仝培江，程智慧，孟焕文

(西北农林科技大学 园艺学院，陕西 杨凌 712100)

黄瓜是一种重要的设施栽培蔬菜，黄瓜的温室或大棚栽培茬口有早春茬、秋冬茬和冬春茬。其中秋冬茬的育苗和栽种一般在气温较高的7、8月份，而此时温室大棚内温度和空气相对湿度(relative humidity,RH)较高，易对苗期和初花期的黄瓜生长造成影响。虽然温室大棚可以通过排风扇通风、遮阳网遮阴等管理方式控制设施内的温度和湿度，但管理成本较高且人工费用越来越高，而选用耐湿热黄瓜品种可以减少田间管理成本。选育耐湿热的黄瓜品种，首先需要了解其在高温高湿环境下的生理、形态和光合特性等。

虽然有关黄瓜在高温胁迫下的研究较多，但针对其对高空气湿度响应的研究很少。很多研究表明，不同空气湿度处理对植物生长与生理的影响有显著差异。周鑫等[8]发现，高湿度下黄瓜开花和结果数减少；Han等[9]发现，白菜的叶片面积、植株干质量在高温中湿处理与高温高湿处理间存在显著差异；Van等[10]的研究表明，黄瓜生长速度和叶面积在高湿度环境下升高。不同空气湿度对植物酶活性的影响不同，番茄在高温高湿处理下SOD、POD活性较高温低湿处理分别有上升和下降趋势[11]；张永吉[12]的研究结果表明，不同耐湿性的不结球白菜品种在不同空气湿度下抗氧化酶活性表现有差异。不同空气湿度对植物光合作用的影响也不同，杨世琼等[13]的研究表明，高温下不同空气湿度对番茄光合作用和叶绿素荧光的抑制效果不同，当温度在38 ℃以上时，空气湿度为65%～75%可以有效降低高温逆害；Oda等[14]发现，黄瓜叶绿素荧光强度在高温高湿处理下较高温低湿处理显著下降。

目前有关高温对黄瓜影响研究中环境相对湿度多为中湿(50%～75%)，较少涉及高湿环境对黄瓜的影响，所以目前可为黄瓜耐湿热育种研究提供试验数据的文献较少。为探明黄瓜在高温高湿环境下形态、生理和光合等指标的变化特征，本研究以2个耐湿热性不同的黄瓜品种为试验材料，研究其在不同温湿度处理下的生长发育与生理状况，以期为黄瓜的耐高温高湿育种提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究以‘燕青’(重庆农科所)和‘津春4号’(天津科润黄瓜所)黄瓜品种为试验材料。‘燕青’为华南型黄瓜，耐高温，为耐湿热品种；而‘津春4号’为华北型黄瓜，喜冷凉，为不耐湿热品种。洗去黄瓜种子种衣剂，播入32孔穴盘，在光周期12 h昼/12 h夜、温度28 ℃/18 ℃、相对湿度(75±5)%、白天光照强度250 μmol/(m2·s)的人工气候箱中培养5 d，于子叶刚展开时移栽到300 mL培养钵中再培养15 d，待第2片真叶开始生长但尚未达到最大叶面积时进行苗期试验处理。进行子房测量试验时，选生长5 d的幼苗，移栽到2 L培养钵中，生长35 d后，待植株有2～3个雌花时进行温湿度处理。试验营养钵均放于托盘，托盘保持1 cm的水深。

1.2 试验设计

1.2.1 高温高湿对黄瓜幼苗生长和生理的影响 试验设置4个处理，即常温常湿(CK)、常温高湿(T1)、高温常湿(T2)和高温高湿(T3)处理，具体温度和相对湿度设置详见表1。

表1 各处理人工气候箱温湿度参数设定Table 1 Setting of temperature and relative humidity of different treatments

其中光照强度白天(07:00-19:00)为250 μmol/(m2·s)，过渡段(06:00-07:00和19:00-20:00)为150 μmol/(m2·s)，夜间(20:00-06:00)无光照。每个处理每个品种设3个重复，每个重复12株，每个处理用1个人工气候箱(RDN-1000E-4，宁波东南仪器公司)。在处理第4 天的09：00-15：00测定光合参数和叶绿素荧光参数，每个处理选取5株测定；处理结束后测定植株的形态指标，每个处理选取10株测定；在-80 ℃保存去除主叶脉叶片样品，用于测定抗氧化酶活性和过氧化物含量，每个处理测定5株。

1.2.2 高温高湿对黄瓜子房发育的影响 将苗龄40 d的黄瓜植株分别移入温湿度设置条件同CK、T2和T3处理的人工气候箱处理9 d，分别于移入3，6，9 d时测子房长度和直径。

