不同浓度海藻糖处理对西瓜幼苗低温抗性的影响

摘 要：为探讨不同浓度海藻糖处理对西瓜幼苗低温抗性的影响，以农科大五号西瓜品种为试验材料，以清水25 ℃/18 ℃（昼/夜）为常温对照（CK），用0、5、10、15、20 mmol·L-1海藻糖对西瓜幼苗进行叶面喷施预处理，10 ℃/7 °C（昼/夜）低温胁迫7 d后测定分析最大光化学效率、相对电导率、丙二醛含量、抗氧化酶活性、根系活力、干鲜质量。结果表明，与0 mmol·L-1海藻糖相比，15 mmol·L-1海藻糖处理可以显著提高西瓜幼苗抗氧化酶活性、根系活力、干鲜质量，降低叶片相对电导率和丙二醛含量，增强幼苗的抗冷性，其中超氧化物歧化酶（SOD）活性升高了36.29%，过氧化物酶（POD）活性升高了43.65%，根系活力提高了127.21%，地上部鲜质量增加了89.20%，地上部干质量增加了80.35%，地下部鲜质量增加了166.95%，地下部干质量增加了107.61%，叶片相对电导率降低了23.01%，丙二醛含量降低了25.32%；而5、10、20 mmol·L-1海藻糖处理大多数生理指标之间没有显著差异。综上所述，叶面喷施海藻糖可以增强西瓜幼苗的低温抗性，其中15 mmol·L-1海藻糖处理效果最好。

关键词：西瓜；海藻糖；低温胁迫；抗性

中图分类号：S651 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）08-027-06

Abstract： In order to explore the effects of trehalose treatment at different concentrations on low temperature resistance of watermelon seedlings， the watermelon cultivars named Nongkeda No. 5 was used as the test material， and 0， 5， 10， 15， 20 mmol·L-1 trehalose was applied to watermelon seedlings in foliar spray treatment with water 25 ℃/18 °C （day/night） as normal temperature control（CK）. Maximum photochemical efficiency， relative electrical conductivity， malondialdehyde content， antioxidant enzyme activity， root viability， dry fresh weight were measured and analyzed after 7 days of 10 ℃/7 °C （day/night） cold stress. The results showed that compared with 0 mmol·L-1 trehalose， the autioxidant enzyme activities， the root viability， dry fresh weight were significantly increased and relative conductivity of leaves， malondialdehyde content were significantly reduced by the treatment of trehalose with 15mmol·L-1 concentration， and the cold resistance of watermelon seedlings was enhanced. Among them， superoxide dismutase （SOD） activity increased by 36.29%， peroxidase （POD） activity increased by 43.65%， root viability increased by 127.21%， the fresh weight of shoot increased by 89.20%， the dry weight of shoot increased by 80.35%， the fresh weight of root increased by 166.95%， the dry weight of root increased by 107.61%， relative conductivity of leaves decreased by 23.01% and malondialdehyde content decreased by 25.32%. While there was no significant difference in most physiological indicators of trehalose treatment at 5， 10， 20 mmol·L-1 concentration. In conclusion， spraying trehalose on leaves can enhance the low temperature resistance of watermelon seedlings， and 15 mmol·L-1 trehalose treatment showed the best effect.

Key words： Watermelon; Trehalose; Low temperature stress; Tolerance

西瓜[Citrullus lanatus （Thunb.）]是我国的重要经济作物之一，起源于热带与亚热带地区，对低温反应敏感，最适生长温度为20～32 °C[1]。近年来，随着种植技术水平的提升和种植团队的专业化，我国的西瓜种植规模逐年扩大，有力提高了部分地区的农民收入水平。早春西瓜的种植效益高，是增收的重要方式，然而，伴随季节而来的低温冻害也对幼苗的生长带来不利影响。在西北地区一般在3月份进行早春大棚的西瓜定植，此时气温较低，会出现倒春寒的现象，无法达到西瓜健康生长的合适温度，造成西瓜幼苗根系发育不良，根系活力下降，地上部生长受阻，叶片光合速率降低，进而影响西瓜后期的生长发育和产量品质。

温度是植物生长和发育过程中的重要影响因素，低温会对植物的生长发育、形态特性等造成不良影响，造成叶片萎蔫黄化、坐果率低，严重影响品质[2]。徐田军等[3]研究表明，低温胁迫会使植物光合效率降低，减缓植物的生长。王洪涛等[4]、王萍等[5]研究表明，低温胁迫会使植物叶片细胞膜损伤，破坏细胞的结构及功能，使叶片相对电导率（REC）和丙二醛（MDA）含量增加。李晶等[6]研究表明，低温胁迫下，植物细胞会产生大量自由基，而超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）可通过消除体内自由基，增强植物在逆境中的抗逆能力。和红云等[7]、杨德光等[8]研究表明，低温胁迫会使植物生长受阻，导致植株地上部、地下部干鲜质量下降。王克安等[9]、康俊梅等[10]研究表明，低温胁迫会导致植株根系活力下降，降低根系吸收转化营养物质的效率。

