全 文 ：　 核 农 学 报　 ２０１４，２８（６）：１０８３ ～ １０９１
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
收稿日期：２０１３⁃１２⁃１２　 接受日期：２０１４⁃０３⁃１９
基金项目：国家自然科学基金（３１１６０４０４）
作者简介：肖春燕，女，主要从事设施园艺研究。 Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｉａｏｃｈｕｎｙａｎ３３＠ １６３． ｃｏｍ
通讯作者：崔金霞，女，副教授，主要从事蔬菜逆境机理与品质调控研究。 Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｊｉｎｘｉａｃｕｉ７７＠ １６３． ｃｏｍ
文章编号：１０００⁃８５５１（２０１４）０６⁃１０８３⁃０９
低温下 ＮＯ对黄瓜光合荧光及抗氧化特性的影响
肖春燕　 邢潇晨　 刘会芳　 徐巍　 崔金霞
（石河子大学农学院园艺系，石河子 新疆　 ８３２０００）
摘　 要：为了探讨低温前 ＮＯ处理对低温（１０℃ ／ ６℃）过程中黄瓜幼苗叶绿素荧光和抗氧化酶活性的调控
作用，以津研 ４ 号黄瓜幼苗为试材，叶面喷施一氧化氮（ＮＯ）供体 ＳＮＰ及一氧化氮合酶（ＮＯＳ）抑制剂 Ｌ⁃
ＮＡＭＥ、ＮＯ清除剂 ＰＴＩＯ，研究低温胁迫过程中黄瓜幼苗叶绿素荧光参数及抗氧化酶活性的变化。 结果
显示：低温处理前喷施 ＮＯ供体 ＳＮＰ仅显著提高了ΦＰＳⅡ、ＰＯＤ和 ＡＰＸ活性，但低温后 ２４ｈ，ＳＮＰ处理提
高了ΦＰＳⅡ、Ｆｖ ／ Ｆｍ、ｑＰ、ＮＰＱ及光化学反应 Ｐ部分的份额，提高光能利用率，减少了非光化学耗散 Ｅｘ的
部分，改善光能分配不平衡，这种趋势一直延续到 ４８ｈ，而 ＮＯＳ抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ和 ＮＯ清除剂 ＰＴＩＯ却能
够阻断 ＳＮＰ的作用效果。 与低温前相比，各处理（即处理 １􀆰 喷施蒸馏水；２􀆰 喷施蒸馏水 ＋ ＳＮＰ；３． 喷施
Ｌ⁃ＮＡＭＥ ＋ ＳＮＰ；４． 喷施 ＰＴＩＯ ＋ ＳＮＰ）在低温后 ２４ 和 ４８ｈ，丙二醛（ＭＤＡ）的积累相比于对照减少了
１２􀆰 ８２％ 、１６􀆰 ６９％ ，电导率值降低了 １３􀆰 ３３％ ，１５􀆰 ５４％ ，ＳＯＤ 活性上升，ＣＡＴ 酶活性迅速下降，ＰＯＤ 先上
升后下降，ＮＯＳ抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ和 ＮＯ清除剂 ＰＴＩＯ 阻碍了 ＳＮＰ 在低温前和低温过程中显著诱导抗氧
化酶的活性，说明 ＮＯＳ路径产生的 ＮＯ在调节叶绿素荧光及抗氧化酶活性提高黄瓜耐冷性中发挥着重
要作用，同时在低温过程中 ＡＰＸ和 ＰＯＤ对 Ｈ２Ｏ２ 调节发挥主要作用。
关键词：低温；ＮＯ；叶绿素荧光；黄瓜
ＤＯＩ：１０􀆰 １１８６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００⁃８５５１􀆰 ２０１４􀆰 ０６． １０８３
　 　 低温是反季节栽培植物中常遭遇的逆境胁迫之
一，对植物的生长及分布起重要作用。 低温会导致植
物光合器官的能力降低，抑制叶绿素体发育，导致植物
产生氧化伤害，尤其是对一些喜温性蔬菜的生长、产量
及品质具有很大的限制性作用。 黄瓜（Ｃｕｃｕｍｉｓ ｓａｔｉｖａｓ
Ｌ． ）是喜温蔬菜，对温度的反应较敏感，在栽培中一旦
遇到低温，对其生长及产量等会造成不同程度的影响，
甚至迟收绝收。 同时黄瓜也是我国设施蔬菜生产中主
要的反季节栽培种类之一，在生产和消费上占有重要
地位，因此对其低温伤害的研究显得日益重要。
一氧化氮（ＮＯ）是一种易于扩散的气体活性分子，
最初作为动物内皮细胞衍生的舒张因子被发现，１９９２
年 ＮＯ 被美国 《 Ｓｃｉｅｎｃｅ》杂志评为年度 “明星分子”
（ｍｏｌｅｃｕｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｙｅａｒ）。 １９７９ 年发现 ＮＯ 在植物中同
样存在，于是在植物界展开了对 ＮＯ 的广泛研究。 结
果表明，ＮＯ广泛参与了植物生长发育调节，如种子萌
发、细胞代谢、物质运输、开花和衰老，同时 ＮＯ作为信
号分子在植物抗病和应对非生物胁迫（干旱、盐害、紫
外辐射、渗透胁迫等） 响应中起了重要作用［１ － ７］。
Ｌａｍａｔｔｉｎａ等［８］研究表明外源 ＮＯ 能提高玉米、小麦和
番茄植株和种子抵抗低温的能力，特别是对低温敏感
型幼苗，效果更明显。 马向丽等［５］在低温前连续 ３ｄ
用不同浓度 ＳＮＰ 处理黑麦草幼苗，然后进行低温处
理，结果发现外源 ＮＯ能降低质膜相对透性，增强抗氧
