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摘要：以“津优1号”黄瓜为材料，以根施的方式在黄瓜2叶1心时施用不同浓度（20、30、40、50 mmol/L）的甜菜碱水溶液，研究低温胁迫下甜菜碱对黄瓜幼苗耐冷性的影响。结果表明：一定浓度的外源甜菜碱可以有效降低低温胁迫下黄瓜幼苗冷害指数和相对电导率，提高SOD酶和POD酶活性，提高可溶性蛋白含量，从而减轻低温胁迫对黄瓜幼苗的伤害，增强了黄瓜幼苗抵御低温胁迫的能力。其中以外源施用40 mmol/L甜菜碱溶液处理的效果最好。
关键词：黄瓜；甜菜碱；耐冷性；生理指标；冷害
中图分类号： S642.201文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0217-02
收稿日期：2014-12-20
资助项目：国家大宗蔬菜产业技术体系专项（编号：CARS-25-C-08）；黑龙江省自然科学基金（编号：C201109）。
作者简介：李阳（1990—），女，黑龙江集贤人，硕士研究生，主要从事蔬菜栽培与生理方面的研究。E-mail：195909752@qq.com。
通信作者：蒋欣梅（1968—），女，浙江诸暨人，副研究员，硕士生导师，主要从事蔬菜栽培与生理方向研究，E-mail：jxm0917@163.com；于锡宏（1965—），男，黑龙江尚志人，教授，博士生导师，主要从事蔬菜栽培与生理方向研究，E-mail：yxh100@sohu.com。甜菜碱是一种存在于大多数植物中的季铵型水溶性生物碱，在植物体内一旦合成就几乎不再被进一步代谢，属于永久性或半永久性的非毒性调节物质。它和多胺、甘露糖、脯氨酸等物质一样，参与调节细胞的渗透势，保持细胞膨压，在抗逆性植物当中甜菜碱就有大量积累[1]。目前相关研究主要集中在甜菜碱醛脱氢酶的活性和转甜菜碱醛脱氢酶基因植物等方面，在植物体内甜菜碱的生物合成及其渗透调节作用取得了一些进展，证明了植物体内积累甜菜碱能提高植物的抗旱性、抗盐碱性和抗冷性[2]。外源甜菜碱可以增强抗氧化酶活性，提高清除活性氧自由基的能力，从而提高香蕉对冷害的抵抗能力[3]。有关甜菜碱对低温胁迫下黄瓜幼苗耐冷性方面的研究很少有报道。为此，本试验以黄瓜为试材，研究不同浓度的外源甜菜碱对低温胁迫下黄瓜幼苗耐冷性相关指标的影响，旨在为甜菜碱的合理使用提供参考。
1材料与方法
1.1试验材料
黄瓜品种为“津优1号”（天津科润农业科技股份有限公司提供）；甜菜碱（哈尔滨美莱公司提供）。
1.2试验方法
试验于2013—2014年在东北农业大学设施园艺中心和蔬菜生产设施工程与环境调控实验室中进行。选取均一种子，置于28 ℃恒温箱中催芽12 h后温室播种，当子叶展平时分苗于8 cm×8 cm营养钵中。在黄瓜幼苗长到2叶1心时，采用根施的方式进行外源甜菜碱处理。甜菜碱溶液设置4个水平，即20、30、40、 50 mmol/L（代码为T20、T30、T40、T50），浇灌量为70 mL/钵（即0.14 mL/cm3），分2次施用，即第一次每个营养钵施用35 mL后，间隔3 d每个营养钵再施用35 mL；以浇灌等量清水处理为对照。然后，置于光照培养箱（PQX-450B-30H型）内进行低温胁迫处理，即温度为（15±0.5） ℃/（8±0.5） ℃（昼/夜），光照时间为12 h，光照度4 000 lx，连续处理8 d。本试验中设置2个对照，一个为清水根施的常温对照（代码 CK1），一个为清水根施的低温胁迫对照（代码CK2）。每个处理选取36株，3次重复。
在低温胁迫结束后进行冷害指数、相对电导率、可溶性蛋白含量、POD（过氧化物酶）及SOD（超氧化物歧化酶）活性的测定。其中冷害指数的测定采用姜述君等的标准[4]，相对电导率的测定采用电导率仪法[5]，可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法[6]，POD活性的测定采用愈创木酚法[7]，SOD活性的测定采用比色法[8]。
