全 文 ：低温弱光对黄瓜幼苗生长及抗氧化酶活性的影响 3
周艳虹　喻景权 3 3 　钱琼秋　黄黎锋
(浙江大学园艺系 ,杭州 310029)
【摘要】　以设施栽培黄瓜为材料 ,研究了常温弱光和低温弱光胁迫期间以及随后的恢复过程中植株生长
和抗氧化酶的变化. 结果表明 ,常温弱光和低温弱光胁迫分别导致黄瓜植株生长减缓和停滞 ,根系活力下
降.低温弱光处理过程中 ,SOD 和 GPOD 活性上升 ,并以 7 ℃处理尤为明显 ,但在恢复过程中这些酶的活
性均恢复至对照水平. 常温弱光对 SOD 活性影响不大 ,但在恢复过程中 SOD 活性则上升到一个比对照更
高的水平 , GPOD 活性在弱光处理 5 d 后迅速上升 ,恢复期间呈下降趋势. 此外 ,常温弱光和低温弱光胁迫
均造成 MDA 累积.
关键词 　低温 　弱光 　PI 值 　超氧化物歧化酶 　愈创木酚过氧化物酶 　丙二醛
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 06 - 0921 - 04 　中图分类号 　Q945 　文献标识码 　A
Effects of chilling and low light on cucumber seedlings growth and their antioxidative enzyme activities. ZHOU
Yanhong , YU Jingquan ,Q IAN Qiongqiu , HUAN G Lifeng ( Depart ment of Horticulture , Zhejiang U niversity ,
Hangz hou 310029 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14 (6) :921～924.
Studies on the growth and antioxidative enzyme activities of cucumber seedlings grown under low light and low
temperature indicated that exposure of cucumber plants to low light at normal temperature and chilling under low
light resulted in a retardation and a complete inhibition of plant growth , respectively ,and their root vigor was al2
so decreased. Chilling under low light increased the activities of SOD and GPOD ,showing more significant effects
at 7 ℃ than at 12 ℃. The activities of these enzymes returned to normal after 5 days of recovery under normal
conditions. Low light at normal temperature didn’t affect SOD activity ,which was increased when the plants
were returned to normal growth conditions. GPOD activities increased markedly after 5 days of low light treat2
ment and decreased during recovery. In addition , the content of MDA was increased during chilling and low light
treatment .
Key words 　Chilling , Low light , PI , SOD , POD , MDA.3 国家自然科学基金重点和面上项目 (39830230) 、教育部优秀青年
教学科研奖励计划基金和浙江省青年人才培养专项基金资助项目.3 3 通讯联系人.
2001 - 06 - 12 收稿 ,2001 - 11 - 26 接受.
1 　引 　　言
黄瓜是冬春季设施栽培的主要蔬菜之一 ,栽培
期间经常遭受不同程度的低温弱光胁迫 ,并对黄瓜
的生长、光合、碳和氮代谢、酶活性和干物质积累产
生不同程度的影响. 有关低温弱光胁迫对黄瓜抗氧
化酶系统的影响已有一些研究[4 , 8～10 ] ,但均集中于
短期极端低温及中、高光强下低温对黄瓜抗氧化酶
系的影响 ,而对于长期低温弱光或单一弱光环境及
其随后恢复过程中黄瓜抗氧化酶系的变化研究甚
少. 事实上 ,我国各地在冬春季节经常遭遇不同程度
的长期低温弱光逆境 ,探明长期低温弱光胁迫对植
物生长的影响显得更为迫切和必要. 因此 ,本文研究
了低温弱光对黄瓜生长及叶片抗氧化酶系活性的影
响 ,旨在探讨低温弱光对黄瓜生长的影响和抗氧化
酶系在防御活性氧对细胞伤害中的作用 ,并为抗逆
生理育种提供依据.
2 　材料与方法
211 　供试材料
供试材料在人工气候室内培养 ,光强 700μmol·m - 2·
s - 1 ,25 ℃/ 18 ℃,相对湿度控制在 75 %～95 % ,光周期 12
h. 供试黄瓜品种为津春 3 号 ( Cucumis sativus L . cv. Jinchun
No. 3) . 将预先浸种、发芽的黄瓜种子播于砻糠灰基质中 ,两
片子叶充分展开时移入日本园试配方营养液中水培 ,每隔 5
d 更换一次营养液 ,四叶一心时进行处理.
