工厂化育苗已成为我国西瓜[(Citrullus lanatus(Thunb.)Matsum.and Nakai)]种苗的一种重要生产模式,种苗需求量的增大使得不同地域包括国际间的种苗流通得以加强,对种苗进行贮运是必不可少的环节。贮运过程对种苗的光合系统影响最甚(我国种苗贮运环境多为黑暗条件,国外多为弱光贮运),因此研究贮运过程中的光照条件对穴盘苗光合生理的影响,对保持种苗质量具有重要意义。本研究以西瓜穴盘苗为材料,主要研究了15℃下弱光(PPFD=15μmol·m-2·s-1)与黑暗贮藏期间及恢复后西瓜幼苗的气孔发育特性、叶片结构变化、叶绿素的合成与降解代谢、类囊体膜的荧光光谱特性以及叶片的代谢组分析,得到如下主要研究结果:1.弱光贮运下西瓜幼苗的气孔发育气孔发育的显微观察显示,与黑暗贮藏相比,弱光贮藏8天的幼苗新生叶有较多发育成熟的气孔,及少数未分化的保卫母细胞和未形成孔的保卫细胞,未观测到拟分生组织。数据分析表明,弱光贮藏8天气孔密度为510.5个/mm2,气孔指数为18.0,显著高于黑暗下的气孔密度(412.2个/mm2)和气孔指数(13.8),黑暗贮藏下延缓了气孔的发育。定植后8天弱光贮藏的幼苗气孔密度(485.9/mm2)与黑暗贮藏(483.5/mm2)差异不显著,但气孔指数(21.1)显著高于黑暗贮藏(17.4)。光合特性分析显示:弱光贮藏8天幼苗PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度(Ci)显著高于黑暗贮藏,恢复光照后4天及Pn、Gs、Tr和Ci仍显著高于黑暗贮藏,恢复8天,与黑暗贮藏没有显著差异。相关性分析表明气孔指数与定植后幼苗的Pn、Gs和Tr呈显著的正相关。定植后8天,弱光贮藏的幼苗地上部干重为0.1546 g/株,显著高于黑暗贮藏(0.1341 g/株)。该研究结果表明弱光贮藏期间良好的气孔发育贡献于幼苗的光合性能,并促进了幼苗定植后的快速生长。2.弱光贮运下西瓜幼苗叶片光合机构的变化叶片解剖显微结构观察显示,同黑暗相比,弱光贮藏6天西瓜幼苗叶片栅栏组织排列紧密,叶肉细胞内的叶绿体沿垂直于表皮细胞的方向分布。数据统计分析表明,弱光贮藏6天幼苗叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度/海绵组织厚度和细胞结构紧密度分别为225.3μm、102.0μm、82.8μm、1.233和45.28%,显著高于黑暗贮藏(195.5μm、77.5μm、75.3μm、1.030和39.64%)。恢复6天后弱光贮藏叶片显微结构恢复到对照水平,但黑暗贮藏的叶片厚度(293.0μm)和栅栏组织厚度(126.3μm)仍显著低于对照(311.0μm和138.0μm)。叶片解剖超微结构显示,与黑暗贮藏相比,弱光贮藏的叶绿体结构保持完好,基粒和基质类囊体排列整齐,叶绿体内有淀粉粒但没有嗜锇颗粒存在。光合数据分析显示,弱光贮藏6天的幼苗叶绿素含量、Fv/Fm、Pn、气孔限制值(Ls)显著高于黑暗贮藏。定植6天后,弱光贮藏2、4和6天的幼苗叶绿体结构、叶绿素含量、Fv/Fm和Pn均恢复到对照水平,而黑暗贮藏6天Fv/Fm和Pn的延迟恢复与叶绿体结构的不完全恢复有关。定植后幼苗地上部干重增加比率随贮藏时间的延长而下降,黑暗2、4和6天幼苗定植后的生长速率分别为45.7%、38.8%和24.9%,而弱光贮藏2、4和6天幼苗定植后的生长速率分别为48.8%、50.2%和41.4%。3.