不同浓度的钾处理对丝瓜幼苗抗寒性的影响
<p>第 31 卷 第 4 期 热 带 作 物 学 报 Vol31 No42010 年 4 月 CHINESE JOURNAL OF TROPICAL CROPS Apr.2010基金项目 ： 国家科技支撑计划项目 (No. 2008BADC02B02)资助 。第一作者简介 ： 方基建 ， 男 ， 1980 年生 ， 硕士研究生 。 研究方向 ： 蔬菜生理生态 。 E-mail: jjfang126.com。* 通讯作者 ， 裴孝伯 ， E-mail: peixiaoboahau.edu.cn。收稿日期 ： 2010-01-22 修回日期 ： 2010-03-15不同浓度的钾处理对丝瓜幼苗抗寒性的影响方基建 ， 裴孝伯*安徽农业大学园艺学院 ， 合肥 230036摘要 为探讨低温胁迫下不同浓度钾处理对丝瓜幼苗生理影响及其抗寒性的差异 ， 以 “翡翠二号 ” 丝瓜为试验材料 ， 在人工气候培养箱内采用基质培育丝瓜幼苗 ， 并分别用不同 K+浓度的营养液处理丝瓜幼苗 ， 研究低温(夜晚 8， 白天 13)条件下其对丝瓜幼苗叶片相对电导率 、 冷害指数 、 叶绿素含量 、 丙二醛含量 、 可溶性糖含量 、 脯氨酸含量等指标的影响 。 结果表明 ： 随着 K+处理浓度增加 ， 壮苗指数先升后降 ， 处理浓度为 9.00 mmol/L壮苗指数显著高于对照 ； 随着低温处理时间的延长 ， 丝瓜幼苗的冷害指数上升 、 叶绿素含量下降 、 相对电导率上升 、 MDA 含量增加 、 可溶性糖和脯氨酸含量增加 ， 不同浓度 K+处理间差异显著性和变化幅度不同 。 综合各项生理指标 ， 低温下 K+处理可显著降低丝瓜幼苗的冷害 ， 提高幼苗的抗寒性 ， 其适宜浓度为 9.00mmol/L。关键词 丝瓜 ； 钾 ； 低温 ； 抗寒性doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2010.04.011中图分类号 S642.4丝瓜 Luffa cylindrica (Linn.) Roem.是喜温蔬菜作物 ， 低温冷害是制约丝瓜设施栽培如春季提早栽培的关键因素之一 ， 如何提高丝瓜的抗冷性在生产上具有重要的意义 。 作为三大营养元素之一的钾元素 ，对植物的生长和发育有重要影响 ， 不仅能维持细胞膨压 ， 保证植物体各种代谢过程的顺利进行 ， 而且对增强植物的抗性都有着重要的意义1， 能够对生物胁迫2和非生物胁迫的逆境做出反应 ， 参与包括低温胁迫3-4、 干旱胁迫5-6、 盐胁迫7等多种生理过程 。 钾与低温胁迫之间的关系的报道 ， 目前多是针对大田作物如小麦8、 棉花9等 ， 丝瓜上的研究目前尚未见报道 。 低温胁迫是植物经常遭受的非生物胁迫之一 ， 在冬春季节江淮地区和北方地区设施生产过程中时有发生 ， 针对低温下 K+处理对丝瓜抗寒性的影响及其适宜施用浓度有待深入研究 。 笔者通过采用人工智能气候培养箱控制环境条件下进行丝瓜苗期基质栽培试验 ，研究不同浓度 K+处理下丝瓜幼苗对低温胁迫的响应 ， 为 K+提高丝瓜幼苗抗寒性的应用提供参考 。1材料与方法1.1 试验材料供试丝瓜品种为武汉市蔬菜科学研究所选育的 “翡翠二号 ”。1.2 试验方法1.2.1 试验材料的培养 选择 200 粒饱满种子经 55 温汤消毒后洗净 ， 室温条件下浸泡 24 h 后将种子洗净捞出 ， 用湿布包好放入温度为 30 的恒温箱中催芽 。 待 80 左右的种子发芽时 ， 播种于营养钵 （规格为 10 cm×10 cm）的复合基质 （草炭 蛭石 =1 1）， 置于智能人工气候培养箱 （ZRX-1000EC， 浙江钱江仪器设备有限公司制造 ）内进行培养 。 培养箱为四段式培养箱 ， 设置有 A、 B、 C、 H 四个时间段 ， A 时间段时间设置为 6 h， 温度设置为 23 ； B 时间段时间设置为 4 h， 温度为 27 ； C 时间段时间设置为 6 h，温度为 25 ； H 时间段时间设置为 8 h， 温度为 20 。 箱内相对湿度控制在 75 左右 。热 带 作 物 学 报 31 卷1.2.2 标准营养液的配置 采用标准营养液10， 其中大量元素采用通用型 Hoagland 溶液配方 ， 微量元素溶液均采用 Amon 微量元素配方 。 其他大量元素浓度经过计算和标准营养液的浓度一致 。 标准营养液（K3）作为对照 ， 另外配制 4 个不同 K+浓度分别为 0（K1）、 0.5（K2）、 1.5（K4）、2（K5）倍标准营养液的浓度 ，共 5 个处理 ， 见表 1。