園藝學(xué)報(bào) 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 基金項(xiàng)目 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 31572170 山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 ZR2015CM005 通信作者 Author for correspondence E mail axz 外源 H 2 S 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜光合作用及抗 氧化系統(tǒng)的影響 周超凡 吳幗秀 李 婷 畢煥改 李清明 艾希珍 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院 作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 農(nóng)業(yè)部黃淮地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重 點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室 山東泰安 271018 摘 要 為了探討外源硫化氫 H 2 S 對(duì)黃瓜耐冷性的調(diào)控機(jī)理 以 津優(yōu) 3 號(hào) 黃瓜為試材 葉面 噴施 H 2 S 供體硫氫化鈉 NaHS 以清水處理為對(duì)照 研究 H 2 S 對(duì)溫度變化的響應(yīng) 以及對(duì)黃瓜葉片光 合作用和抗氧化系統(tǒng)的影響 結(jié)果表明 隨著日光溫室內(nèi)氣溫降低和低溫持續(xù)時(shí)間的延長 黃瓜葉片的 H 2 S 含量及 D L 半胱氨酸脫巰基酶 CDes 活性先升高 后降低 光合速率 P n 氣孔導(dǎo)度 G s 蒸騰速率 T r 核酮糖 1 5 二磷酸羧化酶 RuBPCase 活性 以及暗下光系統(tǒng) 最大光化學(xué)效率 F v F m 光下實(shí)際光化學(xué)效率 PSII 電子傳遞效率 ETR 和光化學(xué)猝滅 q P 逐漸降低 胞間 CO 2 濃度 C i 初始熒光 F o 和非光化學(xué)猝滅 NPQ 趨于升高 低溫脅迫可使 MDA 含量增加 超氧化物歧化酶 SOD 過氧化物酶 POD 過氧化氫酶 CAT 抗壞血酸過氧化物酶 APX 和谷胱甘肽還原酶 GR 活性 先升高后降低 與對(duì)照相比 NaHS 處理葉片的 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 明顯升高 C i F o 和 NPQ 顯著降低 低溫下 NaHS 處理的 MDA 含量顯著低于 對(duì)照 而 SOD POD CAT APX 和 GR 活性明顯高于對(duì)照 NaHS 處理的黃瓜產(chǎn)量比對(duì)照增加 15 3 可見 CDes 催化合成 H 2 S 受低溫脅迫誘導(dǎo) 外源 H 2 S 可增強(qiáng)活性氧清除能力 減輕低溫對(duì)黃瓜葉片光合機(jī) 構(gòu)的傷害 關(guān)鍵詞 黃瓜 低溫脅迫 活性氧 光合作用 硫化氫 中圖分類號(hào) S 642 2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號(hào) 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 吳幗秀 李 婷 畢煥改 李清明 艾希珍 外源 H 2 S 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜光合作用及抗氧化系統(tǒng)的影響 園藝學(xué)報(bào) 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 北方日光溫室黃瓜 Cucumis sativus L 以越冬栽培為主 冬季和早春經(jīng)常遭遇低溫或亞低溫 脅迫 前人的研究表明 硫化氫 H 2 S 作為內(nèi)源信號(hào)分子 參與植物體內(nèi)諸多生理過程 如調(diào)節(jié) 氣孔運(yùn)動(dòng) 侯智慧 等 2012 促進(jìn)植物側(cè)根的發(fā)育 Jia et al 2015 延緩采后水果貯藏過程中 的成熟和衰老 Shen et al 2015 緩解光抑制傷害 段冰冰和陸巍 2014 等 植物的光合作用 與活性氧代謝是受溫度影響最明顯的生理過程 