2-6-9-1；11，04-5-7-5-8-5；12，55-1-2-6-6-4；13，冠玉，广州乾农农业科技发展有限公司；14，碧玉1号；15，水果冬瓜，北京花儿朵朵花仙子农业有限公司；16，F0055×04-5-7-5-8-5；17，泰美小冬瓜，重庆圣华种业有限公司；18，04-5-7-5-8-5×F0060；19，55-1-2-6-9-1×04-5-7-5-8-5；20，碧玉节瓜，成都良庆园农业开发有限公司；21，绿娃；22，白星102，湖南兴蔬种业有限公司；23，芋香小冬瓜，广东省良种引进服务公司。 其中2、4、5、7、10、11、12、16、18和19都是来自舟山市农林科学院自选育材料或者杂交组合。8、9、14和21来自南宁桂福园农业有限公司。

1.2 方法

冬瓜种子置于28 ℃恒温箱内催芽，待发芽时，将种子播种到32孔穴盘中，正常管理。当冬瓜幼苗长至2叶1心时，选取形态及长势基本一致的幼苗直接放入人工气候箱中进行低温胁迫处理。温度为(12±1)℃/(6±1)℃ (昼/夜)，连续处理7 d[7]，每个品种处理8株，另外各个材料设对照组，温室大棚内，自然生长，分别设3 次重复。在低温胁迫结束后，对处理组和对照组进行冷害指数、形态指标、生理生化指标的测定。冷害指数的测定参照姜述君等标准[8]，电导率的测定参照郝再彬等方法[9]。SOD、APX、MDA采用苏州科名的试剂盒进行。运用软件SPSS 19.0分析，并用系统聚类法进行聚类分析，结果用树状图表示。

2 结果与分析

2.1 冬瓜幼苗品种间冷害指数的差异

对23份材料的冷害指数进行方差分析。表1表明，低温胁迫对不同品种冬瓜幼苗冷害指数表现不一。本试验中将冷害指数<2.0的材料定为强耐冷型，将冷害指数在2.1～3.0的材料定为弱耐冷型，将冷害指数>3.0的材料定为冷敏感型。冷敏感型的材料有2、13、9、4、6、23、8、14、22、17和5；强耐冷型材料有11、10、15、16、19和20。其余材料为弱耐冷型。

表1 23份冬瓜材料的冷害指数及耐低温性

2.2 低温胁迫对冬瓜幼苗形态指标的影响

如图1～5所示，23份冬瓜材料在低温胁迫后，各材料的5个形态指标处理组与对照组相比，均呈下降趋势，不同的材料下降幅度不一致，说明冬瓜植株在受冷害胁迫后，形态发生变化，各品种间变化差异明显。

图1 低温胁迫对冬瓜幼苗株高的影响

图2 低温胁迫对冬瓜幼苗茎粗的影响

图3 低温胁迫对冬瓜幼苗叶面积的影响

图4 低温胁迫对冬瓜幼苗鲜物质量的影响

图5 低温胁迫对冬瓜幼苗干物质量的影响

从株高指标来看，4、5、8、18、21和23属于冷敏感型材料，材料1、7、13、14、15、17、19、20和22属于强耐冷型材料；从茎粗指标看，4、5、8、12、21和23属于冷敏感型材料，1、7、10、13、14、16、19、20和22属于强耐冷型材料；从叶面积指标看，3、4、5、6、8、16、18和23属于冷敏感型材料，12、13、15、17、20和22属于强耐冷型材料；从鲜物质量指标看，1、3、5、6、16、18和23属于冷敏感型材料，属于最敏感材料，2、11、13、14、15、20和22属于强耐冷型材料。从干物质量指标看，1、3、5、6、16、18和23属于冷敏感型材料，2、11、13、1415、20和22属于强耐冷型材料。

2.3 低温胁迫对冬瓜幼苗生理生化的影响

如图6～9所示，23份冬瓜材料在低温胁迫后，各材料生理生化指标的处理组与对照组相比，都呈上升趋势，不同的材料上升幅度不一致，说明冬瓜植株在受冷害胁迫后，生理发生了变化，各品种间变化差异明显。

植物细胞受到冷害胁迫越重，细胞膜受到伤害越大，导致其通透性变大，渗出的物质增多，表现为电导率就越大[10]。因此，从电导率指标看，5、11、13、14、16、17、22和23属于冷敏感型材料，1、7、10、12、20和21属于强耐冷型材料；SOD起到清除植物体内过氧离子的作用，有效防止对植物体的损害[11]，当植物细胞受到冷害胁迫时，SOD含量就会增加，因此从SOD活性指标看，1、3、5、6、12、15、16、17、19和23属于冷敏感型材料，7、8、9、18、20和22属于强耐冷型材料；MDA是膜脂过氧化最重要的产物之一，它的产生还能加剧膜的损伤[12]，在植物衰老生理和抗性生理研究中MDA含量是一个常用指标，因此从MDA活性指标看，1、2、4、5、12、13和14属于冷敏感型材料，8、10、11、15、21和23属于强耐冷型材料；APX是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一，可以有效清除叶绿体中的H2O2，是抗性生理研究中一个常用指标[13]。因此，从APX活性指标看，5、8、9、10、11、12、16、21和23属于冷敏感型材料，4、7、13、14、15、17、18和20属于强耐冷型材料。

