瓜類蔬菜耐低溫性評(píng)價(jià)與調(diào)控研究進(jìn)展.pdf
<p>園藝學(xué)報(bào)， 2018， 45 (9)： 1761 1777. Acta Horticulturae Sinica doi： 10.16420/j.issn.0513-353x.2018-0028； http： /www. ahs. ac. cn 1761 收稿日期 ： 2018 07 13； 修回日期 ： 2018 09 06 基金項(xiàng)目 ： 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（ CARS-25） ；沈陽市重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（ 17-143-3-00） * 通信作者 Author for correspondence（ E-mail： hyqiaaa126.com） 瓜類蔬菜耐低溫性評(píng)價(jià)與調(diào)控研究進(jìn)展 李 猛，呂亭輝，邢巧娟，齊紅巖*（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，設(shè)施園藝省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北方園藝設(shè)施設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心（遼寧） ，沈陽 110866） 摘 要： 從種子活力、苗期形態(tài)和生理生化等方面綜述了瓜類蔬菜耐低溫性評(píng)價(jià)的研究現(xiàn)狀，進(jìn)一步論述了瓜類蔬菜耐低溫的生理基礎(chǔ)和功能基因的鑒定，并從育種、農(nóng)藝措施和外源物質(zhì)施用等方面論述了提高瓜類蔬菜耐低溫能力的有效途徑，以期為建立瓜類蔬菜耐低溫性科學(xué)快速的鑒定體系和解決生產(chǎn)中低溫冷害問題提供參考。 關(guān)鍵詞： 瓜類蔬菜；低溫；評(píng)價(jià)體系；抗寒機(jī)理；調(diào)控措施 中圖分類號(hào)： S 642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 0513-353X（ 2016） 09-1761-17 Research Progress on Evaluation and Regulation of Chilling Tolerance in Cucurbitaceous Vegetables LI Meng， LÜ Tinghui， XING Qiaojuan， and QI Hongyan*（ College of Horticulture， Shenyang Agricultural University， Key Laboratory of Protected Horticulture， Ministry of Education， Northern National & Local Joint Engineering Research Center of Horticultural Facilities Design and Application Technology（ Liaoning） ， Shenyang 110866， China） Abstract： This paper summarizes the evaluation status of chilling tolerance of cucurbitaceous vegetables from seed vigor， seedling morphological and physiological and biochemical indicators. Furthermore， the physiological basis and the identification of functional genes of chilling tolerance of cucurbitaceous vegetables are discussed. Finally， effective ways to improve the low temperature tolerance of cucurbitaceous vegetables by breeding， agronomic measures and exogenous substance application are elaborated. The objective of this review is to provide reference for further constructing scientific and rapid evaluation system of chilling tolerance and solving the problem of chilling damage in cucurbitaceous vegetables production. Keywords ： cucurbitaceous vegetables ； low temperature ； evaluation system ； cold resistant mechanism； regulation measure 低溫是危及植物生長(zhǎng)發(fā)育，限制其地理分布和生產(chǎn)力的主要環(huán)境因子之一（ Barrerogil et al.，2016） 。