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摘 要：以西葫蘆幼苗为试验材料，通过低温、弱光、低温弱光3种胁迫方式分别处理幼苗，测定西葫芦幼苗的光合作用相关参数，研究其在低温弱光逆境条件下叶片光系统受损伤的程度，以明确叶片内的细胞受损伤程度。结果表明：低温、弱光、低温弱光3种胁迫条件下，西葫芦幼苗叶片的叶绿素荧光参数（Fv/Fm、NPQ）、叶绿素含量、过氧化氢酶（CAT）活性以及超氧化物歧化酶（SOD）活性均有不同程度的降低，而丙二醛（MDA）和过氧化物酶（POD）活性均不同程度的升高。其中弱光条件下叶绿素荧光参数下降最多，而低温弱光在一定程度上缓解了弱光伤害。弱光胁迫下的西葫芦幼苗生理指标显著性差异最大，说明弱光对生物膜的影响最大。
关键词：西葫芦；生理指标；低温弱光；抗逆性
DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2018.07.003
Abstract： The seedlings of summer squash were treated with low temperature， weak illumination and both low temperature and weak illumination. The photosynthesis parameters were determined to study the effects of low temperature and poor light stress on photosystem of squash leaves and the damaged condition of cells inside the blade. The results showed that under three stress conditions， the chlorophyll fluorescence parameters （Fv/Fm， NPQ）， chlorophyll content， catalase （CAT） activity and superoxide dismutase （SOD） activity decreased to varying degrees， while malondialdehyde （MDA） and peroxidase （POD） activity increased to varying degrees. Among them， the chlorophyll fluorescence parameters decreased most under low light conditions， while both low temperature and weak illumination treatment could alleviate the damage of poor light to some extent. The physiological indicators of summer squash seedlings under weak light stress showed the most significant difference， indicating that weak illumination had the greatest impact on biofilm of summer squash.
Key words： Summer squash； physiological index； low temperature and poor light； stress resistance
