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园艺学报 2016 43 3 462 472 Acta Horticulturae Sinica 462 doi 10 16420 j issn 0513 353x 2015 0808 http www ahs ac cn 收稿日期 2015 12 18 修回日期 2016 03 13 基金项目 国家自然科学基金项目 31572170 山东省自然科学基金项目 ZR2015CM005 通信作者 Author for correspondence E mail axz 外源 H 2 S 对低温下日光温室黄瓜光合作用及抗 氧化系统的影响 周超凡 吴帼秀 李 婷 毕焕改 李清明 艾希珍 山东农业大学园艺科学与工程学院 作物生物学国家重点实验室 农业部黄淮地区园艺作物生物学与种质创制重 点开放实验室 山东泰安 271018 摘 要 为了探讨外源硫化氢 H 2 S 对黄瓜耐冷性的调控机理 以 津优 3 号 黄瓜为试材 叶面 喷施 H 2 S 供体硫氢化钠 NaHS 以清水处理为对照 研究 H 2 S 对温度变化的响应 以及对黄瓜叶片光 合作用和抗氧化系统的影响 结果表明 随着日光温室内气温降低和低温持续时间的延长 黄瓜叶片的 H 2 S 含量及 D L 半胱氨酸脱巯基酶 CDes 活性先升高 后降低 光合速率 P n 气孔导度 G s 蒸腾速率 T r 核酮糖 1 5 二磷酸羧化酶 RuBPCase 活性 以及暗下光系统 最大光化学效率 F v F m 光下实际光化学效率 PSII 电子传递效率 ETR 和光化学猝灭 q P 逐渐降低 胞间 CO 2 浓度 C i 初始荧光 F o 和非光化学猝灭 NPQ 趋于升高 低温胁迫可使 MDA 含量增加 超氧化物歧化酶 SOD 过氧化物酶 POD 过氧化氢酶 CAT 抗坏血酸过氧化物酶 APX 和谷胱甘肽还原酶 GR 活性 先升高后降低 与对照相比 NaHS 处理叶片的 H 2 S 含量和 CDes 活性及 P n G s T r RuBPCase 活性 F v F m PSII ETR 和 q P 明显升高 C i F o 和 NPQ 显著降低 低温下 NaHS 处理的 MDA 含量显著低于 对照 而 SOD POD CAT APX 和 GR 活性明显高于对照 NaHS 处理的黄瓜产量比对照增加 15 3 可见 CDes 催化合成 H 2 S 受低温胁迫诱导 外源 H 2 S 可增强活性氧清除能力 减轻低温对黄瓜叶片光合机 构的伤害 关键词 黄瓜 低温胁迫 活性氧 光合作用 硫化氢 中图分类号 S 642 2 文献标志码 A 文章编号 0513 353X 2016 03 0462 11 Effect of Exogenous Hydrogen Sulfide on Photosynthesis and Antioxidant System of Cucumber Leaves Under Low Temperature in Solar Greenhouse ZHOU Chao fan WU Guo xiu LI Ting BI Huan gai LI Qing ming and AI Xi zhen College of Horticulture Science and Engineering State Key Laboratory of Crop Biology Key Laboratory of Horticultural Crop Biology and germplasm innovation of Agriculture Ministry Shandong Agricultural University Tai an Shandong 271018 China Abstract The purpose of this paper is to investigate the regulation mechanism of exogenous hydrogen sulfide H 2 S on chilling tolerance in cucumber Cucumis sativa L plants Jinyou 3 cucumber plants were used as materials The respond of H 2 S to temperature