然而植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中從形態(tài)、生理和生化等方面形成了復(fù)雜的防御和適應(yīng)機(jī)制（ Ruelland et al.， 2009；付晨熙 等， 2016） 。瓜類蔬菜多起源于熱帶和亞熱帶地區(qū)，屬于冷敏感植物，極不耐寒（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所， 2000；程智慧， 2010） 。而瓜類蔬菜是中國(guó)主要的 Li Meng， Lü Tinghui， Xing Qiaojuan， Qi Hongyan. Research progress on evaluation and regulation of chilling tolerance in Cucurbitaceous vegetables. 1762 Acta Horticulturae Sinica， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 蔬菜作物。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（ FAO）統(tǒng)計(jì)， 2016 年中國(guó)瓜類蔬菜（黃瓜、小黃瓜、甜瓜、南瓜、西葫蘆、葫蘆和西瓜）收獲面積達(dá) 395.3 萬 hm2，總產(chǎn)量為 1.65 億 t。近年來，中國(guó)設(shè)施瓜類蔬菜栽培面積和產(chǎn)量逐年上升， 2013 年設(shè)施黃瓜種植面積達(dá)到 70 萬 hm2，占設(shè)施蔬菜播種面積的 19%，僅次于番茄（李天來， 2016） 。但中國(guó)設(shè)施結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以拱棚和地膜覆蓋為主，在促早、延后和錯(cuò)季栽培中極易遭受低溫危害。低溫抑制瓜類蔬菜種子萌發(fā)和根系生長(zhǎng)，導(dǎo)致生理障礙，開花延遲，增大化瓜、畸形果、僵化果的比率，同時(shí)阻礙果實(shí)養(yǎng)分合成、運(yùn)輸，造成品質(zhì)和產(chǎn)量下降（郝敬虹 等，2009；王紅飛 等， 2016） 。 作物的耐低溫性主要受遺傳因素影響（ Wijewardana et al.， 2015） 。目前，已有學(xué)者從形態(tài)指標(biāo)、生理生化指標(biāo)和不同生育階段（芽期，苗期等）建立了瓜類蔬菜耐低溫評(píng)價(jià)體系。通過評(píng)價(jià)體系可準(zhǔn)確篩選出耐低溫材料，為研究瓜類蔬菜耐低溫機(jī)制奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而提出解決生產(chǎn)中低溫危害的有效措施。本文總結(jié)了前人在瓜類蔬菜耐低溫評(píng)價(jià)、機(jī)理和調(diào)控方面的研究成果，以期為解決瓜類蔬菜生產(chǎn)中低溫冷害問題提供參考。 1 瓜類蔬菜耐低溫性評(píng)價(jià) 1.1 種子活力鑒定 瓜類蔬菜耐低溫性評(píng)價(jià)主要集中在種子萌芽期或苗期，主要以種子活力、苗期形態(tài)和生理生化指標(biāo)為依據(jù)。但是不同瓜類蔬菜耐低溫性差異較大，需要篩選適宜的鑒定溫度。黃瓜和西瓜芽期適宜的鑒別溫度為 15 （王薇薇 等， 2014；王紅飛 等， 2016） 。陳小鳳等（ 2017a）指出 20 下的發(fā)芽率和種子活力指數(shù)是鑒定苦瓜耐低溫性的重要指標(biāo)。甜瓜由于其類型多樣，目前芽期適宜的鑒別溫度尚不統(tǒng)一。周峰（ 2012）指出 15 可作為甜瓜芽期耐低溫性的鑒定溫度。武雁軍（ 2007）認(rèn)為 16 是鑒定厚皮甜瓜的適宜溫度。姚雪（ 2016）則認(rèn)為 16 可用于篩選甜瓜強(qiáng)耐冷材料，而芽期鑒定的理想溫度為 18 。劉宏宇等（ 2016）則以 18 下發(fā)芽參數(shù)對(duì)甜瓜耐低溫性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。 綜上可知， 不同瓜類蔬菜芽期適宜的鑒別溫度不同， 但變化幅度較小， 15 可以作為參考溫度。值得注意的是，在進(jìn)行某一類瓜類蔬菜芽期鑒定時(shí)應(yīng)選擇具有代表性的或者核心種質(zhì)資源，也可根據(jù)實(shí)際需要建立適于某一類型或局部地區(qū)的評(píng)價(jià)體系。 1.2 苗期形態(tài)鑒定 植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中通過組織形態(tài)、解剖結(jié)構(gòu)及超微結(jié)構(gòu)的演化形成了最佳構(gòu)型以適應(yīng)逆境（曹慧明 等， 2010） 。西葫蘆（安福全 等， 2011）和西瓜（范小玉， 2012）受低溫弱光影響，葉片厚度和柵海比變小，柵欄組織疏松，海綿組織胞間隙增大，呈無序狀態(tài)；此外，西葫蘆葉片表皮細(xì)胞和氣孔的直徑、密度縮小，而西瓜表皮細(xì)胞無明顯變化。高青海等（ 2016b）研究發(fā)現(xiàn)，薄皮甜瓜根系鮮質(zhì)量、根長(zhǎng)、葉片數(shù)、根表面積和根投影面積的相對(duì)值可作為其鑒定耐低溫弱光的指標(biāo)，周亞峰等（ 2017）認(rèn)為地上部鮮質(zhì)量和根干質(zhì)量對(duì)甜瓜的耐低溫性具有顯著影響。 