低温弱光对西瓜光合生理特性的影响

摘    要：为探讨低温弱光对西瓜光合生理特性的影响，以西瓜品种早佳（8424）为材料，研究不同温度（10、15、25 ℃）和不同光照强度（100、200 µmol·m-2·s-1）对西瓜幼苗的形态、光合指标以及抗氧化酶活性的影响。结果表明，不同低温、弱光或低温弱光复合胁迫均显著抑制西瓜幼苗生长。与对照相比，低温弱光复合胁迫（10 ℃，100 µmol·m-2·s-1）处理7 d，幼苗株高、茎粗、叶面积、地上鲜质量、株干质量、根鲜质量、根干质量分别降低28.7%、29.7%、39.1%、43.6%、60.0%、68.8%和47.7%。与对照相比，PSII最大光化学效率（Fv/Fm）和光化学猝灭系数（qP）在低温弱光处理下均呈现下降趋势。叶绿素a和总叶绿素（Chl a+b）含量降低，叶绿素a/b升高，叶绿素b含量在所有处理下变化幅度不明显。净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）在低温弱光处理下总体上显著降低，气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）在弱光胁迫下略有升高，但仍显著低于对照。与对照相比，胞间CO2浓度（Ci）和丙二醛（MDA）含量在弱光胁迫下均显著升高。综合分析，低温弱光影响西瓜生长，在低温条件下，弱光胁迫对西瓜幼苗根系生长影响最大；而在弱光条件下，温度越低对西瓜幼苗地上部生长和光合速率影响最大。

关键词：西瓜；低温；弱光；生长指标；光合特性；生理特性

中图分类号：S651 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）10-063-07

收稿日期：2024-01-08；修回日期：2024-05-17

基金项目：江苏现代农业西甜瓜产业技术体系沛县推广示范基地（JATS﹝2022﹞078）

作者简介：倪    栋，男，推广研究员，主要研究方向为西瓜甜瓜栽培技术。E-mail：pxnwyyc@163.com

通信作者：张    曼，女，副研究员，主要研究方向为西瓜抗病分子育种。E-mail：fldzm04@126.com

Effects of low temperature and weak light combined stresses on photosynthetic physiological characteristics of watermelon

NI Dong1， YANG Jie1， ZHU Suying1， LIU Chen1， LI Jing1， ZHANG Man2

（1. Peixian Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Peixian 221600， Jiangsu， China; 2. Jiangsu Key Laboratory for Horticultural Crop Genetic Improvement/Institute of Vegetable Crops， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing 210014， Jiangsu， China）

Abstract： In order to study the effects of low temperature and weak light on the photosynthetic physiological characteristics of watermelon， the watermelon variety Zaojia（8424）was used as the material， and three different temperature（10， 15， 25 ℃） and two different weak light stresses（100， 200 µmol·m-2·s-1） were used to investigate their effects on the morphology， photosynthetic indicators， and antioxidant enzyme activity of watermelon seedlings. The results showed that different low temperatures， weak light， or low temperature and weak light combined stresses significantly inhibited the growth of watermelon seedlings. Compared with the control， the plant height， stem diameter， leaf area， fresh mass， dry mass， root fresh mass， and dry mass of seedlings after 7 days of low temperature and weak light combined treatment（10 ℃， 100 µmol·m-2·s-1） decreased by 28.7%， 29.7%， 39.1%， 43.6%， 60.0%， 68.8%， and 47.7%， respectively. The maximum photochemical efficiency（Fv/Fm）and photochemical quenching coefficient（qP）of PSII both showed a decreasing trend under low temperature and weak light combined treatment. The content of chlorophyll a and total chlorophyll（Chl a+b） decreased， while chlorophyll a/b increased. There was no significant difference in the changes of chlorophyll b content under all treatments. The net photosynthetic rate（Pn）， stomatal conductance（Gs）， and transpiration rate（Tr）significantly decreased overall under low temperature and weak light treatment， while slightly increased under weak light stress， but still significantly lower than the control. The intercellular CO2 concentration（Ci）and malondialdehyde（MDA） content both significantly increased. In total， low temperature and weak light affect the growth of watermelon. Under low temperature conditions， weak light stress has the greatest impact on the root growth of watermelon seedlings; while under weak light conditions， the lower the temperature， the greater the impact on the aboveground growth and photosynthetic rate of watermelon seedlings.

Key words： Watermelon; Low temperature; Weak light; Growth index; Photosynthetic characteristics; Physiological characteristics

西瓜是全球重要的园艺作物，在我国的种植面积和产量均居全球首位，在促进农民增产增收和农业产业结构调整升级中发挥重要作用[1-2]。随着设施农业的发展，西瓜栽培面积呈现逐年增加的趋势[3]。西瓜不耐低温[1]，在冬春季育苗和栽培生产中，低温和弱光胁迫频繁发生，影响西瓜根系活力，使地上部生长受阻，造成西瓜幼苗长势弱甚至死苗，对西瓜育苗及生产造成严重危害，已成为西瓜冬春季育苗及栽培生产的主要环境限制因素[4]。因此，开展低温弱光胁迫对西瓜幼苗生长和生理特性影响的研究显得十分必要。