1.2.3 试验处理 丝瓜幼苗长出第 1 片真叶时 ， 进行不同浓度的 K+营养液处理 ， 每处理重复浇灌 30 株 。各处理每隔 1 d 浇灌营养液 30 mL， 待丝瓜幼苗长到 5 叶一心时 ， 将智能人工气候培养箱 A、 B、 C、 H 时间段温度均设置为 16 （其他设置不变 ）对丝瓜幼苗进行低温预处理 2 d， 再将智能人工气候培养箱 A、 B、C 时间段温度设置为 13 ， H 时间段温度设置为 8 进行正式低温处理 （其他设置不变 ）。 低温处理的开始时刻设为 0 d， 并测定各项指标 ， 此后分别测定经低温处理 2、 4、 6 d 的各项指标 。1.3 测定方法低温处理 0 d 时 ， 每处理随机取 5 株 ， 测量株高和茎粗 ， 擦干水分后测量地上和地下部鲜重 ， 然后在105 下杀青 15 min， 75 下烘干至恒重 。 低温处理后每隔 1 d 测定各指标 ， 每项指标 3 次重复 。 脯氨酸(Pro)含量 、 可溶性糖含量测定参考王学奎的方法11。 相对电导率测定参考高俊风的方法12， 其中相对电导率用电导率仪测定 。 丙二醛 (MDA)含量测定参考李合生的方法13。 叶绿素含量参考李得孝等的方法14。1.4 数据处理分析壮苗指数 = (茎粗 /株高 +地下部干重 /地上部干重 )×全株干重15。冷害分级标准16： 0 级 叶片正常 ， 未受冷害 ； l 级 仅少数叶片边缘有轻度的皱缩萎蔫 ； 2 级半数以下的叶片萎蔫死亡 ； 3 级 半数以上的叶片萎蔫死亡 ； 4 级 植株叶片全部死亡 。 冷害指数 /16=(0×S0+l×S1+2×S2+3×S3+4×S4)/总株数 ×4×100。 其中 ， S 为相应冷害级的株数 。用 Excel2003 及 SAS9.1 软件进行数据处理分析 。2结果与分析2.1 不同浓度钾处理对丝瓜幼苗的影响由表 2 可以看出 ， 随着 K+浓度增加 ， 壮苗指数表现出先上升后下降的趋势 ， 浓度达 9.00 mmol/L 时 ， 壮苗指数达到峰值 ， 且极显著高于对照 ； 随着 K+浓度的进一步增加 ， 壮苗指数下降 。 在缺 K+情况下 ， 丝瓜幼苗的壮苗指数均低于其他水平 K+处理 ， 与 9.00 mmol/L 水平差异极显著 。 结果表明 ， K+浓度过高或过低均不利于提高丝瓜幼苗的壮苗指数 ， K+处理适宜浓度为 9.00 mmol/L时 ， 有利于培育丝瓜壮苗 。2.2 低温下钾处理对丝瓜幼苗冷害指数的影响由图 1 可知 ， 丝瓜幼苗在低温下 ， 随着低温时间的延长 ， 丝瓜幼苗的冷害指数均呈上升趋势 ， 但不G1G2G3G4G5G6G7G8G9GAGBGCGDGEGF，G3G1G2 K/(mmol/L) KNOc1/(mg/L) NHc2NOc1/(mg/L) Ca(NOc1)c3GB74H O/(mg/L)G20 NHc2Hc3PO/(mg/L)G20 MgSOc2GB77Hc3O/(mg/L)G20 CaClc3/(mg/L)G20K1G20 G20 0.00G20 G20 G20 G20 0.00G20 G20 240.40G20 G20 945.00G20 G20 115.00G20 G20 493.00G20 G20 G20 G20 0.00G20 G20K2G20 G20 3.00G20 303.50G20 G20 120.20G20 G20 945.00G20 G20 115.00G20 G20 493.00G20 G20 G20 G20 0.00G20 G20K3(CK)G20 G20 6.00G20 607.00G20 G20 G20 G20 0.00G20 G20 945.00G20 G20 115.00G20 G20 493.00G20 G20 G20 G20 0.00G20 G20K4G20 G20 9.00G20 G20 910.50G20 G20 G20 G20 0.00G20 G20 590.42G20 G20 115.00G20 G20 493.00G20 G20 166.77G20 G20K5G20 12.00G20 1G20214.00G20 G20 G20 G20 0.00G20 G20 235.83G20 G20 115.00G20 G20 493.00G20 G20 333.55G20 G20G12 G2G3G4G5K+G6G7G8G9GAGBGCGBGDGEGFG10G11 G1G2G3G4G5G6G5G7G5G8G5 G9G5 GAG5 GBGCG4G5K1 0.058 0.060 