淹水胁迫对甜瓜幼苗形态及生理特性的影响

来源:用户上传      作者:刘泽发 邓欣 谢波 姜艳芳 阳习鹏 曾永贤

　　摘    要：为研究淹水胁迫对甜瓜幼苗形态及生理特性的影响，以甜瓜自交系‘1366’‘1363’及F1（1366×1363）为试验材料，设置T0（0 d）、T2（2 d）、T4（4 d）和T6（6 d）4个淹水胁迫处理，对甜瓜幼苗形态、光合特性及渗透调节物质含量进行测定和分析。结果表明，F1的萎蔫指数趋于双亲中值，幼苗根冠相对比值高于双亲;F1淹水2 d时气孔导度达到最大值64.4 mol·m-2·s-1，显著高于双亲，淹水6 d时‘1366’和F1细胞间隙CO2浓度均显著降低;‘1366’PRO含量先下降后上升，变化幅度最大。‘1366’及F1中 MDA变化明显，‘1363’无明显变化。可溶性糖含量均呈上升趋势，‘1366’在淹水4 d时达到最大值10.51 mg·g-1，‘1363’及F1在淹水6 d时分别达最大值11.77、11.41 mg·g-1，差异显著。研究结果可为甜瓜耐涝育种提供参考依据。
　　关键词：甜瓜;淹水胁迫;形态特性;光合特性;生理特性
　　中图分类号：S652 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2020）11-026-05
　　Abstract： In order to study the effects of waterlogging stress on the morphological and physiological characteristics of melon， the seedlings of each line at seedling stage were treated with flooding water. The seedling morphology， photosynthetic rate， transpiration rate， stomatal conductance， intercellular CO2 concentration，PRO， soluble protein ， MDA and soluble sugar were detected from 0 to 6 days after treatment. The results showed that the WI of F1 tended to the median value between both parents. The length ratio of aboveground part to underground part of F1 was significantly higher than that each parent. The stomatal conductance reached the maximum value of 64.4 mol·m-2·s-1 after 2 days treatment， which was significantly higher than ‘1366’ and ‘1363’. The results showed that the intercellular CO2 concentration of ‘1366’ and F1 decreased significantly after 6 days of treatment， and the PRO of ‘1366’ decreased first and then increased with the largest change range. MDA in the true leaves of ‘1366’ and F1 significantly changed， while that of ‘1363’ was nonsignificant. The soluble sugar of ‘1366’ reached the maximum value of 10.51 mg·g-1 on the 4th day of flooding， and the maximum values of ‘1363’ and F1 were 11.77 mg·g-1 and 11.41 mg·g-1 respectively after 6 days treatment. The results can provide reference for melon waterlogging tolerance breeding.