短期內(nèi)將作物直接暴露在低溫下，其出苗率、存活率和冷害指數(shù)或耐冷指數(shù)可作為耐低溫性評(píng)價(jià)指標(biāo)。徐小軍等（ 2015）在冬春季使甜瓜在田間自然受冷，通過幼苗的耐冷指數(shù)反映耐低溫性。王紅飛等（ 2016）人工模擬低溫，通過寒害指數(shù)和恢復(fù)指數(shù)初步確立了鑒定黃瓜耐低溫性的方法。 目前關(guān)于人工模擬低溫下研究瓜類蔬菜耐冷指數(shù)和表觀形態(tài)的報(bào)道較多，而以組織解剖結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)評(píng)判耐低溫性的報(bào)道較少。 李 猛，呂亭輝，邢巧娟，齊紅巖 . 瓜類蔬菜耐低溫性評(píng)價(jià)與調(diào)控研究進(jìn)展 . 園藝學(xué)報(bào)， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 1763 1.3 苗期生理生化指標(biāo)鑒定 植物響應(yīng)低溫的生理生化反應(yīng)主要體現(xiàn)為電解質(zhì)滲透率、丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸、內(nèi)源激素含量和抗氧化系統(tǒng)包括超氧化物歧化酶（ SOD） 、過氧化物酶（ POD）和過氧化氫酶（ CAT）活性等的變化（ Yadav， 2010； Rihan et al.， 2017） 。 苦瓜苗期鑒定適宜的取材時(shí)期為 10 處理 10 d（陳小鳳 等， 2017b） 。西瓜苗期在晝 /夜溫度15 /10 條件下的凈光合速率、葉綠素 a 和 b 的比值及丙二醛含量等均可作為篩選耐冷材料的指標(biāo)（王薇薇 等， 2014） 。黃瓜苗期鑒定首選指標(biāo)是電解質(zhì)滲透率、可溶性糖、游離脯氨酸和 CAT 活性（李曉明， 2006） ，而甜瓜為游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白，葉綠素含量和根系活力為備選指標(biāo)（徐小軍 等， 2015） 。姚雪（ 2016）根據(jù) 4 處理 8 h 或 7 處理 16 h 試驗(yàn)，進(jìn)一步結(jié)合芽期參數(shù)確定了相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、丙二醛和可溶性糖為 4 個(gè)首選評(píng)價(jià)指標(biāo)。周亞峰等（ 2017）認(rèn)為 SOD、 POD 活性和游離脯氨酸對(duì)甜瓜的耐低溫性具有顯著影響，但是 SOD 和 POD 活性與耐低溫性呈負(fù)相關(guān)。關(guān)于抗氧化酶作為耐低溫性鑒定指標(biāo)在黃瓜和甜瓜上均有爭(zhēng)議（逯明輝 等， 2004；李曉明， 2006；徐小軍 等， 2015） ，可能與抗氧化酶系的變化與低溫處理的時(shí)長(zhǎng)和程度有關(guān)，因此，徐小軍等（ 2015）認(rèn)為抗氧化酶活性在低溫冷害條件下變化復(fù)雜，不宜作為耐低溫性鑒定的指標(biāo)。 綜上，電解質(zhì)滲透率、丙二醛和可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是生理生化指標(biāo)鑒定中的首選指標(biāo)，但應(yīng)當(dāng)注意，單一指標(biāo)并不能準(zhǔn)確地反映低溫脅迫對(duì)幼苗的影響，且不同指標(biāo)在不同評(píng)價(jià)體系中的重要程度不盡相同，引入過多指標(biāo)則會(huì)減少變量的自由度，加大試驗(yàn)誤差（王紅飛 等， 2016） 。因此，需要對(duì)眾多指標(biāo)進(jìn)行初篩或賦予相應(yīng)權(quán)重，如采用主成分分析法、權(quán)重法和灰色關(guān)聯(lián)度分析法等，再結(jié)合科學(xué)的評(píng)價(jià)方法如隸屬函數(shù)法、回歸分析法等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)體系的建立（劉宏宇 等，2016） 。 2 瓜類蔬菜耐低溫的生理基礎(chǔ)和分子機(jī)制 2.1 生理基礎(chǔ) 2.1.1 膜系統(tǒng)組分變化 膜系統(tǒng)中不飽和脂肪酸的含量、磷脂雙分子層的流動(dòng)性和膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是植物抵御低溫傷害的“門戶” ，細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸含量越高，耐低溫性越強(qiáng)。脂肪酸去飽和酶（ FAD）可將不飽和雙鍵引入飽和脂肪酸，提高低溫下植物膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性（ Gupta et al.， 2013；李永華 等， 2015） 。厚皮甜瓜果實(shí)脂肪酸主要由 3 種飽和脂肪酸（棕櫚酸、棕櫚烯酸和硬酯酸）和 4 種不飽和脂肪酸（油酸、反式亞油酸、亞油酸和亞麻酸）組成，約占膜脂脂肪酸總量的 95%以上，其中亞油酸和亞麻酸的相對(duì)含量越高，甜瓜果實(shí)耐低溫性越強(qiáng)（張婷 等， 2015） 。黃瓜中共有 23 個(gè) CsFAD 基因，其中多數(shù)成員在葉片中受低溫脅迫誘導(dǎo)后上調(diào)表達(dá)（ Dong et al.