全 文 ：园 艺 学 报 2013，40（7）：1289–1297 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2013–03–18；修回日期：2013–05–26
基金项目：农业部园艺作物生物学与种质创制重点实验室项目；国家现代农业产业技术体系建设专项资金项目（CARS-25-C-01）；国家
自然科学基金项目（31272212）；国家科技支撑计划项目（2011BAD12B03）；公益性行业（农业）科研专项（201203005）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：xcyu1962@163.com）
短期亚适宜温光对黄瓜氮吸收运转相关酶活性
和基因表达的影响
姚 娟 1,2，李衍素 2，郭允娜 2，贺超兴 2，闫 妍 2，于贤昌 2,*
（1 山东农业大学林学院，山东泰安 271018；2 中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）
摘 要：以‘中农 106’黄瓜为试材，对其进行不同温度和光照强度[正常温光 25/15 ℃，光强（700 ±
30）μmol · m-2 · s-1；亚适宜温光 18/12 ℃，光强（200 ± 20）μmol · m-2 · s-1；低温弱光 12/8 ℃，光强 75 ~
100 μmol · m-2 · s-1]处理，研究亚适宜温光条件对结果期黄瓜生长、生理特性和氮（N）吸收的影响。结果
表明，与正常温光处理相比，亚适宜温光和低温弱光处理下黄瓜株高、叶面积、果实大小与产量均明显
下降，根系活力、叶绿素含量、果实品质和谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）、谷氨酸脱
氢酶（GDH）活性也随处理温度和光照强度降低而降低。亚适宜温光条件下，结果期黄瓜根系、叶片、
果实中 N 含量均有所下降，亚适宜温光和低温弱光处理降低了结果期黄瓜 N 运转蛋白基因的表达，且温
度和光照强度越低，黄瓜根系、叶片和果实中 N 运转蛋白基因表达量越低。说明亚适宜温光可能通过降
低 N 运转蛋白基因的表达，抑制了 N 的吸收，降低 N 含量，进而抑制了黄瓜生长。
关键词：黄瓜；亚适宜温光；结果期；氮；产量
中图分类号：S 634.1 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2013）07-1289-09

Effects of Suboptimum Temperature and Suboptimum PFD in a Short
Time on Enzymes Activities and Genes Expression Related to Nitrogen
Absorption of the Cucumber Plants
YAO Juan1,2，LI Yan-su2，GUO Yun-na2，HE Chao-xing2，YAN Yan2，and YU Xian-chang2,*
（1College of Forestry，Shandong Agricultural University，Tai’an，Shandong 271018，China；2The Institute of Vegetables
and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China）
Abstract：Cucumber of‘Zhongnong 106’in fruiting period was used as material，after 7，14 and 21
days treatment of different temperature and light intensity[the normal temperature and light intensity is
25/15 ℃，（700 ± 30）μmol · m-2 · s-1；the suboptimum temperature and light intensity is 18/12 ℃，（200 ±
20）μmol · m-2 · s-1；the low temperature and weak light is 12/8 ℃；75–100 μmol · m-2 · s-1]，the growth，
physiological characteristics and nitrogen absorption of the cucumber were detected. The results showed
that，compared with the normal temperature and light intensity，under the suboptimum temperature and
light intensity and the low temperature and weak light，the height，leaf area，fruit size and yield of
cucumber were significantly decreased. The cucumber root activity，chlorophyll content，fruit quality and

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glutamine synthetase（GS），glutamate synthase（GOGAT），glutamate dehydrogenase（GDH）activity
were decreased with the temperature and light intensity decreasing. Under the suboptimum temperature
and light intensity condition，the N content of the cucumber during the fruiting period in the roots，leaves
and fruits were declined. The suboptimum temperature and light intensity and the low temperature and
weak light treatment reduced the expression of nitrogen transporters protein gene of the cucumber during
the fruiting period，and the expression of nitrogen transporters protein gene were suppressed by lower
temperature and light intensity. The results indicated that the suboptimum temperature and light intensity
may decrease N content by suppressing nitrogen transporters protein gene expression，and then inhibit the
growth of cucumber.
Key words：cucumber；suboptimum temperature and suboptimum PFD；the fruiting period；nitrogen；
yield