　　Key words： C. melo L.; Waterlogging stress; Morphological characteristics; Photosynthetic characteristics; Physiological characteristics
　　甜瓜（Cucumis melo L.）是葫芦科一年生草本植物，性喜温热，对高湿及涝害环境敏感，是世界十大水果之一。据FAO数据显示，2018年全球甜瓜收获面积和产量分别为104.73万hm2、2 734.92万t，分别位居第15位和第10位，分别占世界水果面积的1.54%和产量的3.15%，甜瓜單位产量为35.90 t·hm-2，排名第7位[1]。2018年我国甜瓜的收获面积、产量分别为35.45万hm2、1 272.73万t，分别占全球的33.85%、46.54%[2]。据国际土壤学协会绘制的世界土壤图估算，世界上水分过多的土壤约占总土壤面积的12%[3]。水分参与植物体内的代谢过程和植株的形态构成，土壤中水分过多或过少对植株的生长都会产生不利的影响[4-5]。中国南部、中部部分地区及长江中下游地区是甜瓜重要产区，该地区春夏多雨，春季阴雨连绵，常导致土壤处于涝渍状态，高湿及涝害成为制约甜瓜露地生产的重要因素。甜瓜生产春夏受梅雨季节的影响，产量和品质降低，通过挖深排水沟、改良土壤可以改善甜瓜受水分胁迫的影响。通过筛选耐涝性强的甜瓜资源培育耐涝甜瓜品种，是提高甜瓜耐涝性的根本途径。有学者对施用外源激素下甜瓜幼苗的根系形态，以及淹水胁迫下的甜瓜幼苗形态及光合、生理特性等指标进行了比较研究，认为外源激素对甜瓜幼苗淹水胁迫下不定根的发生具有明显影响，不同程度的淹水胁迫对甜瓜生长有抑制作用，且具有一定可逆性，胁迫解除后，甜瓜生长及生理特性有不同程度的恢复[6-9]。笔者利用耐涝及不耐涝甜瓜高代自交系及F1研究淹水胁迫对甜瓜亲本及杂交种耐涝特性的影响，为培育甜瓜耐涝新品种奠定初步基础，对甜瓜耐涝资源研究与利用具有一定的参考意义。 　　1 材料与方法
　　1.1 材料
　　甜瓜材料由湖南人文科技学院园艺教研室瓜类课题组提供，分别为甜瓜高代自交‘1363’（耐涝）‘1366’（不耐涝）及F1（‘1366×1363’）。‘1363’和‘1366’均为厚皮甜瓜与薄皮甜瓜种间杂交高代自交系。
　　1.2 方法
　　2018年8—9月，试验在湖南人文科技学院农业与生物技术学院试验基地进行。对甜瓜材料‘1366’‘1363’及F1分别取种400粒进行催芽，播种到直径为10 cm、高为12 cm的塑料带漏水孔圆盆中，圆盆中装约4/5的栽培基质V（泥炭∶V砂子∶V珍珠岩=1∶1∶1）。每盆播种2粒，甜瓜幼苗长到2叶1心叶时，准备6个22 cm×32 cm×18 cm的长方形敞口塑料盆套圆形栽培盆然后进行淹水处理。淹水处理时，大套盆灌水，水面超过栽培盆上平面约2 cm。对照为正常管理，持续保持水分为最大持水量的50%～60%。
　　试验共设置4个处理，不淹水处理CK（T0）、淹水处理2 d（T2）、淹水处理4 d（T4）和淹水处理6 d（T6）。试验采用随机区组设计，每个处理12盆共24株，每个处理3次重复，共288株。
　　萎蔫指数采测定用王俊良的方法进行[10]，对不同淹水处理时间甜瓜幼苗进行形态观察，涝害程度X分为5级，0级：植株完全挺立，无不正常现象;1级：有1/4以下叶片出现萎蔫;2级：1/4～ l/2叶片出现萎蔫;3级：1/2～3/4叶片出现萎蔫;4级：3/4～4/4叶片出现萎蔫。
　　萎蔫指数=[i=04各级苗的株数×级数5×总株数]。
　　对不同淹水处理时间甜瓜幼苗进行形态观察，从子叶下端用刀片将幼苗分切为地上部分与地下部分，将根系泥土冲洗干净后用吸水滤纸吸干水分，分别测定长度与鲜质量。
　　相对长度比值/%=处理幼苗地上部分与地下部分长度比值/对照幼苗地上部分与地下部分长度比值×100。
　　相对根冠比值/%=各处理幼苗根冠比/对照幼苗根冠比×100。
　　利用Yaxin-1161型便携式光合作用测定仪，对甜瓜幼苗淹水处理进行光合特性比较试验。每次选取晴朗天气早上9：00—10：00测定各处理的净光合速率、蒸腾速率（Tr）、气孔导度、细胞间隙CO2浓度（Ci）等光合参数。每个处理随机选择3株靠近茎尖端第3片真叶进行各项指标测定，每个单株测定3次，取平均值。