2结果与分析
2.1甜菜碱对低温胁迫下黄瓜幼苗冷害指数的影响
如图1所示，与未进行低温胁迫的清水对照CK1相比，低温胁迫的清水对照CK2和甜菜碱处理后经低温胁迫的各个处理（T20、T30、T40、T50）的冷害指数均有不同程度提高，其中除了T40的冷害指数与CK1差异不显著外，其他的处理及CK2的冷害指数均显著高于CK1。施用甜菜碱对冷害有一定的缓解作用，随着施用浓度的增大冷害指数表现为先降低后升高，当浓度达到40 mmol/L（T40）时，其冷害指数显著低于其他低温处理，比CK2处理降低了38%。
2.2甜菜碱对低温胁迫下黄瓜幼苗叶片相对电导率的影响
图2表明，黄瓜幼苗叶片相对电导率的变化趋势同冷害指数。除了处理T40（施用40 mmol/L甜菜碱溶液处理）外，其他低温胁迫处理的黄瓜幼苗电导率均高于常温对照CK1。未经甜菜碱处理的低温对照CK2的相对电导率比常温对照升高了0.8倍。施用甜菜碱后的相对电导率均比CK2有不同程度的降低。当甜菜碱浓度达到40 mmol/L时（T40），相对电导率降到最低值，甚至比常温对照CK1略低，比CK2处理降低了49.7%，而后随甜菜碱浓度的增大而升高。
2.3甜菜碱对低温胁迫下对黄瓜幼苗可溶性蛋白质含量的影响
图3表明，与CK1相比，低温胁迫后黄瓜叶片中的可溶性蛋白质含量下降。与CK2相比，在低温胁迫前施用甜菜碱可以使可溶性蛋白质含量提高。可溶性蛋白质含量随着甜菜碱溶液浓度的增大而增加，当达到40 mmol/L（T40）时达最大值，而后随着浓度的继续增大而下降。
2.4甜菜碱对低温胁迫下对黄瓜幼苗POD酶和SOD酶活性的影响
图4和图5表明，低温胁迫下，黄瓜幼苗POD酶和SOD酶活性均低于常温对照CK1，在甜菜碱溶液处理下POD酶和SOD酶活性明显高于低温对照CK2。随着甜菜碱溶液浓度的增大，POD酶和SOD酶活性均呈上升趋势，在浓度为40 mmol/L 甜菜碱处理下（T40）POD酶和SOD酶活性增幅最大，该处理下POD酶活性值为对照CK2处理时的1.5倍。而后随着甜菜碱浓度的继续增大，POD酶和SOD酶活性呈下降趋势。 3讨论与结论
当植物受到逆境胁迫时，细胞体内自由基产生和清除的平衡受到破坏而出现自由基的积累，并由此而引发或加剧细胞膜的过氧化，导致植物受到伤害。植物抗冷性的增强与蛋白质的合成有关。植物体内的保护酶包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）等。保护酶活性的提高能够清除植物体内在低温下产生的大量 O-2· 、OH-等活性氧自由基，从而避免过多的自由基对细胞造成质膜脂化、大分子活性物质失活等伤害，达到维持细胞正常活动的目的[9]。本试验表明，施用一定浓度的甜菜碱能提高低温胁迫下黄瓜幼苗体内质膜过氧化保护酶SOD、POD的活性，缓解膜质过氧化加剧、减轻细胞膜系统损伤和溶质外渗，降低相对电导率升高，增强细胞膜的稳定性。
在逆境胁迫条件下，植物体内甜菜碱的积累与品种的抗逆性呈正相关[10-11]。内源甜菜碱可提高作物体内叶绿素和蛋白质的含量[12]，提高作物的光合作用[13]，降低H2O2的积累[14]。本试验中，施用甜菜碱溶液后增加了黄瓜幼苗可溶性蛋白含量，从而提高了黄瓜的抗冷能力，这与张士功等在小麦上的抗盐碱性试验结果[15]一致。
外源甜菜碱提高了黄瓜幼苗的抗冷能力，但其作用途径是通过影响内源甜菜碱的积累而起间接作用还是与其器官或某些内源物质发生直接作用还有待进一步探讨。
总之，一定浓度的外源甜菜碱可有效降低低温胁迫下黄瓜幼苗冷害指数和相对电导率，提高SOD酶和POD酶活性，提高可溶性蛋白含量，从而减轻低温胁迫对黄瓜幼苗的伤害，增强其抵御低温胁迫的能力。其中以外源施用40 mmol/L甜菜碱溶液处理效果最好。
参考文献：
[1]苏文潘，李茂富，黄华孙. 甜菜碱对低温胁迫下香蕉幼苗细胞膜保护酶活性的影响[J]. 广西农业科学，2005，36（1）：21-24.