0.052 0.057GB10.002G20cCG20 G20K2G20 0.068G20 G20 0.063G20 G20 0.064G20 G20 0.065GB10.002G20cCG20K3(CK)G20 0.094G20 G20 0.091G20 G20 0.091G20 G20 0.092GB10.001G20bBG20 G20K4G20 0.116G20 G20 0.132G20 G20 0.119G20 G20 0.122GB10.005G20aAG20K5G20 0.100G20 G20 0.090G20 G20 0.083G20 G20 0.091GB10.005G20bBG20 G20G12G13G14AG15BG15CGDGEPG160.01G17aG15bG15cGDGEPG160.05G18G205624 期方基建等 ： 不同浓度的钾处理对丝瓜幼苗抗寒性的影响同浓度 K+处理间变化幅度不同 。 低温处理至 2 d 不同浓度 K+处理的冷害指数上升缓慢 ， 其后冷害指数上升迅速 ， 其中缺 K+上升最快 ， 且整个低温期间均高于其他 K+水平处理 ， 处理 46 d 比对照分别高 16.76和 20.62 且差异达到极显著水平 。 整个低温期间同一时刻 9.00 mmol/L 的 K+处理 ， 冷害指数始终最低 ，且显著低于对照 ； 3.00、 12.00 mmol/L 的 K+处理在低温期间同一时刻均高于对照但差异均不显著 。 因此 ，低温下采用 K+处理有助于降低丝瓜幼苗受到的冷害 ， K+处理的适宜浓度为 9.00 mmol/L。2.3 低温下钾处理对丝瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响图 2 表明 ， 低温处理前 （0 d）丝瓜幼苗叶片叶绿素含量 ， 缺 K+处理与 K+处理间差异显著 ， 不同浓度 K+处理间差异不显著 。 低温条件下丝瓜幼苗叶绿素含量均下降 。 9.00 mmol/L 浓度 K+处理的幼苗叶片叶绿素含量高于其它处理 ， 低温下处理 2 d 与缺 K+处理和对照相比差异显著 ； 低温下处理 46 d， 较高浓度 K+处理丝瓜幼苗叶绿素含量显著高于低浓度 K+处理 。 因此 ， 低温条件下缺钾会使丝瓜幼苗叶片叶绿素含量下降 ， 低温下 K+处理适宜浓度为 9.00 mmol/L 左右 。2.4 低温下钾处理对丝瓜幼苗叶片相对电导率的影响从图 3 可见 ， 在低温下 ， 随着低温时间的增加各浓度 K+处理的丝瓜幼苗叶片相对电导率均呈上升趋势 ， 低温时间越长 ， 丝瓜幼苗叶片受到伤害越严重 ， 其相对电导率上升加快 。 低温处理 2 d， 缺 K+相对电导率显著高于对照 ； 低温处理 4 d 以后 ， 9.00 mmol/L K+处理浓度的丝瓜幼苗叶片相对电导率最小且显著低于对照 ， 缺 K+处理其相对电导率最大且显著高于对照 ， K+处理浓度为 3.00 mmol/L 和 12.00 mmol/L 与对照差异不显著 。 实验结果表明 ， 低温下植物细胞膜系统随低温处理时间的延长 ， 膜损伤加剧 ， 导致细胞液外渗致使电导率升高 ， K+处理可减缓细胞损伤 ， 9.00 mmol/L K+处理浓度可显著降低丝瓜幼苗相对电导率 ， 减轻细胞受损 。2.5 低温下钾处理对丝瓜幼苗叶片丙二醛含量的影响由图 4 可知 ， 随着低温胁迫时间的延长 ， 不同浓度 K+处理丝瓜幼苗叶片 MDA 含量均呈上升趋势 。 K+G1G2G1G3G1G4G1G5G1G6G1G7G1G1 G3 G5 G7 G8G9GAGBGCGDGEGFG9ChillinginjuryindexGA%GCG10G2 G10G3 G10G4G11G12G10G13 G10G5 G10G6G1G2G3G1G2G4G1G2G5G6G2G7G6G2G6G6G2G3G7 G6 G3 G4G8G9GAGBGCChlorophyllcontentGDmg.gc1c2GEGFG1 GFG6 GFG10G11G12GFG13 GFG3 GFG146050403020100冷害指数/0 2 4 6 0 2 4 6天数 /d 天数 /d图 1 低温下钾对丝瓜幼苗冷害指数的影响 图 2 低温下钾对丝瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响2.42.22.01.81.61.4叶绿素含量/(mg/g)G1G2G3G2G1G4G3G4G1G5G3G6 G4 G3 G7 