化酶活性，增加脯氨酸累积，提高黑麦草的抗冷性；杨
美森等［９］研究发现通过低温过程中连续喷施 ＮＯ供体
能够提高冷害胁迫下棉花幼苗光合特性、抗氧化酶活
性和抗氧化剂含量，减少膜脂过氧化物的积累，从而提
高棉花耐冷性。 刘兴旺等［１０］使用 ＮＯ 供体溶液连续
２ｄ喷施黄瓜叶片，后进行低温处理 ３ｄ，低温结束通过
各项指标的测定得出 ＮＯ 促进叶片中抗氧化酶活性，
叶绿素及可溶性糖含量的积累，从而缓解低温胁迫对
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核　 农　 学　 报 ２８ 卷
黄瓜造成的伤害，提高抗冷性。 前人研究多采用胁迫
前连续单独施用 ＮＯ 供体 ＳＮＰ 的处理方式，或者在胁
迫结束后测定各种指标，而利用 ＮＯ 清除剂和抑制剂
研究低温前预处理 ＮＯ供体 ＳＮＰ在低温过程中对黄瓜
光合和叶绿素荧光及抗氧化酶影响尚鲜见报道。 本试
验针对日光温室中存在的低温逆境胁迫，以津研 ４ 号
黄瓜为试材，利用 ＮＯ 供体 ＳＮＰ、ＮＯＳ 抑制剂和 ＮＯ 清
除剂，探讨低温来临前一次喷施 ＮＯ 供体 ＳＮＰ 在低温
过程中对黄瓜光合和叶绿素荧光及抗氧化酶的影响，
为反季节栽培黄瓜应用 ＮＯ提高耐冷性提供理论和应
用依据。
１　 材料与方法
１􀆰 １　 材料与试验设计
供试材料为津研 ４ 号黄瓜。 试验在石河子大学实
验站和实验室进行。 试验选择籽粒饱满、大小均匀的
津研 ４ 号黄瓜种子（千粒重 ２９􀆰 ０９ｇ，纯度：≥９５％ ；净
度：≥９８％ ；发芽率：≥９０％ ；水分：≤８％ ），经 ５５℃温
汤浸种，室温下浸种 ６ｈ，于 ２８℃条件下避光预发芽。
选择刚刚萌动芽势一致的种子播入已装有草炭的 ７２
孔穴盘中，每孔 １ 粒；覆土厚度约 ０􀆰 ５ ～ １􀆰 ０ｃｍ。 当两
片子叶完全展开时移入装有草炭、蛭石 （体积比为
２∶ １）混合基质的花盆（规格为 １２０ × １１０ｍｍ）中，每盆
一株，幼苗每隔 ３ｄ 用含营养液（采用 Ｈｏａｇｌａｎｄ 营养液
配方）的水进行浇灌。
当黄瓜第 ２ 片真叶完全展开时，将长势一致的幼
苗分成三组，放入光照培养箱中。 环境条件如下：光周
期为 １２ｈ、平均光强为 ３００μｍｏｌ·ｍ － ２·ｓ － １，温度为
２５℃ ／ ２０℃、相对湿度控制在 ７０％左右。 适应 ２４ｈ 后
进行试验处理，试验共设 ３ 个处理，处理如下：
（１）喷洒蒸馏水；（２）９：００ 喷洒蒸馏水，６ｈ 后喷洒
２００μｍｏｌ·Ｌ － １ ＳＮＰ［１１］；（３）９：００ 喷洒 ２００μｍｏｌ·Ｌ － １ Ｌ⁃
ＮＡＭＥ，６ｈ后喷洒 ２００μｍｏｌ·Ｌ － １ ＳＮＰ；（４） ９：００ 喷洒
２００μｍｏｌ·Ｌ － １ ＰＴＩＯ，６ｈ 后喷洒 ２００μｍｏｌ·Ｌ － １ ＳＮＰ。 每
处理重复 ３ 次，以只喷洒蒸馏水的黄瓜幼苗作为对照。
喷施药剂 １４ｈ后［１１］开始低温（１０℃ ／ ６℃）处理，并
以其作为低温处理 ０ｈ，低温处理后 ２４、４８ｈ 分别测定
黄瓜气体交换参数，叶绿素荧光参数，相对电导率等，
取样并用液氮迅速冷并贮存于 － ８０℃，用于 ＭＤＡ 及
抗氧化酶活性的测定。
１􀆰 ２　 测定方法
１􀆰 ２􀆰 １　 叶绿素荧光参数 　 用 ＦＭＳ２ 脉冲调制式荧光
仪（英国 Ｈａｎｓａｔｅｃｈ公司生产）测定荧光参数。 叶片暗
适应 ３０ ｍｉｎ后，照射检测光（ ＜ ０􀆰 ０５ μｍｏｌ·ｍ － ２·ｓ － １）
测得最小荧光（Ｆｏ），再照射饱和脉冲光（４０００ μｍｏｌ·
ｍ － ２·ｓ － １）测定最大荧光（Ｆｍ），随后打开内源光化光
（Ａｃｔｉｎｉｃ ｌｉｇｈｔ，６００ μｍｏｌ·ｍ － ２·ｓ － １），１０ ｍｉｎ后获得光下
的稳态荧光（Ｆｓ），并再次照射饱和脉冲光以获得光下
最大荧光（Ｆｍ′），最后关闭光化光，打开远红光的同时
测定光下最小荧光（Ｆｏ’）。
荧光参数的计算方法如下：
光系统 ＩＩ 实际光化学效率（ΦＰＳＩＩ） ＝ （Ｆｍ′ － Ｆｓ） ／
Ｆｍ′；
ＰＳⅡ最大光化学效率 Ｆｖ ／ Ｆｍ ＝ （Ｆｍ⁃Ｆｏ） ／ Ｆｍ［１２］；
光化学猝灭系数 （ ｑＰ） ＝ （ Ｆｍ′ － Ｆｓ） ／ （ Ｆｍ′ －
Ｆｏ′）；
非光化学猝灭系数 ＮＰＱ ＝ （Ｆｍ⁃Ｆｍ′） ／ Ｆｍ′［１３］。
参照 ＦＭＳ２ 使用手册及荧光参数计算 ＰＳⅡ吸收光
能分配和光系统激发能分配的情况。
ＰＳⅡ吸收光能用于光化学反应的相对份额（Ｐ） ＝
Ｆｖ′ ／ Ｆｍ′ × ｑＰ × １００％
天线热耗散的相对份额（Ｄ） ＝ （１ － Ｆｖ′ ／ Ｆｍ′） ×
１００％
反应中心耗散的相对份额（Ｅｘ） ＝ Ｆｖ′ ／ Ｆｍ′ × （１ －
ｑＰ） × １００％