试验设 4 个处理. 处理 Ⅰ(对照) :人工气候室中 ,光强
700μmol·m - 2·s - 1 ,25 ℃/ 18 ℃;处理 Ⅱ:人工气候室中 ,光
强 100μmol·m - 2·s - 1 ,25 ℃/ 18 ℃;处理 Ⅲ:人工气候箱中 ,
光强 70μmol·m - 2·s - 1 ,12 ℃/ 12 ℃;处理 Ⅳ:人工气候箱
中 ,光强 70μmol·m - 2·s - 1 ,7 ℃/ 7 ℃;光周期均为 12 h. 处
理 10 d 后 ,处理 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ植株均移入处理 Ⅰ的人工气候室
中恢复培养 14 d. 每处理 6 株植株 ,3 次重复. 于处理前、处
应 用 生 态 学 报 　2003 年 6 月 　第 14 卷 　第 6 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J un. 2003 ,14 (6)∶921～924
理的第 5 天和第 10 天及恢复 5、10 和 14 d 测定叶片生长指
数 PI( Plastochron Index) [3 ]值和根系活力 ,并进行取样 ,以液
氮固定样品 ,置于 - 80 ℃的超低温冰箱保存.
212 　实验方法
21211 PI 值测定 　根据 Coleman 等[3 ] 的方法 : PI = n +
(ln L n - ln R) / (ln L n - ln L n + 1) . 其中 ,参比叶长 R = 80 mm ,
n 为叶片长度长于参比叶长的叶片数 , L n 和 L n + l分别为第
n 及 n + 1 片叶的长度 .
21212 根系活力测定 　按张雄[12 ]的 TTC 染色法. 取 0. 2 g
根尖 ,加入 4 %TTC 溶液与 p H 7. 0 磷酸缓冲液各 5 ml 等量
混合液 ,37 ℃水浴中保持 1 h 后 ,加入 2N 硫酸终止反应 ,乙
酸乙酯研磨 ,并定容到 10 ml ,测定 OD485 .
21213 酶液的提取 　取 0. 5 g 叶片加 p H 7. 8 50 mmol·L - 1
磷酸缓冲液 (含 1 %PVP) 及少量石英砂 ,于冰浴中研磨提
取 ,匀浆液于 20 000 g 下低温离心 20 min. 上清液用于酶活
性测定及丙二醛含量的测定.
　　丙二醛含量测定 :按 Heath[6 ]的方法. 取上清液 1 ml ,加
3 ml 含 2 %TBA 的 30 %三氯乙酸溶液 ,95 ℃水浴中保温 30
min ,立即置于冰浴中冷却 ,1 500 g 离心 10 min ,测定 OD532 、
OD600 ,按 △Emol (532～600) = 155 换算 MDA 含量.
　　超氧化岐化酶 ( SOD) 活性测定 :按 Giannopolitis 等[5 ]的
方法加以改进. 取上清液 0. 05 ml ,加 3 ml 反应液 (含 15
mmol·L - 1甲硫氨酸 ,65μmol·L - 1 NB T ,2. 0μmol·L - 1核黄
素 ,0. 1 mmol·L - 1 EDTA ;用 50 mmol·L - 1 p H 7. 8 的磷酸缓
冲液配制) . 在 25 ℃,4 000 lx 下照光 15 min 后 ,于黑暗下终
止反应 ,立即在 560 nm 波长处测定吸光值 ,以缓冲液代替酶
液作为空白. 酶活性采用抑制 NB T 光化学反应 50 %为一个
酶活性单位表示.
　　愈创木酚过氧化物酶 ( GPOD) 活性测定 :按 Cakmak[1 ]
的方法加以改进. 取上清液 100μl ,加 25 mmol·L - 1磷酸缓冲
液 (p H 7. 0 ,含 0. 1 mmol·L - 1的 EDTA) 1 700μl ,10 mmol·
L - 1的 H2O2 100μl ,1 %的愈创木酚 100μl ,25 ℃下反应. 用
岛津紫外可见分光光度仪 ( SHIMADZUUV22401PC) 按 ki2
netics 程序测定 OD470的动力学变化 ,取其中 10 s 的动力学
变化计算酶促反应速率. 吸光系数为 26. 6 mmol·L - 1·cm - 1 .