1.3 测定指标和方法

1.3.1 光合特性 使用Li-6800(美国LI-COR公司)测定各处理黄瓜从下数第2片真叶的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。光强设置为1 000 μmol/(m2·s)，CO2注入系统设定值为400 μmol/(m2·s)，气体流量700 μmol/(m2·s)。测量时，将Li-6800叶室和进气口放入生长箱，关闭箱门，保持叶室环境与人工气候箱环境条件相同。

1.3.2 叶绿素荧光特性 叶绿素荧光参数测定包括初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、最大光化学效率(Fv/Fm，Fv=Fm-Fo)、光系统Ⅱ实际光化学量子效率(ΦPSⅡ)、非光化学猝灭系数(NPQ)、光化学猝灭系数(qP)和电子传递效率(ETR)。在黄瓜植株充分暗适应后，使用PAM-2000便携式叶绿素荧光仪(德国WALZ公司)测定黄瓜植株下数第2片真叶的上述指标。

1.3.4 形态指标 将黄瓜幼苗沿子叶剪断茎部，装入纸袋放入烘箱，105 ℃ 烘0.5 h，再于65 ℃放置72 h后，称样品质量作为植株干质量；量取子叶到生长点的距离作为株高；在子叶下方约1 cm粗细均匀处用游标卡尺测2次，取平均值作为茎粗；使用ImageJ软件测量幼苗第2片真叶的面积作为叶面积，后用烘干法测单叶干质量。

1.3.5 子房发育 观测子房发育状况时，每3 d测量1次子房的长度和直径，减去子房长度和直径的起始值计算增量。子房长度用直尺测量果柄与子房连接处至花瓣基部的长度；子房直径用游标卡尺测量子房中部最宽处的直径2次，取平均值。

1.4 数据处理

用SPSS Statistics 23.0对各项试验数据进行分析，处理间差异显著性使用 One-way ANOVA分析，多重比较使用Duncan’s法。

2 结果与分析

2.1 不同温度和湿度对黄瓜幼苗光合特性的影响

由表2可以看出，2个黄瓜品种不同处理间的叶片光合参数存在显著差异。‘燕青’在常温高湿(T1)处理下Pn、Ci、Tr均与常温常湿(CK)无显著差异(P>0.05)，仅Gs极显著(P<0.01)高于CK 25.91%；除高温常湿(T2)处理下Pn与CK差异不显著(P>0.05)外，高温高湿(T3)处理下的Pn及T2和T3处理下的Gs、Ci、Tr均与CK有显著差异，其中Pn分别较CK下降6.96%和31.67%(P<0.05)，Gs分别极显著(P<0.01)下降36.26%和50.26%，Ci分别极显著(P<0.01)下降5.50%和4.60%，Tr分别极显著(P<0.01)上升143.43%和119.84%。

表2 不同温度和湿度处理对黄瓜幼苗光合参数的影响Table 2 Effects of different humidity and temperature treatments on cucumber seedling’s photosynthesis parameters

‘津春4号’T1处理下Pn和Tr均与CK差异不显著(P>0.05)，但Gs极显著上升47.74%(P<0.01)，Ci显著上升3.21%(P<0.05)；T2和T3处理下除Ci较CK有不显著(P>0.05)上升外，Pn、Gs和Tr基本均与CK差异显著，其中Pn分别较CK极显著(P<0.01)降低43.76%和51.99%，Gs分别下降15.32%(P>0.05)和显著(P<0.05)下降33.33%，Tr分别极显著(P<0.01)上升121.17%和81.85%。

综上可知，高温高湿(T3)处理对黄瓜幼苗光合特性的影响最大，高温常湿(T2)次之，常温高湿(T1)的影响相对最小。比较2个黄瓜品种在T2、T3处理下Pn和Tr较CK的变化幅度可以看出，耐湿热品种‘燕青’比喜冷凉品种‘津春4号’表现更优。