， 2016a） ； 低溫可抑制黃瓜根系 FAD基因 CsFAB2.1、 CsFAB2.2 和 CsFAD5 的表達(dá)，通過外施水楊酸（ SA）可以解除低溫對(duì) FAD 活性的抑制，促進(jìn) FA Ds 基因的表達(dá)，從而提高黃瓜的耐低溫性（董春娟 等， 2017） 。 2.1.2 內(nèi)源激素/信號(hào)物質(zhì)調(diào)動(dòng) 水楊酸（ SA）可通過調(diào)節(jié)質(zhì)外體蛋白和抗氧化酶活性提高植物的耐低溫性（李亮， 2013； Dong et al.， 2016b） ，也可誘導(dǎo)瓜類蔬菜幼苗葉片和根系 FAD 基因表達(dá)，提高脂肪酸不飽和度，從而提高幼苗耐低溫性 （曹寧 等， 2016； 董春娟 等， 2017） 。 低溫下內(nèi)源 SA 主要通過苯丙氨酸解氨酶 （ PAL）途徑大量積累，并通過氧化還原信號(hào)（ Redox） -CBF（ C repeat binding facter）途徑調(diào)控西瓜對(duì)低溫Li Meng， Lü Tinghui， Xing Qiaojuan， Qi Hongyan. Research progress on evaluation and regulation of chilling tolerance in Cucurbitaceous vegetables. 1764 Acta Horticulturae Sinica， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 的響應(yīng)（高敏， 2016） 。植物體內(nèi)多胺通過離子鍵、氫鍵、疏水基和其他非共價(jià)鍵與核酸、蛋白和帶電磷脂結(jié)合，防止生物膜脂質(zhì)過氧化和蛋白水解，在保持膜穩(wěn)定和構(gòu)建類囊體膜中起重要作用，最終改善植物抗性（ Pottosin & Shabala， 2014） 。耐冷甜瓜品種果實(shí)中多胺含量（尤其是腐胺和精胺）和膜穩(wěn)定性顯著高于冷敏感品種（ Zhang et al.， 2017a） 。 2.1.3 活性氧清除系統(tǒng)啟動(dòng)防御 低溫脅迫使植物體內(nèi)活性氧積累，活性氧清除系統(tǒng)啟動(dòng)防御，主要通過抗氧化酶和抗壞血酸谷胱甘肽循環(huán)（ AsA-GSH）加快活性氧清除，減少其對(duì)細(xì)胞的損傷。一般情況下，短期低溫脅迫會(huì)導(dǎo)致多種抗氧化酶活性升高。但隨著脅迫程度的加大和時(shí)間的延長(zhǎng)其活性將受到抑制，因此多數(shù)情況下抗氧化酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。 研究表明，在低溫脅迫前期，甜瓜 POD、 SOD、 APX 活性上升， CAT 活性下降；脅迫 24 h 后，除 POD 活性仍持續(xù)上升外，其他酶活性基本呈下降趨勢(shì)（趙春梅 等， 2014） 。低溫和弱光可使西瓜幼苗葉片中 和 H2O2產(chǎn)生速率增加，導(dǎo)致抗壞血酸過氧化物酶（ APX） 、谷胱甘肽還原酶（ GR）和 POD 活性顯著升高， SOD 活性下降（韓蘭蘭， 2016） 。研究表明，苦瓜和冬瓜 SOD 基因的不同表達(dá)模式與冷脅迫響應(yīng)直接相關(guān)，且與苦瓜相比，冬瓜 SOD 活性的升高對(duì)適應(yīng)冷脅迫的作用較大（ Chiang et al.， 2014； Do et al.， 2018） 。 2.1.4 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)包括無機(jī)離子（ K+、 Ca2+和 Mg2+等）和有機(jī)物質(zhì)（可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸）兩大類。在瓜類蔬菜中研究較多的無機(jī)離子為 Ca2+。液泡是黃瓜細(xì)胞內(nèi)的主要鈣庫，同時(shí)細(xì)胞間隙也存在較多的 Ca2+。低溫可誘導(dǎo)質(zhì)膜內(nèi)側(cè) Ca2+明顯增加，同時(shí)液泡內(nèi) Ca2+逐漸集中，并趨向液泡膜內(nèi)側(cè)（張紅 等， 1997） 。最近的研究表明，低溫可誘導(dǎo)黃瓜 Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因 CaM、CIPK5 的表達(dá)（吳幗秀 等， 2017） 。低溫可誘導(dǎo)植物細(xì)胞內(nèi)蔗糖、果糖、葡萄糖及半乳糖等小分子可溶性糖含量增多，從而提高細(xì)胞液濃度，維持細(xì)胞滲透勢(shì)和降低細(xì)胞液冰點(diǎn)以增強(qiáng)植物的耐低溫性（ Theocharis et al.， 2012） ?？扇苄缘鞍子H水性較強(qiáng)，能增強(qiáng)細(xì)胞的持水能力，可防止細(xì)胞結(jié)冰而發(fā)生凍害。游離脯氨酸可作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)，提高蛋白可溶性，維持膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及酶的功能來減少低溫傷害（ Fedotova & Dmitrieva， 2016） 。