全 文 ：武汉植物学研究 2006，24(5)：441～445
Journal of Wuhan Botanical Research
西瓜幼苗 10~C$fl 15℃低温处理下相关生理指标的比较分析
彭金光 ，孙玉宏 ，师瑞红 ，谢国生
(1．武汉市农业科学研究所，武汉 430051；2．华中农业大学植物科学技术学院，武汉 430070)
摘 要：以四叶一心期的西瓜幼苗为材料，研究了 10℃和 15℃低温处理下西瓜幼苗的叶绿素荧光强度、脯氨酸、可
溶性糖、POD和 APX的变化规律。结果表明，4．6号品种的相对光化学反应活性值低于同时期的 2、5号品种，前者
在 15℃低温处理的初期就积累了大量的可溶性糖和脯氨酸 ，而后者在 10℃低温处理较长时间后体内才积累大量
可溶性糖和脯氨酸，并且它们的增加幅度小于前者。POD和 APX呈现 15℃ 比25~C(对照)增加 ，10℃又下降的一
般趋势，后者的变化幅度小于前者。综合实验中各项指标可以认为，2、5号品种是耐冷性品种，4、6号品种是相对
敏感品种，同时叶绿素荧光强度、可溶性糖、脯氨酸可作为评价品种耐冷性的主要指标。
关键词：西瓜幼苗；综合生理指标；低温胁迫
中图分类号：Q945；Q651 文献标识码 ：A 文章编号：1000-470X(2006)05-0441—05
Comparative Analyses of Some Physiological Characters of W atermelon
Seedlings under 10~(2 and 15~C Low Temperature Treatments
PENG Jin-Guang ，SUN Yu-Hong ，SHI Rui—Hong ，XIE Guo-Sheng ‘
(1．Agricultural Institute of Wuhan City，Wuhan 430062，China；2．Colege ofPlant Science and
Technology，Huazhong Agricultural Univers ，Wuhan 430070，China)
Abstract：In order to analyze the efects of 10℃ and 15℃ low temperature treatment on watermelon
seedlings，some physiological characters such as the light reaction activity， soluble sugars， proline
content and the activities of POD(peroxidase)and APX(ascorbate peroxidase)were investigated in
watermelon seedlings at the age of four leaves after low temperature stress．The results indicated that．the
relative light reaction activites of varieties No．4 and No．6 ate lower that of varieties No．2 and No．5．the
content of soluble sugar and proline in the former two varieties increased rapidly at early time point of
15℃ stress．but that of the later two varieties increased steadily long after treated under 10℃ low
temperature．Compared with the respective contro1．the activities of POD and APX displayed a trend to
increasing at 15~C stress declining at 10℃ stress．and APX changed less than POD to some degree centi—