and the effect of sodium hydrosulfide NaHS the donor of H 2 S on photosynthesis and antioxidant system in cucumber were investigated 周超凡 吴帼秀 李 婷 毕焕改 李清明 艾希珍 外源 H 2 S 对低温下日光温室黄瓜光合作用及抗氧化系统的影响 园艺学报 2016 43 3 462 472 463 with distilled water as the control The results showed that H 2 S content and D L cysteine desulfhydrase CDes activity increased at first and then decreased as the temperature decreased and lasted Low temperature led to decrease in photosynthetic rate P n stomatal conductance G s transpiration rate T r ribulose bisphosphate carboxylic enzyme RuBPCase activity maximum photochemical efficiency of PS in darkness F v F m actual photochemical efficiency of PSII PSII electron transport rate ETR and photochemical quenching q P while increase in intercellular CO 2 concentration C i initial fluorescence F o and non photochemical quenching NPQ Low temperature increased malondialdehyde MDA content The superoxide dismutase SOD peroxidase POD catalase CAT ascorbate peroxidase APX and glutathione reductase GR activities increased in the early days of chilling stress but subsequently decreased Compared with the control the NaHS treated leaves showed significantly higher H 2 S content CDes activity P n G s T r RuBPCase activity F v F m PSII ETR and q P whereas markedly lower C i F o and NPQ NaHS caused a significant decrease in MDA content but an increase in SOD POD CAT APX and GR activities The yield of NaHS treated cucumber plants was 15 3 higher than that of the control This indicated that H 2 S which is catalyzed by CDes was induced by chilling stress Exogenous H 2 S can enhance the ROS scavenging activity and alleviate the injury of photosynthetic apparatus in cucumber leaves against low temperature Key words cucumber chilling stress reactive oxygen ROS photosynthesis hydrogen sulfide H 2 S 北方日光温室黄瓜 Cucumis sativus L 以越冬栽培为主 冬季和早春经常遭遇低温或亚低温 胁迫 前人的研究表明 