西葫芦（Cucurbita pepo L.）又称美洲南瓜，是葫芦科南瓜属的一年生草本植物，其适应性较强，具有重要的营养价值和经济价值，是人类最早栽培的作物之一。西葫芦在早春季的设施栽培过程中，容易遭遇倒春寒等不良天气影响，造成幼苗受损伤，生长迟缓，落花落果严重，产量降低，从而影响西葫芦经济效益。低温弱光是西葫芦生产中的两个主要环境胁迫因子，限制了西葫芦的产量及市场持续时间。前人较多研究单一环境胁迫对西葫芦生理特性的影响[1-2]，樊治成等[1]研究低温胁迫对西葫芦生理特性的影响，秦舒浩等[3]研究了弱光胁迫对西葫芦形态和光合生理特性的影响。然而，在实际生产中，低温和弱光这2个胁迫环境往往是同时发生的。因此，只研究单一的胁迫环境不能为西葫芦幼苗遭受胁迫的响应机制提供全面的信息。不同的低温弱光双重胁迫环境还存在着正或负的互相作用[4-6]。关于低温和弱光相互胁迫对番茄、黄瓜等作物的影响研究已有报道[7-11]，但关于低温和弱光相互作用对西葫芦的影响研究报道则较少。本研究从生理角度对西葫芦低温弱光的双重胁迫进行分析，以期为今后西葫芦分子育种研究提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2017年3月至6月在福建省农业科学院作物研究所蔬菜研究中心进行。供试西葫芦品种为京品翠玉。播种前先将西葫芦种子放置55℃温水中进行温汤浸种15 min后，再用湿纱布包裹，置于18℃恒温箱中进行催芽，等种子露白粒率达85%时播于72孔（6×12）穴苗盘中育苗，育苗基质为草炭∶珍珠岩∶蛭石=3∶1∶1的混合基质。
1.2 方法
选取健壮、无病虫害、长势相近的西葫芦2叶1心期苗移入人工气候箱进行培养，设置不同胁迫处理，即正常处理（CK）：25℃/15℃（昼夜12 h），光照强度21000 lx；低温处理：25℃/15℃（昼夜12 h），光照强度4 200 lx；弱光处理：15℃/3℃（昼夜12 h），光照强度21000 lx；低温弱光处理：15℃/3℃（昼夜12 h），光照强度21000 lx。各处理分别于0、1、3、5、7 d后采集叶片进行各项生理指标测定，每个处理材料分别为24株，每项测定3次重复。 采用德国WALZ高級光合作用荧光测量系统GFS3000测定最大光化学效率Fv/Fm、非光化学猝灭系数NPQ，叶绿素含量采用乙醇丙酮混合法测定，过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法测定；超氧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑法测定； 过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法测定；丙二醛（MDA）含量采用MDATBA法测定[12-13]。
1.3 数据分析
试验数据利用Excel2003进行数据整理和制图，并用IBM SPSS Stastistic 21软件的SNK多重比较进行双因素方差分析和差异显著性分析（P<0.05）。
2 结果与分析
2.1 低温弱光对西葫芦植株形态指标的影响
植物生长发育需要一定的温度和光照。西葫芦经过低温弱光胁迫处理后均出现不同程度的形态变化。弱光处理的西葫芦植株叶片出现黄化、植株徒长，茎纤细；低温处理和低温弱光处理的植株和正常处理对照植株相比，长势明显较弱，较为滞后，生长缓慢。
2.2 低温弱光对西葫芦幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响
Fv/Fm是暗反应下PSII最大光化学效率，能反映PSII反应中心最大光能转化效率，也是衡量植株处理程度的常用指标[14-15]。从图1可知，各处理间Fv/Fm大小依次表现为正常>低温>低温弱光>弱光，各处理在1、3、5和7 d的Fv/Fm差异达显著水平，其中弱光处理的Fv/Fm在第5 d降低最多，比对照处理降低85.8%。低温和低温弱光处理的西葫芦幼苗叶片Fv/Fm均随处理时间的延长而降低。
非光化学猝灭系数NPQ反映PSII天线色素所吸收光能中用于热耗散的比例，NPQ值较高有利于过剩光能的及时耗散，从而避免光系统的损害[16]。从图2可见，弱光、低温、低温弱光处理的西葫芦幼苗叶片NPQ值均呈下降趋势。而弱光处理的西葫芦幼苗叶片NPQ值在处理1 d后大幅下降52.0%，低温和低温弱光处理的西葫芦幼苗叶片NPQ值在第1 d下降较少，但在处理3 d后开始大幅下降。
从图3可以看出，正常处理的西葫芦幼苗叶片叶绿素含量随处理时间延长略有增长，但7 d内变化不大。弱光、低温及低温弱光胁迫处理的西葫芦幼苗叶片叶绿素含量均随着处理时间的延长而大量减少，下降幅度大小依次为弱光>低温>低温弱光，其中弱光处理的西葫芦幼苗叶片叶绿素含量下降幅度最大。
2.4 低温弱光对西葫芦幼苗叶片SOD活性的影响