因此 研究 H 2 S 對(duì)低溫 亞低溫 下黃瓜光合作用 及抗氧化系統(tǒng)的影響具有重要意義 關(guān)于高等植物內(nèi)源 H 2 S 的研究可以追溯到 1978 年 Wilson 等 1978 發(fā)現(xiàn) 黃瓜 玉米 大 豆等葉片能夠以光依賴的方式釋放 H 2 S 然而長期以來對(duì)高等植物內(nèi)源 H 2 S 的生理作用知之甚少 由于過量的 H 2 S 會(huì)使空氣中的自由基失衡 從而影響植物代謝 導(dǎo)致葉片失綠 光合降低 呼吸異 常 酶活性改變 加速衰老等 所以 以往對(duì) H 2 S 的研究主要集中在其毒理方面 事實(shí)上 早在 1982 年 H llgren 和 Fredriksson 1982 就已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 在較低濃度二氧化硫 SO 2 脅迫下 松樹葉片可 通過釋放 H 2 S 作為對(duì) SO 2 的響應(yīng) 暗示 H 2 S 在植物體內(nèi)具有特定的生理作用 但當(dāng)時(shí)被先入為主地 認(rèn)為是 H 2 S 的毒性生理特征所致 直到近幾年 H 2 S 的生理作用才從 氣體信號(hào)分子 這一全新的 視角被發(fā)掘 并逐漸引起人們的關(guān)注 Jin 等 2011 研究發(fā)現(xiàn) 干旱脅迫可使擬南芥體內(nèi)的 L D 半胱氨酸脫巰基酶 CDes 的活性升高 內(nèi)源 H 2 S 產(chǎn)率增加 同時(shí) 外源施加生理濃度的 H 2 S 可以 減小葉片的氣孔孔徑 降低蒸騰作用 提高植物對(duì)干旱的抵抗力 許多試驗(yàn)證明 H 2 S 處理可以提 高植物體內(nèi)過氧化氫酶 CAT 超氧化物歧化酶 SOD 抗壞血酸過氧化物酶 APX 過氧化物 酶 POD 等抗氧化酶的活性 減少植物體內(nèi)銅 Cu 鎘 Cd 鋁 Al 等多種重金屬的積累 緩解重金屬脅迫對(duì)植物根系生長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 預(yù)處理煙草懸浮細(xì)胞 發(fā)現(xiàn)可顯著增加其熱脅迫后 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 緩解熱激后細(xì)胞活力下降 電解質(zhì)泄漏和 MDA 積累 Luo 等 2015 研究 發(fā)現(xiàn) 外源 H 2 S 處理可使香蕉果實(shí)的耐冷性顯著增強(qiáng) 認(rèn)為與抗氧化能力和脯氨酸含量升高有關(guān) 雖然 H 2 S 對(duì)低溫下植物的調(diào)控作用已有報(bào)道 但日光溫室自然條件下黃瓜內(nèi)源 H 2 S 對(duì)溫度變化的響 應(yīng) 以及外源 H 2 S 對(duì)低溫下黃瓜光合作用和抗氧化系統(tǒng)的影響機(jī)理還不清楚 本研究以 津優(yōu) 3 號(hào) 黃瓜為試材 探討內(nèi)源 H 2 S 對(duì)溫度變化的響應(yīng) 以及外源 H 2 S 對(duì)黃瓜葉片光合作用和抗氧化系統(tǒng)的 影響 為化學(xué)調(diào)控植物代謝 緩解低溫 亞低溫 逆境障礙提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo) 1 材料與方法 1 1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于 2014 年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)站日光溫室內(nèi)進(jìn)行 供試黃瓜 Cucumis sativus L 品 種為 津優(yōu) 3 號(hào) 購自天津市黃瓜研究所 H 2 S 供體為硫氫化鈉 NaHS 購自 Sigma 公司 8 月 15 日用 10 cm 10 cm 營養(yǎng)缽在日光溫室內(nèi)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 地膜覆蓋 常規(guī)管理 10 月 5 日 12 月 5 日 用 1 0 mmol L 1 NaHS 溶 液 由預(yù)備試驗(yàn)確定 噴撒黃瓜葉片 每隔 10 d 噴 1 次 共噴 7 次 以清水處理作對(duì)照 小區(qū)面積 19 2 m 2 3 次重復(fù) 分別于 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 取樣測(cè)定 1 2 