光系统 Ｉ （ ＰＳＩ）与 ＰＳⅡ间激发能分配不平衡性
（β ／ α － １） ＝ （１ － ｆ） ／ ｆ
其中 ｆ 为 ＰＳⅡ反应中心开放程度，ｆ ＝ （Ｆｍ － Ｆｓ） ／
（Ｆｍ － Ｆｏ）；α、β 分别为 ＰＳＩ 和 ＰＳⅡ的激发能分配系
数）。
１􀆰 ２􀆰 ２　 电导率、丙二醛（ＭＤＡ）含量及抗氧化酶活性
测定　 电导率根据《植物生理学试验指导》中的浸泡
法测定［１４］。 丙二醛（ＭＤＡ）含量的测定使用硫代巴比
妥酸（ＴＢＡ）比色法。 参照 Ｓｔｅｗａｒｔ 等［１５］的方法略有修
改，使用氮蓝四唑（ＮＢＴ）还原法测定超氧化物歧化酶
（ＳＯＤ）活性，酶活力采用抑制 ＮＢＴ光化学反应 ５０％为
一个单位表示。 ＰＯＤ 的测定参照 Ｃａｋｍａｋ 等［１６］的方
法，取 １００μＬ 上清液，加 ２５ｍｍｏｌ·Ｌ － １ ＰＢＳ 缓冲液（ｐＨ
值 ７􀆰 ０，含 ０􀆰 １ｍｍｏｌ·Ｌ － １ ＥＤＴＡ）１７００μＬ，２０ｍｍｏｌ·Ｌ － １
Ｈ２Ｏ２ １００μＬ，再加入 １％ １００μＬ愈创木本分，混匀后置
２５℃下反应。 测定 ＯＤ４７ｎｍ 动力学变化，取其中 １０ｓ
的动力学变化计算本酶促反应速率，吸光系数为
２６􀆰 ６ｍｍｏｌ·Ｌ － １·ｃｍ － １。 参照 Ｃａｋｍａｋ 等［１６］的方法测定
过氧化氢酶（ＣＡＴ）的活性，测定 ＯＤ２４０ ｎｍ的动力学变
化，取其中 ２０ ｓ 的动力学变化计算酶促反应速率，吸
光系数为 ３９􀆰 ４ ｍｍｏｌ·Ｌ － １·ｃｍ － １。 抗坏血酸过氧化物
酶（ＡＰＸ）活性测定参照 Ｎａｋａｎｏ 等［１７］的方法略加改
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　 ６ 期 低温下 ＮＯ对黄瓜光合荧光及抗氧化特性的影响
进。
１􀆰 ３　 数据统计分析
数据采用 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｅｘｃｅｌ ２００３ 进行统计，通过
ＳＰＳＳ 软件对数据进行单因素方差分析，并用 Ｄｕｎｃａｎ
检验方法对显著性差异（Ｐ ＜ ０􀆰 ０５）进行多重比较，并
采用 Ｏｒｉｇｉｎ７􀆰 ５ 绘图。
２　 结果与分析
２􀆰 １　 低温下 ＮＯ对黄瓜幼苗电导率、ＭＤＡ 含量的影
响
２􀆰 １􀆰 １　 低温下 ＮＯ 对黄瓜幼苗电导率的影响　 环境
胁迫会导致植物的细胞膜受到破坏，膜透性增大，以致
电导率增大。 本试验中，低温处理 ０ｈ（图 １）各处理电
导率值差异不显著，随着低温时间的增加，各处理电导
率值呈现逐渐上升的趋势，低温 ２４、４８ｈ 时，ＳＮＰ 处理
较对照显著降低了 １３􀆰 ３３％ ，１５􀆰 ５４％ ； Ｌ⁃ＮＡＭＥ 和
ＰＴＩＯ 处理比对照降低了 ９􀆰 ６５％ 、６􀆰 ５１％ ，１０􀆰 ４２％ 、
３􀆰 ９１％ ，比 ＳＮＰ 处理增加了 ４􀆰 ２５％ 、７􀆰 ８７％ ，７􀆰 ５２％ 、
１５􀆰 １５％ 。 由此可以看出 ＮＯＳ 抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 和 ＮＯ
清除剂 ＰＴＩＯ 抑制了 ＳＮＰ 的作用效果，说明 ＳＮＰ 能够
缓解植物细胞膜受伤害程度。
图 １　 低温下不同处理对黄瓜幼苗电导率的影响
Ｆｉｇ． １　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ
ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｃｕｃｕｍｂｅｒ
ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
２􀆰 １􀆰 ２　 低温下 ＮＯ 对黄瓜幼苗 ＭＤＡ 含量的影响 　
ＭＤＡ是脂质过氧化的主要产物之一，其含量高低可以
反映植物膜系统的受伤程度。 由图 ２ 可知，低温处理
０ｈ各处理叶片中丙二醛的含量没有差异；低温处理 ２４
和 ４８ｈ（图 ２），喷施 ＳＮＰ 的黄瓜叶片丙二醛含量与对
照相比显著下降，分别为 １２􀆰 ８２％ 、１６􀆰 ６９％ ，这说明
ＮＯ 能够诱导丙二醛含量的降低，缓解低温下膜脂过
氧化造成的损伤，喷施 ＮＯＳ 的抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 和 ＮＯ
清除剂 ＰＴＩＯ后，则抑制了 ＳＮＰ的作用效果。
图 ２　 低温下不同处理对黄瓜幼苗ＭＤＡ含量的影响
Ｆｉｇ． ２　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ＭＤＡ
ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｃｕｃｕｍｂｅｒ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
２􀆰 ２　 低温胁迫下 ＮＯ 对黄瓜幼苗叶绿素荧光参数的
影响
２􀆰 ２􀆰 １　 低温胁迫下 ＮＯ 对黄瓜幼苗叶片 ΦＰＳⅡ、Ｆｖ ／
Ｆｍ、ｑＰ及 ＮＰＱ 的影响　 叶绿素荧光与光合作用密切
相关，也是植物抗逆反应的指标之一。 实际光化学效
率 ΦＰＳⅡ，表示 ＰＳＩＩ 光合电子传递的量子效率。 如图
３ － Ａ所示，低温处理 ０ｈ至低温后 ２４、４８ｈ，ΦＰＳⅡ呈现
降低的趋势。 低温处理 ０ｈ，ＳＮＰ 处理与对照相比显著
提高了 ΦＰＳⅡ，ＮＯＳ抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 与对照之间没有
显著差异，而 ＮＯ 清除剂 ＰＴＩＯ 与对照之间差异性显
著。 低温后 ２４、４８ｈ，ＳＮＰ 处理较对照明显升高，然而
ＮＯＳ 抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 和 ＮＯ 清除剂 ＰＴＩＯ 则抑制了
ＳＮＰ的效果。
Ｆｖ ／ Ｆｍ是 ＰＳＩＩ 最大光化学量子产量，反映 ＰＳⅡ
反应中心内能的转化效率。 低温处理 ０ｈ，ＳＮＰ 处理黄
瓜叶片的叶绿素参数 Ｆｖ ／ Ｆｍ（图 ３ － Ｂ）与对照和 ＮＯＳ
抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 处理之间相比差异不显著，但与 ＮＯ
抑制剂 ＰＴＩＯ 处理之间有显著差异。 低温处理 ２４ 和
４８ｈ后，对照 Ｆｖ ／ Ｆｍ 的值降低，喷施 ＳＮＰ 处理后 Ｆｖ ／
Ｆｍ比对照显著增加，与对照相比使用 ＮＯＳ 抑制剂 Ｌ⁃
ＮＡＭＥ和 ＮＯ清除剂 ＰＴＩＯ处理后 Ｆｖ ／ Ｆｍ降低，降低幅
度高于 ＳＮＰ处理，说明 ＮＯ 对低温下产生的光抑制现
象起到了减缓的作用。
叶绿素荧光猝灭包括叶绿素荧光化学猝灭（ｑＰ）
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核　 农　 学　 报 ２８ 卷
和非光化学猝灭（ＮＰＱ）。 ｑＰ 在一定程度上反映了植
物光合活性的高低，ｑＰ 下降，表明叶片捕获的激发能
中用于推动光化学反应的部分所占比例下降；ＮＰＱ 反
映了植物耗散过剩光能为热的能力。 ＮＰＱ 逐渐增大，
说明叶片为保护光合机构免遭破坏迅速启动热耗散，
以耗散过剩能量。 由图 ３ － Ｃ可知，低温处理 ０ｈ，各处
理 ｑＰ与对照相比没有显著差异。 低温处理之后，随着
时间的延长，ｑＰ 逐渐降低。 低温 ２４ｈ 时，ＳＮＰ 处理与
对照相比明显提高了 ｑＰ，而 ＮＯＳ 抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 和
ＮＯ清除剂 ＰＴＩＯ 与对照相比显著降低了 ｑＰ 值，这种
趋势一直持续到低温后 ４８ｈ。 由此可知低温下 ＳＮＰ能
够增加 ＰＳＩＩ 反应中心的开放程度，提高氧化态 ＱＡ 的
数量从而捕获更多光能用于光化学反应。 由图 ３ － Ｄ
中得出，ＮＰＱ随着处理时间的增加而降低。 低温处理
前，ＳＮＰ 处理 ＮＰＱ 值与对照没有显著差异，但高于其
他处理，这一趋势延续到低温后 ２４ｈ。 低温 ４８ｈ 时，
ＳＮＰ处理显著高于其他处理。 由此说明低温处理下
ＳＮＰ能够诱导叶片启动热耗散，保护光合机构免受破
坏。
图 ３　 低温下不同处理对黄瓜幼苗叶 ΦＰＳＩＩ、Ｆｖ ／ Ｆｍ、ｑＰ、ＮＰＱ的影响
Ｆｉｇ． ３　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｎ ΦＰＳＩＩ、Ｆｖ ／ Ｆｍ、ｑＰ、ＮＰＱ ｏｆ ｃｕｃｕｍｂｅｒ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
２􀆰 ２􀆰 ２　 低温胁迫下 ＮＯ 对黄瓜幼苗叶片吸收光能分
配的影响　 ＰＳⅡ吸收光能的去向大致有进行光化学
反应 Ｐ、天线热耗散 Ｄ 及 Ｐ６８０反应中心中非光化学耗
散的部分 Ｅｘ三部分。 图 ４ 所示，低温处理 ０ｈ，对照中
Ｐ、Ｄ、Ｅｘ 各部分的比例分别为 ７９􀆰 ３５％ 、１７􀆰 ７４％ 和
２􀆰 １６％ ；ＳＮＰ处理后 Ｐ、Ｅｘ 值与对照相比差异显著，而
Ｄ值不显著，说明正常温度下，喷施 ＳＮＰ 后对提高植
物光能利用率及保护光合机构有促进作用，而 ＮＯＳ 抑
制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ和 ＮＯ 清除剂 ＰＴＩＯ 则抑制了 ＳＮＰ 的作
用。 低温胁迫导致 Ｐ部分显著降低，减少的 Ｐ 部分能