G8G9GAGBGCGDGEGFG10G11Relativeconductivity(%)G12G2 G12G4 G12G5G13G14G12GC G12G3 G12G15c1c2c3c1c2c4c5c6c1c2c7c1c6c3c7c8c9c10c11c12c7c8c9c10c11c12c13c14c15c16c17G1G2 G1G3 G1G4G5G6G1G7 G1G8 G1G90 2 4 6 0 2 4 6天数 /d 天数 /d34292419149相对电导率/图 3 低温下钾对丝瓜幼苗叶片相对电导率的影响 图 4 低温下钾对丝瓜幼苗叶片 MDA 含量的影响MDA含量/(mmol/g)0.160.120.080.040.00563热 带 作 物 学 报 31 卷处理浓度为 9.00 mmol/L 其叶片 MDA 含量增加均低于其他处理 ， 低温下处理 24 d 显著低于对照 ； 低温下缺 K+处理叶片 MDA 含量增加均高于其他处理 。 低温下处理 46 d， 浓度为 3.00 mmol/L 和 12.00 mmol/L 的K+处理丝瓜幼苗叶片 MDA 含量与对照相比差异不显著 。 因此 ， K+处理缓解了低温对细胞膜的伤害 ， 增加了细胞膜的稳定性 ， 适宜的 K+处理浓度为 9.00 mmol/L， 结果与上述不同浓度 K+处理对丝瓜幼苗相对电导率的影响相一致 。2.6 低温下钾处理对丝瓜幼苗叶片渗透调节物质的影响植物组织内的脯氨酸 （Pro）和可溶性糖是植物细胞的重要两大渗透调节物质 ， 其含量越高则植物抗寒性越强 。 图 5、 6 表明 ， 不同浓度 K+处理丝瓜幼苗叶片可溶性糖和 Pro 的含量在常温时即低温处理的第0 d 时含量均不显著 ， 在低温胁迫过程中均呈上升趋势 。 低温下 26 d， 丝瓜幼苗叶片可溶性糖含量对照处理均显著高于缺 K+处理 、 3.00 mmol/L 和 12.00 mmol/L 处理浓度 ， 均显著低于 9.00 mmol/L 处理 。 叶片Pro 含量 ， 低温下 04 d 均快速上升 ， 4 d 以后上升趋缓 。 低温下 K+处理浓度为 9.00 mmol/L， 丝瓜幼苗 Pro含量均显著高于对照及其他处理 。 可见 ， K+处理能提高丝瓜幼苗叶片的渗透调节物质 Pro 和可溶性糖的含量 ， 其适宜的浓度为 9.00 mmol/L 左右 。3讨论作物在受冻前幼苗的健壮与否 ， 是整个苗期能否抵御外界不良环境条件的重要因素之一 ， 同时也影响到整个生育期的生长及发育状况 ， 而当作物在受冻后最直接的表现形式是叶片皱缩萎蔫 ， 通过观看叶片皱缩萎蔫的程度及数目可迅速得出作物的受冻程度 。 通过相关公式16将作物叶片的皱缩萎蔫程度及数目转换成冷害指数的数字形式来衡量作物的抗寒性 。 本实验研究结果表明 ， K+处理不仅能显著提高丝瓜壮苗指数 ， 而且在一定程度上降低丝瓜苗的冷害指数 ， 显著改善低温条件下丝瓜幼苗的生长发育状况 ， 促进形成壮苗 ， 丝瓜苗期 K+处理适宜浓度为 9.00 mmol/L。 K+处理提高幼苗的抗寒性 ， 与甜椒15、 南瓜17上的研究结果一致 。叶绿素是植物进行光合作用的重要因素 ， 一定程度上其含量直接决定着叶片光合能力的大小 ， 同时也是衡量植物耐低温能力的重要指标 ， 钾对叶绿素的合成和稳定性具有一定的保护性作用 。 从本实验研究结果来看 ， 缺钾不利于丝瓜苗期叶片叶绿素的合成 ， 低温下 K+处理适宜浓度为 9.00 mmol/L 左右 。 低温下 K+处理明显增强了丝瓜幼苗在低温胁迫下的抗寒能力 ， 能够抵御或者减轻低温的不利影响 ， 这与小麦上8的研究结果一致 。 低温下 K+处理丝瓜幼苗叶片叶绿素含量均出现下降 ， 其原因有待进一步研究 。喜温蔬菜作物在遭受低温冷害 (0 以上 )时 ， 细胞膜的损伤细胞液外渗与自由基 、 活性氧所引起的膜脂质过氧化产生 MDA 和蛋白质活性降低甚至丧失有关18， 进一步可引起作物细胞的氧化伤害 、 细胞骨架破坏 、 光合作用和相关信号途径应答反应紊乱19， 同化作用受阻 ， 异化作用增强 ， 作物处于饥饿状态 ， 从而影响作物的正常生长发育甚至导致死亡 ， 最终使作物产量和农产品质量降低20， 这些都说明植物的抗寒性G1G2G1G3G1G1G3G2G1G4G1G1G4G2G1G5G1G1G1 G4 G6 G7 G8G9GAGBGCGDGEGF，GAGB5mol.l-c1GC，G3， ，G4 ，G5 ，G6 ，G2G1G2G3G2G4G2G5G2G6G2G7G2G2 G3 G5 G7G8 G9GAGBGCGDproG1G2GBGB5g.gc1c2GDGEG1GFG10GEG11 GEG3 GEG4 GEG5 GEG60 2 4 6 0 2 4 6天数 /d 天数 /d图 6 低温下钾对丝瓜幼苗叶片脯氨酸 （Pro）含量的影响图 5 低温下钾对丝瓜幼苗叶片可溶性糖含量的影响300250200150100500可溶性糖含量/(mol/L)605040302010pro含量/（g/g)5644 期方基建等 ： 不同浓度的钾处理对丝瓜幼苗抗寒性的影响高低与低温下细胞膜的损伤程度密切相关 。 