张盼盼,王小艳,陈怡佳,李 昊,魏 骞

(榆林学院 生命科学学院,陕西 榆林 719000)

黄瓜(CucumissativusL.)为葫芦科一年生蔓生或攀援草本植物,其肉质脆嫩,味道甘甜,鲜嫩多汁,生食解渴,具有特殊清香。黄瓜含水量为98%,富含铁、磷、钙、蛋白质、糖类、胡萝卜素、维生素C、维生素E、维生素B2等营养成分[1]。黄瓜是人们餐桌上的常见蔬菜,深受大众的青睐,榆林市也有相当规模的黄瓜产业。榆林市位于陕西的最北部,为干旱半干旱地区,降水较少、蒸发较强、气候干燥且生态环境脆弱,旱灾频发[2]。长时间以来,干旱条件限制着黄瓜产业的发展。因此,需要迫切解决干旱条件下黄瓜的高产栽培问题。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以绿亨集团的“亨优小菜园”黄瓜品种为试验材料。

1.2 试验设计

试验在榆林学院生科院农业节水实验室中进行。本试验设置5个处理,分别为:CK,0 μmol·L-1MT溶液;T1,50 μmol·L-1MT溶液;T2,100 μmol·L-1MT溶液;T3,150 μmol·L-1MT溶液;T4,200 μmol·L-1MT溶液,3次重复。试验采取盆栽方式进行,每盆装入1∶1的沙土与营养土2 kg。黄瓜种子用15%酒精溶液进行30 s消毒,用蒸馏水清洗4遍,用滤纸吸干。播种深度约为3 cm,每盆9粒,放置在光照培养箱中培养,播种后每2 d补充一定且等量水分。定苗后,每盆只保留长势均匀的3株。三叶一心期用20%的PEG-6000溶液对黄瓜植株进行灌根处理,处理2 d后,选用不同浓度的MT溶液对黄瓜幼苗进行叶面喷施,喷至叶片滴水,共喷三次,每次喷施间隔2 d。

1.3 测定项目及其方法

1.3.1 地上部形态指标测定

于MT溶液最后一次喷施后8 d,每个处理中选取长势一致的幼苗3株,采用打孔法测定绿叶面积,采用直尺测量株高,烘干法测定地上部叶柄、叶片、茎等器官的干重。

1.3.2 叶片生理指标测定

于MT溶液最后一次喷施后8 d,每个处理中选取长势一致的幼苗3株,测定最上面完全展开叶的生理指标。叶片可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[8];超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT光化还原法测定[9];过氧化物酶(POD)采用愈创木酚法测定[9];丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法测定[10]。

1.3.3 叶绿素荧光特性测定

于MT溶液最后一次喷施后4 d、6 d和8 d,每个处理中选取长势一致的幼苗3株,采用便携式调制叶绿素荧光仪(PAM2500)测定最上面完全展开叶的叶绿素荧光参数,主要测定的指标为光化学淬灭系数(qP)、非光化学淬灭系数(NPQ)、最大光化学效率(Fv/Fm)和光能利用率(YII)等。

1.3.4 叶绿素相对含量测定

于MT溶液最后一次喷施后4 d、6 d和8 d,每个处理中选取长势一致的幼苗3株,采用SPAD-502叶绿素仪测定最上面完全展开叶的叶绿素相对含量。

1.4 数据处理

使用Excel 2020软件进行数据录入和整理,使用SPSS 2021对数据均值、标准差、差异显著性等指标进行分析,采用Origin 2019软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗形态指标的影响

2.1.1 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗地上部形态特征影响

由表1可知,黄瓜幼苗的株高和单株绿叶面积变化趋势大致相同,随着MT溶液浓度的增大,地上部形态指标呈现出先上升后下降的趋势。100 μmol·L-1MT溶液处理下黄瓜幼苗株高和单株绿叶面积达到最高值,其指标相比对照组分别提高了55.2%和54.5%,并与对照之间存在显著性差异(P<0.05)。

表1 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗地上部形态特征的影响

2.1.2 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗干物质的影响

由表2可知,黄瓜幼苗的叶柄干重、叶片干重和茎干重变化趋势大致相同,随着MT溶液浓度的增大,干物质指标呈现先上升后下降的趋势。100 μmol·L-1MT溶液处理下黄瓜叶柄干重和叶片干重达到最高值,其指标相比对照组分别提高了60.3%、55.7%,与对照之间存在显著性差异(P<0.05)。

表2 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗干物质的影响

2.2 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗生理指标的影响

2.2.1 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗抗氧化酶的影响

由图1可知,随着MT溶液浓度的增大,黄瓜幼苗的POD活性和SOD活性呈现先上升后下降的趋势。150 μmol·L-1MT对黄瓜幼苗POD活性影响最大,分别较对照、T1、T2、T4提高了302.1%、45.2%、3.1%、254.8%。100 μmol·L-1MT溶液对黄瓜幼苗SOD活性影响最大,其指标相比对照提高了176.9%,相比T1、T3、T4提高了94.3%、34.9%、197.8%。

图1 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗抗氧化酶活性的影响

2.2.2 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗MDA含量的影响

由图2可知,随着MT溶液浓度的增大,黄瓜幼苗的MDA含量呈先下降后上升的趋势。且CK与T4、T1与T3差异不显著。100 μmol·L-1MT处理下黄瓜MDA含量均低于其他处理,较对照下降了69.4%,并与对照之间存在显著性差异(P<0.05),表明适当浓度的MT溶液可缓解黄瓜幼苗经干旱胁迫后的膜脂过氧化作用。