量主要用于非光化学耗散（Ｅｘ），低温处理 ２４ｈ 时，各
处理间 Ｐ 和 Ｅｘ 部分有显著差异，ＳＮＰ 处理的黄瓜幼
苗叶片吸收的光能中 Ｐ 部分，与对照相比增加了
９􀆰 １２％ ，而使用 ＮＯＳ 抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 和 ＮＯ 清除剂
ＰＴＩＯ 处理与对照 相 比 显 著 降 低 了 １０􀆰 ５１％ 和
１８􀆰 ２８％ ，比 ＳＮＰ处理降低了 １７􀆰 ９９％和 ２３􀆰 ８５％ ，至低
温 ４８ｈ时，仍然是相同的趋势。 低温处理后 ２４ｈ，Ｄ 部
分与对照相比没有显著差异，至低温 ４８ ｈ 时，各处理
用于 Ｄ 部分的光能分别 ２７􀆰 ７８％ 、３２􀆰 ６７％ 、３０􀆰 ９％ 、
１９􀆰 ８５％ ，Ｐ部分减少的能量以过剩光能的形式发生耗
散（Ｅｘ）。 低温胁迫后，喷施 ＮＯＳ 抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 和
ＮＯ清除剂 ＰＴＩＯ 的处理，幼苗吸收光能的 １􀆰 ６５％ ～
３６􀆰 ６９％用于 Ｅｘ 部分，显著高于对照。 喷施 ＳＮＰ 后，
可以使幼苗中各部分光能的分配比例之间的差异逐渐
减小。
６８０１
　 ６ 期 低温下 ＮＯ对黄瓜光合荧光及抗氧化特性的影响
图 ４　 低温下不同处理对黄瓜幼苗叶 Ｐ、Ｄ、Ｅｘ、β／ α －１ 的影响
Ｆｉｇ． ４　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｎ Ｐ、Ｄ、Ｅｘ、β／ α －１ｏｆ ｃｕｃｕｍｂｅｒ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
随着低温时间的增加导致两个光系统（ＰＳＩ 和 ＰＳ
Ⅱ）间激发能分配不平衡性（β ／ α － １）增大（图 ４ －
Ｄ），说明叶片中向 ＰＳＩ 分配的激发能比例减小，两系
统间运转不能相互紧密结合。 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 处理和 ＰＴＩＯ
处理在这个过程中增加的幅度最大，低温胁迫 ４８ ｈ
时，不平衡性达到了 ０􀆰 ２８、０􀆰 ３４，是对照植株的 １􀆰 １２
倍和 １􀆰 ３６ 倍。 外源喷施 ＳＮＰ后可以减少 ＰＳＩ 与 ＰＳⅡ
间激发能分配的不平衡。
综上所述，结果表明低温胁迫会导致黄瓜幼苗叶
片中光能不能有效用于光合作用，并打破了 ＰＳＩ 和 ＰＳ
Ⅱ两个光系统间的能量分配平衡，而外源施加 ＳＮＰ 后
对其有一定的改善。
２􀆰 ３　 低温下 ＮＯ对黄瓜幼苗抗氧化酶活性的影响
低温是植物生长中遭受的最严重的胁迫之一，不
仅影响植物一系列的生理生态变化，同时也介导植物
活性氧（ＲＯＳ）的氧化过激。 植物通常会调节自身防御
体系对逆境做出适应性反应，其中抗氧化酶起到很重
要的作用。 如图 ５ － Ａ，低温胁迫下，各个处理 ＳＯＤ 活
性逐渐升高；低温处理 ０ｈ，各处理之间 ＳＯＤ 活性没有
显著差异，低温至 ２４、４８ｈ 时，ＳＮＰ 处理显著提高了
ＳＯＤ酶活性，而 ＮＯＳ 抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 和 ＮＯ 清除剂
ＰＴＩＯ则抑制了 ＳＮＰ的作用。 在低温处理 ０ｈ至低温处
理后 ４８ｈ整个过程中，各个处理 ＰＯＤ活性呈现先上升
后下降的趋势（图 ５ － Ｂ），ＳＮＰ在低温胁迫后显著提高
了其活性。 低温处理 ０ｈ 时，各处理 ＣＡＴ 活性没有显
著差异；低温后 ２４ 和 ４８ｈ 时，ＳＮＰ 处理 ＣＡＴ 酶活性始
终高于对照（图 ５ － Ｃ），而 ＮＯＳ抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ和 ＮＯ
清除剂 ＰＴＩＯ 明显低于对照。 随着低温时间的延长，
ＣＡＴ活性逐渐下降，但 ＳＮＰ处理下降幅度最小。 由图
５ － Ｄ可以看出，低温处理 ０ｈ 时，ＳＮＰ 处理 ＡＰＸ 活性
显著高于 Ｌ⁃ＮＡＭＥ和 ＰＴＩＯ 处理，但与对照没有差异。
低温胁迫后各处理出现明显差异，但仍然以 ＳＮＰ 处理
后 ＡＰＸ活性最高，整个处理过程呈现先上升后下降的
趋势。 表明外源 ＮＯ 能够诱导黄瓜幼苗抗氧化酶活
性，提高黄瓜幼苗对低温胁迫的耐性。
３　 讨论
低温是设施栽培中主要的环境胁迫因子之一，能
够直接影响植物光合器官的结构和活性，也能够通过
对植物生理过程的作用间接影响植物光合作用。 低温
胁迫能够造成黄瓜幼苗叶片中进行光合作用的叶绿体
结构受到破坏，降低叶片吸收光能和利用光能的能力，
使光合活性下降，同时抑制叶黄素循环参与的非光化