研究表明，耐低溫性弱的甜瓜幼苗中可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量均低于耐低溫性強(qiáng)的種質(zhì)（徐小軍 等， 2015） 。低溫可誘導(dǎo)黃瓜肌醇半乳糖苷合成酶（ GolS）基因 GolS 、 GolS 和水蘇糖合成酶（ STS）基因 CsSTS 上調(diào)表達(dá)，調(diào)動(dòng) GolS、 STS 活性升高，同時(shí)葉肉細(xì)胞內(nèi)蔗糖、肌醇半乳糖苷、棉子糖、水蘇糖含量上升，以響應(yīng)低溫脅迫（曹文華， 2015；呂建國(guó)， 2017） 。 2.1.5 低溫誘導(dǎo)蛋白形成 低溫誘導(dǎo)蛋白主要包括抗冷蛋白 （ AFP） 、 脫水蛋白 （ DHN） 、 冷激蛋白 （ CSP） 、 冷調(diào)控蛋白 （ COR）和熱激蛋白（ HSP）等。這些蛋白的作用是增強(qiáng)細(xì)胞抗凍、抗脫水能力，維持低水勢(shì)條件下代謝酶的活性， 作為 RNA 的伴侶蛋白穩(wěn)定 RNA 結(jié)構(gòu)， 防止低溫誘導(dǎo)的磷脂膜相變， 維持質(zhì)膜穩(wěn)定性等 （楊玉珍 等， 2007； Sasaki et al.， 2013；付晨熙 等， 2016） 。通過基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（ MALDI-TOF-TOF/MS）技術(shù)，在黃瓜中鑒定出 1,5二磷酸核酮糖羧化酶可能與黃瓜葉片耐低溫有關(guān)（許培磊 等， 2009） 。在苦瓜中，低溫下的差異表達(dá)蛋白涉及細(xì)胞防御、自由基清除、光合作用、基礎(chǔ)代謝、蛋白降解等多個(gè)生理活動(dòng)（黃玉輝 等， 2017） 。通過同重同位素標(biāo)記（ IBT）定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，在哈密瓜果實(shí)中鑒別出低溫下明顯差異表達(dá)蛋白有 LRR 類受體絲氨酸 /蘇氨酸蛋白激酶 FLS2、 ATP 依賴的鋅金屬蛋白酶 FtsH、型過氧化物酶、 HSP、 60S 核糖體蛋白 L34、 李 猛，呂亭輝，邢巧娟，齊紅巖 . 瓜類蔬菜耐低溫性評(píng)價(jià)與調(diào)控研究進(jìn)展 . 園藝學(xué)報(bào)， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 1765 葡萄糖苷酶 12 等。以上蛋白涉及碳水化合物結(jié)合、結(jié)構(gòu)分子活性、細(xì)胞大分子復(fù)合物組裝、光合作用、非生物刺激反應(yīng)等功能（安瑞麗， 2017） 。 2.2 耐低溫功能基因鑒定 CBF（ C repeat binding factor）是植物響應(yīng)低溫的核心轉(zhuǎn)錄因子，處于植物低溫轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的樞紐位置， 擬南芥中存在 3 個(gè)響應(yīng)低溫的 CBF 轉(zhuǎn)錄因子， 影響著全轉(zhuǎn)錄組 10% 20%冷調(diào)控 （ COR）基因的表達(dá)（ Wang et al.， 2017； Shi et al.， 2018） 。目前在甜瓜和黃瓜中分別鑒定出 2 個(gè) CBF 基因（ CmCBF1、 CmCBF3 和 CsCBF1、 CsCBF3） （曹辰興， 2009；寧宇， 2013； Zhang et al.， 2017a） 。甜瓜果實(shí)冷害指數(shù)與 CmCBF1 和 CmCBF3 表達(dá)量密切相關(guān) （ Zhang et al.， 2017a） 。 在黃瓜中， CsCBF3受低溫誘導(dǎo)快速表達(dá) （寧宇， 2013） ， 而過表達(dá) CsCBF1 可提高冷敏感品種的耐低溫性 （曹辰興， 2009） 。通過全基因組分析，西瓜中存在 4 個(gè) CBF 轉(zhuǎn)錄因子，均受低溫誘導(dǎo)，同時(shí)內(nèi)源 SA 參與了 CBF 依賴途徑響應(yīng)低溫脅迫的過程，但 SA 信號(hào)與 CBF 依賴信號(hào)通路可能存在拮抗作用（高敏， 2016） 。 研究證明，賴氨酸脫羧酶基因（ CsLDC）和 WRKY 家族在黃瓜低溫響應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用。在低溫誘導(dǎo)下，黃瓜耐冷品種 CsLDC 基因上調(diào)表達(dá)量遠(yuǎn)高于冷敏感品種（張萬萍， 2009；苗永美， 2013） 。 WRKY 家族中 CsWRKY23 在低溫脅迫下黃瓜根和葉中上調(diào)表達(dá)（張穎 等， 2017） ；而CsWRKY21 和 CsWRKY46 均為正調(diào)控因子參與黃瓜的低溫應(yīng)答反應(yīng)，誘導(dǎo)下游冷誘導(dǎo)基因 COR47、RD29A 和 KIN1 的上調(diào)表達(dá)。過表達(dá) CsWRKY21 還可增強(qiáng) AtCBF1、 AtCBF2、 AtCBF3 的表達(dá)，證明CsWRKY21 可能通過 CBF 途徑響應(yīng)低溫；而 CsWRKY46 可增強(qiáng) ABA 途徑下游關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子基因ABI5 的表達(dá)，證明 CsWRKY46 通過 ABA 依賴途徑響應(yīng)低溫（張穎， 2012； Zhang et al.