硫化氢 H 2 S 作为内源信号分子 参与植物体内诸多生理过程 如调节 气孔运动 侯智慧 等 2012 促进植物侧根的发育 Jia et al 2015 延缓采后水果贮藏过程中 的成熟和衰老 Shen et al 2015 缓解光抑制伤害 段冰冰和陆巍 2014 等 植物的光合作用 与活性氧代谢是受温度影响最明显的生理过程 因此 研究 H 2 S 对低温 亚低温 下黄瓜光合作用 及抗氧化系统的影响具有重要意义 关于高等植物内源 H 2 S 的研究可以追溯到 1978 年 Wilson 等 1978 发现 黄瓜 玉米 大 豆等叶片能够以光依赖的方式释放 H 2 S 然而长期以来对高等植物内源 H 2 S 的生理作用知之甚少 由于过量的 H 2 S 会使空气中的自由基失衡 从而影响植物代谢 导致叶片失绿 光合降低 呼吸异 常 酶活性改变 加速衰老等 所以 以往对 H 2 S 的研究主要集中在其毒理方面 事实上 早在 1982 年 H llgren 和 Fredriksson 1982 就已经发现 在较低浓度二氧化硫 SO 2 胁迫下 松树叶片可 通过释放 H 2 S 作为对 SO 2 的响应 暗示 H 2 S 在植物体内具有特定的生理作用 但当时被先入为主地 认为是 H 2 S 的毒性生理特征所致 直到近几年 H 2 S 的生理作用才从 气体信号分子 这一全新的 视角被发掘 并逐渐引起人们的关注 Jin 等 2011 研究发现 干旱胁迫可使拟南芥体内的 L D 半胱氨酸脱巯基酶 CDes 的活性升高 内源 H 2 S 产率增加 同时 外源施加生理浓度的 H 2 S 可以 减小叶片的气孔孔径 降低蒸腾作用 提高植物对干旱的抵抗力 许多试验证明 H 2 S 处理可以提 高植物体内过氧化氢酶 CAT 超氧化物歧化酶 SOD 抗坏血酸过氧化物酶 APX 过氧化物 酶 POD 等抗氧化酶的活性 减少植物体内铜 Cu 镉 Cd 铝 Al 等多种重金属的积累 缓解重金属胁迫对植物根系生长的抑制及植株的毒害作用 Zhang et al 2008 2015 Chen et al 2013 Ali et al 2014 Li 等 2012 用 NaHS 预处理烟草悬浮细胞 发现可显著增加其热胁迫后 Zhou Chao fan Wu Guo xiu Li Ting Bi Huan gai Li Qing ming Ai Xi zhen Effect of exogenous hydrogen sulfide on photosynthesis and antioxidant system of cucumber leaves under low temperature in solar greenhouse 464 Acta Horticulturae Sinica 2016 43 3 462 472 的存活率和再生能力 缓解热激后细胞活力下降 电解质泄漏和 MDA 积累 Luo 等 2015 研究 发现 外源 H 2 S 处理可使香蕉果实的耐冷性显著增强 认为与抗氧化能力和脯氨酸含量升高有关 虽然 H 2 S 对低温下植物的调控作用已有报道 但日光温室自然条件下黄瓜内源 H 2 S 对温度变化的响 应 以及外源 H 2 S 对低温下黄瓜光合作用和抗氧化系统的影响机理还不清楚 本研究以 津优 3 号 黄瓜为试材 探讨内源 H 2 S 对温度变化的响应 以及外源 H 2 S 对黄瓜叶片光合作用和抗氧化系统的 影响 为化学调控植物代谢 缓解低温 亚低温 逆境障碍提供理论依据和技术指导 1 材料与方法 1 1 供试材料与试验设计 试验于 2014 年在山东农业大学园艺试验站日光温室内进行 供试黄瓜 Cucumis sativus L 品 种为 津优 3 号 购自天津市黄瓜研究所 H 2 S 供体为硫氢化钠 NaHS 购自 Sigma 公司 8 月 15 日用 10 cm 10 cm 营养钵在日光温室内育苗 9 月 14 日采用大小行定植 大行距 70 cm 小 行距 50 cm 株距 30 cm 地膜覆盖 常规管理 10 月 5 日 12 月 5 日 用 1 0 mmol L 1 NaHS 溶 液 由预备试验确定 喷撒黄瓜叶片 每隔 10 d 喷 1 次 共喷 7 次 以清水处理作对照 小区面积 19 2 m 2 3 次重复 分别于 10 月 20 日 寒流前 17 d 11 月 8 日 第 1 次寒流后 1 d 11 月 19 日 第 