日光温室和塑料大棚是中国北方冬春季节最主要的蔬菜栽培设施，由于缺乏加温和补光设备，
对于喜温的黄瓜来说，设施内长期存在亚适宜温度（亚适温，昼 15 ~ 18 ℃/夜 10 ~ 12 ℃）和亚适
宜光照强度（亚适光，200 ~ 300 μmol · m-2 · s-1）环境（刘玉梅，2006）。促进冬春季节设施内亚适
宜温光条件下黄瓜的生长与发育，获得高产优质的黄瓜，是当前面临的技术难题之一。
关于亚低温亚弱光、低温、亚低温、弱光亚适温对蔬菜生长和发育的影响，前人已做了大量的
研究工作（于贤昌和邢禹贤，1999），但多限于光合特性等方面，对亚适宜温光条件黄瓜矿质养分吸
收和运转了解甚少。日光温室内冬季的低温弱光环境抑制了黄瓜根系生长发育，从而影响 N 的吸收
利用（艾希珍 等，2004）。亚适宜温光可能影响 N 的吸收与运转使黄瓜产生一系列的生理生化变化，
进而影响到黄瓜的产量与品质。试验中用人工气候室模拟亚适宜温光环境，通过测定结果期黄瓜生
长、生理以及根、叶和果实中的 N 含量和 N 运转蛋白基因表达变化，明确亚适宜温光环境对黄瓜 N
吸收规律与运转特性的影响。为进一步完善黄瓜亚适宜温光适应的生理机制，调控亚适宜温光下黄
瓜的生长与发育提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料及其处理
试验材料为中国农业科学院蔬菜花卉研究所选育的黄瓜品种‘中农 106’。
将催芽后的种子播种于育苗穴盘内，基质为草炭和蛭石（2︰1，体积比），另添加 10%（体积比）
的腐熟鸡粪作为基肥。于正常温光条件下培养。幼苗培养至两叶一心时定植到塑料花盆中（直径
25 cm，高度 20 cm，体积 10 dm3）。继续于正常光温条件下培养至结果期，然后开始处理。
处理前将幼苗搬到正常温光处理（对照）人工气候室预处理 2 d，预处理条件为 25 ℃/15 ℃，（700 ±
30）μmol · m-2 · s-1 光照，光周期为 16 h/8 h，相对湿度 80%。然后将 1/3 幼苗搬入亚适宜温光处理人
工气候室，温度与光照强度分别为 18 ℃/12 ℃，（200 ± 20）μmol · m-2 · s-1光照，将另外 1/3 幼苗搬
入低温弱光处理人工气候室，温度和光照强度分别为 12 ℃/8 ℃，75 ~ 100 μmol · m-2 · s-1，剩余 1/3
幼苗作为对照。
于处理后 0、7、14 和 21 d 取样测量生长量、叶绿素含量、N 代谢相关酶活性、N 含量和 N 运
转蛋白基因表达量，处理 14 d 测量根系活力和果实品质。每个试验处理共 50 株，每个试验处理每
次取样 6 株。
7 期 姚 娟等：短期亚适宜温光对黄瓜氮吸收运转相关酶活性和基因表达的影响 1291