　　对不同淹水处理的甜瓜幼苗真叶按照淹水处理不同时间進行采样，速冻后放入超低温冰箱备用。甜瓜幼苗真叶的PRO（脯氨酸）含量的测定采用酸性茚酸酮法，可溶性蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝G-250法，MDA（丙二醛）含量的测定采用TCA-TBA法，可溶性糖含量的测定采用硫酸蒽酮法[11]。
　　1.3 数据处理
　　采用Excel 2007进行数据处理和作图，采用SAS 8.1软件进行方差分析及相关性分析，用隶属函数值法计算各品系单个指标的数值。
　　2 结果与分析
　　2.1 淹水胁迫对甜瓜幼苗萎蔫指数的影响
　　萎蔫指数可以反映出植物受涝害的情况。淹水2 d时，3个甜瓜品系幼苗叶片均出现了不同程度的萎蔫现象（表1），其中不耐涝品系‘1366’的萎蔫指数大于耐涝品系‘1363’，F1的萎蔫指数趋于双亲中值。随着淹水时间的延长不耐涝品系‘1366’的萎蔫指数增加幅度大于耐涝品系‘1363’。在淹水6 d时，‘1363’的萎蔫指数为0.31，‘1366’的萎蔫指数为0.58，F1的萎蔫指数为0.46。
　　2.2 淹水胁迫对甜瓜幼苗地上部分与地下部分长度及根冠相对比值的影响
　　淹水处理对幼苗地上部分与地下部分长度相对比值有明显影响（图1），淹水处理4 d时，‘1366’与F1的地上部分与地下部分长度比值增加不明显，耐涝品系‘1363’地上部分与地下部分长度比值显著增大，为171.8%。淹水处理6 d时，F1增加明显，高于‘1366’及‘1363’，达到229.5%。‘1366’‘1363’及F1的根冠相对比值表现为先升高后降低趋势，‘1366’在淹水2 d达到最大值137.4%，‘1363’及F1在淹水处理4 d时达到最大比值，分别为215.1%和259.2%，F1表现超高优势。
　　2.3 淹水处理对甜瓜幼苗光合特性的影响
　　不同品种甜瓜幼苗叶片在淹水胁迫下净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及细胞间隙CO2浓度变化差异明显（图2）。‘1366’及F1甜瓜净光合速率呈先升高后降低趋势，在4 d时达到最大值，分别为18.45、16.14 μmol·m-2·s-1，‘1363’则呈先降后升趋势，在淹水胁迫2 d时，净光合速率为7.67 μmol·m-2·s-1，随后迅速增加，淹水处理4 d达到最大值27.13 μmol·m-2·s-1，显著高于‘1366’和F1。随着淹水胁迫时间的增加，‘1366’‘1363’、F1代甜瓜幼苗蒸腾速率均表现出先增加后降低趋势，其中‘1366’‘1363’在4 d时达到最高值，F1在淹水2 d时达到最高值，分别为0.99、0.29和0.53 mmol·m-2·s-1，F1表现为趋中亲值优势。‘1366’气孔导度在淹水4 d时达到最大值。‘1363’在T0及淹水2 d时变化不显著，在淹水4 d时显著升高，随后变化不明显。F1甜瓜气孔导度变化幅度较大，淹水2 d时气孔导度达到最大值，为64.4 mol·m-2·s-1，显著高于‘1366’和‘1363’。‘1366’和F1细胞间隙CO2浓度淹水胁迫0 d、2 d及4 d变化不明显，淹水6 d均显著降低，‘1363’在淹水胁迫2 d时明显升高，随后降低，淹水0 d、4 d及6 d时无明显差异。F1的细胞间CO2浓度值高于‘1366’和‘1363’，具有超亲优势。 　　2.4 淹水胁迫对甜瓜幼苗PRO、可溶性蛋白、MDA及可溶性糖含量的影响
　　淹水胁迫对甜瓜幼苗真叶PRO、可溶性蛋白、MDA及可溶性糖含量具有影响（图3）。甜瓜淹水胁迫时间不同，甜瓜幼苗真叶PRO含量不同，‘1366’‘1363’PRO含量随着胁迫时间的增加而呈现先下降后上升的趋势，而F1甜瓜仅在淹水4 d略有升高。‘1366’甜瓜真叶PRO含量变化幅度较大，淹水胁迫0 d为85.94 μg·g-1、4 d为43.69 μg·g-1、6 d为62.83 μg·g-1。‘1366’‘1363’及F1甜瓜幼苗真叶可溶性蛋白质含量变化明显，‘1366’呈现先降低后升高再降低变化，在淹水胁迫2 d时为15.60 mg·mL-1、4 d时为34.29 mg·mL-1，‘1363’与F1甜瓜真叶则呈先降低后升高变化，在淹水处理2 d时，分别为16.54 和16.81 mg·mL-1。