[2]陈世锋，张苏锋，李先文. 油菜寒冻诱抗剂诱导油菜寒冻抗性的研究初报[J]. 河南农业科学，2003（10）：17-20.
[3]李茂富，韦建学，符良峰，等. 外源甜菜碱对低温胁迫下香蕉内源甜菜碱合成的影响[J]. 西北植物学报，2011，31（7）：1400-1404.
[4]姜述君，常缨，范文艳，等. 温度逆境锻炼对低温胁迫下番茄幼苗细胞膜脂质过氧化产物及抗氧化酶活性的影响[J]. 中国农学通报，2007，23（10）：444-448.
[5]肖艳，黄建昌. 自由基清除剂对草莓水分胁迫的保护作用[J]. 仲恺农业技术学院学报，1995，8（2）：63-67.
[6]李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京：高等教育出版社，2000：168-171.
[7]张立军，樊金娟. 植物生理学实验教程[M]. 北京：中国农业大学出版社，2007：101-104.
[8]张治安，陈展宇. 植物生理学实验技术[M]. 长春：吉林大学出版社，2008：176-179.
[9]顾华杰，叶亚新，金琎，等. La3 对低温胁迫冬小麦幼苗抗氧化酶活性的影响[J]. 安徽农业科学，2009，37（21）：9914-9916，9960.
[10]Colmer T D，Epstein E，Dvorak J. Differential solute regulation in leaf blades of various ages in salt-sensitive wheat and a salt-tolerant wheat Lophoprum elongatum（Host）A.Love amphiploid[J]. Plant Physiology，1995，108（4）：1715-1724.
[11]Sabry S S，Smith L T，Smith G M. Osmoregulation in spring wheat under drought and salinity stress[J]. Journal of Genetics
关键词：黄瓜；甜菜碱；耐冷性；生理指标；冷害
中图分类号： S642.201文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0217-02
收稿日期：2014-12-20
资助项目：国家大宗蔬菜产业技术体系专项（编号：CARS-25-C-08）；黑龙江省自然科学基金（编号：C201109）。
作者简介：李阳（1990—），女，黑龙江集贤人，硕士研究生，主要从事蔬菜栽培与生理方面的研究。E-mail：195909752@qq.com。
通信作者：蒋欣梅（1968—），女，浙江诸暨人，副研究员，硕士生导师，主要从事蔬菜栽培与生理方向研究，E-mail：jxm0917@163.com；于锡宏（1965—），男，黑龙江尚志人，教授，博士生导师，主要从事蔬菜栽培与生理方向研究，E-mail：yxh100@sohu.com。甜菜碱是一种存在于大多数植物中的季铵型水溶性生物碱，在植物体内一旦合成就几乎不再被进一步代谢，属于永久性或半永久性的非毒性调节物质。它和多胺、甘露糖、脯氨酸等物质一样，参与调节细胞的渗透势，保持细胞膨压，在抗逆性植物当中甜菜碱就有大量积累[1]。目前相关研究主要集中在甜菜碱醛脱氢酶的活性和转甜菜碱醛脱氢酶基因植物等方面，在植物体内甜菜碱的生物合成及其渗透调节作用取得了一些进展，证明了植物体内积累甜菜碱能提高植物的抗旱性、抗盐碱性和抗冷性[2]。外源甜菜碱可以增强抗氧化酶活性，提高清除活性氧自由基的能力，从而提高香蕉对冷害的抵抗能力[3]。有关甜菜碱对低温胁迫下黄瓜幼苗耐冷性方面的研究很少有报道。为此，本试验以黄瓜为试材，研究不同浓度的外源甜菜碱对低温胁迫下黄瓜幼苗耐冷性相关指标的影响，旨在为甜菜碱的合理使用提供参考。