图2 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗MDA含量的影响

2.2.3 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗可溶性蛋白质含量的影响

由图3可知,黄瓜幼苗的可溶性蛋白质含量变化趋势大致为,随着MT溶液浓度的增大,其指标呈现先上升后下降的趋势。且T2与T3差异不显著,100 μmol·L-1MT处理下可溶性蛋白质含量效果最佳,较对照上升了177.4%,并与对照存在显著性差异(P<0.05)。

图3 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗可溶性蛋白质含量的影响

2.3 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗叶绿素的影响

2.3.1 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗叶绿素相对含量的影响

由图4可知,相同处理下,随着处理后天数的增加,黄瓜幼苗叶绿素相对含量呈现先下降后上升的趋势;在处理后第8 d,随着处理浓度的增加,黄瓜幼苗叶片叶绿素相对含量呈增加趋势,即在浓度为200 μmol·L-1时达到最大值,较对照上升了40.3%,并且与对照之间存在显著性差异(P<0.05)。

图4 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗叶绿素相对含量的影响

2.3.2 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗叶绿素荧光的影响

由表3可知,处理后4～8 d,MT处理下的黄瓜叶片光化学淬灭系数、非光化学淬灭系数、最大光化学效率和实际光能利用率均高于对照。随着MT溶液浓度的增大,黄瓜幼苗光化学淬灭系数、非光化学淬灭系数、最大光化学效率和光能利用率呈现先上升后下降的趋势。在处理6 d后,光化学淬灭系数、最大光化学效率和光能利用率均处于峰值,且不同浓度中以100 μmol·L-1时达到最高值,其指标相比对照组分别提高了15.9%、5.3%和6.9%,与对照存在显著性差异(P<0.05)。

表3 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗叶绿素荧光的影响

3 讨论与结论

3.1 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗形态指标的影响

逆境胁迫下,植物往往会调整生物量的分布和形态学特性,如植物高度和叶面积的减少,保持自身的生长和发育[11]。Lemione等[12]研究发现干旱胁迫对植物地上部分的伤害要显著高于地下部分的损害,并且施加一定浓度的MT可以影响植物地上部和地下部的鲜重。本试验中,干旱胁迫下,喷施外源MT提高了黄瓜幼苗的株高、单株绿叶面积和地上部各器官干重,表明外源性MT对干旱胁迫下植物生长策略的变化具有一定的缓解效果。

3.2 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗生理指标的影响

SOD、POD是绿色植物体内重要的酶促防御机制中的保护酶,能够有效清除活性氧,从而增强幼苗的抗性[13]。王慧等[14]研究表明外施MT显著提高黑麦草和苜蓿的SOD、POD、CAT活性,减少叶片中MDA的积累,使叶片相对电导率显著下降,抗氧化能力显著提高。高安静等[15]研究结果表明,外源MT主要通过提高POD活性及可溶性糖等途径来减缓干旱胁迫对苦荞幼苗的伤害。本试验中,150 μmol·L-1MT溶液对黄瓜幼苗POD活性影响最大,较对照提高了302.1%。100 μmol·L-1MT溶液对黄瓜幼苗SOD活性影响最大,较对照提高了176.9%。100 μmol·L-1MT溶液对MDA降低效果最佳,较对照下降了69.4%,表明适当浓度的MT溶液可缓解黄瓜幼苗经干旱胁迫后的膜脂过氧化作用,从而减轻伤害。可溶性蛋白质含量的变化反映了植株的总体代谢水平。王丽英[16]研究发现,在逆境胁迫环境中,植株的可溶性蛋白质含量呈先升高后下降的趋势,同时在褪黑素处理后其可溶性蛋白质的含量会显著升高。本试验中,随着MT溶液浓度的增大,黄瓜幼苗的可溶性蛋白质含量呈现先上升后下降的趋势,其中100 μmol·L-1MT溶液效果最佳,较对照上升了177.4%,并且与对照之间差异达显著水平(P<0.05)。

3.3 外源褪黑素对干旱胁迫下黄瓜幼苗叶绿素的影响

叶绿素荧光参数是反映绿色植物对光能的吸收、转换、传递和分布的敏感探针,可以反映胁迫对植物光合作用生理学的损伤程度[17]。本试验研究发现,在处理后6 d,光化学淬灭系数、最大光化学效率和实际光能利用率均处于峰值,且不同浓度处理下以100 μmol·L-1时达到最高值,分别较对照提高了15.9%、5.3%和6.9%。叶绿素是植物进行光合作用的物质基础,主要包括叶绿素a和叶绿素b,有着捕获和传递光能的作用,这2种叶绿素含量反映了类囊体在叶绿体中的垛叠程度,表明光能向生物化学能的转化效率[18-19]。本试验中,黄瓜幼苗叶绿素相对含量随着处理后天数的增加呈现先下降后上升的趋势。在处理后第8 d,200 μmol·L-1MT处理下叶绿素相对含量最高,较对照上升了40.3%,说明外源褪黑素可以适当缓解叶绿素含量的降解,这与赵成凤等[17]研究结果一致。综合分析认为,在干旱胁迫下,喷施浓度在100 μmol·L-1～150 μmol·L-1之间的MT溶液有利于提高黄瓜幼苗抵御干旱危害的能力。