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核　 农　 学　 报 ２８ 卷
图 ５　 低温下不同处理对黄瓜幼苗 ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ、ＡＰＸ活性的影响
Ｆｉｇ． ５　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｎ ＳＯＤ， ＰＯＤ， ＣＡＴ， ＡＰＸ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｃｕｃｕｍｂｅｒ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
能量耗散或抑制蛋白修复循环， 从而提高植物对光抑
制的敏感性。 Ｍａｘｗｅｌｌ等［１８］认为 ΦＰＳⅡ能够真实的反
映 ＰＳＩＩ的光能转换效率。 Ｆｖ ／ Ｆｍ，即最大光化学量子
产量，是衡量光抑制程度的重要指标。 在正常条件下
变化极小，不受物种和生长条件的影响，逆境下明显下
降，是植物抗冷性的主要敏感指标［１９］。 ｑＰ 反映植物
光合活性的高低。 本试验中，低温处理 ０ｈ，ＳＮＰ 处理
的 ΦＰＳⅡ、ｑＰ与对照相比差异显著，说明正常温度下，
施加外源 ＳＮＰ对于植物对光能转换效率、光合活性方
面有一定的提高，而 ＮＯＳ 抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 和 ＮＯ 清除
剂 ＰＴＩＯ对于 ＳＮＰ的作用有一定的抑制性。 黄瓜幼苗
在低温胁迫下 ΦＰＳⅡ、Ｆｖ ／ Ｆｍ 和 ｑＰ 明显呈现降低的
趋势，说明在低温胁迫下黄瓜幼苗光能转换效率降低，
光合活性降低，光合机构受到伤害。 ＳＮＰ 处理显著提
高了低温胁迫下叶片的 ΦＰＳⅡ、Ｆｖ ／ Ｆｍ、ｑＰ，ＮＰＱ的值，
缓解光合机构受到伤害，维持叶肉细胞较高的 ＰＳⅡ光
化学活性和电子传递速率，缓解了幼苗生长受到的抑
制作用，这一结果与赵滢等［２０］对盐胁迫下 ＮＯ 能够提
高叶绿素荧光的结论一致。 此外，随着低温胁迫时间
的延长，黄瓜幼苗叶片中所吸收的光能分配于光反应
的部分明显减少，而主要以非光化学耗散（Ｅｘ）部分为
主要途径，然而使用 ＮＯＳ 抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 和 ＮＯ 清除
剂 ＰＴＩＯ后会加剧能量向 Ｅｘ 部分的分配（图 ４），这部
分能量由于反应中心的关闭不能用于光化学反应，只
能作为过剩光能由反应中心以非光学反应的形式耗
散，很可能最终形成各种活性氧分子，使叶绿体和细胞
受到损伤。 低温使植物 ＮＯ 合成受阻，导致 ＰＳＩ 与 ＰＳ
Ⅱ激发能分配不平衡性增大，光系统间能量再分配的
调控能力降低。 因此，低温下外源 ＳＮＰ 为植物提供了
ＮＯ，从而促进植物对 ＮＯ 的积累，改善光能分配的不
平衡性，提高光能利用效率。
低温胁迫使植物产生大量自由基、活性氧，引起植
物细胞膜透性增大，胞内电解质外渗，出现膜脂过氧
化，蛋白质活性降低甚至丧失，导致植物代谢紊乱［２１］。
植物为了有效防御胁迫产生 ＲＯＳ带来的伤害，在长期
进化过程中已形成了酶促和非酶促系统清除氧自由
基，以保持植物体内氧自由基动态平衡［２２］。 大量研究
发现，适宜浓度的 ＮＯ 能够中和植物细胞中 ＲＯＳ 自由
基，诱导植物抗氧化酶活性和相关基因表达，调节植物
体内活性氧代谢，从而减缓胁迫造成的损伤。 Ｓｏｎｇ
等［２３］研究表明外源 ＮＯ 能显著诱导活性氧清除酶的
活力，从而缓解高温胁迫下芦苇愈伤组织生长受到的
氧化损伤，增加愈伤组织细胞活力，保护愈伤组织稳定
性，提高芦苇耐热性；Ｕｃｈｉｄａ 等［２４］研究发现外源 ＮＯ
不仅能够诱导抗氧化酶清除 ＲＯＳ 的活力还能作为信
号分子调控 ＧＲ、ＡＰＸ 活性，提高水稻耐盐和耐热性。
８８０１
　 ６ 期 低温下 ＮＯ对黄瓜光合荧光及抗氧化特性的影响
本试验中，低温处理 ０ｈ（即正常温度下喷施 ＳＮＰ 后
１４ｈ），ＳＮＰ 提高了 ＡＰＸ、ＣＡＴ 和 ＳＯＤ 酶的活性，ＰＴＩＯ
抑制了 ＳＮＰ的作用效果，这与崔金霞等［１１］的研究结论
相符合，同时，这与马向丽等［５］得出 ０􀆰 ５ ｍｍｏｌ·Ｌ － １的
ＳＮＰ处理在常温下喷施 ３ｄ可以提高黑麦草 ＳＯＤ、ＰＯＤ
和 ＣＡＴ酶活性的结论一致。 抗氧化酶系统中，ＳＯＤ负
责将活性氧中超氧阴离子转变成 Ｈ２Ｏ２ 和 Ｈ２Ｏ，ＣＡＴ、
ＡＰＸ和 ＰＯＤ主要参与活性氧中 Ｈ２Ｏ２ 的分解和转化，
与低温处理 ０ｈ 相比，在低温过程中 ２４ｈ 到 ４８ｈ，各处
理 ＣＡＴ酶呈现迅速下降，ＳＯＤ 的活性逐步上升，ＰＯＤ