由图4可知，正常处理的西葫芦幼苗叶片SOD活性相对稳定，在7 d内的变化差异不大。弱光、低温及低温弱光胁迫处理的西葫芦幼苗叶片SOD活性均有所下降，其中低温和低温弱光处理的西葫芦幼苗叶片SOD活性在第1 d下降明显，低温处理第5 d西葫芦幼苗叶片SOD活性值最低，比正常处理下降52.6%，第7 d SOD活性值略有回升。
2.5 低温弱光对西葫芦幼苗叶片CAT活性的影响
由图5可知，正常处理下的西葫芦幼苗叶片CAT活性随着时间延长略微增长，但变化趋势不明显。而经过胁迫处理的西葫芦幼苗叶片CAT活性均出现下降趋势，其中弱光处理的西葫芦幼苗叶片CAT活性在第1 d相较于正常处理下降幅度超过50%。经过胁迫处理的西葫芦幼苗叶片CAT活性下降幅度大小依次为弱光>低温>低温弱光。
2.6 低温弱光对西葫芦幼苗叶片POD活性的影响
POD是植物保护酶系统的重要组成部分，外界逆境胁迫可以引起植物自身保护酶系统的应答[17]。由图6可知，随着处理时间的延长，不同胁迫处理对西葫芦幼苗叶片POD活性影响较大。与正常处理相比，逆境胁迫都使西葫芦幼苗叶片的POD活性大幅上升。其中以弱光处理条件下升高最为明显，在处理后的第5 d达到最高，比正常处理上升184.6%，说明西葫芦幼苗对低温弱光胁迫发生应答。
2.7 低温弱光对西葫芦幼苗叶片丙二醛（MDA）含量的变化
丙二醛（MDA）是植物细胞膜脂过氧化作用的产物之一，其含量通常作为植物对逆境条件反应强弱的指标。由图7可知，西葫芦在逆境胁迫下MDA含量较正常处理相比都显著上升，其中以低温条件下变化量最为明显，处理第1 d的MDA含量大幅上升，较正常处理增长156.8%。各逆境胁迫处理MDA含量变化幅度大小依次为低温>低温弱光>弱光，其中弱光处理的西葫芦幼苗MDA含量在第5 d小幅下降。
3 讨论与结论
Fv/Fm是反映PSII反应中心最大光能转化效率，用来衡量植株逆境处理程度[18]。非光化学猝灭系数NPQ可以用来衡量植物对光系统损害的抵御程度，NPQ值越高，则对外界的不良光系统损害抵抗力越强。本试验结果表明，弱光处理的西葫芦幼苗叶片Fv/Fm出现显著下降，弱光处理条件下的较强光照可能是造成光系统损伤的主要胁迫因子。与单一低温或单一弱光胁迫处理相比较，低温弱光双重逆境处理的损害更小一些。经过胁迫处理的西葫芦幼苗叶片NPQ均有所下降，其中弱光处理的NPQ值下降趋势更为明显，叶片光保护能力大为减弱，这可能与弱光条件下相关酶的活性降低有关[19]。这与西瓜、黄瓜上的研究结果基本一致[20-22]。通过对叶绿素含量检测表明，胁迫处理的西葫芦幼苗叶片叶绿素含量和正常处理相比均明显降低，表现出明显的缺绿症状，特别是弱光处理的西葫芦幼苗叶片黄化严重。而正常处理的西葫芦幼苗相对叶绿素含量变化不大。
SOD、CAT、POD均属于酶促防御系统，这几种酶可以降低或消除过氧化物对脂膜的损伤能力，保护细胞膜免遭过氧化伤害[23-25]。SOD普遍存在动植物体内，是一切需氧有机物中普遍存在的一种起保护作用的酶，能清除体内超氧阴离子自由基，减轻自由基对植物体的伤害作用。张国斌等研究表明，SOD活性能参与春化调控作用，影响辣椒的抽薹开花[26]。POD是植物体内非常重要的一类氧化还原酶，广泛参与植物生物胁迫及非生物胁迫反应，其主要功能是清除细胞内的活性氧自由基含量，抑制细胞膜内不饱和脂肪酸的过氧化作用，维持细胞膜的稳定性和完整性，提高植物的抗逆性。CAT是植物体内重要的一种保护酶，能维持体内正常活性氧水平，并参与植物体多种生长发育过程[27]。试验结果表明，低温弱光胁迫下，CAT、SOD活性逐渐下降，可能是因为二者主要成分是蛋白质，低温弱光会导致酶合成途径受阻，导致保护酶活性降低，抗逆境能力减弱。而POD活性呈上升趋势，提示西葫芦的POD在到达临界温度前对叶片中光呼吸作用产生过多的H2O2具有催化作用，并维持其体内氧化还原平衡。POD酶对叶片细胞内产生过多的H2O2具有积极的清除作用，能有效降低叶片细胞因膜脂质过氧化而产生破裂，抵抗逆境胁迫。 不良环境会影响植物细胞膜系统发生膜质过氧化反应，MDA含量可以体现出对逆境条件反应的强弱[28]。因此，植物中的丙二醛含量越低，说明植物生长的越好。抗逆性越强，受伤程度越小。膜脂发生过氧化使得膜脂被氧化而产生的产物MDA大量的积累下来，MDA的产生会加剧细胞膜的损伤，使细胞膜透性增加[29-30]。本研究结果表明，低温条件下MDA含量最高，说明低温对细胞膜的伤害程度最大。