， 2016） 。此外，通過轉(zhuǎn)錄組測(cè)序也挖掘出多個(gè)耐冷相關(guān)基因，如 Cucsa038100.1（戴忠仁， 2015） ， Csa4M642460 和 Csa1M423150（董洪霞， 2017）等，但這些基因的確切功能仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。 MYB 轉(zhuǎn)錄因子基因在西瓜響應(yīng)低溫脅迫中的研究較多。利用西瓜全基因組數(shù)據(jù)庫，鑒定出 234個(gè) MYB 家族基因，包括 79 個(gè) R2R3 型 MYB 轉(zhuǎn)錄因子基因，在葉和根中存在 16 個(gè) MYB 基因響應(yīng)低溫脅迫（趙爽， 2014） 。已經(jīng)證明，西瓜中 Cla017850、 Cla009263、 Cla022152 和 Cla21419 等 4個(gè) MYB 轉(zhuǎn)錄因子參與低溫響應(yīng)（周芝君， 2016） 。 MYB 轉(zhuǎn)錄因子 Cla007586 可能通過與 -3 脂肪酸去飽和酶和熱激轉(zhuǎn)錄因子等蛋白互作響應(yīng)低溫脅迫（高凌云， 2016） ；而 ClMYB46 可能通過與Cla014285 互作，共同參與 ABA 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、 Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，提高西瓜植株的低溫脅迫抗性（曹蕾， 2017） 。同時(shí)，西瓜交替氧化酶（ AOX）在低溫脅迫下也發(fā)揮著重要作用。 AOX 基因（ ClAOXK和 ClAOXN）響應(yīng)低溫可能依賴于活性氧信號(hào)途徑；同時(shí) AOX 基因可能通過調(diào)控凱氏帶（ CASP）的發(fā)育抵御低溫（丁長(zhǎng)慶， 2016） 。此外，通過全基因組分析，發(fā)現(xiàn)西瓜 bHLH 家族中有 8 個(gè) bHLH轉(zhuǎn)錄因子響應(yīng)低溫，其響應(yīng)機(jī)制仍需進(jìn)一步探討（何潔 等， 2016） 。 苦瓜型過氧化物酶基因（ McAPX2）和 型過氧化物酶基因（ McPrx）通過啟動(dòng)抗氧化酶系統(tǒng)抵御低溫冷害（高山 等， 2016， 2017） ；絲瓜中多聚泛素基因（ LcUBQ）可能通過調(diào)節(jié)泛素化水平參與低溫弱光脅迫應(yīng)答過程（陳敏氡 等， 2018） 。 3 調(diào)控瓜類蔬菜耐低溫的途徑和措施 3.1 育種途徑 近 3 年來，設(shè)施瓜類蔬菜栽培面積逐年擴(kuò)大，育種工作者根據(jù)實(shí)際需求，培育出多個(gè)適于早春Li Meng， Lü Tinghui， Xing Qiaojuan， Qi Hongyan. Research progress on evaluation and regulation of chilling tolerance in Cucurbitaceous vegetables. 1766 Acta Horticulturae Sinica， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 或秋季延后保護(hù)地栽培的耐低溫新品種（包括砧木） ，如黃瓜中農(nóng) 37 號(hào) （顧興芳 等， 2017） ，西瓜蘇蜜 9 號(hào) （徐錦華 等， 2017） ，厚皮甜瓜西蜜 5 號(hào) （竇宏濤 等， 2018） ，薄皮甜瓜玉玲瓏 （張若緯 等， 2017） ，西葫蘆東葫 4 號(hào) （雷逢進(jìn) 等， 2016） ，苦瓜桂農(nóng)科 9 號(hào) （馮誠(chéng)誠(chéng) 等，2017）以及西瓜耐低溫葫蘆砧木皖砧 5 號(hào) （王朋成 等， 2017）和南瓜砧木青桿金鋼 （霍玉娟和袁培祥， 2015）等。 3.2 施用外源物質(zhì) 施用的外源物質(zhì)主要包括滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、激素類物質(zhì)和非酶促抗氧化物質(zhì)等（谷端銀 等，2016） 。施用方法以葉面噴施為主（多集中在苗期） ，灌根和浸種為輔。 （ 1）滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)：在甜瓜幼苗期以 10 15 mmol · L-1根部澆施或 10 mmol · L-1Ca(NO3)2葉面噴施均可提高其耐低溫性（鄭福 等， 2010） ；在果實(shí)膨大期葉面噴施 0.5% Ca(NO3)2，可有效提高薄皮甜瓜植株的抗寒性（李天來 等， 2011） 。 CaCl2具有相同作用，甜瓜葉面噴施有效濃度為 5 或10 mmol · L-1（苗永美 等， 2013） ，黃瓜為 10 mmol · L-1（楊楠 等， 2012） 。但是瓜類蔬菜多為喜氮忌氯作物，在鈣鹽的選擇上以 Ca(NO3)2為佳。草酸在植物體內(nèi)以 CaC2O4的形式存在，而 CaC2O4的合成與分解調(diào)節(jié)著植物細(xì)胞中 Ca2+的平衡， 因此， 外源草酸可間接調(diào)控 Ca2+提高植物的耐低溫性。研究表明噴施 10 或 15 mmol · L-1草酸可提高厚皮甜瓜的抗寒性（武雁軍， 2007） 。