温度和光照是影响植物生长的重要环境因素[5]。低温严重影响植物的生长过程，造成植物生长发育受阻，产量和品质下降[6]。研究表明，低温对植物的生物膜系统、细胞渗透调节物质、抗氧化系统造成一定影响[7-9]。同时，低温还会影响光能吸收、气体交换和碳同化等光合作用的多个环节[10]。王薇薇等[11]、贾蓝溪等[12]研究表明，低温影响西瓜幼苗生长，造成叶片卷曲、萎蔫、叶柄弯曲，幼苗的生长量降低，光合速率下降。李爱民等[13]研究表明，低温弱光胁迫严重损害西瓜叶片的主脉结构。刘叶琼等[14]研究表明，低温胁迫加剧了叶绿素的降解，叶片数和叶面积随着温度的降低而减少。因此，低温胁迫对西瓜的影响体现在多个方面，目前的研究多围绕低温等单因素开展，而对于低温弱光的复合胁迫研究相对较少。为全面了解西瓜幼苗在不同低温弱光胁迫下的适应能力，笔者从西瓜幼苗的形态特征、抗氧化酶活性、渗透调节物质积累和低温弱光对光合系统的影响等方面进行评估，探索西瓜对低温弱光胁迫的生理适应机制，为西瓜冬春季育苗及高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试验设计

试验材料为西瓜品种早佳（8424），购于章丘市兄弟种子有限公司，该品种为杂交种。试验于2023年10—11月在徐州豪杰苗业农业科技有限公司育苗场进行。选籽粒饱满的种子在28 ℃恒温箱中催芽24～48 h，种子露白后播于50孔穴盘（540 mm×280 mm×45 mm/长×宽×高）中，常规管理，待幼苗长至3叶1心时，选取长势一致的幼苗移入人工气候室进行低温弱光处理。试验共设置1个CK（CK）和4个低温弱光（T）梯度，CK：25 ℃，200 µmol·m-2·s-1光照度，12 h/12 h光周期；T1：15 ℃，200 µmol·m-2·s-1，12 h/12 h；T2：15 ℃，100 µmol·m-2·s-1，12 h/12 h；T3：10 ℃，200 µmol·m-2·s-1，12 h/12 h：T4：10 ℃，100 µmol·m-2·s-1，12 h/12 h。处理7 d时进行光合参数和生理指标的测定。每个处理30株幼苗，设3次重复，每次重复30株。

1.2 指标测定方法

1.2.1 生长指标的测定 用卷尺测量株高（茎基部到生长点）。用游标卡尺测量茎粗（下胚轴上、中、下部位各测量一次，取平均值）。叶面积测量时利用数码相机成像，再用Auto CAD软件计算叶面积。植株干质量测定时先用105 ℃烘箱杀青10 min，然后65 ℃烘干至恒质量。各处理随机选取5株，取平均值。

1.2.2 光合参数测定 参考王薇薇等[11]的方法，将幼苗置于正常温光条件下恢复20 min后，取从上向下数第2片功能叶用LI-6400XT便携式光合作用测定仪（LI-COR，美国）测定植株的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）。设定测定环境温度为25 ℃，光量子通量密度为600 µmol·m-2·s-1。每个处理测定5株，每株所有参数均测定10次重复。

1.2.3 叶绿素荧光参数测定 将幼苗暗适应30 min后，取从上向下数第2片功能叶用Mini-PAM调制叶绿素荧光仪（WALZ，德国）测定PSⅡ的最大光化学效率（Fv/Fm）和光化学淬灭系数（qP）。所有参数测定10次重复。

1.2.4 生理指标的测定 参考李合生[15]的方法，采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛（MDA）含量；采用氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性；采用分光光度法测定叶绿素含量。参考Cakmak等[16]的方法测定抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性。每个处理测定5株，3次重复。

1.3 数据分析

采用Excel 2016 软件进行数据处理分析及作图，用SAS 9.0软件进行方差分析，利用Duncan法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 低温弱光对西瓜幼苗形态指标的影响

由表1所示，低温弱光处理7 d后，与CK相比，不同低温弱光处理下西瓜幼苗株高、茎粗、叶面积、幼苗干鲜质量等指标均受到影响，表明低温弱光对西瓜幼苗的生长具有显著抑制作用。在正常光照条件下，随着温度降低，西瓜株高显著降低，15 ℃（T1处理）和10 ℃（T3处理）低温胁迫分别较CK降低了17.1%和36.8%。在弱光条件下，随着温度降低，15 ℃（T2处理）和10 ℃（T4处理）低温胁迫下株高分别较CK降低了18.4%和28.7%。但同一温度不同光照度（T1和T2处理、T3和T4处理）对株高无显著影响。与CK相比，低温弱光显著抑制了西瓜幼苗的茎粗和叶面积，在弱光条件下，10 ℃低温胁迫的抑制作用更强。

与CK相比，低温弱光胁迫显著降低了西瓜幼苗的鲜质量。与CK相比，在正常光照条件下，随着温度降低，地上鲜质量显著下降，15 ℃（T1处理）和10 ℃（T3处理）分别较CK降低了29.3%和50.6%；在弱光条件下，随着温度降低，15 ℃（T2处理）和10 ℃（T4处理）低温胁迫地上鲜质量分别较CK降低了25.1%和43.6%。在地上干质量方面，与CK相比，低温弱光处理显著降低了地上干质量，15 ℃（T2处理）和10 ℃（T4处理）低温胁迫分别较CK降低了40.0%和60.0%。低温弱光处理对地下部根鲜质量和根干质量的影响与地上部一致，与CK相比，低温弱光显著降低了根鲜质量和根干质量，在弱光条件下，10 ℃低温胁迫对西瓜幼苗根系生长的影响最大。