‘1363’甜瓜幼苗真叶MDA含量无明显变化，‘1366’甜瓜幼苗真叶中MDA含量随着淹水6 d后急剧上升，最高值为36.8 nmol·g-1。F1甜瓜幼苗真叶MDA变化明显，在淹水4 d时MDA含量达最高值35.02 nmol·g-1。甜瓜幼苗真叶可溶性糖含量总体上呈上升变化趋势，‘1366’在淹水胁迫4 d时甜瓜幼苗叶片可溶性糖含量达到最高值10.51 mg·g-1。‘1363’在淹水胁迫6 d时可溶性糖含量升高，含量为11.77 mg·g-1。F1甜瓜幼苗真叶可溶性糖含量呈现逐步上升趋势，淹水胁迫6 d时可溶性糖含量为11.41 mg·g-1，差异显著。
　　3 讨论与结论
　　本试验淹水胁迫下甜瓜幼苗的叶片形态表现敏感差异，淹水6 d时，‘1363’的萎蔫指数达0.31，‘1366’的萎蔫指数为0.58，F1的萎蔫指数为0.46，其中不耐涝品系‘1366’的萎蔫指数大于耐涝品系‘1363’，F1的萎蔫指数趋于双亲中值。萎蔫指数的高低可以反映出植物受涝害的情况，叶片形态可以作为选育改良植物耐涝性的重要指标，这与在油菜[12]、菊花[13-14]、黄瓜[15]等作物的研究一致。淹水处理对甜瓜幼苗根冠形态有影响，土壤含水量会使根系生物量分配增大，根冠比变大，但随着淹水处理时间延长出现根系损伤，根系生物量变小，根冠比变小，这与陈鹏等对黑麦草和早熟禾在水分胁迫下根系解剖结构及根冠比研究的结果基本一致[16]，在樱桃番茄有关研究也认为根冠比是耐涝基因型差异的重要形态指标[17]。
　　植物光合作用是植物生产过程中碳水化合物积累与生理代谢的基本过程，也是分析環境因素影响植物生长和代谢的重要手段。甜瓜不同淹水处理时间的光合作用有变化，淹水时间超过一定程度，净光合速率降低越明显，同时，气孔导度和蒸腾速率降低也越明显，这与石楠幼苗、小麦及茄子等[18-20]植物淹水时光合作用特性基本一致。
　　植物体内的MDA为膜脂过氧化产物，可使细胞中的蛋白质分子交联失活，已有研究表明淹水胁迫下植物体内的MDA含量与品种的耐涝性呈负相关[21-22]。本研究发现，‘1366’甜瓜幼苗真叶中MDA含量随着淹水6 d后急剧上升，最高值为36.8 nmol·g-1，F1甜瓜幼苗真叶MDA含量变化明显，这可能是随着淹水时间的延长，在淹水后期幼苗受到伤害而作出响应。而耐涝的甜瓜‘1363’MDA含量无显著变化，说明不同品种响应程度和时间不同可能与其品种耐涝性不同有关，不耐涝‘1366’MDA含量在淹水6 d时急剧升高，这与涝害敏感植物在长期淹水下叶片中MDA含量升高的观点一致[23-25]。
　　植物在受到淹水胁迫时，可通过短期内迅速积累可溶性糖和PRO等渗透调节物质，来改变细胞内水势，从而增强植株的抗逆性[26]。本研究结果表明，淹水胁迫时间不同甜瓜幼苗叶片所含PRO含量不同，‘1366’甜瓜真叶PRO含量变化幅度较大。‘1366’‘1363’及F1甜瓜幼苗真叶可溶性蛋白质含量变化明显，‘1366’呈现先降低后升高再降低的变化趋势。甜瓜幼苗真叶可溶性糖含量总体呈上升变化趋势，F1甜瓜幼苗真叶可溶性糖含量呈现逐步上升趋势，淹水胁迫6 d时可溶性糖含量达到11.41 mg·g-1，‘1363’甜瓜叶片中可溶性糖含量增加最显著。这主要是因为甜瓜幼苗在淹水前期有一个短暂适应过程，植株受到短暂伤害导致其渗透调节能力下降，渗透调节物质含量降低。随后幼苗通过增加这些物质含量调节细胞水势，适应淹水环境，保护细胞免受伤害，耐涝能力强的甜瓜品系在淹水胁迫下的渗透调节能力最强。
　　综上，在淹水胁迫下甜瓜幼苗的叶片形态表现敏感差异，在形态、光合及渗透调节物质含量等抗逆性指标方面，F1具有一定的杂交优势，亲本亦表现差异。根据叶片萎蔫指数、形态及生理等指标，可以筛选甜瓜耐涝育种材料，进而培育出抗涝品种。
　　参考文献
　　[1] 联合国粮食及农业组织.FAOSTAT数据库[EB/OL].（2020-03-04）http：//www.fao.org/faostat/en/#data.
　　[2] 王娟娟，李莉，尚怀国.我国西瓜甜瓜产业现状与对策建议[J].中国瓜菜，2020，33（5）：69-73.
　　[3] 乔玉成.南方地区改造渍害田排水技术指南[M].北京：北京科学技术出版社，1997：238.