2 次寒流后 1 d 和 12 月 2 日 第 3 次寒流后 1 d 10 00 11 30 取样测定 1 2 测定指标与测定方法 1 2 1 气温 于 10 月 20 日 11 月 8 日 11 月 19 日和 12 月 2 日分别用温度计测定日光温室内气温 Ta 昼夜变化 每小时测定 1 次 重复测定温室中部的 3 个点 取平均值 1 2 2 H 2 S含量和L D 半胱氨酸脱巯基酶活性 参照 Sekiya 等 1982 的亚甲基蓝法测定黄瓜功能叶片 上数第 4 叶 H 2 S 含量 参照 Riemenschneide 等 2005 的方法测定 L D 半胱氨酸脱巯基酶 CDes 活性 1 2 3 气体交换参数 用英国 PP Systems 公司生产的 Ciras 2 型光合仪测定光量子通量密度 PFD 为 600 mol m 2 s 1 CO 2 浓度 350 360 L L 1 叶温 25 1 下的黄瓜功能叶 上数第 4 叶 光合 速率 P n 气孔导度 G s 胞间 CO 2 浓度 C i 和蒸腾速率 T r PFD CO 2 浓度和叶温分别由 光合仪的可调光源 内置式 CO 2 供气系统和温度监控装置控制 1 2 4 叶绿素荧光参数 将叶片预暗 30 min 用英国 Hansatech 公司生产的 FMS 2 型调制式叶绿素荧光仪测定暗适应下 最大荧光 F m 可变荧光 F v 初始荧光 F o 以及作用光为 400 mol m 2 s 1 下的稳态荧光 F s 初始荧光 F o 最大荧光 F m 可变荧光 F v 等荧光参数 各参数的意义及光化学效率计算 参照 Demmig Adams 和 William 1996 及 FMS 2 型叶绿素荧光仪使用手册 公式如下 暗适应下 最大光化学效率 F v F m F m F o F m 光适应下实际光化学效率 PSII F m F s F m 光化学猝灭系数 q P F m F s F m F o 非光化学猝灭系数 NPQ F m F m 1 电子传 递速率 ETR F m F s F m PAR 0 5 0 84 周超凡 吴帼秀 李 婷 毕焕改 李清明 艾希珍 外源 H 2 S 对低温下日光温室黄瓜光合作用及抗氧化系统的影响 园艺学报 2016 43 3 462 472 465 1 2 5 核酮糖 1 5 二磷酸羧化酶 RuBPCase 活性 10 月 20 日和 11 月 8 日取样 利用 GMS16015 1 试剂盒 上海杰美基因医药科技有限公司 测 定 1 2 6 MDA含量及抗氧化酶活性 参照李合生等 2000 的硫代巴比妥酸 TBA 比色法测定丙二醛 MDA 含量 用氮蓝四唑 NBT 还原法测定超氧化物歧化酶 SOD 活性 以抑制光化还原 50 为 1 个酶活性单位 用愈 创木酚法测定过氧化物酶 POD 活性 参照 Chance 和 Maehly 1995 的方法测定过氧化氢酶 CAT 活性 按 Foyer 和 Halliwell 1976 的方法测定谷胱甘肽还原酶 GR 活性 参照赵世杰等 2002 的方法测定抗坏血酸过氧化酶 APX 活性 1 2 7 产量 10 月 13 日开始采收 调查单株坐果数 测定单果质量 12 月 20 日拉秧 按小区统计产量 1 3 数据统计分析 数据均取 3 次重复的平均值 采用 Microsoft Excel 处理数据和作图 用 DPS 软件对数据进行单 因素方差分析 并运用 Duncan s 检验法对显著性差异 P 0 05 进行多重比较 2 结果与分析 2 1 日光温室秋冬季温度昼夜变化 10 月 20 日 寒流前 17 d 11 月 8 日 第 1 次寒流后 1 d 11 月 19 日 第 2 次寒流后 1 d 12 月 2 日 第 3 次寒流后 1 d 对日光温室气温昼夜变化进行测定 结果表明 10 月 20 日最低气温 13 4 最高 35 8 昼 夜均温 28 4 14 6 多数时间处于黄瓜适温范围内 8 00 18 00 20 35 18 00 翌日 6 00 12 20 第 1 次寒流后 室内最低气温降至 9 2 最高 22 8 昼 夜均温 18 2 10 0 亚低温 8 00 18 00 12 1 20 18 00 翌日 6 00 10 15 持续时间较长 11 月 19 日的最低气温为 7 1 最高 15 8 昼 夜均值 12 5 8 6 白天低于黄瓜临界温度的时间超过 4 h 