1.2 测定项目及测定方法
1.2.1 生长量指标与果实指标的测定
测量茎基部到生长点的长度记为株高，称量黄瓜根、叶和果实的干、鲜质量，测量叶片长宽后
按照公式（张宪政，1992）计算叶面积并统计叶片数，统计坐瓜数和称量单瓜质量后计算产量。
利用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定根系活力，用丙酮浸提法测定叶绿素含量（张宪政，1992）。
果实干、鲜样质量之比即为含水量，考马斯亮蓝 G-250 染色法（张志良和瞿伟菁，2003）测定
果实可溶性蛋白含量，蒽酮比色法（张志良和瞿伟菁，2003）测定果实可溶性糖含量。
1.2.2 N含量和 N代谢相关酶活性的测定
使用凯氏定氮法（赵世杰，1998）测定黄瓜根、叶和果中 N 含量。
谷氨酰胺合成酶（GS）活性参照孔祥生（2008）的方法测定，以反应后 540 nm 处的吸光度值
表示酶活性；谷氨酸合成酶（GOGAT）活性参照 Singh 和 Srivastava（2006）的方法测定，谷氨酸
脱氢酶（GDH）活性用 Loulakakis 和 Roubelakis- angelakis（1990）的方法测定。
1.2.3 N运转蛋白的实时荧光定量 PCR
分别采取黄瓜根尖、嫩叶、果实各 0.2 g 作为组织样本。RNA 具体提取方法按照 Invitrogen 公
司的说明书进行。
从 http：//www.tcdb.org/上查找所有的植物 N 运转蛋白基因，得到 N 运转蛋白的氨基酸序列后，
从葫芦科基因组数据库（http：//www. icugi. org/）的 tblastn 软件进行比对，搜索黄瓜 N 运转蛋白的
EST 序列。根据获得的 EST 序列在 NCBI 上与其他植物比对后，选择相似性高的序列，一共 5 条作
为黄瓜 N 运转蛋白基因序列，分别命名为 N1、N2、N3、N4 和 A1。
实时荧光定量 PCR（real-time quantitative RT-PCR）：采用 SYBR PrimeScriptTM RT-PCR Kit
（TaKaRa，日本）试剂盒，利用 MX3000P 荧光定量 PCR 仪（Agilent Technologies Stratagene，德国）
进行，采用的内参为 alpha tubulin，荧光定量 PCR 引物由 TaKaRa 公司合成设计。荧光定量 PCR 序
列分别为：内参引物 a-F：5′-CACTACACCGTTGGAAAGGAAA-3′；内参引物 a-R：5′-CAAAAGG
AGGGAGCCGAGA-3′；N1-R：5′-ATCTGTGTCAACGGGCTACC-3′；N2-F：5′-GCTCCGACGGTGTTTTG
TAT-3′；N2-R：5′-CCCGTTCACAAGCCCTATTA-3′；N3-F：5′-AACGGCTCTCAGTGGCTAAA-3′；
N3-R：5′-GCTCTTCACAACTGCAACCA-3′；N4-F：5′-GTATCGGGTCGTTGTTTGCT-3′；N4-R：5′-TC
ACTGTGAGAGGGCTTCCT-3′；A1-F：5′-GTGTCCCATTGGTTCTGGTC-3′；A1-R：5′-GCCAATTCG
TGGACCTTCTA-3′。
所得数据按 Bubner 和 Baldwin（2004）的 Ct（2-ΔΔCt）法计算目的基因的相对表达量。
采用 DPS v7.05 版（Refine Information Tech. Co.，LtD，杭州）软件对数据进行显著差异性检验，
用 Microsoft Office Excel 2003 版(USA)软件对数据进行作图。
2 结果与分析
2.1 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜生理特性的影响
2.1.1 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜生长的影响
温度和光照强度降低使结果期黄瓜的生长受到明显抑制。正常温光条件下的黄瓜有明显的增长
趋势，株高每天增长量最大，平均为 1.50 cm · d-1。亚适宜温光条件下有所下降，平均增长 0.66 cm · d-1。
低温弱光条件下受抑制最为明显，只平均增长 0.43 cm · d-1。正常温光处理的单株叶面积和叶片数高
于亚适宜温光处理，低温弱光处理下单株叶面积最小，叶片数最少（表 1）。
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表 1 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜生长的影响
Table 1 Effects of suboptimum temperature and suboptimum PFD in a short time on growth of the
cucumber plants during the fruiting period
单株叶面积/m2
Leaf area
叶片数
Leaf number 温光处理
Treatment
株高增长量/
（cm · d-1）
Increase of
plant height 0 d 7 d 14 d 0 d 7 d 14 d
正常 Normal 1.50 ± 0.24 a 0.26 ± 0.01 a 0.31 ± 0.01 a 0.32 ± 0.01 a 12.88 ± 1.56 a 14.71 ± 0.98 a 14.52 ± 2.54 a
亚适宜 Suboptimum 0.66 ± 0.12 b 0.25 ± 0.01 b 0.28 ± 0.01 a 0.28 ± 0.02 b 12.56 ± 2.01 b 13.67 ± 1.21 b 13.48 ± 1.73 b
低温弱光
Low and weak
0.43 ± 0.11 c 0.21 ± 0.01 c 0.22 ± 0.02 b 0.20 ± 0.01 c 12.42 ± 1.29 c 13.17 ± 1.14 c 13.11 ± 1.05 c