综上所述，低温弱光逆境条件使植物光合作用受到明显的抑制，光合产物变少，叶绿素含量降低，SOD、CAT活性在减弱，而POD活性和MDA含量却在急剧升高。因此，低温弱光处理后的SOD、CAT、POD和MDA活性都可以作为抗性指标。今后有必要对其基因分离和表达进行分析研究，为品种选育奠定理论基础。
参考文献：
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（责任编辑：林玲娜）
关键词：西葫芦；生理指标；低温弱光；抗逆性
DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2018.07.003
Abstract： The seedlings of summer squash were treated with low temperature， weak illumination and both low temperature and weak illumination. The photosynthesis parameters were determined to study the effects of low temperature and poor light stress on photosystem of squash leaves and the damaged condition of cells inside the blade. The results showed that under three stress conditions， the chlorophyll fluorescence parameters （Fv/Fm， NPQ）， chlorophyll content， catalase （CAT） activity and superoxide dismutase （SOD） activity decreased to varying degrees， while malondialdehyde （MDA） and peroxidase （POD） activity increased to varying degrees. Among them， the chlorophyll fluorescence parameters decreased most under low light conditions， while both low temperature and weak illumination treatment could alleviate the damage of poor light to some extent. The physiological indicators of summer squash seedlings under weak light stress showed the most significant difference， indicating that weak illumination had the greatest impact on biofilm of summer squash.
Key words： Summer squash； physiological index； low temperature and poor light； stress resistance
西葫芦（Cucurbita pepo L.）又称美洲南瓜，是葫芦科南瓜属的一年生草本植物，其适应性较强，具有重要的营养价值和经济价值，是人类最早栽培的作物之一。西葫芦在早春季的设施栽培过程中，容易遭遇倒春寒等不良天气影响，造成幼苗受损伤，生长迟缓，落花落果严重，产量降低，从而影响西葫芦经济效益。低温弱光是西葫芦生产中的两个主要环境胁迫因子，限制了西葫芦的产量及市场持续时间。前人较多研究单一环境胁迫对西葫芦生理特性的影响[1-2]，樊治成等[1]研究低温胁迫对西葫芦生理特性的影响，秦舒浩等[3]研究了弱光胁迫对西葫芦形态和光合生理特性的影响。然而，在实际生产中，低温和弱光这2个胁迫环境往往是同时发生的。因此，只研究单一的胁迫环境不能为西葫芦幼苗遭受胁迫的响应机制提供全面的信息。不同的低温弱光双重胁迫环境还存在着正或负的互相作用[4-6]。关于低温和弱光相互胁迫对番茄、黄瓜等作物的影响研究已有报道[7-11]，但关于低温和弱光相互作用对西葫芦的影响研究报道则较少。本研究从生理角度对西葫芦低温弱光的双重胁迫进行分析，以期为今后西葫芦分子育种研究提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2017年3月至6月在福建省农业科学院作物研究所蔬菜研究中心进行。供试西葫芦品种为京品翠玉。播种前先将西葫芦种子放置55℃温水中进行温汤浸种15 min后，再用湿纱布包裹，置于18℃恒温箱中进行催芽，等种子露白粒率达85%时播于72孔（6×12）穴苗盘中育苗，育苗基质为草炭∶珍珠岩∶蛭石=3∶1∶1的混合基质。