1材料与方法
1.1试验材料
黄瓜品种为“津优1号”（天津科润农业科技股份有限公司提供）；甜菜碱（哈尔滨美莱公司提供）。
1.2试验方法
试验于2013—2014年在东北农业大学设施园艺中心和蔬菜生产设施工程与环境调控实验室中进行。选取均一种子，置于28 ℃恒温箱中催芽12 h后温室播种，当子叶展平时分苗于8 cm×8 cm营养钵中。在黄瓜幼苗长到2叶1心时，采用根施的方式进行外源甜菜碱处理。甜菜碱溶液设置4个水平，即20、30、40、 50 mmol/L（代码为T20、T30、T40、T50），浇灌量为70 mL/钵（即0.14 mL/cm3），分2次施用，即第一次每个营养钵施用35 mL后，间隔3 d每个营养钵再施用35 mL；以浇灌等量清水处理为对照。然后，置于光照培养箱（PQX-450B-30H型）内进行低温胁迫处理，即温度为（15±0.5） ℃/（8±0.5） ℃（昼/夜），光照时间为12 h，光照度4 000 lx，连续处理8 d。本试验中设置2个对照，一个为清水根施的常温对照（代码 CK1），一个为清水根施的低温胁迫对照（代码CK2）。每个处理选取36株，3次重复。
在低温胁迫结束后进行冷害指数、相对电导率、可溶性蛋白含量、POD（过氧化物酶）及SOD（超氧化物歧化酶）活性的测定。其中冷害指数的测定采用姜述君等的标准[4]，相对电导率的测定采用电导率仪法[5]，可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法[6]，POD活性的测定采用愈创木酚法[7]，SOD活性的测定采用比色法[8]。
2结果与分析
2.1甜菜碱对低温胁迫下黄瓜幼苗冷害指数的影响
如图1所示，与未进行低温胁迫的清水对照CK1相比，低温胁迫的清水对照CK2和甜菜碱处理后经低温胁迫的各个处理（T20、T30、T40、T50）的冷害指数均有不同程度提高，其中除了T40的冷害指数与CK1差异不显著外，其他的处理及CK2的冷害指数均显著高于CK1。施用甜菜碱对冷害有一定的缓解作用，随着施用浓度的增大冷害指数表现为先降低后升高，当浓度达到40 mmol/L（T40）时，其冷害指数显著低于其他低温处理，比CK2处理降低了38%。
2.2甜菜碱对低温胁迫下黄瓜幼苗叶片相对电导率的影响
图2表明，黄瓜幼苗叶片相对电导率的变化趋势同冷害指数。除了处理T40（施用40 mmol/L甜菜碱溶液处理）外，其他低温胁迫处理的黄瓜幼苗电导率均高于常温对照CK1。未经甜菜碱处理的低温对照CK2的相对电导率比常温对照升高了0.8倍。施用甜菜碱后的相对电导率均比CK2有不同程度的降低。当甜菜碱浓度达到40 mmol/L时（T40），相对电导率降到最低值，甚至比常温对照CK1略低，比CK2处理降低了49.7%，而后随甜菜碱浓度的增大而升高。
2.3甜菜碱对低温胁迫下对黄瓜幼苗可溶性蛋白质含量的影响
图3表明，与CK1相比，低温胁迫后黄瓜叶片中的可溶性蛋白质含量下降。与CK2相比，在低温胁迫前施用甜菜碱可以使可溶性蛋白质含量提高。可溶性蛋白质含量随着甜菜碱溶液浓度的增大而增加，当达到40 mmol/L（T40）时达最大值，而后随着浓度的继续增大而下降。