2.2 不同温度和湿度对黄瓜幼苗叶绿素荧光参数的影响

由表3可知，2个黄瓜品种的Fo、Fm、Fv/Fm和NPQ在各处理间大多差异不显著(P>0.05)，仅见‘燕青’的Fm在常温高湿(T1)处理下显著(P<0.05)高于CK 6.78%，‘津春4号’的Fv/Fm在高温高湿(T3)处理下极显著(P<0.01)低于CK 6.17%，而ΦPSⅡ、ETR和qP在2个黄瓜品种各处理间均存在显著差异(P<0.05)。‘燕青’的ΦPSⅡ、ETR和qP在T1处理下均与CK无显著差异(P>0.05)，而在T2和T3处理下均显著低于CK，其中ΦPSⅡ分别较CK极显著(P<0.01)下降14.29%和20.63%，ETR分别极显著(P<0.01)下降13.91%和20.79%，qP分别显著(P<0.05)下降10.98%和极显著(P<0.01)下降15.85%。‘津春4号’的ΦPSⅡ、ETR和qP在T1处理下均与CK无显著差异(P>0.05)，但在T2和T3处理下均极显著(P<0.01)低于CK，其中ΦPSⅡ分别较CK下降41.79%和43.28%，ETR分别下降41.95%和41.98%，qP分别下降38.37%和41.98%。

表3 不同温度和湿度处理对黄瓜幼苗叶绿素荧光参数的影响Table 3 Effects of different humidity and temperature treatments on cucumber seedling’s chlorophyll fluorescence parameters

上述分析表明，高温常湿(T2)和高温高湿(T3)对黄瓜叶绿素荧光影响较大，常温高湿(T1)的影响较小。比较2个黄瓜品种在T2和T3处理下的ΦPSⅡ、ETR和qP较CK的变化幅度可以看出，‘燕青’比‘津春4号’表现更优。

2.3 不同温度和湿度对黄瓜幼苗抗氧化酶活性及活性氧含量的影响

综上可知，高温常湿(T2)和高温高湿(T3)对黄瓜抗氧化酶活性和活性氧含量均有影响，而常温常湿(T1)对其影响较小。从2个黄瓜品种在T2和T3处理下抗氧化酶活性和活性氧含量较CK的变化幅度可知，‘燕青’的抗氧化酶活性下降较多，而‘津春4号’的活性氧含量上升较多。

2.4 不同温度和湿度对黄瓜幼苗形态的影响

由表5可知，2个黄瓜品种不同处理间的形态指标存在差异。‘燕青’在T1处理下植株干质量、株高、单叶面积和单叶干质量均与CK无显著差异(P>0.05)，茎粗较CK显著(P<0.05)降低13.53%；T2和T3处理下，植株干质量分别较CK显著(P<0.05)下降28.85%和32.69%，株高分别极显著(P<0.01)上升36.97%和42.02%，单叶面积分别极显著(P<0.01)下降33.42%和40.55%，单叶干质量极显著(P<0.01)下降38.46%和46.15%，茎粗T2处理较CK极显著(P<0.01)升高23.06%。

表5 不同温度和湿度处理对黄瓜幼苗形态指标的影响Table 5 Effects of different humidity and temperature treatments on cucumber seedlings’ morphological indexes

‘津春4号’在T1处理下仅单叶干质量较CK极显著上升25.00%，而其他指标均与CK差异不显著；植株干质量在T3处理下较CK极显著(P<0.01)下降41.86%，株高在T2和T3处理下较CK分别极显著(P<0.01)上升65.17%和62.92%，茎粗极显著(P<0.01)上升22.05%和20.21%，单叶面积极显著(P<0.01)下降58.77%和76.13%，单叶干质量极显著(P<0.01)下降66.67%和75.00%。

综上可知，高温高湿(T3)环境对黄瓜的形态特征影响最大，高温常温(T2)次之，而常温高湿(T1)影响较小。从2个黄瓜品种的植株干质量、单叶面积和单叶干质量较CK的变化幅度得知，‘燕青’比‘津春4号’更耐高温高湿。

2.5 不同温度和湿度对黄瓜子房发育的影响

由表6可知，‘燕青’子房长度增量在T2条件下处理3 d时较CK显著(P<0.05)上升47.05%，子房直径增量在T2处理6 d时较CK显著(P<0.05)下降37.28%；处理9 d时，子房长度增量在T2和T3处理下极显著(P<0.01)低于CK 38.31%和39.92%，子房直径增量则较CK分别极显著(P<0.01)降低50.00%和38.71%。‘津春4号’在处理3 d时T2的子房长度增量和直径增量较CK分别显著(P<0.05)下降26.11%和极显著(P<0.01)下降57.67%；处理6 d时，仅直径增量在T2和T3处理下较CK分别极显著(P<0.01)降低53.48%和35.81%，而长度增量在各处理间无显著差异(P>0.05)；处理9 d时，子房长度增量在T2和T3处理下较CK分别极显著(P<0.01)降低60.49%和52.53%，子房直径增量分别极显著(P<0.01)降低83.76%和80.59%。