grade．Considering all the comprehensive physiological indices in this experiment，varieties No．2 and
No．5 are relatively chilling—tolerant and varieties No．4 and No．6 are chilling—sensitive ones．Meanwhile．
the light reaction activity，the contents of soluble sugar and proline could be applied to evaluated water—
melon chilling tolerance as the main physiological perform ance．
Key words：Waterm elon seedlings；Comprehensive physiological indexes；Low temperature stress
西瓜(Citrilus lanatus)在中国的栽培历史非常
悠久。特别是近年来，随着炎热的夏季的到来和持
续，西瓜的消费往往供不应求。为了解决这个问题，
西瓜大多在早春和冬季保护地提早播种和栽培，此
时西瓜会遭受 OcE左右的低温与偏低温(<15~C)
冷害。因为，西瓜栽培品种是一种对冷害敏感的植
物，生长的最适宜气温为 20—30℃，最低和最高温
度为 18oC和35℃。
目前，中国西瓜耐冷性的生理和生长效应研究
较少。随着反季节蔬菜栽培的发展，有关耐冷生理
特性的研究越来越引起人们的关注 -¨5 J。刘慧英
等。’ 认为，脯氨酸、MDA含量、SOD、APX、DR活性
等每一单项指标与冷害指数表现均有不同差异，所
以单一地以某种生理指标为依据，不能完全正确地
反映西瓜嫁接苗的耐冷性，应以综合评价指标来鉴
定 J。因此，本实验以西瓜幼苗为材料 ，测定了低
收稿 E1期：20064)3-22，修回日期：20064)7-28。
基金项目：武汉市晨光计划资助项目(20045006071．36)。
作者简介：彭金光(1971一)，男，副研究员。主要从事西瓜的抗冷性的遗传育种研究。谢国生(1966一)，男 ，博士，副教授，主要从事植
物逆境生物学的教学与研究工作。
· 通讯作者(E-mail：xiegsh@mail．hzau．edu．ca)。
维普资讯 http://www.cqvip.com
442 武 汉 植 物 学 研 究 第 24卷
温胁迫下西瓜幼苗叶片的叶绿素荧光强度、可溶性
糖含量、Pro含量以及主要活性氧清除酶 APX、POD
的动态变化。试图深入了解西瓜幼苗细胞对低温反
应差异的生理原因。并筛选出西瓜耐冷性的综合鉴
定指标和鉴定条件，为生产上筛选西瓜耐冷的种质
资源、杂交育种和保护地栽培生理分析提供依据。
1 材料与方法
1．1 材料及处理
从9份西瓜(Chriluz lanatus)品种中选6份：新
和平(2号)，早佳 84 (4号)，F22(5号)，F23(6
号)，西农 8号母本(8号)，野生型西瓜(9号)。正常
温度下培养至四叶一心期的西瓜幼苗，在人工模拟冷
害的智能光照培养箱中进行 1O、15、25℃(光 12 h／暗
12 h，光强6OO0 tx)的温度处理(25~c的为对照)，每品
种每次处理4o一5O株。
1．2 取样与指标的测定
1．2．1 取样
分别于处理后的 1、3、7 d取幼苗的第二叶。进
行各项指标的测定。每指标测定 3次，取其测定的
平均值进行生理分析。
1．2．2 测定方法
叶绿素荧光强度采用澳作生态仪器有限公司的
Os一3O荧光仪测定，测定前暗处理5—10 rain，测定
时根据环境光照选择相应的模式进行测定。
可溶性糖的提取和测定参考李合生 的蒽酮
比色法。
脯氨酸含量的测定参考李合生 的酸性茚三
酮法。
活性氧清除酶 APX、POD的提取参考刘文革
等 的方法。POD的测定参考张志良等 的愈创
木酚法，加入酶液后立即开启秒表计时，在 722S可
见光分光光度计上测定 470 nm下的 OD值。每隔一