黄瓜果实直径以正常温光处理最高，亚适宜温光处理次之，低温弱光处理最低。正常温光、亚
适宜温光和低温弱光处理的果实直径每天平均增长量分别为 1.22、1.09、0.96 mm · d-1。不同温光条
件处理下果实长度每天平均增长量也有相同的趋势。温度越低、光照强度越弱，处理间单株产量越
低（表 2）。

表 2 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜果实和处理间单株产量的影响
Table 2 Effects of 14 days suboptimum temperature and suboptimum PFD in a short time on fruit and yield per plant of
the cucumber plants during the fruiting period
温光处理
Treatment
果实直径平均增长量/（mm · d-1）
Fruit diameter growth on average
果实长度平均增长量/（cm · d-1）
Fruit length growth on average
处理间单株产量/g
Yield per plant
正常 Normal 1.22 ± 0.09 a 1.54 ± 0.06 a 194.12 ± 7.89 a
亚适宜 Suboptimum 1.09 ± 0.05 b 1.13 ± 0.04 b 118.15 ± 4.17 b
低温弱光 Low and weak 0.96 ± 0.04 c 1.07 ± 0.04 b 68.46 ± 1.87 c

2.1.2 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜根系活力和叶绿素含量的影响
随着温度和光照强度的降低，根系活力也随之降低。处理 14 d 时，正常温光条件下根系活力最
高，亚适宜温光条件次之，低温弱光条件根系活力最低，分别为 408、225、199 μg · g-1。叶绿素含
量直接影响光合作用的强弱。3 个处理的叶绿素 a、b 和类胡萝卜素含量均随时间的增长而降低，变
化差异显著。处理 14 d 时，正常温光条件下叶绿素 a、b 和类胡萝卜素含量略高于亚适宜温光和低
温弱光处理（表 3）。
表 3 短期亚适宜温光条件在第 14 天对结果期黄瓜根系活力和叶绿体色素含量的影响
Table 3 Effects of 14 days suboptimum temperature and suboptimum PFD on root activity and chloroplast pigments of
the cucumber plants during the fruiting period
温光处理
Treatment
根系活力/
（μg · g-1）
Root activity
叶绿素 a 含量/（mg · g-1）
The content of chlorophyll a
叶绿素 b 含量/（mg · g-1）
The content of chlorophyll b
类胡萝卜素含量/（mg · g-1）
The content of carotenoids
正常 Normal 408 ± 8.03 a 24.50 ± 2.01 a 5.56 ± 0.48 a 6.56 ± 0.52 a
亚适宜 Suboptimum 225 ± 17.78 b 16.30 ± 1.72 b 4.31 ± 0.43 b 4.83 ± 0.42 b
低温弱光 Low and weak 199 ± 37.44 b 17.70 ± 1.48 b 4.48 ± 0.55 b 5.30 ± 0.39 b

2.2 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜品质的影响
低温弱光胁迫在不同程度上降低了黄瓜的含水量。正常温光条件下含水量最高，亚适宜温光和
低温弱光条件下含水量较低。处理间黄瓜可溶性蛋白质和可溶性糖含量差异明显，其中正常温光条
件下可溶性蛋白质和可溶性糖含量最低，亚适宜温光条件次之，低温弱光条件下可溶性蛋白蛋白质
和可溶性糖含量最高。说明亚适宜温光环境抑制了根系活力，使黄瓜的水分吸收量减少，提高了可
溶性蛋白质和可溶性糖含量，使黄瓜的抗胁迫能力增强（表 4）。
7 期 姚 娟等：短期亚适宜温光对黄瓜氮吸收运转相关酶活性和基因表达的影响 1293