其他滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，如 50 mmol · L-1蔗糖溶液（曹燕燕， 2014）和 40 mmol · L-1甜菜堿（李陽 等， 2015）均可減輕低溫對(duì)黃瓜幼苗的傷害。 （ 2）激素類物質(zhì)：外源 ABA 可通過上調(diào)內(nèi)源赤霉素（ GA4）和 SA 來提升甜瓜的耐低溫能力，適宜 ABA 噴施濃度為 3 mol · L-1或 20 mg · L-1（苗永美 等， 2013； Kim et al.， 2016） ，無籽西瓜的 ABA 適宜濃度為 1.5 mmol · L-1（孔新宇 等， 2015） ，黃瓜為 0.1 mmol · L-1（楊楠 等， 2012） 。250 和 350 mg · L-1的 SA 可分別有效緩解 5 和 15 的低溫對(duì)西葫蘆幼苗的傷害（徐偉慧 等，2013） 。而 1 3 mmol · L-1SA 能夠提高甜瓜的耐低溫性（苗永美 等， 2013） 。 SA 對(duì)黃瓜的有效濃度為 1 mmol · L-1（楊楠 等， 2012） ，西瓜為 10 mol · L-1（高敏， 2016） 。武雁軍（ 2007）指出噴施5 mmol · L-1SA 可提高厚皮甜瓜的抗寒性，而 7.5 mmol · L-1SA 和 0.75 mmol · L-1 ABA 適用于抗寒性強(qiáng)的品種， 0.5 mmol · L-1ABA 適用于抗寒性弱的品種。受低溫影響的甜瓜果實(shí)中腐胺、精胺以及亞精胺含量顯著下降（李天來 等， 2009） 。而外源亞精胺可提高甜瓜幼苗細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)抗低溫能力，但亞精胺緩解甜瓜幼苗低溫脅迫傷害具有劑量效應(yīng)，以 0.25 mg · L-1或 1 mmol · L-1效果最佳（ Ghaziantafrishi et al.， 2017；張永平 等， 2017） 。外源多胺同樣可緩解黃瓜冷害，且精胺效果優(yōu)于亞精胺。此外，外源尸胺可通過提高黃瓜葉片可溶性物質(zhì)和保護(hù)酶活性增強(qiáng)黃瓜幼苗的耐低溫性（曹玉杰， 2014） 。 0.1 mg · L-1和 0.1 mol · L-1油菜素甾醇可分別提高西瓜和黃瓜幼苗的耐低溫性 （范小玉， 2012； 徐曉昀 等， 2016） ； 6-BA 可提高絲瓜和西瓜幼苗的耐低溫性， 分別以 30 mg · L-1（方基建， 2010）和 25 mg · L-1（劉曉輝， 2014）效果最佳。 （ 3）非酶促抗氧化物質(zhì)：非酶促抗氧化劑是指具有抗氧化作用的小分子化合物，如抗壞血酸和褪黑素。劉曉輝（ 2014）指出外源噴施抗壞血酸可降低低溫對(duì)西瓜幼苗的傷害，以 50 mg · L-1效果最佳。外源噴施 200 mmol · L-1褪黑素可通過降低甜瓜葉片銨態(tài)氮含量和促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，降低膜質(zhì)過氧化水平，從而增加對(duì)亞低溫的適應(yīng)性（高青海 等， 2016a） ；同時(shí)褪黑素亦通過調(diào)控 AsA-GSH 和光合電子傳遞鏈提高甜瓜葉片光合作用和抗氧化能力， 加速恢復(fù)冷脅迫的傷害 （ Zhao et al.， 2016； Zhang et al.， 2017b） 。 （ 4）其他外源物質(zhì)：黃瓜葉面噴施 1 mmol · L-1NaHS 可促進(jìn) H2S 合成，減輕低溫對(duì)光合機(jī)構(gòu)李 猛，呂亭輝，邢巧娟，齊紅巖 . 瓜類蔬菜耐低溫性評(píng)價(jià)與調(diào)控研究進(jìn)展 . 園藝學(xué)報(bào)， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 1767 的傷害，提高抗氧化酶活性，從而提高耐低溫性（周超凡 等， 2016， 2018） 。黃瓜、苦瓜和南瓜噴施一氧化氮供體（ SNP） 0.2 mmol · L-1（張政委 等， 2018） 、 0.5 mmol · L-1（杜卓濤 等， 2016b）和 0.1 mmol · L-1（吳旭紅 等， 2016）可提高抗氧化酶活性，促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成，從而提高抗低溫脅迫能力。以 0.6%殼聚糖溶液、 150 mg · L-1乙酰水楊酸和富氫水（ H2）浸種分別可提高西瓜、甜瓜和黃瓜苗期的耐低溫性（梁明珠和郭尚， 2009；張紅， 2013；劉豐嬌 等， 2017） 。 3.3 農(nóng)藝措施 3.3.1 低溫鍛煉 植物通過短期暴露在非結(jié)冰溫度下完成冷馴化可提高其自身的抗冷性（ John et al.， 2016） 。如西瓜苗期 10 處理 4 d 即可獲得最大耐低溫性（劉文革 等， 2004） ；甜瓜幼苗定植前經(jīng)晝 /夜溫度25 30 /10 處理 7 10 d 可提升其抗逆性（楊立澤， 2004） ，其主要的生理機(jī)制是：一方面經(jīng)過低溫鍛煉，甜瓜幼苗中 SOD、 POD 活性升高，抑制了丙二醛的生成和電解質(zhì)滲透率的上升，使得幼苗對(duì)低溫的敏感程度降低，從而獲得較高的抗寒能力（李建明 等， 2007） 。另一方面甜瓜葉片膜結(jié)構(gòu)對(duì)低溫產(chǎn)生了適應(yīng)，同時(shí)葉片中可溶性糖及可溶性蛋白等代謝產(chǎn)物含量升高，增強(qiáng)了耐低溫性（ Shang et al.