表现出先升高（２４ｈ）后下降（４８ｈ），ＡＰＸ酶活性除对照
成上升趋势，其余处理先升高 （２４ｈ） 后缓慢下降
（４８ｈ），ＳＮＰ处理在低温过程中显著诱导了上述酶的
活性，其中低温 ２４ｈ 和 ４８ｈ 时 ＳＮＰ 处理诱导的 ＳＯＤ、
ＰＯＤ和 ＣＡＴ 酶的变化趋势与马向丽等［５］的研究结论
一致，而我们的研究还发现 ＮＯＳ 抑制剂和 ＮＯ 清除剂
显著抑制了 ＳＮＰ 的效果。 此外，本试验中，ＳＮＰ 明显
降低了低温胁迫下黄瓜幼苗叶片中电导率值和 ＭＤＡ
含量，表明 ＳＮＰ诱导的抗氧化酶系统能够及时清除冷
害胁迫产生的过多 ＲＯＳ 自由基造成的氧化损伤，缓解
黄瓜幼苗细胞膜脂过氧化。 这一结果与徐洪雷等［２５］
研究发现低温胁迫下 ＳＮＰ（０􀆰 ５ ～ １􀆰 ０ ｍｍｏｌ·Ｌ － １）进行
灌根处理能够降低黄瓜幼苗叶片质膜透性，减少 ＭＤＡ
含量，提高黄瓜幼苗抗冷性的结论相符合，同时，与樊
怀福等［２６］得出低温胁迫下外源喷施 ＮＯ 供体 ＳＮＰ 能
够减少膜透性和 ＭＤＡ 含量积累，缓解黄瓜叶片氧化
损伤，维持细胞膜结构和功能稳定的结论一致。
ＮＯ在植物体内产生的途径主要有 ３ 条，即硝酸
还原酶（ＮＲ）途径、一氧化氮合酶（ＮＯＳ）途径和非酶促
途径，所产生的 ＮＯ 在调节植物的生长、发育，提高植
物抗逆性中发挥重要作用。 Ｚｈａｏ 等［２７］研究发现在拟
南芥冷驯化过程中，硝酸还原酶途径产生的 ＮＯ 促进
了脯氨酸的积累，对提高植株抗寒性具有重要作用。
试验结果显示，在低温前 ＳＮＰ 诱导黄瓜植株抗氧化酶
活性，在低温过程中 ＳＮＰ处理显著保持较高的抗氧化
酶活性，而 ＮＯＳ 抑制剂 Ｌ⁃ＮＡＭＥ 和 ＮＯ 清除剂 ＰＴＩＯ
降低了 ＳＮＰ的作用效果，表明 ＮＯＳ 路径合成的 ＮＯ 参
与了 ＮＯ诱导黄瓜植株的低温抗性，但其它路径产生
的 ＮＯ是否参与 ＮＯ 诱导植物抗冷性还需进一步研
究。
本试验结果表明低温条件下，ＣＡＴ 酶分解 Ｈ２Ｏ２
为 Ｈ２Ｏ和 Ｏ２ 的能力逐渐减小，ＳＯＤ 催化超氧阴离子
分解成 Ｈ２Ｏ２ 和 Ｈ２Ｏ 的能力增强，ＳＯＤ 歧化反应产生
的 Ｈ２Ｏ２ 和低温冷害产生的 Ｈ２Ｏ２ 主要由 ＡＰＸ 和 ＰＯＤ
负责调节。 Ｈ２Ｏ２ 是一种活性氧，同时也是一种信号分
子，ＮＯ可以诱导 Ｈ２Ｏ２ 的产生，并形成信号级联诱导
植物的各种反应，因此，在低温条件下，Ｈ２Ｏ２ 的产生和
清除机制及 Ｈ２Ｏ２ 是否作为信号分子与 ＮＯ 或其他信
号分子级联最终诱导抗氧化酶活性都有待进一步研
究。
４　 结论
低温对黄瓜幼苗叶片光合机构的结构和机能造成
损伤，抑制了 ＰＳⅡ的活性。 外源施加 ＮＯ 能显著提高
低温胁迫过程中黄瓜幼苗光能利用率，促进光合电子
的传递，从而提高光化学效率，缓解低温胁迫光能分配
不平衡；低温胁迫造成黄瓜幼苗叶片中活性氧增加，膜
脂被氧化，细胞膜的结构和功能受到损伤，使植物的耐
受性降低，而 ＮＯ 在低温过程中能够提高植物抗氧化
酶 ＳＯＤ，ＰＯＤ、ＣＡＴ、ＡＰＸ的活性，增强清除活性氧的能
力，有效抑制电导率及脂质过氧化产物丙二醛的增加，
降低细胞膜系统的损伤，提高植物的抗氧化能力；此
外，ＮＯＳ路径合成的 ＮＯ 参与了 ＮＯ 诱导黄瓜植株的
低温抗性。
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ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｆｏｌｉａｒ⁃ｓｐｒａｙｅｄ ｗｉｔｈ ｎｉｔｒｉｃ ｏｘｉｄｅ ｄｏｎｏｒ ＳＮＰ ａｎｄ ｎｉｔｒｉｃ ｏｘｉｄｅ ｓｙｎｔｈａｓｅ （ＮＯＳ） ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ Ｌ⁃ＮＡＭＥ，
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ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｐｏｒｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｅｘ， ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｅｎｅｒｇｙ ｉｍｂａｌａｎｃｅ， ｔｈｉｓ ｔｒｅｎｄ ｈａｄ ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ４８ｈ，