分钟读数一次，共测 4 rain，以 1分钟 OD的变化定
义为一个酶活性单位 U。APX 的测定参考陈建
勋 ¨的方法，以1分钟内OD 290的变化 0．01定义
为1个酶活性单位 U。
2 结果及分析
2．1 10~C和 15℃低温处理 3 d后西瓜幼苗的光化
学反应特性
叶绿素荧光参数是作物对逆境胁迫较灵敏的指
标，在逆境条件下，叶绿素荧光参数可以作为评价植
物抗性的无损鉴定指标。 ／Fm值是反映 PSⅡ光
化学效率的一个常用指标，其值降低，光化学效率
下降 。从表 1中可以看出，在 15℃低温处理下，
4、6、8号品种的 ／F 值下降，而 2、5、9号品种的
值则上升；在 1O℃低温处理下，4、6、8号品种的值也
进一步下降，而2、9号品种的值进一步增加，5号品
种的略有下降但仍高于对照。这是因为在 15~C处
理下相对敏感的品种已受到冷害，1O℃时受害更严
重，因此光化学效率进一步降低 ，F／ F 值进一步
下降，而相对来说耐性较强的品种可能在 15℃、
1Oc的低温处理初期(3 d)产生了适应。因此，FtJ／
值有所增加，耐性强的品种增加幅度大一些，这
与蒲光兰等 在杏树中的发现是一致的。如果进
一 步延长低温处理时间，西瓜品种在低温下的光反
应活性的差异就会更为明显。
表 1 不同温度处理 3 d后西瓜幼苗的光化学反应活性
(以 ／ 比值表示)
Table 1 Light reaction activity of watermelon exposed to
diferent temperatures for 3 days
2 N
e
o．895(102_8)o．887(1O1_8) o．871(100)
4 o．869(98_0) 0．875(98_6) o．887(m0)
5 F22 0．887(101．7)0．890(102．1) 0．872(100)
6 F23 0．865(98．2) 0．875(99．3) 0．881(1o0)
西农 8号母本
8 Xinong Parental 0．851(98．0) 0．869(100．1) 0．868(100)
Line No．8
9 o．882(102_o)o．869(100．5) o．865(100)
注：以25％下的值为对照，括号内为该温度下的F／ ’ 与正常
条件下 ／F 的比值 ×100即以百分率来表示相对光化学
反应活性。
Notes：Compared with the control of25℃ treatment．the value in the
parenthesis denotes the relative photo—reactive activity．which is
the percent value of the ，／F at the specific treated tempe ra—
lure divided by the respective F⋯／F at 25℃ treatment．
2．2 10oC和15℃低温处理下西瓜幼苗脯氨酸含量
的动态变化
脯氨酸是植物体内一种重要渗透调节物质，可
反映植物受胁迫状况。从表 2，表 3可看出，2、5、8、
9号品种在 15~C处理时脯氨酸变化不大。而 4号品
种从处理的第 1天就开始积累大量的脯氨酸，脯氨
酸含量随胁迫时间的延长大幅度增加，到第 7天已
经增加到初始时的3倍。6号品种体内脯氨酸也呈
增加趋势，但增幅没有 4号品种大。至于 8、9号品
种的脯氨酸为何在处理的第3、第7天有所下降，具
体机制还不太清楚，这很可能与其遗传背景不同有
维普资讯 http://www.cqvip.com
第5期 彭金光等：西瓜幼苗 10℃和 15℃低温处理下相关生理指标的比较分析 443
关。而在 IO*C低温处理下，各个品种的脯氨酸含量
变化的差异比 15~C大，4、6号品种在处理的第 1天
体内脯氨酸含量大幅度增加，而其他几个品种脯氨
酸含量也都有不同程度的增加，但是增加幅度不如
这两个品种的大，这也进一步验证了上述的结论。
总体来看，4、6号品种是对低温相对敏感的材料，2、
5、8、9号品种是对低温耐性较强的材料。至于4号