2.4甜菜碱对低温胁迫下对黄瓜幼苗POD酶和SOD酶活性的影响
图4和图5表明，低温胁迫下，黄瓜幼苗POD酶和SOD酶活性均低于常温对照CK1，在甜菜碱溶液处理下POD酶和SOD酶活性明显高于低温对照CK2。随着甜菜碱溶液浓度的增大，POD酶和SOD酶活性均呈上升趋势，在浓度为40 mmol/L 甜菜碱处理下（T40）POD酶和SOD酶活性增幅最大，该处理下POD酶活性值为对照CK2处理时的1.5倍。而后随着甜菜碱浓度的继续增大，POD酶和SOD酶活性呈下降趋势。 3讨论与结论
当植物受到逆境胁迫时，细胞体内自由基产生和清除的平衡受到破坏而出现自由基的积累，并由此而引发或加剧细胞膜的过氧化，导致植物受到伤害。植物抗冷性的增强与蛋白质的合成有关。植物体内的保护酶包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）等。保护酶活性的提高能够清除植物体内在低温下产生的大量 O-2· 、OH-等活性氧自由基，从而避免过多的自由基对细胞造成质膜脂化、大分子活性物质失活等伤害，达到维持细胞正常活动的目的[9]。本试验表明，施用一定浓度的甜菜碱能提高低温胁迫下黄瓜幼苗体内质膜过氧化保护酶SOD、POD的活性，缓解膜质过氧化加剧、减轻细胞膜系统损伤和溶质外渗，降低相对电导率升高，增强细胞膜的稳定性。
在逆境胁迫条件下，植物体内甜菜碱的积累与品种的抗逆性呈正相关[10-11]。内源甜菜碱可提高作物体内叶绿素和蛋白质的含量[12]，提高作物的光合作用[13]，降低H2O2的积累[14]。本试验中，施用甜菜碱溶液后增加了黄瓜幼苗可溶性蛋白含量，从而提高了黄瓜的抗冷能力，这与张士功等在小麦上的抗盐碱性试验结果[15]一致。
外源甜菜碱提高了黄瓜幼苗的抗冷能力，但其作用途径是通过影响内源甜菜碱的积累而起间接作用还是与其器官或某些内源物质发生直接作用还有待进一步探讨。
总之，一定浓度的外源甜菜碱可有效降低低温胁迫下黄瓜幼苗冷害指数和相对电导率，提高SOD酶和POD酶活性，提高可溶性蛋白含量，从而减轻低温胁迫对黄瓜幼苗的伤害，增强其抵御低温胁迫的能力。其中以外源施用40 mmol/L甜菜碱溶液处理效果最好。
参考文献：
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[8]张治安，陈展宇. 植物生理学实验技术[M]. 长春：吉林大学出版社，2008：176-179.
[9]顾华杰，叶亚新，金琎，等. La3 对低温胁迫冬小麦幼苗抗氧化酶活性的影响[J]. 安徽农业科学，2009，37（21）：9914-9916，9960.
[10]Colmer T D，Epstein E，Dvorak J. Differential solute regulation in leaf blades of various ages in salt-sensitive wheat and a salt-tolerant wheat Lophoprum elongatum（Host）A.Love amphiploid[J]. Plant Physiology，1995，108（4）：1715-1724.
[11]Sabry S S，Smith L T，Smith G M. Osmoregulation in spring wheat under drought and salinity stress[J]. Journal of Genetics