弱光贮运下西瓜幼苗叶片叶绿素代谢以对照为100%,对弱光与黑暗下贮藏6天及恢复6天的幼苗叶绿素合成与降解代谢相对含量与活性进行分析,结果显示,与对照相比,弱光与黑暗贮藏2、4、6天叶绿素总量分别为100.9%、96.2%、81.3%和92.1%、80.1%、66.5%;叶绿素合成的中间产物原叶绿素酸酯(Pchlide)含量分别为105.0%、102.0%、92.0%和129.7%、124.9%、129.9%;叶绿素a(Chl a)含量分别为99.5%、94.9%、81.0%和89.9%、77.8%、64.5%;叶绿素酶(Chlase)活性分别为118.6%、203.1%、51.4%和207.1%、180.9%、27.1%;脱镁螯合酶(MDCase)活性分别为112.5%、100.0%、225.0%和125.0%、166.7%、333.3%;叶绿素降解过氧化物酶(Chl-POD)活性分别为77.6%、76.7%、87.3%和124.5%、154.3%、68.6%。恢复4天,弱光贮藏的幼苗叶绿素总量、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)、镁原卟啉Ⅸ(Mg-ProtoⅨ)、Pchlide和Chl a含量恢复至对照,且Chlase、MDCase和Chl-POD活性低于或等于对照水平;但黑暗贮藏的幼苗各生理指标转入光下6天后才可恢复至对照。综上,与黑暗贮藏相比,弱光贮藏叶绿素含量显著增加是因为保证了叶绿素的合成延缓了叶绿素的降解。4.弱光贮运下西瓜幼苗叶片类囊体膜光谱特性利用室温荧光光谱技术研究弱光与黑暗条件下西瓜幼苗贮藏6天后恢复6天的类囊体膜荧光光谱特性发现,与黑暗贮藏相比,弱光贮藏下类囊体膜的荧光发射强度(435 nm和475 nm激发)、激发强度(681 nm和730 nm发射)、蛋白质内源荧光发射强度(278nm和295 nm激发)、Fv/Fm和PSⅡ电子传递效率(ETR)均显著增加。定植6天,弱光贮藏的幼苗类囊体膜荧光发射、激发及蛋白质内源荧光强度恢复至对照水平,且Fv/Fm和ETR显著高于黑暗贮藏。综上,弱光贮藏的西瓜幼苗类囊体膜在贮藏期间保持较高的叶绿素捕获和传递光能的能力及较多的蛋白质组分,进而促进定植后幼苗PSⅡ光化学活性的快速恢复。5.弱光贮运下西瓜幼苗叶片代谢产物分析共鉴定出48个代谢产物,包括17个氨基酸、11个有机酸、15个糖、4个糖醇和1个糖苷。与对照相比,贮藏后西瓜幼苗叶片中碳水化合物(果糖、塔罗糖、葡萄糖、核糖、肌醇)、三羧酸循环中间产物延胡索酸、苹果酸和琥珀酸的含量显著降低,高丝氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、苯丙氨酸、鸟氨酸等氨基酸的含量显著增加。定植后,大部分有机酸含量恢复到对照水平。恢复光照6天,黑暗贮藏幼苗叶片内果糖、葡萄糖、木糖等多数糖类物质含量显著高于对照和弱光贮藏的幼苗,过量的光合末端产物积累反馈抑制了叶片的光合效率。转入光下6天,与黑暗贮藏相比,弱光贮藏的幼苗色氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺和谷氨酸含量显著降低,而脯氨酸、亮氨酸和异亮氨酸含量显著增加。这些代谢产物所涉及的糖代谢、氮代谢、三羧酸循环、氨基酸合成及胁迫防御代谢途径可能在西瓜幼苗对弱光与黑暗贮藏的响应上发挥重要作用。综上所述,弱光对种苗贮藏期间光合系统的保护具有重要的作用,贮藏时间影响西瓜幼苗定植后光合性能的恢复。弱光贮藏期间西瓜幼苗良好的气孔发育、完善的光合机构、较高的叶绿素含量及叶绿素捕获传递光能的能力和叶片内光合产物的及时输出利用及正常的能量供应,共同维持了贮藏期间种苗的光合性能,并有助于定植后光合能力的快速恢复,促进植物的生长。