品种在 10℃下处理 3、7 d后，脯氨酸又有所下降，这
可能与其遗传背景和来源复杂有关。
表 2 15℃处理下西瓜幼苗脯氨酸含量的动态变化
Table 2 Content of prolilm in watermelon after
diferent days of 15℃ stress 恤g／g
表 3 10℃处理下西瓜幼苗脯氨酸含量的动态变化
Table 3 Proline content in waterm elon seedlings after
diferent days of 10℃ stress 恤g／g
2．3 10℃和 15℃低温处理下西瓜幼苗可溶性糖的
动态变化
可溶性糖是重要的渗透调节物质之一。逆境胁
迫下可溶性糖大量积累以维持细胞膨压，因此被认
为是对逆境忍耐的适应物质。可溶性糖含量较高，
有利于提高细胞液的浓度，降低冰点和缓冲原生质
过度脱水，它是植物抗低温的一种保护性物质。在
15℃处理时，2、5号品种在处理的第 3天糖含量增
加明显，以后继续增加；而 4、6号品种从处理的第 1
天就开始增加，并且增幅随时间不断加大；而8、9号
品种在处理初期变化不大(表 4)。在 l0℃处理时，
4、6号品种的可溶性糖大幅度增加，并一直维持在
较高水平；而 2、5、8、9号品种都是在处理初期变化
不大，在处理后期可溶性糖含量才开始增加。这个
结果也进一步证明，2、5号品种是耐冷性相对较强
的品种，在处理的初期，基本没感受到冷害的信号，
而对低温相对敏感的4、6号品种在 15~C处理的初
期就感受到了冷害的信号。因此，体内产生了较多
的可溶性糖以调节细胞膨压，维持细胞的渗透势。
表 4 10℃和 15T：下西瓜幼苗的可溶性糖的动态变化
Table 4 Dynamic changes of soluble sugar content of
watermelon seedlings at 10℃and 15℃ stress mg／g
2．4 10oC和 15℃ 低 温 处 理下 西 瓜 幼 苗 PoD 和
APX活性的动态变化
在正常条件下 ，植物体内的活性氧的产生和清
除处于一个动态的平衡。但在逆境件下，植物体内
会产生大量的活性氧，此时该动态平衡被破坏，植物
体内就会产生大量的活性氧清除酶来消除其毒害。
从表5可看出，供试西瓜品种幼苗的POD活性呈现
出规律性的变化，即 15℃比25℃(对照)增加，10℃
又下降的一般趋势。而且低温耐性不同的品种表现
出不同的变化规律。2、5号品种的 POD活性在 10、
15℃处理的第 1天变化不大，而在第 3天、第 7天都
保持较高水平，这对于清除低温条件下产生的过量
活性氧是非常重要的。4号品种在 15℃低温处理下
第 1天体内 POD就大量增加，而 10℃时其活性下
降。15℃时，自身的调节机制发挥了作用，可以清除
过多的活性氧；表明从生理活性讲，4号品种可能不
能适应 10℃的低温胁迫，因为此时该品种的幼苗不
能进行调节或者说此时它的代谢已经发生紊乱，酶
结构已遭到部分破坏。6号品种 POD酶活性在
15℃处理 1 d变化不大，而在 15℃处理的第3、7天较
25℃(对照)的同期处理增加，而 10℃处理的第 3、7
天较 25℃(对照)的同期处理下降。8、9号品种的
POD酶活性在处理期间变化幅度不大。从 POD酶活
性的动态变化可以看出，4、6号品种对低温胁迫信号
的感受相对早一些，2、5、8、9号品种对低温胁迫信号
的感受相对迟一些。也说明了不同品种的 POD对低
温的敏感程度不同。从以上分析可以看出，POD酶活
性受低温诱导。而且耐低温性不同的西瓜品种 POD
活性在 10℃下的变化较 15℃更为明显。
维普资讯 http://www.cqvip.com
武 汉 植 物 学 研 究 第 24卷
表 5 10~C~I 15~C-]~ ／IX幼苗过氧化物酶活性的变化
Table 5 Dynamic change of POD activity in watermelon after diferent days of 10~C and 15~C stress kU
8．4_4
6．62
5．81
6．12
l1．8O
1O．16
5．53
4．24
2．22