图6 低温胁迫对冬瓜幼苗电导率的影响

图7 低温胁迫对冬瓜幼苗SOD活性的影响

图8 低温胁迫对冬瓜幼苗MDA活性的影响

图9 低温胁迫对冬瓜幼苗APX活性的影响

2.4 应用形态学指标对冬瓜幼苗进行耐低温评价

通过对低温胁迫后得到的形态学指标聚类，对23份冬瓜材料进行耐冷性分析(图10)。遗传距离为5时，可以将23份冬瓜材料分为3个类群。第1个类群17个，10、11、1、19、7、22、16、12、20、15、17、14、6、9、4、13和21，占总材料的73.9%同。第2类群4个，2、8、23、18，占总材料的17.4%。第3类群2个，3和5，占总材料的8.7%。

图10 形态学指标聚类分析

2.5 生理生化指标对冬瓜幼苗进行耐低温评价

通过对低温胁迫后得到的生理生化指标聚类，对23份冬瓜材料进行耐冷性分析(图11)。遗传距离为13时，可以将23份冬瓜材料分为3个类群。第1个类群6个，分别为3、19、1、12、6和15,占总材料的26.1%；第2类群8个，分别为8、9、4、18、10、21、7和20，占总材料的34.8%；第3类群9个，分别为16、17、23、14、5、2、11、22和13，占总材料的39.1%。

图11 生理生化聚类分析

2.6 不同耐低温评价方式结果分析

虽然单一指标也还能反映不同冬瓜品种的耐低温强弱，但每个指标的结果完全不一致，因此利用多个指标的综合评价会更加精确。本试验利用不同耐低温评价方式，包括冷害指数评价、形态学指标聚类和生理生化指标聚类，可得到结果如表2所示。

表2 不同耐低温评价方式的结果

从表2中可知，冷害指数评价、形态学指标聚类评价、生理生化指标聚类评价三者比较，虽然结果有一定差异性，但存在相同的材料。三种评价方式可筛选到重合的冬瓜材料：冷敏感材料5，强耐冷型材料15和19。

3 讨论

由于对冬瓜的耐低温研究报道较少，对相关的研究比较只能与相近的葫芦科植物做对比分析。本研究中，冬瓜苗期在低温胁迫后，形态指标和生理生化指标都会产生不同的响应，不同的冬瓜材料变化不同。冬瓜幼苗时期的株高、茎粗、叶面积、鲜物质量和干物质量均呈下降趋势；电导率、MDA含量、SOD活性和APX活性，均呈增加趋势。冬瓜幼苗低温胁迫后，株高、茎粗、叶面积、鲜物质量和干物质量的变化与李琦[14]对甜瓜幼苗的研究结果有相似性。冬瓜苗期在低温胁迫后，其电导率和MDA的变化与杨艳等[15]对西瓜的低温胁迫研究结果一致；冬瓜苗期的SOD活性变化与李明玉等[16]对葫芦科植物黄瓜的低温胁迫研究结果基本一致；冬瓜苗期的APX活性变化与赵春梅等[17]对薄皮甜瓜耐低温研究结果一致。因此，以上指标都可以作为测量幼苗受低温影响的指标。

对于一些低温胁迫资源材料的筛选，一些科研工作者仅仅采用生理指标或者形态指标进行筛选。高青海等[18]对20份薄皮甜瓜进行低温弱光处理，测定了薄皮甜瓜幼苗的株高、茎粗、地上部鲜质量、根系鲜质量、地上部干质量、根系干质量、叶片数、根长、根表面积、根体积、根尖数、根投影面积等12个形态指标，通过聚类分析筛选出7个耐低温弱光胁迫强的品种和1个不耐低温弱光品种。王亚坤等[19]通过测定甜瓜的生理生化指标，如叶绿素含量、硝酸还原酶、抗坏血酸过氧化物酶、电解质渗漏率、根系活力、SOD、CAT、APX活性等，对4个甜瓜品种进行了耐寒性强弱排序。

形态指标或者生理生化指标虽然可以对相关植物进行较为准确的鉴定和评价，但仅从某一方面去衡量还是存在一定缺陷。本试验采用冷害指数指标评价方法、形态学指标聚类分析评价方法、生理生化指标聚类分析评价方法，三者综合分析不同材料之间的耐冷关系，进行耐低温材料的筛选，比单一的指标更加准确。通过冷害指数分级鉴定得到冷敏感型冬瓜材料有11份、弱耐冷型材料有6份、强耐冷型材料有6份；通过形态学指标聚类得到冷敏感型冬瓜材料有2份、弱耐冷型材料有4份、强耐冷型材料有17份；通过生理生化指标聚类得到冷敏感型冬瓜材料有9份、弱耐冷型材料有8份、强耐冷型材料有6份。三者综合比较，最终筛选到冷敏感材料5，强耐冷型材料15和19。

虽然通过三者综合评价筛选到耐低温材料和冷敏杆型低温材料，但从研究结果发现，三种单一的评价方式，其各个冬瓜材料耐低温性结果不一致。造成这样的原因可能是：冷害指数和形态学指标的测定采用人工观察进行判断，存在较大的误差；生理生化指标的测定过程中，试剂纯度、温度等对各种酶活性的影响；形态学指标和生理生化指标性状在生长过程中受到环境影响。所以通过有限的形态学指标、生理生化指标聚类划分得到的结果出现了差异。因此，在以后的筛选耐低温冬瓜材料过程中，需用进行比本试验更多的指标进行聚类分析，才能更加准确的筛选出所需耐低温材料。

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