1.2 方法
选取健壮、无病虫害、长势相近的西葫芦2叶1心期苗移入人工气候箱进行培养，设置不同胁迫处理，即正常处理（CK）：25℃/15℃（昼夜12 h），光照强度21000 lx；低温处理：25℃/15℃（昼夜12 h），光照强度4 200 lx；弱光处理：15℃/3℃（昼夜12 h），光照强度21000 lx；低温弱光处理：15℃/3℃（昼夜12 h），光照强度21000 lx。各处理分别于0、1、3、5、7 d后采集叶片进行各项生理指标测定，每个处理材料分别为24株，每项测定3次重复。 采用德国WALZ高級光合作用荧光测量系统GFS3000测定最大光化学效率Fv/Fm、非光化学猝灭系数NPQ，叶绿素含量采用乙醇丙酮混合法测定，过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法测定；超氧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑法测定； 过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法测定；丙二醛（MDA）含量采用MDATBA法测定[12-13]。
1.3 数据分析
试验数据利用Excel2003进行数据整理和制图，并用IBM SPSS Stastistic 21软件的SNK多重比较进行双因素方差分析和差异显著性分析（P<0.05）。
2 结果与分析
2.1 低温弱光对西葫芦植株形态指标的影响
植物生长发育需要一定的温度和光照。西葫芦经过低温弱光胁迫处理后均出现不同程度的形态变化。弱光处理的西葫芦植株叶片出现黄化、植株徒长，茎纤细；低温处理和低温弱光处理的植株和正常处理对照植株相比，长势明显较弱，较为滞后，生长缓慢。
2.2 低温弱光对西葫芦幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响
Fv/Fm是暗反应下PSII最大光化学效率，能反映PSII反应中心最大光能转化效率，也是衡量植株处理程度的常用指标[14-15]。从图1可知，各处理间Fv/Fm大小依次表现为正常>低温>低温弱光>弱光，各处理在1、3、5和7 d的Fv/Fm差异达显著水平，其中弱光处理的Fv/Fm在第5 d降低最多，比对照处理降低85.8%。低温和低温弱光处理的西葫芦幼苗叶片Fv/Fm均随处理时间的延长而降低。
非光化学猝灭系数NPQ反映PSII天线色素所吸收光能中用于热耗散的比例，NPQ值较高有利于过剩光能的及时耗散，从而避免光系统的损害[16]。从图2可见，弱光、低温、低温弱光处理的西葫芦幼苗叶片NPQ值均呈下降趋势。而弱光处理的西葫芦幼苗叶片NPQ值在处理1 d后大幅下降52.0%，低温和低温弱光处理的西葫芦幼苗叶片NPQ值在第1 d下降较少，但在处理3 d后开始大幅下降。
从图3可以看出，正常处理的西葫芦幼苗叶片叶绿素含量随处理时间延长略有增长，但7 d内变化不大。弱光、低温及低温弱光胁迫处理的西葫芦幼苗叶片叶绿素含量均随着处理时间的延长而大量减少，下降幅度大小依次为弱光>低温>低温弱光，其中弱光处理的西葫芦幼苗叶片叶绿素含量下降幅度最大。
2.4 低温弱光对西葫芦幼苗叶片SOD活性的影响
由图4可知，正常处理的西葫芦幼苗叶片SOD活性相对稳定，在7 d内的变化差异不大。弱光、低温及低温弱光胁迫处理的西葫芦幼苗叶片SOD活性均有所下降，其中低温和低温弱光处理的西葫芦幼苗叶片SOD活性在第1 d下降明显，低温处理第5 d西葫芦幼苗叶片SOD活性值最低，比正常处理下降52.6%，第7 d SOD活性值略有回升。
2.5 低温弱光对西葫芦幼苗叶片CAT活性的影响