　　[4] 焦芳婵，毛雪，李润植.植物抗逆性的基因工程改良[J].世界农业，2001（5）：38-39.
　　[5] 胡红菊，唐家礼，田瑞，等.部分梨种质资源对旱涝逆境的抗性[J].北方果树，2002（1）：7-8.
　　[6] 刁倩楠，蒋雪君，顾海峰，等.淹水胁迫及恢复对不同品种甜瓜幼苗生长及其生理生化指标的影响[J].上海农业学报，2020，36（1）：44-52.
　　[7] 刘达潍，刘诗琴，易鹏程，等.淹水胁迫下外源激素对甜瓜幼苗根系生理特性的影响[J].江苏农业科学，2019，47（9）：182-185. 　　[8] 王阳，汪李平，杨静，等.甜瓜幼苗对淹水胁迫响应的形态差异及根系生理指标的比较[J].现代园艺，2017（2）：7-8.
　　[9] 王俊良，龙启炎，汪李平，等.淹水胁迫及胁迫解除对甜瓜光合色素和光合特性的影响[J].中国蔬菜，2013（8）：50-55.
　　[10] 王俊良.不同品系甜瓜耐澇性鉴定及淹水胁迫下生理生化特性研究[D].武汉：华中农业大学，2010.
　　[11] 张志良，李小方，植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2017.
　　[12] 李震，吴北京，陆光远，等.不同基因型油菜对苗期水分胁迫的生理响应[J].中国油料作物学报，2012，34（1）：33-39.
　　[13] SU J S，ZHANG F，LI P R，et al.Genetic variation and association mapping of waterlogging tolerance in chrysanthemum [J].Planta，2016，244（6）：1241-1252.
　　[14] 李沛曈，迟天华，刘颖鑫，等.异色菊×菊花脑种间杂交F1代SSR遗传多态性分析、耐旱性鉴定及关联分析[J].南京农业大学学报，2020，43（2）：238-246.
　　[15] 齐晓花，陈嵘峰，徐强，等.黄瓜种质资源苗期耐涝性鉴定研究初探[J].中国蔬菜，2011 （4）：23-28.
　　[16] 郝春莲，王贞升，田静瑶，等.多年生黑麦草根系构型对不同降水量的响应[J].东北林业大学学报，2020，48（1）：18-22.
　　[17] 刘聪聪，兰超杰，李欢，等.樱桃番茄苗期对淹水胁迫的响应及其耐涝性评价[J].核农学报，2020，34（3）：650-660.
　　[18] 连洪燕，权伟，芦建国.淹水胁迫对石楠幼苗根系活力和光合作用影响[J].林业科技开发，2009，23（2）：51-54.
　　[19] 焦健，高庆荣，张爱民，等.不同小麦雄性不育类型光合、生理参数日变化的研究[J].作物学报，2007，33（8）：1267-1271.
　　[20] 姜玉萍，丁小涛，张兆辉，等.淹水胁迫对茄子生长和光合作用的影响[J].中国瓜菜，2012，25（5）：20-23.
　　[21] 任佰朝，张吉旺，李霞，等.淹水胁迫对夏玉米籽粒灌浆特性和品质的影响[J].中国农业科学，2013，46（21）：4435-4445.
　　[22] ZHANG G，TANAKAMARU K，ABE J，et al. Influence of waterlogging on some anti-oxidative enzymatic activities of two barley genotypes differing in anoxia tolerance[J].Acta Physiologiae Plantarum，2007，29（2）：171-176.
　　[23] VISSER E J W，VOESENEK L A C J，VARTAPETIAN B B，et al.Flooding and plant growth[J].Annals of Botany，2003，91 （2）：107-109.
　　[24] 郑春芳，姜东，戴廷波，等.外源一氧化氮供体硝普钠浸种对盐胁迫下小麦幼苗碳氮代谢及抗氧化系统的影响[J].生态学报，2010，30（5）：1174-1183.
　　[25]   YIU J C，TSENG M J，LIU C W.Exogenous catechin increases antioxidant enzyme activity and promotes flooding tolerance in tomato （Solanum lycopersicum L.）[J].Plant and Soil，2011，344（1/2）：213-225.
　　[26] EDREVA A.Generation and scavenging of reactive oxygen species in chloroplasts：A submolecular approach[J].Agriculture Ecosystems and Environment，2004，106（2）：119-133.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15375259.htm