图 1 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜 GS 活性的影响
Fig. 1 Effects of suboptimum temperature and suboptimum
PFD in a short time on GS activities of the cucumber
plants during the fruiting period
表 4 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜品质的影响
Table 4 Effects of suboptimum temperature and suboptimum PFD in a short time on fruit quality of the
cucumber plants during the fruiting period
温光处理
Treatment
含水量/%
Water content
可溶性蛋白含量/（mg · g-1）
The content of soluble protein
可溶性糖含量/%
The content of soluble sugar
正常 Normal 94.45 ± 10.12 a 100.79 ± 10.28 c 0.63 ± 0.09 c
亚适宜 Suboptimum 93.09 ± 10.61 b 111.69 ± 11.41 b 1.04 ± 0.14 b
低温弱光 Low and weak 92.11 ± 10.27 b 155.59 ± 12.13 a 1.15 ± 0.13 a

2.3 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜 N 代谢相关酶活性和 N 含量的影响
正常温光条件下结果期黄瓜 GS 活性较高，亚适宜温光条件次之，低温弱光条件下 GS 活性最
低。且随处理时间增长，GS 活性下降幅度越大（图 1）。亚适宜温光处理下结果期黄瓜根系、叶片、
果实中 GOGAT 活性和 GDH 活性变化规律与 GS 活性变化规律基本一致（图 2，图 3）。






图 2 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜 GOGAT 活性的影响
Fig. 2 Effects of suboptimum temperature and suboptimum
PFD in a short time on GOGAT activities of the cucumber
plants during the fruiting period
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图 3 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜 GDH 含量的影响
Fig. 3 Effects of suboptimum temperature and suboptimum
PFD in a short time on GDH activities of the
cucumber plants during the fruiting period
图 4 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜 N 含量的影响
Fig. 4 Effects of suboptimum temperature and suboptimum
PFD in a short time on nitrogen contents of the cucumber
plants during the fruiting period
随着处理时间增长，根系、叶片和果实中的 N 含量均逐渐减少，且亚适宜温光条件下 N 含量低
于正常温光条件，低温弱光条件下 N 含量最低（图 4）。



2.5 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜 N 运转蛋白基因表达的影响
以正常温光处理（对照）基因表达量为 1，亚适宜温光处理 14 d，结果期黄瓜根系中 N1、N2、
N3、N4 和 A1 基因表达量为 0.26、0.37、0.65、0.28 和 0.79，分别比正常温光处理（对照）的下降
了 74%、63%、35%、72%和 21%；而叶片中 N1、N2、N3、N4 和 A1 基因表达量为分别为 0.24、0.46、
0.27、0.44 和 0.88，较正常温光处理分别下降了 76%、54%、73%、56%和 12%。与根系和叶片中基
因表达量的变化趋势相似，亚适宜温光处理下黄瓜果实中基因的表达量也呈明显的下降趋势。说明
亚适宜温光处理降低了黄瓜 N 运转蛋白基因的表达，且温度与光照强度越低，处理时间越长，结果
期黄瓜根系、叶片和果实中 N 运转蛋白基因表达量越低（图 5）。
7 期 姚 娟等：短期亚适宜温光对黄瓜氮吸收运转相关酶活性和基因表达的影响 1295