測(cè)定指標(biāo)與測(cè)定方法 1 2 1 氣溫 于 10 月 20 日 11 月 8 日 11 月 19 日和 12 月 2 日分別用溫度計(jì)測(cè)定日光溫室內(nèi)氣溫 Ta 晝夜變化 每小時(shí)測(cè)定 1 次 重復(fù)測(cè)定溫室中部的 3 個(gè)點(diǎn) 取平均值 1 2 2 H 2 S含量和L D 半胱氨酸脫巰基酶活性 參照 Sekiya 等 1982 的亞甲基藍(lán)法測(cè)定黃瓜功能葉片 上數(shù)第 4 葉 H 2 S 含量 參照 Riemenschneide 等 2005 的方法測(cè)定 L D 半胱氨酸脫巰基酶 CDes 活性 1 2 3 氣體交換參數(shù) 用英國 PP Systems 公司生產(chǎn)的 Ciras 2 型光合儀測(cè)定光量子通量密度 PFD 為 600 mol m 2 s 1 CO 2 濃度 350 360 L L 1 葉溫 25 1 下的黃瓜功能葉 上數(shù)第 4 葉 光合 速率 P n 氣孔導(dǎo)度 G s 胞間 CO 2 濃度 C i 和蒸騰速率 T r PFD CO 2 濃度和葉溫分別由 光合儀的可調(diào)光源 內(nèi)置式 CO 2 供氣系統(tǒng)和溫度監(jiān)控裝置控制 1 2 4 葉綠素?zé)晒鈪?shù) 將葉片預(yù)暗 30 min 用英國 Hansatech 公司生產(chǎn)的 FMS 2 型調(diào)制式葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定暗適應(yīng)下 最大熒光 F m 可變熒光 F v 初始熒光 F o 以及作用光為 400 mol m 2 s 1 下的穩(wěn)態(tài)熒光 F s 初始熒光 F o 最大熒光 F m 可變熒光 F v 等熒光參數(shù) 各參數(shù)的意義及光化學(xué)效率計(jì)算 參照 Demmig Adams 和 William 1996 及 FMS 2 型葉綠素?zé)晒鈨x使用手冊(cè) 公式如下 暗適應(yīng)下 最大光化學(xué)效率 F v F m F m F o F m 光適應(yīng)下實(shí)際光化學(xué)效率 PSII F m F s F m 光化學(xué)猝滅系數(shù) q P F m F s F m F o 非光化學(xué)猝滅系數(shù) NPQ F m F m 1 電子傳 遞速率 ETR F m F s F m PAR 0 5 0 84 周超凡 吳幗秀 李 婷 畢煥改 李清明 艾希珍 外源 H 2 S 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜光合作用及抗氧化系統(tǒng)的影響 園藝學(xué)報(bào) 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 日取樣 利用 GMS16015 1 試劑盒 上海杰美基因醫(yī)藥科技有限公司 測(cè) 定 1 2 6 MDA含量及抗氧化酶活性 參照李合生等 2000 的硫代巴比妥酸 TBA 比色法測(cè)定丙二醛 MDA 含量 用氮藍(lán)四唑 NBT 還原法測(cè)定超氧化物歧化酶 SOD 活性 以抑制光化還原 50 為 1 個(gè)酶活性單位 用愈 創(chuàng)木酚法測(cè)定過氧化物酶 POD 活性 參照 Chance 和 Maehly 1995 的方法測(cè)定過氧化氫酶 CAT 活性 按 Foyer 和 Halliwell 1976 的方法測(cè)定谷胱甘肽還原酶 GR 活性 參照趙世杰等 2002 的方法測(cè)定抗壞血酸過氧化酶 APX 活性 1 2 7 產(chǎn)量 10 月 13 日開始采收 調(diào)查單株坐果數(shù) 測(cè)定單果質(zhì)量 12 月 20 日拉秧 按小區(qū)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量 1 3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 數(shù)據(jù)均取 3 次重復(fù)的平均值 采用 Microsoft Excel 處理數(shù)據(jù)和作圖 用 DPS 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單 因素方差分析 并運(yùn)用 Duncan s 檢驗(yàn)法對(duì)顯著性差異 P 0 05 進(jìn)行多重比較 2 結(jié)果與分析 2 1 日光溫室秋冬季溫度晝夜變化 