3 　结果与分析
311 　低温与弱光胁迫对植株生长的影响
　　由图 1 可见 ,12 ℃和 7 ℃处理 10 d 内 ,代表植
株生长势的 PI 值基本不变 ,生长完全受到抑制. 弱
光处理 10 d 后 ,PI 值虽有所增加 ,但增加值 (2. 7)明
显低于对照增加值 (4. 5) . 胁迫解除后 ,12 ℃与弱光
处理植株的 PI 值迅速上升 ,恢复 10 d 内的增加值
(4. 3 和 4. 0) 与对照前 10 d 内的增加值 (4. 5) 渐趋
一致 ,表明植株已恢复正常生长. 而 7 ℃处理植株恢
复 10 d 后 ,增加值仅为 2. 8 ,明显小于 12 ℃处理植
株的增加值 , 说明 7 ℃处理可能已对植株造成一定
图 1 　低温弱光处理对番茄叶片生长指数 PI 的影响
Fig. 1 Leaf plastochron index as influenced by chilling and low light .
Ⅰ.对照 Control ; Ⅱ. 弱光 Low light ; Ⅲ. 12 ℃; Ⅳ. 7 ℃. 下同 The
same below.
的伤害 ,导致恢复速度减慢.
312 　低温弱光胁迫对根系活力的影响
　　低温弱光胁迫显著影响根系活性 ,弱光处理 10
d 后 ,黄瓜根系活力显著下降 ,降幅为 77. 7 %. 12 ℃
和 7 ℃低温处理也导致了黄瓜根系活力的降低 ,其
降幅分别为 35. 7 %和 22. 3 % ,均显著小于弱光处理
下的降幅. 胁迫解除 ,12 ℃处理植株 5 d 即可恢复 ,7
℃和弱光处理则在 14 d 后恢复至对照水平 (图 2) .
图 2 　低温弱光处理对根系活力的影响
Fig. 2 Effects of chilling and low light on root vigor of seedlings.
313 　低温弱光胁迫对黄瓜叶片 SOD 和 GPOD 活
性的影响
　　作为植物体内的一种保护酶 ,SOD 可以清除体
内自由基的过多积累 ,缓解逆境的伤害. 低温处理导
致叶片中的 SOD 活性显著上升 ,且随处理时间延长
而活性增强. 其中 ,7 ℃处理植株的 SOD 活性增加
比 12 ℃处理更为显著. 12 ℃处理后的植株 SOD 活
性 5 d 内便恢复到对照水平 ,而后则趋于平缓 ;经 7
℃处理植株的 SOD 活性则在 14 d 后才恢复到对照
水平. 常温弱光处理期间 , SOD 活性与对照基本一
致 ,表明 SOD 活性未受弱光的影响 ,但在随后恢复
期间的前 5 d 内 SOD 活性迅速上升到一个比对照
更高的水平 ,恢复期间的后一阶段则趋于平缓. 低温
下 GPOD 活性随处理时间延长而增强 ,10 d 后 ,7 ℃
229 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
图 3 　低温弱光处理对叶片处理和恢复期间 SOD 及 GPOD 活性的
影响
Fig. 3 Effects of chilling and low light on activities of SOD and GPOD
during treatment and recovery.
处理植株 GPOD 活性较对照增强 130. 8 % ,12 ℃处
理植株则增强 79. 7 %. 弱光处理前期 , GPOD 活性
变化不大 ,而在弱光处理的后 5 d 内则迅速增加. 在
恢复过程中低温弱光处理植株 GPOD 活性均呈下
降趋势 ,并均能恢复至对照水平. 由图中还可看出 ,
在正常光温下 ,随着苗龄的增加 ,植株处于逐步衰老
过程中 ,叶片中的 SOD 和 GPOD 活性也随之增强.