由图5可知，正常处理下的西葫芦幼苗叶片CAT活性随着时间延长略微增长，但变化趋势不明显。而经过胁迫处理的西葫芦幼苗叶片CAT活性均出现下降趋势，其中弱光处理的西葫芦幼苗叶片CAT活性在第1 d相较于正常处理下降幅度超过50%。经过胁迫处理的西葫芦幼苗叶片CAT活性下降幅度大小依次为弱光>低温>低温弱光。
2.6 低温弱光对西葫芦幼苗叶片POD活性的影响
POD是植物保护酶系统的重要组成部分，外界逆境胁迫可以引起植物自身保护酶系统的应答[17]。由图6可知，随着处理时间的延长，不同胁迫处理对西葫芦幼苗叶片POD活性影响较大。与正常处理相比，逆境胁迫都使西葫芦幼苗叶片的POD活性大幅上升。其中以弱光处理条件下升高最为明显，在处理后的第5 d达到最高，比正常处理上升184.6%，说明西葫芦幼苗对低温弱光胁迫发生应答。
2.7 低温弱光对西葫芦幼苗叶片丙二醛（MDA）含量的变化
丙二醛（MDA）是植物细胞膜脂过氧化作用的产物之一，其含量通常作为植物对逆境条件反应强弱的指标。由图7可知，西葫芦在逆境胁迫下MDA含量较正常处理相比都显著上升，其中以低温条件下变化量最为明显，处理第1 d的MDA含量大幅上升，较正常处理增长156.8%。各逆境胁迫处理MDA含量变化幅度大小依次为低温>低温弱光>弱光，其中弱光处理的西葫芦幼苗MDA含量在第5 d小幅下降。
3 讨论与结论
Fv/Fm是反映PSII反应中心最大光能转化效率，用来衡量植株逆境处理程度[18]。非光化学猝灭系数NPQ可以用来衡量植物对光系统损害的抵御程度，NPQ值越高，则对外界的不良光系统损害抵抗力越强。本试验结果表明，弱光处理的西葫芦幼苗叶片Fv/Fm出现显著下降，弱光处理条件下的较强光照可能是造成光系统损伤的主要胁迫因子。与单一低温或单一弱光胁迫处理相比较，低温弱光双重逆境处理的损害更小一些。经过胁迫处理的西葫芦幼苗叶片NPQ均有所下降，其中弱光处理的NPQ值下降趋势更为明显，叶片光保护能力大为减弱，这可能与弱光条件下相关酶的活性降低有关[19]。这与西瓜、黄瓜上的研究结果基本一致[20-22]。通过对叶绿素含量检测表明，胁迫处理的西葫芦幼苗叶片叶绿素含量和正常处理相比均明显降低，表现出明显的缺绿症状，特别是弱光处理的西葫芦幼苗叶片黄化严重。而正常处理的西葫芦幼苗相对叶绿素含量变化不大。
SOD、CAT、POD均属于酶促防御系统，这几种酶可以降低或消除过氧化物对脂膜的损伤能力，保护细胞膜免遭过氧化伤害[23-25]。SOD普遍存在动植物体内，是一切需氧有机物中普遍存在的一种起保护作用的酶，能清除体内超氧阴离子自由基，减轻自由基对植物体的伤害作用。张国斌等研究表明，SOD活性能参与春化调控作用，影响辣椒的抽薹开花[26]。POD是植物体内非常重要的一类氧化还原酶，广泛参与植物生物胁迫及非生物胁迫反应，其主要功能是清除细胞内的活性氧自由基含量，抑制细胞膜内不饱和脂肪酸的过氧化作用，维持细胞膜的稳定性和完整性，提高植物的抗逆性。CAT是植物体内重要的一种保护酶，能维持体内正常活性氧水平，并参与植物体多种生长发育过程[27]。试验结果表明，低温弱光胁迫下，CAT、SOD活性逐渐下降，可能是因为二者主要成分是蛋白质，低温弱光会导致酶合成途径受阻，导致保护酶活性降低，抗逆境能力减弱。而POD活性呈上升趋势，提示西葫芦的POD在到达临界温度前对叶片中光呼吸作用产生过多的H2O2具有催化作用，并维持其体内氧化还原平衡。POD酶对叶片细胞内产生过多的H2O2具有积极的清除作用，能有效降低叶片细胞因膜脂质过氧化而产生破裂，抵抗逆境胁迫。 不良环境会影响植物细胞膜系统发生膜质过氧化反应，MDA含量可以体现出对逆境条件反应的强弱[28]。因此，植物中的丙二醛含量越低，说明植物生长的越好。抗逆性越强，受伤程度越小。膜脂发生过氧化使得膜脂被氧化而产生的产物MDA大量的积累下来，MDA的产生会加剧细胞膜的损伤，使细胞膜透性增加[29-30]。本研究结果表明，低温条件下MDA含量最高，说明低温对细胞膜的伤害程度最大。
综上所述，低温弱光逆境条件使植物光合作用受到明显的抑制，光合产物变少，叶绿素含量降低，SOD、CAT活性在减弱，而POD活性和MDA含量却在急剧升高。因此，低温弱光处理后的SOD、CAT、POD和MDA活性都可以作为抗性指标。今后有必要对其基因分离和表达进行分析研究，为品种选育奠定理论基础。
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（责任编辑：林玲娜）