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摘要：以津研4号黄瓜为试验材料，采用外源肉桂酸（CA）模拟自毒胁迫，研究水培方式下黄瓜幼苗生长发育、光合荧光特性和抗氧化系统对CA胁迫的响应。结果表明，外源CA处理可对黄瓜幼苗生长发育产生明显的抑制作用。当CA浓度为0.25 mmol/L时，处理4 d后黄瓜幼苗的株高和叶面积受到显著抑制，甚至造成部分死亡。黄瓜幼苗根系总根长、根表面积、根体积在CA浓度为0.25 mmol/L时分别比对照降低了19.9%、31.7%、34.7%，随着CA浓度的增加，抑制作用逐渐增强。与对照相比，CA处理下的黄瓜幼苗净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、最大光化学效率（Fv/Fm）、有效光化学量子产量（ΦPSⅡ）、调节性能量耗散的量子产额YNPQ和光化学淬灭系数（qP）均呈降低趋势，而胞间CO2浓度（Ci）、非光化学淬灭系数（qN）和非调节性能量耗散的量子产额YNO则呈升高趋势。此外，随着CA浓度的升高，根系过氧化物酶（POD）活性不断升高，而超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性呈先升高后降低的趋势。说明CA处理会造成黄瓜幼苗光系统Ⅱ（PSⅡ）的损伤，使光合性能下降，同时促进活性氧（ROS）的积累和丙二醛（MDA）含量的增加，从而影响黄瓜幼苗正常的生长发育。
关键词：肉桂酸;黄瓜;光合作用;根系形态;抗氧化系统;叶绿素荧光参数;膜脂过氧化
黄瓜（Cucumis sativus L.），别称胡瓜、刺瓜，为葫芦科一年生蔓性植物，生长周期短，上市早，产量高，深受我国人民的喜爱，其栽培面积日益增大，特别在设施栽培中。但由于良好的经济效益和有限的土地利用面积，导致栽培中连作障碍普遍发生，致使黄瓜产量锐减和产品品质下降，抗病虫害能力减弱，严重制约了设施栽培的可持续发展。杨建霞等研究发现，导致连作障碍的因素主要有3个方面，一是根系分泌自毒物质，二是土壤营养失衡，三是土传致病菌的增加，其中植物自身释放的有毒物质可影响自身根系对矿质元素的吸收及致病菌的种类和数量[1-2]，是导致连作障碍发生的主要因素。
许多蔬菜作物根系可分泌出酚酸类自毒物质，进而影响正常的生理代谢。前人已从番茄、辣椒、西瓜、黄瓜、甜瓜等多种蔬菜瓜果的根系分泌物中鉴定出包括苯甲酸、肉桂酸（CA）和对羟基苯甲酸等在内的10余种酚酸类物质，并表明这些物质对植株养分吸收有直接的阻碍作用[3]。有研究表明，通过外源添加自毒物质抑制作物根系生长、叶绿素合成及离子吸收能力，可影响作物的生长发育，在黄瓜[4-5]、豌豆[6]、茄子[7]、番茄[8]等作物连作研究中均有报道。CA是瓜类作物根系分泌物中的一种重要自毒物质，能诱导根系产生大量的活性氧（ROS），从而抑制植株根系生理活性，并破坏其他组织的结构，甚至危及到植株的生命，对植物的多种生理代谢有重要影响。Yu等研究发现，CA胁迫促使黄瓜根系中产生大量ROS，引起根尖细胞的大量死亡，从而抑制了根系的生长[4-5，9]。但目前关于黄瓜在CA处理下的根系抗氧化特性缺乏系统的研究。本试验采用水培的方式，以外源CA模拟自毒胁迫，研究黄瓜植株形态、光合荧光特性、根系抗氧化系统对CA胁迫的响应，旨在从光合荧光和抗氧化生理角度探明CA对黄瓜产生毒害的生理机制，为解决黄瓜连作障碍提供理论支撑。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试黄瓜（Cucumis sativus L.）品种为津研4号，试验于2017年3—9月在甘肃农业大学园艺学院实验室人工智能气候箱内进行。
1.2 试验设计