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 對(duì)日光溫室氣溫晝夜變化進(jìn)行測(cè)定 結(jié)果表明 10 月 20 日最低氣溫 13 4 最高 35 8 晝 夜均溫 28 4 14 6 多數(shù)時(shí)間處于黃瓜適溫范圍內(nèi) 8 00 18 00 20 35 18 00 翌日 6 00 12 20 第 1 次寒流后 室內(nèi)最低氣溫降至 9 2 最高 22 8 晝 夜均溫 18 2 10 0 亞低溫 8 00 18 00 12 1 20 18 00 翌日 6 00 10 15 持續(xù)時(shí)間較長 11 月 19 日的最低氣溫為 7 1 最高 15 8 晝 夜均值 12 5 8 6 白天低于黃瓜臨界溫度的時(shí)間超過 4 h 夜間多數(shù)時(shí)間低于 10 部分葉片出現(xiàn)冷害癥狀 12 月 2 日的最低氣溫與 11 月 19 日相似 但其最高溫和晝 夜均溫分別降至 13 6 和 10 5 8 0 高于 黃瓜臨界溫度的時(shí)間只有 1 5 h 黃瓜冷害癥狀明顯 圖 1 不同時(shí)期日光溫室氣溫晝夜變化 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 對(duì)日光溫室黃瓜 H 2 S 含量及 L D 半胱氨酸脫巰基酶活性的影響 預(yù)備試驗(yàn)結(jié)果表明 低溫下葉面噴施 1 0 mmol L 1 NaHS 處理的黃瓜幼苗電解質(zhì)滲漏率 EL 最低 表 1 說明其受傷最輕 該處理效果最好 因此 選用 1 0 mmol L 1 的 NaHS 和清水兩個(gè)處 理進(jìn)行以下試驗(yàn) 表 1 不同濃度 NaHS 對(duì)低溫下黃瓜幼苗電解質(zhì)滲漏率的影響 Table 1 Effect of different concentrations of NaHS on electrolyte leakage of cucumber seedlings under low temperature stress 電解質(zhì)滲漏率 Electrolyte leakage NaHS 處理濃度 mmol L 1 Concentration of NaHS 0 d 1 d 3 d 5 d 0 對(duì)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 表中數(shù)據(jù)為均值 標(biāo)準(zhǔn)差 不同字母表示差異達(dá)顯著水平 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 為了探明 H 2 S 對(duì)溫度變化的響應(yīng) 檢測(cè)了日光溫室秋冬茬黃瓜 H 2 S 含量及 D L 半胱氨酸脫 巰基酶活性 CDes 的變化情況 從圖 2 看出 低溫脅迫初期 第 1 次寒流后 11 月 8 日 黃瓜 葉片的 H 2 S 含量顯著增加 同時(shí)明顯提高了 CDes 活性 但隨著低溫時(shí)間的延長 H 2 S 含量和 CDes 活性均趨于下降 噴施 NaHS 可使黃瓜葉片的 H 2 S 含量和 CDes 活性顯著高于對(duì)照 P 0 05 但 二者對(duì)溫度變化的響應(yīng)與對(duì)照一致 由此推測(cè) CDes 催化合成的 H 2 S 受低溫脅迫誘導(dǎo) 外源 NaHS 對(duì)黃瓜葉片 H 2 S 合成具有一定的促進(jìn)作用 圖 2 外源 NaHS 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜 H 2 S 含量及 L D 半胱氨酸脫巰基酶活性的影響 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 吳幗秀 李 婷 畢煥改 李清明 艾希珍 外源 H 2 S 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜光合作用及抗氧化系統(tǒng)的影響 園藝學(xué)報(bào) 2016 43 3 462 472 467 2 3 外源 NaHS 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜光合作用的影響 2 3 1 對(duì)氣體交換參數(shù)和RuBP羧化酶活性的影響 圖 3 顯示 較適宜溫度下 10 月 20 日 NaHS 處理黃瓜葉片的 P n 比對(duì)照高 14 5 第 1 次寒 流后 11 月 8 日 隨著日光溫室內(nèi)氣溫的快速下降 P n 逐漸降低 