表6 不同温度和湿度处理对黄瓜子房长度和直径增长量的影响Table 6 Effect of different temperature and humidity on cucumber ovary length and diameter increment in different periods

上述分析表明，高温常湿(T2)和高温高湿(T3)均对子房发育有影响，在处理9 d时影响最大。通过对比2个黄瓜品种的子房长度和直径的增长量发现，‘津春4号’所受抑制较大，因此认为‘燕青’比‘津春4号’更耐高温高湿。

3 讨 论

3.1 温湿度对黄瓜光合特性的影响

光合作用是植物固定二氧化碳的过程，高温抑制植物光合作用，通过测定光合参数可以分析植物受伤害的程度。本试验数据表明，常温高湿处理下2个黄瓜品种的Gs均较大，这可能是因为高空气湿度下黄瓜叶面较湿润，引起叶面气孔保卫细胞吸水张开[18]。相较于常温常湿，高温常湿和高温高湿都对黄瓜光合作用有抑制作用，这与前人研究结果一致[19-20]。其中高温高湿对黄瓜光合作用抑制更严重，其Pn和Tr均低于高温常湿，这可能是由于高温常湿的饱和水气压差(VPD)较大，而高温高湿的VPD较小，从而抑制了蒸腾动力[21]。本试验中高温高湿处理的VPD为0.41 kPa，高温常湿的VPD为2.45 kPa，所以高温常湿比高温高湿更有利于蒸腾。高温下叶面温度主要靠蒸腾作用降低，而高温高湿处理空气中水分子较多，VPD较小，不利于蒸腾，因此高温高湿条件下黄瓜叶面温度可能更高，所受的损伤更大。本试验研究了不同湿度的高温对黄瓜光合作用的影响，发现在高温(42 ℃)下，相较于低空气湿度(75%)，高空气湿度(95%)对黄瓜光合作用影响更大，进而可能影响植株的生长发育。

3.2 温湿度对黄瓜叶绿素荧光的影响

叶绿素荧光参数可以反映植物对逆境的耐受能力，与光合参数结合分析可以更有效地探究湿热环境对植物的影响机制[22]。以往研究表明，高温处理造成植物严重伤害时，光系统损伤会导致初始荧光Fo升高，而本试验数据表明，与常温常湿比较，高温常湿和高温高湿处理下2个黄瓜品种幼苗的Fo上升均不显著，这可能是因为42 ℃高温还未对黄瓜幼苗造成最大伤害，所以抑制植物光合作用的原因可能是气孔限制[23]。高温常湿和高温高湿都会损伤黄瓜幼苗的光合系统，本试验中2个黄瓜品种的Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP和ETR均较常温常湿处理明显下降，这与黄磊等[24]的研究结果一致，说明叶绿体中的光合原件电子传递受到抑制，阻碍了光能向化学能的转化，降低了碳的同化能力，最终表现为黄瓜的Pn下降。高温高湿处理下黄瓜的ΦPSⅡ较高温常湿有所下降，这也表明高温且空气湿度大时，蒸腾受阻，叶面温度较高，光系统Ⅱ损伤更严重[14]。本试验还发现，与常温常湿相比，高温常湿和高温高湿处理下黄瓜的NPQ上升而qP下降，这与孙宪芝等[25]的研究结果一致，可能是过量光能大多以热能形式散失，而用于光电子传递的份额减少。本试验研究表明，高温高湿相较于高温常湿使黄瓜的Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP和ETR下降更多，说明高温高湿影响黄瓜的光能转化效率，进而影响黄瓜的光合作用。

3.3 温湿度对黄瓜抗氧化酶和活性氧的影响

3.4 温湿度对黄瓜形态和果实的影响

高温常湿和高温高湿均影响黄瓜的营养生长，表现为植株干物质量减少、植株增高、茎粗增加和单叶面积减小，这与李建建[2]的研究结果相符。高温抑制叶面积增加和干物质积累，这可能是高温下光合速率降低，营养物质合成减少所致；而株高、茎粗增加可能是因为高温影响了黄瓜顶芽内源激素的含量，促进了黄瓜茎部的生长[29-30]。

果实发育速度反应黄瓜在不同温湿度逆境下的生长情况。本试验结果表明，在高温环境下，2个黄瓜品种的子房发育在第9天受到显著抑制，其长度和直径显著下降，与孟令波等[1]的研究结果一致。这可能是因为高温影响了黄瓜子房内蛋白质的合成，从而影响了子房的发育[31]。本试验通过测量植株在不同温湿度下的形态指标和子房发育状况，发现高温高湿对黄瓜幼苗的伤害更大。

4 结 论