3．11
13．97
11．46
8．59
14．42
5．86
5．92
15．45
19．13
1O．57
6．85
5．8O
1O．88
18．4_4
15．49
11．96
5．46
8．32
9．13
12．o6
9．71
15．79
7．64
7．24
15．32
9．92
9．46
10．96
7．55
12．83
14．99
15．39
18．16
11．45
12．67
31．8O
12．85
11．84
11．69
13．74
17．2O
13．68
15．67
13．95
20．07
各个品种的APX活性在 1O℃和 15℃处理的第
1天开始缓慢增加，但变化幅度不大；第 3天，15~C
处理的酶活性呈增加趋势，而 10~C处理后酶活性呈
降低趋势，7 d后，也是呈现这种趋势(表 6)。除2、
4号品种外，其它材料在 10~C时的APX活性较 15~C
的变化更大，说明 APX对低温反应较为缓慢，APX
的诱导需要复杂的调控机制。其诱导涉及到产生
H 0 的过程。从西瓜幼苗 APX活性的动态变化来
看，10~C是进行西瓜幼苗低温耐性生理研究的适宜
温度。对于 15℃的低温处理，各品种的APX含量与
同时期的对照(25~C)来说，在处理第 1、3、7天都呈
增加趋势，但不同的品种又有差异，其中4、6、8号品
种的增加幅度较明显，8号品种 APX增加幅度很
大，并维持较高水平。这可能是由于此时主要活性
氧清除酶为APX的原因。结合表 5中的POD的结
果，我们发现此时8号品种 POD活性较对照增加不
明显，因此可认为此时 APX是该品种体内的主要活
性氧清除酶。4、6、9号品种 APX含量持续增加，且
增加幅度较大；这 3个品种的POD含量也很高，这
可能是因为在 15~C低温下它们体内的活性氧含量
很高，诱导了多种活性氧清除酶的合成。2、5号品
种的APX变化相对较小，10~C变化趋势与 15~C的相
一 致，说明其在低温条件下的活性氧产生较少。因
此，初步认为，其耐低温的能力较强。这与我们在西
瓜发芽期的耐冷性实验结果相一致。而 1O℃处理
下大部分品种酶活性相对同时期的 15~C处理都有
不同程度的下降，这可能是因为 10~C胁迫超过植物
自身的调节能力时，植物代谢发生紊乱，酶分子本身
的结构就会被破坏，活性下降。也不难发现，耐冷
性强的品种如2号品种酶活性的变化幅度小 ，而相
表 6 10~C和 15℃下西瓜幼苗抗坏血酸过氧化物酶活性的变化
Table 6 Dynamic change ofAPX activity in waterm elon after diferent days of 10~C and 15~C stress kU
O．37
O．14
O．13
O．17
O．28
O．25
0．79
O．85
O．72
O．56
1．15
O．4_4
O．5O
0．84
O．86
1．05
1．54
O．96
对敏感的6号品种变化幅度较大。
3 讨论
本实验 以四叶一心期 的西瓜幼苗为材料，在
10、15~C不同天数处理后研究了西瓜某些生理指标
的变化规律。综合各项实验指标认为，4、6号品种
是相对冷敏感的品种，而2、5号品种是耐冷性品种。
植物叶片的叶绿素荧光参数是作物对逆境胁迫
较灵敏的指标，在逆境条件下，一些叶绿素荧光参数
就可以作为抗逆性的无损鉴定指标 ，本实验结果初
步证明了这一点。从我们的实验结果来看，4、6、8
号品种的相对光化学反应活性值低于同时期的 2、
5、9号品种，说明2、5、9号品种的PSⅡ的光化学效
率高于同样温度处理下的4、6、8号品种。脯氨酸和
可溶性糖是植物体内的重要的渗透调节物质。在逆
境条件下，脯氨酸和可溶性糖大量积累以维持细胞
的膨压，但不同的品种所忍耐的低温不同。相对敏
感的品种在 15~C低温处理的初期就积累了大量的
可溶性糖和脯氨酸，而耐冷性较强的品种在 10T；低
温处理较长时间后体内才积累大量可溶性糖和脯氨
"
∞
¨ ∞
∞
m
鼹 勰
∞ 钾
m
2 4 5 6 8 9
维普资讯 http://www.cqvip.com
第5期 彭金光等：西瓜幼苗10~C和15~C低温处理下相关生理指标的比较分析 445