选取健壮饱满且形态一致的黄瓜种子温汤浸种后，置于28 ℃人工氣候箱中在黑暗条件下催芽。当黄瓜子叶大部分露出或完全退掉种皮时，移入预先准备好的水培盒（1 L）内，每盒4株，采用日本山崎黄瓜专用营养液（800 mL）进行水培[10]。培养条件：昼/夜温度25 ℃/19 ℃，白天光照度为 256 μmol/（m2·s），光—暗周期为14 h—10 h，湿度为75%，营养液的pH值和电导率分别为6.5和 1.20 mS/cm。试验期间每2 d更换1次营养液。待幼苗长至2叶1心时，选取长势一致的黄瓜苗，进行CA处理，CA浓度分别为0、0.25、0.50和 1.00 mmol/L。CA采用无水乙醇助溶，为了保持试验的一致性，每个处理均加入等量的无水乙醇，浓度控制在0.1%（体积分数）左右，该浓度对黄瓜植株生长几乎没有影响[11]。分别于处理后0、2、4、6 d，选取长势均匀一致的黄瓜幼苗测定植株的形态;于处理后6 d，测定黄瓜幼苗的光合和叶绿素荧光参数，每处理测定20株。将黄瓜幼苗的地上部与根部分开，根系用去离子水清洗干净，用于根系形态测定;同时，选取根尖液氮处理后，置于-80 ℃超低温冰箱保存，用于抗氧化指标的测定[12]。
1.3 测定指标与方法
1.3.1 植株形态及死亡率的测定 用直尺测量根茎连接处到生长点的高度作为株高;用游标卡尺测定子叶下1.5 cm处的茎粗;测量功能叶的长与宽，根据公式计算总叶面积（S），叶面积=0.743×长×宽[13]。
对20株黄瓜幼苗进行动态观察，统计死亡株数，计算死亡率。
1.3.2 光合参数测定 采用CIRAS-2型（PP-system，UK）便携式光合仪测定从生长点向下数第3张真叶的光合指标。
1.3.3 叶绿素荧光参数测定 采用调制叶绿素荧光成像系统（MAXI Imaging-PAM，Walz，Effeltrich，Germany）测定叶绿素荧光参数。
1.3.4 根系形态及抗氧化指标的测定
1.3.4.1 根系形态 采用根系扫描仪（EPSON Scan，Canada）扫描根系，并用WinRHIZO Pro LA2400软件分析根系总长度、表面积、体积和根尖数等指标。 当保护酶活性显著降低时，保护酶将不能有效清除黄瓜幼苗在自毒胁迫下生成的氧自由基，使其内部O-2·的产生速率大于保护性酶清除O-2·的速率;同时，随着O-2·在体内的累积，植物受害程度逐渐加重，使各种保护性酶随之失活，从而出现一系列的连锁效应[32]。Roshchina等通过对高等作物（如大豆、小麦、生菜、莴苣等）的化感作用进行研究指出，化感物质抑制受体植物保护酶活性，导致体内ROS增多，造成膜脂过氧化[33]。本试验中，较低浓度的CA使保护性活性显著升高（P
关键词：肉桂酸;黄瓜;光合作用;根系形态;抗氧化系统;叶绿素荧光参数;膜脂过氧化
黄瓜（Cucumis sativus L.），别称胡瓜、刺瓜，为葫芦科一年生蔓性植物，生长周期短，上市早，产量高，深受我国人民的喜爱，其栽培面积日益增大，特别在设施栽培中。但由于良好的经济效益和有限的土地利用面积，导致栽培中连作障碍普遍发生，致使黄瓜产量锐减和产品品质下降，抗病虫害能力减弱，严重制约了设施栽培的可持续发展。杨建霞等研究发现，导致连作障碍的因素主要有3个方面，一是根系分泌自毒物质，二是土壤营养失衡，三是土传致病菌的增加，其中植物自身释放的有毒物质可影响自身根系对矿质元素的吸收及致病菌的种类和数量[1-2]，是导致连作障碍发生的主要因素。