本实验结果表明 K+处理能显著降低低温下丝瓜幼苗叶片的相对电导率和丝瓜幼苗 MDA 含量 ， 相对电导率与 MDA 含量变化一致 ， K+处理浓度为 9.00 mmol/L 左右显著降低低温对细胞膜的损伤 。低温胁迫下植物细胞内也会主动积累大量相溶性溶质或渗透溶质的小分子代谢物质 ,可以增加植物细胞的保水能力 , 起渗透调节作用 ， 有利于细胞保持原生质体与环境之间的渗透平衡和结构的完整性 ， 以致膜脂的相变温度降低 ， 细胞膜的流动性增强 ， 于是植物的抗寒性提高21-22。 本实验研究证实低温下短时间处理 （26 d）， 丝瓜幼苗叶片可溶性糖和脯氨酸含量均呈上升趋势 ， K+处理能提高丝瓜幼苗叶片的渗透调节物质 Pro 和可溶性糖的含量 ， 提高丝瓜幼苗抗寒性 ， 其适宜的浓度为 9.00 mmol/L 左右 。 K+处理浓度过高和过低23-25均不同程度影响植株的生育和生理 ， 其作用机理尚有待进一步研究 。参 考 文 献1 王 忠 . 植物生理学 M. 北京 : 中国农业出版社 , 2000: 432-477.2 唐保宏 . 茄子黄萎病系统诱导抗性机理及应用技术研究 D. 沈阳 : 沈阳农业大学 , 2003: 78-80.3 杨金英 . 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The relative conductivity, cold injury index, chlorophyll content, solublesugar content, malondialdehyde (MDA) content， and proline content of seedling leaf were tested. The resultshowed that seedling index first increased and then decreased with the treatment concentration increased.The seedling index is significantly higher with the concentration of 9.00 mmol/L over the left treatments.The chilling injury index of towel gourd seedlings raised, the content of chlorophyll declined, relativeconductivity raised, MDA content, soluble sugar content and proline content increased as the treatmentslasted, but the differences as well as the variation degree between different concentrations of K+weredifferent. Based on the physiological index, it could be concluded that potassium treatment reducedchilling injury significantly and improved cold resistance potential of towel gourd seedlings under lowtemperature, and the optimal concentration was about 9.00 mmol/L.Key words Towelgourd (Luffa cylindrica); Potassium; Low temperature; Cold resistance责任编辑 : 沈德发566</p>
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