但 NaHS 處理的 P n 仍比對(duì)照高 20 2 3 次寒流之后 12 月 2 日 日光溫室內(nèi)晝夜溫度降至 7 12 NaHS 處理的 P n 降至 6 6 mol m 2 s 1 比對(duì)照 4 8 高 37 5 不同時(shí)期黃瓜葉片 G s 和 T r 與 P n 的變化趨勢(shì)相同 而 C i 與 P n 的變化趨勢(shì)相反 與對(duì)照相比 NaHS 處理的 G s 和 T r 較高 而 C i 較低 可見 低溫引起黃瓜 P n 降低的主要原因是非氣孔限制 葉面噴施 1 0 mmol L 1 NaHS 可明顯減輕低溫對(duì)黃瓜葉肉功能的不 利影響 從而維持較強(qiáng)的光合能力 為了進(jìn)一步探討外源 NaHS 對(duì)日光溫室黃瓜光合作用的影響機(jī)理 測(cè)定了第 1 次寒流前后黃瓜 功能葉片 RuBPCase 活性 第 2 次寒流后黃瓜葉片出現(xiàn)冷害癥狀 RuBPCase 活性較低 數(shù)據(jù)未列 結(jié)果 圖 3 表明 常溫下 NaHS 處理黃瓜葉片的 RuBPCase 活性顯著高于對(duì)照 晝夜均溫降至 18 2 10 0 11 月 8 日 時(shí) NaHS 處理和對(duì)照分別較低溫脅迫前降低了 25 3 和 28 9 說明外源 NaHS 可促進(jìn)黃瓜葉片的光合碳同化 這可能是其增強(qiáng)光合能力的重要原因之一 圖 3 外源 NaHS 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜氣體交換參數(shù)的影響 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 對(duì)熒光參數(shù)的影響 F v F m 是暗適應(yīng)下 PS 最大光化學(xué)效率 反映 PS 反應(yīng)中心最大光能轉(zhuǎn)換效率 圖 4 表明 10 月 20 日 NaHS 處理黃瓜葉片的 F v F m 與對(duì)照差異不顯著 低溫脅迫初期 11 月 8 日 F v F m 變化不 大 隨著室溫持續(xù)下降和低溫時(shí)間延長 對(duì)照的 F v F m 較明顯降低 而 NaHS 處理的變化較小 3 次寒流過后 對(duì)照的 F v F m 比寒流前降低了 10 7 而 NaHS 處理的只降低了 4 8 PS 是光下實(shí)際光化學(xué)效率 能比較真實(shí)地反映光化學(xué)反應(yīng)對(duì)光能的利用情況 它與 CO 2 同化 的量子效率呈正相關(guān) Edwards Baker 1993 在 PFD 為 400 mol m 2 s 1 下 測(cè)定 10 月 20 日 NaHS 處理的 PS 與對(duì)照差異不顯著 寒流后隨著室內(nèi)氣溫快速下降 對(duì)照的 PS 迅速降低 而 NaHS 處理的變化比較平緩 12 月 2 日 對(duì)照和 NaHS 處理的 PS 分別比寒流前降低了 28 8 和 17 1 逆境下 F o 變化趨勢(shì)是判斷 PS 反應(yīng)中心是否受傷的重要標(biāo)志 從圖 4 看出 寒流后黃瓜葉片 的 F o 呈上升趨勢(shì) 且低溫持續(xù)時(shí)間越長 上升幅度越大 NaHS 處理的 F o 始終低于對(duì)照 推測(cè)夜均 溫降至 10 0 11 月 8 日 時(shí) 黃瓜葉片光合機(jī)構(gòu)受到一定傷害 而 NaHS 可明顯減輕其受傷程 度 提高光能利用效率 隨著氣溫下降 黃瓜葉片的 ETR 逐漸降低 圖 4 說明低溫顯著抑制了黃瓜葉片的電子傳遞 這可能與其對(duì)碳同化的抑制有關(guān) 與對(duì)照相比 NaHS 處理的 ETR 明顯較大 暗示 NaHS 能減輕低 溫對(duì)黃瓜碳同化的抑制作用 從而維持較高的電子傳遞速率 圖 4 外源 NaHS 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響 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 吳幗秀 李 婷 畢煥改 李清明 艾希珍 外源 H 2 S 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜光合作用及抗氧化系統(tǒng)的影響 園藝學(xué)報(bào) 2016 43 3 462 472 469 q P 為光化學(xué)猝滅系數(shù) 它反映 PS 反應(yīng)中心的開放程度和 PS 原初電子受體質(zhì)體醌 A QA 的還原程度 q P 