夜间多数时间低于 10 部分叶片出现冷害症状 12 月 2 日的最低气温与 11 月 19 日相似 但其最高温和昼 夜均温分别降至 13 6 和 10 5 8 0 高于 黄瓜临界温度的时间只有 1 5 h 黄瓜冷害症状明显 图 1 不同时期日光温室气温昼夜变化 Fig 1 Diurnal variation of air temperature in solar greenhouse at different stage Zhou Chao fan Wu Guo xiu Li Ting Bi Huan gai Li Qing ming Ai Xi zhen Effect of exogenous hydrogen sulfide on photosynthesis and antioxidant system of cucumber leaves under low temperature in solar greenhouse 466 Acta Horticulturae Sinica 2016 43 3 462 472 2 2 外源 NaHS 对日光温室黄瓜 H 2 S 含量及 L D 半胱氨酸脱巯基酶活性的影响 预备试验结果表明 低温下叶面喷施 1 0 mmol L 1 NaHS 处理的黄瓜幼苗电解质渗漏率 EL 最低 表 1 说明其受伤最轻 该处理效果最好 因此 选用 1 0 mmol L 1 的 NaHS 和清水两个处 理进行以下试验 表 1 不同浓度 NaHS 对低温下黄瓜幼苗电解质渗漏率的影响 Table 1 Effect of different concentrations of NaHS on electrolyte leakage of cucumber seedlings under low temperature stress 电解质渗漏率 Electrolyte leakage NaHS 处理浓度 mmol L 1 Concentration of NaHS 0 d 1 d 3 d 5 d 0 对照 Control 44 4 0 5 a 50 4 0 6 a 59 3 1 4 b 72 1 0 6 a 0 5 42 0 0 1 b 41 9 0 9 de 56 4 0 4 c 54 4 1 0 d 1 0 39 2 0 9 c 41 5 0 2 e 49 7 0 2 e 49 9 1 4 e 1 5 39 4 1 3 c 43 1 0 7 cd 51 3 0 9 d 54 2 1 6 d 2 0 39 6 2 0 c 43 8 0 2 c 50 1 0 2 de 62 6 2 0 c 2 5 43 5 0 8 ab 46 4 1 2 b 65 9 1 1 a 69 7 1 0 b 注 表中数据为均值 标准差 不同字母表示差异达显著水平 P 0 05 Note All values shown are mean SD The different letters indicate that mean values are significantly different among treatments P 0 05 为了探明 H 2 S 对温度变化的响应 检测了日光温室秋冬茬黄瓜 H 2 S 含量及 D L 半胱氨酸脱 巯基酶活性 CDes 的变化情况 从图 2 看出 低温胁迫初期 第 1 次寒流后 11 月 8 日 黄瓜 叶片的 H 2 S 含量显著增加 同时明显提高了 CDes 活性 但随着低温时间的延长 H 2 S 含量和 CDes 活性均趋于下降 喷施 NaHS 可使黄瓜叶片的 H 2 S 含量和 CDes 活性显著高于对照 P 0 05 但 二者对温度变化的响应与对照一致 由此推测 CDes 催化合成的 H 2 S 受低温胁迫诱导 外源 NaHS 对黄瓜叶片 H 2 S 合成具有一定的促进作用 图 2 外源 NaHS 对低温下日光温室黄瓜 H 2 S 含量及 L D 半胱氨酸脱巯基酶活性的影响 Fig 2 Effect of exogenous NaHS on H 2 S content and L D cysteine desulfhydrase activity of cucumber leaves under low temperature in solar greenhouse 周超凡 吴帼秀 李 婷 毕焕改 李清明 艾希珍 外源 H 2 S 对低温下日光温室黄瓜光合作用及抗氧化系统的影响 