314 　低温弱光胁迫对黄瓜叶片 MDA 含量的影响
　　MDA 是膜脂过氧化产物 ,是反映细胞膜伤害程
度的重要指标之一. 与对照相比 ,低温弱光胁迫均导
致黄瓜叶片 MDA 含量的上升 ,且随胁迫时间的延
长 ,MDA 积累量增加. 这说明经低温弱光处理后 ,黄
瓜叶片细胞膜均遭到不同程度的破坏. 弱光处理期
间的前 5 d ,MDA 含量迅速上升 ,而在随后的 5 d 内
变化不大 ,这可能是在前 5 d 内 SOD、GPOD 活性较
低 ,对氧自由基的清除能力较弱 ,而逆境下氧自由基
图 4 　低温弱光处理对叶片处理和恢复期间 MDA 含量的影响
Fig. 4 Effects of chilling and low light on contents of MDA during treat2
ment and recovery.
生成量增加 ,因此造成氧自由基的迅速累积 ,膜脂过
氧化加剧 ,而后 5 d 内随 GPOD 活性的上升 ,能清除
体内一定量的氧自由基 ,致使氧自由基能稳定在一
定水平上. 恢复过程中 ,低温弱光处理植株 MDA 含
量均能降至对照水平. 以 12 ℃、弱光处理植株恢复
较快 ,5 d 内便可降至对照水平 ,7 ℃处理植株恢复
最慢 (图 4) .
4 　讨 　　论
　　植株根系与叶片不仅在同化产物上存在库与源
的关系 ,同时还存在水分和无机营养的供需关系. 低
温弱光既能直接降低根系活力 ,使水分和矿质营养
的吸收受阻 ,也能通过减少光合产物向根系的分配
来影响根的生长 ,进而影响叶片的光合能力[11 ] . 本
实验中 ,低温和弱光处理均导致根系活力的下降. 值
得注意的是 ,常温下弱光处理所导致的根系活力降
幅明显高于低温弱光协同作用下导致的根系活力下
降幅度. 这一方面可能是因为弱光条件下 ,植株为了
弥补光照不足 ,采取向上生长的策略以获取足够的
光能 ,以使植物体内的光合产物及养分主要用于地
上部生长 ,减少了向地下部的输送 ,从而抑制了根系
生长. 王兴银等[11 ]的研究也表明 ,由于冬季黄瓜根
系温度大大低于春季的根系温度 ,为保持一定的根
系活力 ,植株只有通过增加根系功能单位来弥补 ,而
在春季植株光合作用旺盛 ,光合产物充足 ,只需很少
一部分即可满足根系需要 ,因此弱光处理后 ,光合产
物流向果实等更急需的部位 ,而向根中的分配减少.
另一方面可能同植株在弱光适温下比低温弱光下消
耗更多的光合产物 ,从而降低根系活力有关.
　　近年来的研究表明[7 ,10 ] ,逆境下植物产生更多
的氧自由基 ,从而加剧了膜脂过氧化而导致膜系统
受损 ,最终组织受到破坏. SOD 和 POD 则对这些自
由基和过氧化物起着清除作用 ,因此这些酶成为植
物在逆境中的保护体系. 其中 SOD 是存在于植物细
胞中最重要的清除氧自由基的酶之一 ,其主要功能
是清除 O2 -·,产生 H2O2 , H2O2 可以和 O2 -·相互作用
产生更多的氧自由基 ,对细胞形成伤害 ,而 POD 可
以清除体内的 H2O2 ,维持体内的活性氧代谢平衡 ,
保护膜结构 ,从而使植物能在一定程度上忍耐、减缓
或抵抗逆境胁迫[2 ] . 本实验中 ,低温弱光处理后 ,
SOD、GPOD 活性均有提高 ,表明植株为避免遭受伤
害作出的适应性反应 ,也说明植株在逆境下 ,体内已
生成了相应的氧自由基 ,而且氧自由基的产生可能
已超过 SOD 和 GPOD 等抗氧化系的清除能力 ,故部
3296 期 　　　　　　　　　　　周艳虹等 :低温弱光对黄瓜幼苗生长及抗氧化酶活性的影响 　　　　　　　　
分未能清除的活性氧引起膜脂过氧化 (MDA 含量的
增加) ,导致膜系统的损伤.
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作者简介 　周艳虹 ,女 ,1977 年生 ,博士生 ,主要从事园艺植
物生理生态学研究 ,发表论文 10 余篇 ,其中 SCI 论文 4 篇.
Tel :0571286971979 ,E2mail :miss. yhzhou @hotmail. com429 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