越大 QA 重新氧化形成 QA 的量越大 即 PS 的電子傳遞活性越大 NPQ 是包括 熱耗散及幾個(gè)其它能量耗散過程在內(nèi)的非光化學(xué)猝滅過程 Krause Weis 1991 在多數(shù)情況下 以熱耗散為主 從圖 4 看出 隨著溫度的降低和持續(xù)時(shí)間的延長 q P 減小 而 NPQ 增加 多數(shù)情況 下 NaHS 處理的 q P 大于對(duì)照 而 NPQ 小于對(duì)照 可見 溫度越低 黃瓜葉片 PS 反應(yīng)中心的開放 程度越小 通過熱耗散散失的熱量越多 NaHS 對(duì) PS 反應(yīng)中心開放有一定促進(jìn)作用 2 4 外源 NaHS 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜 MDA 含量及抗氧化酶活性的影響 從圖 5 看出 10 月 20 日 NaHS 處理的 MDA 含量與對(duì)照差異不大 第 1 次寒流后 11 月 8 日 二者的 MDA 含量均大幅升高 但 NaHS 處理始終低于對(duì)照 此后盡管氣溫逐漸降低 但變化較小 第 3 次寒流過后 12 月 2 日 NaHS 處理的 MDA 含量較對(duì)照低 23 9 可見 NaHS 減輕了低溫 引起的黃瓜葉片膜脂過氧化 在較適宜溫度下 10 月 20 日 NaHS 處理黃瓜葉片的 SOD 活性與對(duì)照差異不顯著 第 1 次 寒流后 11 月 8 日 隨著氣溫快速下降 SOD 活性明顯升高 NaHS 處理的比對(duì)照高 6 3 11 月 19 日后 日光溫室內(nèi)晝夜溫度降至 7 15 SOD 活性略有降低 且 NaHS 處理與對(duì)照差異不顯 著 降溫前黃瓜葉片的 POD 活性較低 且處理間無明顯差異 降溫后 POD 活性先快速增加 后趨 圖 5 外源 NaHS 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜 MDA 含量及抗氧化酶活性的影響 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 處理的 POD 活性分別比對(duì)照高 12 1 50 2 和 21 2 CAT APX 和 GR 活性的變化趨勢(shì)與 POD 相似 即隨著室內(nèi)氣溫的降低先快速上升 后緩 慢下降 NaHS 處理的 CAT APX 和 GR 活性多顯著高于對(duì)照 2 5 外源 NaHS 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜產(chǎn)量的影響 從表 2 看出 NaHS 處理的單株瓜數(shù)比對(duì)照多 11 4 由于瓜伸長速度較快 所以其單瓜質(zhì)量 也明顯高于對(duì)照 總產(chǎn)量比對(duì)照高 15 3 說明 NaHS 可促進(jìn)低溫下日光溫室黃瓜生長發(fā)育 從而 提高產(chǎn)量 可在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用 表 2 外源 NaHS 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜產(chǎn)量的影響 Table 2 Effect of exogenous NaHS on yield of cucumber under low temperature in solar greenhouse 處理 Treatment 單株瓜數(shù) Fruits per plant 單瓜質(zhì)量 g Mean fruit weight 產(chǎn)量 kg hm 2 Yield 增產(chǎn) Yield increase NaHS 3 72 0 09 a 408 25 5 96 a 76 209 96 2588 40 a 15 3 對(duì)照 Control 3 34 0 06 b 376 83 7 09 b 66 085 11 1329 22 b 3 討論 本試驗(yàn)結(jié)果表明 低溫脅迫初期 第 1 次寒流后 黃瓜葉片的 H 2 S 含量和 CDes 活性大幅度升 高 之后趨于下降 表明 H 2 S 受低溫脅迫誘導(dǎo) 且 CDes 與低溫誘導(dǎo)的 H 2 S 合成呈正相關(guān) 前人研 究表明 NaHS 在動(dòng)植物中可作為 H 2 S 的供體 Hosoki et al 1997 Wang et al 2012 段冰冰和 陸巍 2014 用不同的含硫化合物處理水稻 發(fā)現(xiàn)只有 NaHS 處理能減輕水稻光抑制 確定了是 H 2 S 