许多蔬菜作物根系可分泌出酚酸类自毒物质，进而影响正常的生理代谢。前人已从番茄、辣椒、西瓜、黄瓜、甜瓜等多种蔬菜瓜果的根系分泌物中鉴定出包括苯甲酸、肉桂酸（CA）和对羟基苯甲酸等在内的10余种酚酸类物质，并表明这些物质对植株养分吸收有直接的阻碍作用[3]。有研究表明，通过外源添加自毒物质抑制作物根系生长、叶绿素合成及离子吸收能力，可影响作物的生长发育，在黄瓜[4-5]、豌豆[6]、茄子[7]、番茄[8]等作物连作研究中均有报道。CA是瓜类作物根系分泌物中的一种重要自毒物质，能诱导根系产生大量的活性氧（ROS），从而抑制植株根系生理活性，并破坏其他组织的结构，甚至危及到植株的生命，对植物的多种生理代谢有重要影响。Yu等研究发现，CA胁迫促使黄瓜根系中产生大量ROS，引起根尖细胞的大量死亡，从而抑制了根系的生长[4-5，9]。但目前关于黄瓜在CA处理下的根系抗氧化特性缺乏系统的研究。本试验采用水培的方式，以外源CA模拟自毒胁迫，研究黄瓜植株形态、光合荧光特性、根系抗氧化系统对CA胁迫的响应，旨在从光合荧光和抗氧化生理角度探明CA对黄瓜产生毒害的生理机制，为解决黄瓜连作障碍提供理论支撑。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试黄瓜（Cucumis sativus L.）品种为津研4号，试验于2017年3—9月在甘肃农业大学园艺学院实验室人工智能气候箱内进行。
1.2 试验设计
选取健壮饱满且形态一致的黄瓜种子温汤浸种后，置于28 ℃人工氣候箱中在黑暗条件下催芽。当黄瓜子叶大部分露出或完全退掉种皮时，移入预先准备好的水培盒（1 L）内，每盒4株，采用日本山崎黄瓜专用营养液（800 mL）进行水培[10]。培养条件：昼/夜温度25 ℃/19 ℃，白天光照度为 256 μmol/（m2·s），光—暗周期为14 h—10 h，湿度为75%，营养液的pH值和电导率分别为6.5和 1.20 mS/cm。试验期间每2 d更换1次营养液。待幼苗长至2叶1心时，选取长势一致的黄瓜苗，进行CA处理，CA浓度分别为0、0.25、0.50和 1.00 mmol/L。CA采用无水乙醇助溶，为了保持试验的一致性，每个处理均加入等量的无水乙醇，浓度控制在0.1%（体积分数）左右，该浓度对黄瓜植株生长几乎没有影响[11]。分别于处理后0、2、4、6 d，选取长势均匀一致的黄瓜幼苗测定植株的形态;于处理后6 d，测定黄瓜幼苗的光合和叶绿素荧光参数，每处理测定20株。将黄瓜幼苗的地上部与根部分开，根系用去离子水清洗干净，用于根系形态测定;同时，选取根尖液氮处理后，置于-80 ℃超低温冰箱保存，用于抗氧化指标的测定[12]。
1.3 测定指标与方法
1.3.1 植株形态及死亡率的测定 用直尺测量根茎连接处到生长点的高度作为株高;用游标卡尺测定子叶下1.5 cm处的茎粗;测量功能叶的长与宽，根据公式计算总叶面积（S），叶面积=0.743×长×宽[13]。
对20株黄瓜幼苗进行动态观察，统计死亡株数，计算死亡率。
1.3.2 光合参数测定 采用CIRAS-2型（PP-system，UK）便携式光合仪测定从生长点向下数第3张真叶的光合指标。
1.3.3 叶绿素荧光参数测定 采用调制叶绿素荧光成像系统（MAXI Imaging-PAM，Walz，Effeltrich，Germany）测定叶绿素荧光参数。
1.3.4 根系形态及抗氧化指标的测定
1.3.4.1 根系形态 采用根系扫描仪（EPSON Scan，Canada）扫描根系，并用WinRHIZO Pro LA2400软件分析根系总长度、表面积、体积和根尖数等指标。 当保护酶活性显著降低时，保护酶将不能有效清除黄瓜幼苗在自毒胁迫下生成的氧自由基，使其内部O-2·的产生速率大于保护性酶清除O-2·的速率;同时，随着O-2·在体内的累积，植物受害程度逐渐加重，使各种保护性酶随之失活，从而出现一系列的连锁效应[32]。Roshchina等通过对高等作物（如大豆、小麦、生菜、莴苣等）的化感作用进行研究指出，化感物质抑制受体植物保护酶活性，导致体内ROS增多，造成膜脂过氧化[33]。本试验中，较低浓度的CA使保护性活性显著升高（P