被誉为生命之糖的海藻糖（trehalose）通常在植物遭受逆境胁迫下产生[11]，有着独特的抗脱水、抗冻和抗高渗保护功能[12-14]，在促进植物体抗寒性方面起着重大作用[15-16]。已有研究表明，低温胁迫下，海藻糖处理使叶片电导率降低，地上、地下部干物质和叶片中的叶绿素含量增加，从而保证了水稻幼苗在胁迫环境下的抗逆能力[17]。黄瓜幼苗在低温环境中，外源海藻糖会减少幼苗体内活性氧的过度积累，增强幼苗对温度的适应性[13]。同样在对冬小麦低温下幼苗的抗寒性研究中发现，外源海藻糖能够显著提升作物的抗氧化水平，增强植株的抗寒能力[18]。关于海藻糖在西瓜低温胁迫上的作用研究报道较少，因此笔者通过研究叶片喷施海藻糖对西瓜幼苗低温抗性的影响，以期筛选出最适浓度，为生产中使用海藻糖提高西瓜耐冷性提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试西瓜品种为农科大五号，由西北农林科技大学西甜瓜课题组提供，该品种为早熟品种，果实圆形，单瓜质量6 kg左右，生育期92～95 d，果实发育期28～30 d，适宜在陕西省及同类生态区早春设施西瓜种植区种植；供试海藻糖为德州汇洋生物科技有限公司生产（海藻糖含量≥98%）；供试基质由杨凌裕丰种业有限公司提供。

1.2 试验设计

试验共设6个处理：常温对照CK，0、5、10、15、20 mmol·L-1海藻糖，各个处理见表1。2022年7月于西北农林科技大学科研温室采用50孔穴盘育苗，待西瓜幼苗1叶1心时移栽至10 cm × 10 cm营养钵中，其间注意水分管理。在2叶1心时进行叶面喷施处理，以叶面凝成水滴却不滴下为标准，间隔7 d后再次进行叶面喷施处理，处理结束后于低温培养箱中进行培养（10 ℃/7 °C），每个处理15株，3次重复。低温处理7 d后进行表型拍照，测定干鲜质量、PSII最大光化学效率、叶片相对电导率。采集第2片真叶放入液氮中速冻后储存于超低温冰箱，用于后续生理指标的测定。

1.3 测定方法

各处理按随机取样法选取西瓜植株3株进行指标测定，各指标均重复测定3次，取平均值。除根系活力、鲜质量和干质量外，其余指标的测定叶为第2片真叶。Fv/Fm（PSII最大光化学效率）的测定使用便携式调制叶绿素荧光仪（德国WALZ公司生产），测定前需要将西瓜幼苗暗适应30 min；叶片相对电导率的测定采用Zhou等[19]的方法；丙二醛含量的测定采用TBA比色法[20]；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑（NBT）还原法测定[20]；过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚显色法测定[20]；根系活力的测定采用TTC法[21]；鲜质量和干质量的测定方法为洗净擦干植株，用电子天平称取鲜质量，再放入80 ℃恒温烘箱中烘干48 h后取出，称取干质量。

1.4 数据分析

采用IBM SPSS 2019数据处理系统对试验数据进行统计分析，使用EXCEL 2019软件作图，利用Duncan检验方法确定各处理之间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 海藻糖处理对低温胁迫下西瓜幼苗表型的影响

由图1可知，正常温度下西瓜幼苗生长健壮，叶片舒展，低温胁迫会使得西瓜幼苗叶片卷曲、萎蔫、叶柄弯曲。与T1处理相比，T2～T5处理西瓜幼苗后，降低了叶片的萎蔫程度，其中T4处理叶片萎蔫程度最低，缓解了低温对西瓜幼苗叶片的伤害。

2.2 海藻糖处理对低温胁迫下西瓜幼苗叶片PSII最大光化学效率的影响

由图2可知，低温胁迫下，西瓜幼苗叶片中的PSII最大光化学效率显著降低。与T1处理相比，T2、T4、T5处理西瓜幼苗叶片中的PSII最大光化学效率无显著差异；而T3处理与T1处理相比，最大光化学效率显著提高了9.77%。

2.3 海藻糖处理对低温胁迫下西瓜幼苗叶片电导率和丙二醛含量的影响

由图3-A可知，低温胁迫下西瓜幼苗叶片相对电导率显著上升。与T1处理相比，T2、T3、T5处理西瓜幼苗叶片相对电导率没有显著差异；而T4处理与T1处理相比，叶片相对电导率显著降低了23.01%。由图3-B可知，低温胁迫下西瓜幼苗叶片丙二醛含量显著上升。与T1处理相比，T5处理西瓜幼苗叶片丙二醛含量没有显著差异，而T2、T3、T4处理显著降低了西瓜叶片丙二醛含量，分别降低了18.36%、24.24%和25.32%。

2.4 海藻糖处理对低温胁迫西瓜幼苗抗氧化酶活性的影响

由图4-A～B可知，低温胁迫下西瓜幼苗叶片抗氧化酶活性提高。与T1处理相比，T4处理显著提升了西瓜幼苗叶片SOD、POD活性，分别提高了36.29%和43.65%；而T2、T3、T5处理西瓜幼苗叶片抗氧化酶活性与T1处理相比无显著差异。

2.5 海藻糖处理对低温胁迫下西瓜幼苗干鲜质量的影响

由图5-A～D可知，低温胁迫会使西瓜幼苗地上部鲜质量显著降低，与T1处理相比，T2～T5处理能显著提高西瓜幼苗地上部鲜质量，分别提高了30.05%、50.58%、89.20%和40.61%；在地上部干质量方面，与T1处理相比，T2、T3处理没有显著差异，而T4、T5处理显著提高了地上部干质量，分别提高了80.35%和63.65%；在地下部鲜质量方面，与T1处理相比，T2、T5处理没有显著差异，而T3、T4处理显著提高了地下部鲜质量，分别提高了117.28%和166.95%；在地下部干质量方面，与T1处理相比，T2、T5处理没有显著差异，而T3、T4处理显著提高了西瓜幼苗地下部干质量，分别提高了40.26%和107.61%。