园艺学报 2016 43 3 462 472 467 2 3 外源 NaHS 对低温下日光温室黄瓜光合作用的影响 2 3 1 对气体交换参数和RuBP羧化酶活性的影响 图 3 显示 较适宜温度下 10 月 20 日 NaHS 处理黄瓜叶片的 P n 比对照高 14 5 第 1 次寒 流后 11 月 8 日 随着日光温室内气温的快速下降 P n 逐渐降低 但 NaHS 处理的 P n 仍比对照高 20 2 3 次寒流之后 12 月 2 日 日光温室内昼夜温度降至 7 12 NaHS 处理的 P n 降至 6 6 mol m 2 s 1 比对照 4 8 高 37 5 不同时期黄瓜叶片 G s 和 T r 与 P n 的变化趋势相同 而 C i 与 P n 的变化趋势相反 与对照相比 NaHS 处理的 G s 和 T r 较高 而 C i 较低 可见 低温引起黄瓜 P n 降低的主要原因是非气孔限制 叶面喷施 1 0 mmol L 1 NaHS 可明显减轻低温对黄瓜叶肉功能的不 利影响 从而维持较强的光合能力 为了进一步探讨外源 NaHS 对日光温室黄瓜光合作用的影响机理 测定了第 1 次寒流前后黄瓜 功能叶片 RuBPCase 活性 第 2 次寒流后黄瓜叶片出现冷害症状 RuBPCase 活性较低 数据未列 结果 图 3 表明 常温下 NaHS 处理黄瓜叶片的 RuBPCase 活性显著高于对照 昼夜均温降至 18 2 10 0 11 月 8 日 时 NaHS 处理和对照分别较低温胁迫前降低了 25 3 和 28 9 说明外源 NaHS 可促进黄瓜叶片的光合碳同化 这可能是其增强光合能力的重要原因之一 图 3 外源 NaHS 对低温下日光温室黄瓜气体交换参数的影响 Fig 3 Effect of exogenous NaHS on gas exchange parameters of cucumber leaves under low temperature in solar greenhouse Zhou Chao fan Wu Guo xiu Li Ting Bi Huan gai Li Qing ming Ai Xi zhen Effect of exogenous hydrogen sulfide on photosynthesis and antioxidant system of cucumber leaves under low temperature in solar greenhouse 468 Acta Horticulturae Sinica 2016 43 3 462 472 2 3 2 对荧光参数的影响 F v F m 是暗适应下 PS 最大光化学效率 反映 PS 反应中心最大光能转换效率 图 4 表明 10 月 20 日 NaHS 处理黄瓜叶片的 F v F m 与对照差异不显著 低温胁迫初期 11 月 8 日 F v F m 变化不 大 随着室温持续下降和低温时间延长 对照的 F v F m 较明显降低 而 NaHS 处理的变化较小 3 次寒流过后 对照的 F v F m 比寒流前降低了 10 7 而 NaHS 处理的只降低了 4 8 PS 是光下实际光化学效率 能比较真实地反映光化学反应对光能的利用情况 它与 CO 2 同化 的量子效率呈正相关 Edwards Baker 1993 在 PFD 为 400 mol m 2 s 1 下 测定 10 月 20 日 NaHS 处理的 PS 与对照差异不显著 寒流后随着室内气温快速下降 对照的 PS 迅速降低 而 NaHS 处理的变化比较平缓 12 月 2 日 对照和 NaHS 处理的 PS 分别比寒流前降低了 28 8 和 17 1 逆境下 F o 变化趋势是判断 PS 反应中心是否受伤的重要标志 从图 4 看出 寒流后黄瓜叶片 的 F o 呈上升趋势 且低温持续时间越长 上升幅度越大 NaHS 处理的 F o 始终低于对照 推测夜均 温降至 10 0 11 月 8 日 时 黄瓜叶片光合机构受到一定伤害 而 NaHS 可明显减轻其受伤程 度 提高光能利用效率 随着气温下降 黄瓜叶片的 ETR 逐渐降低 图 4 说明低温显著抑制了黄瓜叶片的电子传递 这可能与其对碳同化的抑制有关 与对照相比 NaHS 处理的 ETR 明显较大 暗示 NaHS 能减轻低 温对黄瓜碳同化的抑制作用 从而维持较高的电子传递速率 图 4 外源 