而不是硫營養(yǎng)發(fā)揮作用 在本試驗(yàn)中 葉面噴施 NaHS 可使黃瓜葉片的 H 2 S 含量和 CDes 活性明顯 升高 證實(shí) NaHS 在黃瓜中可作為 H 2 S 的供體 近年來研究發(fā)現(xiàn) H 2 S 作為氣體信號(hào)分子 在植物 逆境生理生態(tài)中發(fā)揮著增強(qiáng)植物生理系統(tǒng)功能 提高植物耐旱 耐熱 耐鹽 朱會(huì)朋 等 2013 景 舉偉 等 2015 和重金屬 孟丹 等 2015 等的作用 但 H 2 S 對(duì)植物遭遇低溫脅迫后的光合功能 是否具有調(diào)節(jié)作用 未見報(bào)道 本試驗(yàn)結(jié)果表明 隨著溫度的下降和低溫持續(xù)時(shí)間的延長 日光溫 室黃瓜葉片的 P n 和 G s 顯著降低 而 C i 趨于升高 說明自然降溫引起 P n 下降的主要原因是非氣孔限 制 田間噴施 1 0 mmol L 1 NaHS 在促進(jìn) H 2 S 合成的同時(shí) 減輕了 P n G s RuBPCase 的下降程 度 從而維持較高的光合活性 葉綠素?zé)晒鈪?shù)可以反映植物葉片對(duì)光能的吸收和利用情況 Demmig Adams William 1996 F v F m 是衡量光抑制程度的重要指標(biāo) PS 能夠真實(shí)地反映 PS 的光能轉(zhuǎn)換效率 Maxwell Johnson 2000 本研究中 夜間平均氣溫降至 10 0 以下時(shí) 對(duì)照黃瓜葉片的 PS F v F m q P 和 ETR 顯著降低 F o 和 NPQ 明顯升高 表明光能轉(zhuǎn)換效率降低 過剩激發(fā)能增加 從而引起低溫光抑制 光合機(jī)構(gòu)受到傷害 而 NaHS 處理的 F v F m 降低不明顯 PS q P 和 ETR 的降低幅度和 F o 與 NPQ 的升高幅度也顯著小于對(duì)照 說明 NaHS 能夠調(diào)節(jié)低溫下 黃瓜葉片的光合功能 減輕低溫逆境對(duì)光合機(jī)構(gòu)的傷害 其可能的機(jī)理是增加 PS 反應(yīng)中心開放程 度 減小葉肉阻力 維持較高的碳同化能力和電子傳遞速率 正常條件下 植物細(xì)胞內(nèi)活性氧 ROS 的產(chǎn)生與清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài) 但當(dāng)受到逆境脅迫 時(shí) 植物對(duì)活性氧的調(diào)控能力降低 ROS 則會(huì)在細(xì)胞內(nèi)積累 過氧化產(chǎn)物 MDA 等 含量增加 從而引起細(xì)胞膜透性增大 胞內(nèi)電解質(zhì)外滲 DNA 等生物大分子被破壞 嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致細(xì)胞死亡 植 物體內(nèi)存在酶促和非酶促兩類活性氧自由基清除系統(tǒng) 對(duì)防御 ROS 傷害 維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整具有 重要作用 其中 SOD POD CAT APX GR 在抗氧化酶系中起關(guān)鍵作用 SOD 是植物抗氧化系 周超凡 吳幗秀 李 婷 畢煥改 李清明 艾希珍 外源 H 2 S 對(duì)低溫下日光溫室黃瓜光合作用及抗氧化系統(tǒng)的影響 園藝學(xué)報(bào) 2016 43 3 462 472 471 統(tǒng)的第一道防線 它可以使 Mehler 反應(yīng)中產(chǎn)生的活性氧轉(zhuǎn)化成 H 2 O 2 然后通過 POD CAT 等將 H 2 O 2 轉(zhuǎn)化為 H 2 O 和 O 2 從而有效地阻止超氧陰離子和 H 2 O 2 相互作用對(duì)細(xì)胞膜產(chǎn)生更大的傷害 Kornyeyev et al 2001 本試驗(yàn)結(jié)果表明 第 1 次寒流后黃瓜葉片的 MDA 含量明顯增加 說明 黃瓜體內(nèi)的自由基和活性氧大量積累 誘發(fā)膜脂過氧化 但第 2 次寒流后 盡管室內(nèi)氣溫持續(xù)下降 但黃瓜葉片的 MDA 含量有所降低 這可能是其經(jīng)受低溫脅迫過程中產(chǎn)生的自我調(diào)節(jié)和適應(yīng)性反應(yīng) 第 3 次寒流后 黃瓜葉片的 MDA 含量又趨于升高 說明此時(shí)低溫對(duì)細(xì)胞膜的傷害已超出黃瓜自身 的調(diào)節(jié)和適應(yīng)能力 冷害癥狀明顯 數(shù)據(jù)未列 隨著室內(nèi)