酸，并且它们的变化幅度小于敏感的品种。
植物冷害与生物膜膜脂的过氧化密切相关。许
勇等 报道，膜脂过氧化是西瓜产生冷害的主要原
因。在正常条件下，植物体内活性氧的产生与清除
处于动态平衡状态，植物借助体内的酶促和非酶促
活性氧清除系统来清除不断产生的活性氧，以保护
光合器官、膜和生物大分子。而在植物遭受低温等
逆境胁迫时，体内产生大量活性氧，其平衡被破坏。
过量的活性氧对植物造成过氧化胁迫，植物体借助
活性氧清除系统来清除活性氧，其中POD是细胞中
的最主要的活性氧清除酶，APX是叶绿体中的主要
的活性氧清除酶。POD主要是起酶促降解 H：0：的
作用，从而使植物抵抗在逆境胁迫下代谢过程中产
生的有害物质对细胞的伤害，表现出一定 的抗逆
性 。从本实验结果可以看 出，西瓜在受到 l0、
l5℃低温胁迫时产生大量的 POD、APX来清除体内
的活性氧，这是植物通过 自身的调节机制来适应环
境胁迫，但是当胁迫进一步加大超过植物自身的调
节能力时，植物代谢发生紊乱，酶分子本身的结构就
会被破坏，活性下降。关于活性氧清除酶 POD等由
于底物(活性氧)浓度增加而被诱导，随胁迫时间延
长，酶系统平衡被破坏的现象在张治安 ¨等对大豆
的研究中曾有报道。刘慧英 等认为，游离脯氨酸
积累，抗氧化酶防御系统中相关酶活性的变化等均
与活性氧及物质代谢密切相关。因此植物受到低温
胁迫时，会影响它代谢的各方面发生变化，不能从单
一 指标来评价某一品种的耐冷性。
本实验结果表明，可以将叶绿素荧光参数、脯氨
酸和可溶性糖等变化作为评价西瓜幼苗期耐低温的
主要生理指标。目前，在西瓜耐冷性方面关于 APX
的报道甚少，关于APX的变化机理还有待进一步的
研究，我们正在进行这两个酶活性和酶谱在低温锻
炼后的生理适应性研究。
参考文献：
[1] 刘文革，王鸣，阎志红．不同倍性蜜枚西瓜幼苗在低温胁迫下
的生理生化特性[J]．果树学报 ，2003，20(1)：44-48．
[2] 许勇，张海英，康国斌，王永健．西瓜野生种质幼苗耐冷性的
生理生化特性与遗传研究[J]．华北农学报 ，2000，15(2)：
67—71．
[3] 龚明．作物抗旱性鉴定方法与指标及综合评定 [J]．云南大学
学报，1989(30)：73—75．
[4] 吕军芬，郁继华．H202浸种对西瓜耐冷性生理生化指标的影
响[J]．甘肃农业科技 ，2004(4)：30-32．
[5] 吕军芬，郁继华．水杨酸对西瓜抗冷性生理指标的影响[J]．
甘肃农业大学学报，2004，39(1)：62—65．
[6] 刘慧英，朱祝军，吕国华．低温胁迫对嫁接西瓜耐冷性和活
性氧清除系统的影响[J]．应用生态学报，2004，15(4)：659—
662．
[7] 刘慧英，朱祝军，吕国华 ，钱琼秋．低温胁迫下西瓜嫁接苗的
生理变化与耐冷性关系的研究[J]．中国农业科学，2003，36
(11)．：1325—1329．
[8] 李合生．植物生理生化实验原理和技术[M]．北京：高等教育
出版社，2002．
[9] 张志良．植物生理学实验指导[M]．北京：高等教育出版社，
2Oo4．
[10] 陈建勋，王晓峰．植物生理学实验指导[M]．广州：华南理工
大学出版社．2001．
[11] 温国胜，王林和，张国盛．干旱胁迫条件下臭柏的气体交换
与荧光特征[J]．浙江林学院学报，2004，21(4)：361—
365．
[12] 蒲光兰，袁大刚．土壤干旱胁迫对三个杏树品种生理生化特
性的影响[J]．浙江林学院学报 ，2005，22(4)：375—379．
[13] 梁煜周，何若天．氯化胆碱对低温胁迫下水稻幼苗 的保护作
用[J]．中国水稻科学，1999，13(1)3l一35．
[14] Cao X Q(曹新秋)．The efect ofmembrane lipid proxidation O1
cel and body[J]．肋 gBiochem 8iophy~(生物化学与生物物
理进展)，1986(2)：17—23(in Chinese)．
[15] 张治安，王振民，徐克章．cd胁迫对萌发大豆种子中活性氧
代谢的影响[J]．农业环境科学学报，2005，24(4)：670—673．
维普资讯 http://www.cqvip.com