NaHS 对低温下日光温室黄瓜叶绿素荧光参数的影响 10 00 11 30 Fig 4 Effect of exogenous NaHS on chlorophyll fluorescence parameters of cucumber leaves under low temperature in solar greenhouse 周超凡 吴帼秀 李 婷 毕焕改 李清明 艾希珍 外源 H 2 S 对低温下日光温室黄瓜光合作用及抗氧化系统的影响 园艺学报 2016 43 3 462 472 469 q P 为光化学猝灭系数 它反映 PS 反应中心的开放程度和 PS 原初电子受体质体醌 A QA 的还原程度 q P 越大 QA 重新氧化形成 QA 的量越大 即 PS 的电子传递活性越大 NPQ 是包括 热耗散及几个其它能量耗散过程在内的非光化学猝灭过程 Krause Weis 1991 在多数情况下 以热耗散为主 从图 4 看出 随着温度的降低和持续时间的延长 q P 减小 而 NPQ 增加 多数情况 下 NaHS 处理的 q P 大于对照 而 NPQ 小于对照 可见 温度越低 黄瓜叶片 PS 反应中心的开放 程度越小 通过热耗散散失的热量越多 NaHS 对 PS 反应中心开放有一定促进作用 2 4 外源 NaHS 对低温下日光温室黄瓜 MDA 含量及抗氧化酶活性的影响 从图 5 看出 10 月 20 日 NaHS 处理的 MDA 含量与对照差异不大 第 1 次寒流后 11 月 8 日 二者的 MDA 含量均大幅升高 但 NaHS 处理始终低于对照 此后尽管气温逐渐降低 但变化较小 第 3 次寒流过后 12 月 2 日 NaHS 处理的 MDA 含量较对照低 23 9 可见 NaHS 减轻了低温 引起的黄瓜叶片膜脂过氧化 在较适宜温度下 10 月 20 日 NaHS 处理黄瓜叶片的 SOD 活性与对照差异不显著 第 1 次 寒流后 11 月 8 日 随着气温快速下降 SOD 活性明显升高 NaHS 处理的比对照高 6 3 11 月 19 日后 日光温室内昼夜温度降至 7 15 SOD 活性略有降低 且 NaHS 处理与对照差异不显 著 降温前黄瓜叶片的 POD 活性较低 且处理间无明显差异 降温后 POD 活性先快速增加 后趋 图 5 外源 NaHS 对低温下日光温室黄瓜 MDA 含量及抗氧化酶活性的影响 Fig 5 Effect of exogenous NaHS on MDA content and antioxidant enzymes activities of cucumber leaves under low temperature in solar greenhouse Zhou Chao fan Wu Guo xiu Li Ting Bi Huan gai Li Qing ming Ai Xi zhen Effect of exogenous hydrogen sulfide on photosynthesis and antioxidant system of cucumber leaves under low temperature in solar greenhouse 470 Acta Horticulturae Sinica 2016 43 3 462 472 于降低 11 月 8 日 11 月 19 日和 12 月 2 日 NaHS 处理的 POD 活性分别比对照高 12 1 50 2 和 21 2 CAT APX 和 GR 活性的变化趋势与 POD 相似 即随着室内气温的降低先快速上升 后缓 慢下降 NaHS 处理的 CAT APX 和 GR 活性多显著高于对照 2 5 外源 NaHS 对低温下日光温室黄瓜产量的影响 从表 2 看出 NaHS 处理的单株瓜数比对照多 11 4 由于瓜伸长速度较快 所以其单瓜质量 也明显高于对照 总产量比对照高 15 3 说明 NaHS 可促进低温下日光温室黄瓜生长发育 从而 提高产量 可在生产中推广应用 表 2 外源 NaHS 对低温下日光温室黄瓜产量的影响 Table 2 Effect of exogenous NaHS on yield of cucumber under low temperature in solar greenhouse 处理 Treatment 单株瓜数 Fruits per plant 单瓜质量 g Mean