， 2015） 。但是不同程度的低溫鍛煉對(duì)瓜類蔬菜幼苗耐低溫能力的提升程度不同，需要對(duì)適宜的鍛煉溫度和時(shí)間進(jìn)行篩選。 3.3.2 嫁接 通過嫁接能顯著提高瓜類蔬菜的耐低溫性（ Justus & Kubota， 2010；周芝君， 2016） 。相關(guān)研究主要集中在耐低溫砧木的篩選和機(jī)理研究?jī)煞矫?。瓜類蔬菜嫁接砧木以南瓜為主，如黑籽南瓜和白籽南瓜（孫世君 等， 2017） 、 圣砧 1 號(hào) （張燕 等， 2016）等，少量為葫蘆等（王朋成 等， 2017） 。瓜類蔬菜耐低溫砧木的篩選方法與耐低溫評(píng)價(jià)的方法類似，如甜瓜（呂星光 等， 2016） 、黃瓜（ Xu et al.， 2017） 、苦瓜（杜卓濤 等， 2016a） 、西瓜（王萍 等， 2017）等。嫁接主要通過提高根系統(tǒng)活力，改善水分和養(yǎng)分的吸收，調(diào)節(jié)光合效率和水分的關(guān)系，強(qiáng)化抗氧化防御系統(tǒng)，增強(qiáng)激素信號(hào)以及促進(jìn)大量 mRNA、小分子 RNAs 和蛋白質(zhì)的長(zhǎng)距離運(yùn)輸以提高抗逆性（ Rouphael et al.， 2018） 。嫁接后， 甜瓜接穗葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì) （可溶性糖、 可溶性蛋白、 游離脯氨酸） 含量和抗氧化酶 （ SOD、CAT、 POD）活性顯著高于自根苗，較好地保持了細(xì)胞膜的完整性；同時(shí)與耐冷相關(guān)的基因（ CAT、APX、 GolS1、 ERF1、 DREB1、 NAC、 bZIP2）的相對(duì)表達(dá)量上調(diào)，從而提高了甜瓜的耐低溫性（李瑤， 2014） 。 3.3.3 增施磷鉀肥、微量元素和CO2氣肥 研究表明增施磷（ P） 、鉀（ K） 、鉬（ Mo） 、硼（ B）等肥料對(duì)提高作物耐低溫性效果顯著（ Evans et al.， 2015； Nie et al.， 2015） 。適宜濃度的 NH4H2PO4（ 9 mmol · L-1）和 KNO3（ 1.5 mmol · L-1）可顯著提高絲瓜壯苗指數(shù)，降低冷害指數(shù)（方基建， 2010） 。西瓜增施 B 肥和 P 肥可顯著提高苗期的耐低溫性，其中 B 在降低丙二醛含量，提升游離脯氨酸含量和 POD 活性方面效果更佳，而 P 在降低電解質(zhì)滲透率和提升可溶性糖含量方面效果更好（譚斯坦， 2007） 。施 Mo 可提高黃瓜幼苗的滲透調(diào)節(jié)能力，增強(qiáng)耐低溫性（蔡歡， 2014） ；此外提高營(yíng)養(yǎng)液中 Mg2+濃度可緩解黃瓜幼苗亞低溫脅迫（黃紅榮 等， 2017） 。在設(shè)施栽培中，增施 CO2（ 1 200 µL · L-1）氣肥可減弱甜瓜幼苗在低溫下膜脂過氧化程度，提高 POD、 CAT 等保護(hù)酶活性，進(jìn)而提升耐低溫能力（趙冠艷， 2006） 。 3.3.4 添加益生菌群 研究表明低溫脅迫下黃瓜接種泡囊叢枝菌根（ Vesicular-arbuscularmycorrhizae， VA M）和叢枝菌根真菌 （ Arbuscular mycorrhizal fungi， AMF） 可通過提升磷的吸收增加耐低溫性 （ Ma et al.， 2015） 。Li Meng， Lü Tinghui， Xing Qiaojuan， Qi Hongyan. Research progress on evaluation and regulation of chilling tolerance in Cucurbitaceous vegetables. 1768 Acta Horticulturae Sinica， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 西瓜幼苗 接種 AMF 可 提高根系活力，降低根系膜透性和丙二醛含量 ，同時(shí)激活保護(hù)酶活性，提高耐低溫性（陳可 等， 2013） 。黃瓜幼苗接種 VA M 可顯著促進(jìn)生長(zhǎng)；接種 AMF 可調(diào)節(jié)光合作用系統(tǒng)、抗氧化系統(tǒng)、內(nèi)源激素水平和礦質(zhì)元素吸收以及次級(jí)代謝產(chǎn)物合成等生理作用，進(jìn)而提升對(duì)低溫的適應(yīng)能力（ Chen et al.， 2013；馬俊， 2016） 。 4 展望 關(guān)于瓜類蔬菜耐低溫評(píng)價(jià)體系的研究相對(duì)較少，在建立體系時(shí)，應(yīng)注意以下問題：瓜類蔬菜種質(zhì)資源豐富，例如甜瓜，包含 5 個(gè)亞種， 8 個(gè)變種，存在上萬種種質(zhì)資源（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所， 2000） ，應(yīng)收集代表性種質(zhì)，樣本覆蓋范圍要足夠全面；切忌以單一指標(biāo)進(jìn)行定論，同時(shí)也要避免引入過多指標(biāo)，避免功能冗余、增大試驗(yàn)誤差。目前，缺少關(guān)于成株期或全生育期內(nèi)耐低溫評(píng)價(jià)的研究，</p>
京公網(wǎng)安備 11010502048994號(hào)
個(gè)人主頁