图 5 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜 N 运转蛋白基因 N1、N2、N3、N4 和 A1 表达的影响
Fig 5 Effects of suboptimum temperature and suboptimum PFD in a short time on nitrogen transport protein gene
N1、N2、N3、N4 and A1 expression of the cucumber plants during the fruiting period
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3 讨论
3.1 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜生理特性的影响
温度和光照是设施栽培中影响作物产量和品质的重要因素（Schoner & Krause，1990；王克安 等，
2000；Ensminger et al.，2006）；弱光使黄瓜生长变慢，化瓜率升高，产量下降；低温不仅限制根系
对水分的吸收，而且随着温度下降，细胞内原生质的流动性降低，光合速率下降，同时还导致植物
呼吸异常。本研究结果表明，正常温光条件下植株的生长量、叶面积、果实大小和产量均为最大，
亚适宜温光条件下次之，低温弱光条件下最小，说明随着温度的降低和光照强度的减弱，黄瓜的光
合作用降低，生长与发育也受到一定程度的影响。从本试验可以看出，随着温度和光照强度的降低，
黄瓜根系活力也随之降低，亚适宜温光条件下的根系活力明显低于正常温光条件。本试验研究表明，
随着处理时间的延长，叶绿素 a、b 和类胡萝卜素含量均在一定程度上有所下降，这与前人的研究结
果也是相一致的，说明温度降低和光照强度减弱使叶绿素含量下降，进而影响黄瓜的光合作用。
试验结果表明，温度越低，光照强度越弱，黄瓜含水量越低。而细胞内总含水量减少有利于加
强植物抗寒性（余纪梓 等，2000）。植物体内的可溶性蛋白质大多数是参与各种代谢的酶类，其含
量是了解植物体总代谢的一个重要指标（王楠 等，2008）。可溶性糖的含量与植物抗寒性之间呈正
相关（王富，2001）。本试验结果表明，亚适宜温光条件下和低温弱光条件下可溶性蛋白和可溶性糖
含量均高于正常温光条件，且低温弱光条件下含量最高。这说明在逆境条件下，可溶性蛋白和可溶
性糖类的积累，可以提高植株耐低温的能力。
3.2 短期亚适宜温光条件对结果期黄瓜 N 代谢相关酶的活性、N 含量、N 运转蛋白表达量的影响
氨在谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）的催化下转化成为谷氨酰胺或者谷氨酸，
然后，或在根部被同化为蛋白质、核酸等，或被运输到叶片再被同化为蛋白质、核酸等含氮化合物
（Miflin & Habash，2002）。在这个过程中 GS 和 GOGAT 同时发挥作用，因此被称为 GS/GOGAT
循环，谷氨酸脱氢酶（GDH）在该循环中起到辅助作用（裴孝伯 等，2002）。从本试验可以看出，
随着温度和光照强度的降低，结果期黄瓜 N 代谢相关酶活性也随之降低，其中亚适宜温光条件下的
N 代谢相关酶活性明显低于正常温光条件。而亚适宜温光条件下结果期黄瓜根系、叶片和果实中的
氮含量明显下降。这可能是因为亚适宜温光条件下黄瓜光合强度降低，水分运输受抑，抑制了氮的
吸收与运输。
与氮吸收和运转相关的基因家族主要有 NRT（硝酸盐运转蛋白基因）家族和 AMT（铵盐运转
蛋白基因）家族（Crawford & Glass，1998）。硝酸盐运转蛋白负责将外源的 NO3-转移到细胞内，而
铵盐运转蛋白可以使细胞从环境中吸收 NH4+（Glass & Shaff，1992）。本试验从 NRT 家族和 AMT
家族分别找到 4 条和 1 条黄瓜高亲和性 N 运转蛋白基因，发现在亚适宜温光条件下其表达量均低于
正常温光，且低温弱光条件下最低。这与氮含量下降的结果相一致。
从本试验可以看出，亚适宜温光处理使黄瓜根系、叶片和果实中的 N 运转蛋白基因的表达量减
少，进而降低了黄瓜 N 代谢相关酶活性和 N 含量，最终降低了黄瓜的生长量与产量。该结果只是初
步探索了亚适宜温光对结果期黄瓜生理生长和 N 吸收的影响。而设施内亚适宜温光环境下栽培黄瓜
究竟需要多少养分，亚适温亚适光是如何影响黄瓜矿质养分吸收与运转的，还有待以后近一步的研究。

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