fruit weight 产量 kg hm 2 Yield 增产 Yield increase NaHS 3 72 0 09 a 408 25 5 96 a 76 209 96 2588 40 a 15 3 对照 Control 3 34 0 06 b 376 83 7 09 b 66 085 11 1329 22 b 3 讨论 本试验结果表明 低温胁迫初期 第 1 次寒流后 黄瓜叶片的 H 2 S 含量和 CDes 活性大幅度升 高 之后趋于下降 表明 H 2 S 受低温胁迫诱导 且 CDes 与低温诱导的 H 2 S 合成呈正相关 前人研 究表明 NaHS 在动植物中可作为 H 2 S 的供体 Hosoki et al 1997 Wang et al 2012 段冰冰和 陆巍 2014 用不同的含硫化合物处理水稻 发现只有 NaHS 处理能减轻水稻光抑制 确定了是 H 2 S 而不是硫营养发挥作用 在本试验中 叶面喷施 NaHS 可使黄瓜叶片的 H 2 S 含量和 CDes 活性明显 升高 证实 NaHS 在黄瓜中可作为 H 2 S 的供体 近年来研究发现 H 2 S 作为气体信号分子 在植物 逆境生理生态中发挥着增强植物生理系统功能 提高植物耐旱 耐热 耐盐 朱会朋 等 2013 景 举伟 等 2015 和重金属 孟丹 等 2015 等的作用 但 H 2 S 对植物遭遇低温胁迫后的光合功能 是否具有调节作用 未见报道 本试验结果表明 随着温度的下降和低温持续时间的延长 日光温 室黄瓜叶片的 P n 和 G s 显著降低 而 C i 趋于升高 说明自然降温引起 P n 下降的主要原因是非气孔限 制 田间喷施 1 0 mmol L 1 NaHS 在促进 H 2 S 合成的同时 减轻了 P n G s RuBPCase 的下降程 度 从而维持较高的光合活性 叶绿素荧光参数可以反映植物叶片对光能的吸收和利用情况 Demmig Adams William 1996 F v F m 是衡量光抑制程度的重要指标 PS 能够真实地反映 PS 的光能转换效率 Maxwell Johnson 2000 本研究中 夜间平均气温降至 10 0 以下时 对照黄瓜叶片的 PS F v F m q P 和 ETR 显著降低 F o 和 NPQ 明显升高 表明光能转换效率降低 过剩激发能增加 从而引起低温光抑制 光合机构受到伤害 而 NaHS 处理的 F v F m 降低不明显 PS q P 和 ETR 的降低幅度和 F o 与 NPQ 的升高幅度也显著小于对照 说明 NaHS 能够调节低温下 黄瓜叶片的光合功能 减轻低温逆境对光合机构的伤害 其可能的机理是增加 PS 反应中心开放程 度 减小叶肉阻力 维持较高的碳同化能力和电子传递速率 正常条件下 植物细胞内活性氧 ROS 的产生与清除处于动态平衡状态 但当受到逆境胁迫 时 植物对活性氧的调控能力降低 ROS 则会在细胞内积累 过氧化产物 MDA 等 含量增加 从而引起细胞膜透性增大 胞内电解质外渗 DNA 等生物大分子被破坏 严重时导致细胞死亡 植 物体内存在酶促和非酶促两类活性氧自由基清除系统 对防御 ROS 伤害 维持细胞膜结构完整具有 重要作用 其中 SOD POD CAT APX GR 在抗氧化酶系中起关键作用 SOD 是植物抗氧化系 周超凡 吴帼秀 李 婷 毕焕改 李清明 艾希珍 外源 H 2 S 对低温下日光温室黄瓜光合作用及抗氧化系统的影响 园艺学报 2016 43 3 462 472 471 统的第一道防线 它可以使 Mehler 反应中产生的活性氧转化成 H 2 O 2 然后通过 POD CAT 等将 H 2 O 2 转化为 H 2 O 和 O 2 从而有效地阻止超氧阴离子和 H 2 O 2 相互作用对细胞膜产生更大的伤害 Kornyeyev et al 2001 本试验结果表明 第 1 次寒流后黄瓜叶片的 MDA 含量明显增加 说明 黄瓜体内的自由基和活性氧大量积累 诱发膜脂过氧化 但第 2 次寒流后 尽管室内气温持续下降 但黄瓜叶片的 MDA 含量有所降低 这可能是其经受低温胁迫过程中产生的自我调节和适应性反应 第 3 次寒流后 黄瓜叶片的 MDA 含量又趋于升高 说明此时低温对细胞膜的伤害已超出黄瓜自身 的调节和适应能力 冷害症状明显 数据未列 随着室内
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