ｗｈｉｌｅ ｎｉｔｒｉｃ ｏｘｉｄｅ ｓｙｎｔｈａｓｅ （ＮＯＳ） ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ Ｌ⁃ＮＡＭＥ ａｎｄ ｎｉｔｒｉｃ ｏｘｉｄｅ ｓｃａｖｅｎｇｅｒ ＰＴＩＯ ｃａｎ ｂｌｏｃｋ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＳＮＰ．
Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｅａｃｈ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ（ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｓ （１）ｓｐｒａｙｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｓｔｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ；
（２）ｓｐｒａｙｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｓｔｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ＋ ＳＮＰ； （３）ｓｐｒａｙｉｎｇ Ｌ⁃ＮＡＭＥ ＋ ＳＮＰ； （４）ｓｐｒａｙｉｎｇ ＰＴＩＯ ＋ ＳＮＰ）ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
２４ｈ ａｎｄ ４８ｈ， ｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ （ＭＤＡ） ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １２􀆰 ８２％ ， １６􀆰 ６９％ ａｎｄ
ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｖａｌｕｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １３􀆰 ３３％ ， １５􀆰 ５４％ ， ＳＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ， ＣＡＴ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｒａｐｉｄｌｙ， ＰＯＤ
ｆｉｒｓｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ， ＮＯＳ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ Ｌ⁃ＮＡＭＥ ａｎｄ ＮＯ ｓｃａｖｅｎｇｅｒ ＰＴＩＯ ｂｌｏｃｋ ＳＮＰ ｂｅｆｏｒｅ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ａｎｄ ｉｎ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ｅｎｚｙｍｅｓ． Ｉｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ＮＯ ｐｒｏｄｕｃｅｄ
ｂｙ ｔｈｅ ＮＯＳ ｐａｔｈ ｐｌａｙｅｄ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ａｎｄ ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ｅｎｚｙｍｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ
ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｃｏｌｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ Ｃｕｃｕｍｂｅｒ， ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｉｎ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｈｅ ＡＰＸ ａｎｄ ＰＯＤ ｐｌａｙ ｔｈｅ ｍａｉｎ
ｒｏｌｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｈ２Ｏ２ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ； ＮＯ； Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ； Ｃｕｃｕｍｂｅｒ
１９０１