南方农业学报JournalofSouthernAgriculture2018，49（12）：2419-242412期2095-1191；ISSNCODENNNXAABhttp://www.nfnyxb.com·2419·DOI：10.3969/j.issn.2095-1191.2018.12.10水涝胁迫下冬瓜幼苗的形态结构及
生理响应差异分析
弭宝彬1，武芳芳2，谢玲玲1，戴雄泽1，周火强1*
（1湖南省农业科学院蔬菜研究所，长沙410125；2湖南农业大学理学院，长沙
410128）
摘要：【目的】分析水涝胁迫下涝耐受型冬瓜RW101和涝敏感型冬瓜SW15幼苗的形态结构及生理响应差异，为获得冬瓜耐涝性指标及创制耐涝冬瓜种质资源提供理论依据。【方法】对5叶1心期的涝耐受型冬瓜RW101和涝敏感型冬瓜SW15分别进行水涝胁迫0、24、48、72和96h处理，对比分析其应对水涝胁迫的形态结构及生理响应差异。【结果】RW101在水涝胁迫48h后即可萌发不定根，且随水涝胁迫时间延长，不定根数量和长度明显增加；SW15在水涝胁迫72h后才萌发不定根，且数量和长度均显著低于RW101（P<0.05，下同）；除丙二醛（MDA）含量外，RW101的净光合速率（Pn）、幼苗存活率、过氧化氢酶（CAT）活性、过氧化物酶（POD）活性、乙醇脱氢酶（ADH）活性、羟自由基去除能力、脯氨酸（Pro）及可溶性糖含量均显著高于SW15。【结论】涝耐受型冬瓜RW101和涝敏感型冬瓜SW15幼苗的形态结构和生理指标在水涝胁迫下存在明显差异，可作为冬瓜种质资源耐涝性评价的参考指标。
关键词：冬瓜；水涝胁迫；形态结构；生理活性中图分类号：S642.3
文献标志码：A
文章编号：2095-1191（2018）12-2419-06
Differencesinmorphologicalstructureandphysiologicalresponse
ofwaxgourdseedlingsunderwaterloggingstress
MIBao-bin1，WUFang-fang2，XIELing-ling1，DAIXiong-ze1，ZHOUHuo-qiang1*
2（1ResearchInstituteofVegetables，HunanAcademyofAgricultureSciences，Changsha410125,China；Collegeof
Science，HunanAgricultureUniversity，Changsha410128，China）
Abstract：【Objective】Inordertoobtainthewaterloggingtoleranceindexofwaxgourdandprovidethereferencefor
establishingthegermplasmresourcesofwaxgourdwithresistancetowaterlogging，themorphologicalstructuresandphy-siologicalresponsesofseedlingsoftolerantwaxgourdRW101andsensitivewaxgourdSW15underwaterloggingstresswereanalyzed.【Method】ThewaterloggingtolerantwaxgourdRW101andsensitivewaxgourdSW15werefloodedfor0，24，48，72and96hrespectivelyduringthe5-leafandone-phyllophorestage.Thedifferencesofthemorphologicalstruc-turesandphysiologicalresponsesofthetwowaxgourdmaterialsinresponsetowaterloggingwereanalyzed.【Result】RW101germinatedadventitiousrootsafterfloodingfor48h，andthenumberandlengthofadventitiousrootsincreasedgreatlywiththeextensionoffloodingtime.AdventitiousrootsofSW15appearedafterfloodingfor72h，andthenumberandlengthofSW101weresignificantlylowerthanRW101（P<0.05,thesamebelow）.Exceptmalondialdehyde（MDA）content，netphotosynthesisrate（Pn），seedlingsurvivalrate，catalase（CAT）activity，peroxidase（POD）activity，alcoholde-hydrogenase（ADH）activity，hydroxylradicalscavengingability，proline（Pro）andsolublesugarcontentofRW101weresignificantlyhigherthanthoseofSW15.【Conclusion】Therearelargedifferencesinmorphologicalstructuresandphysio-logicalindexesofseedlingsbetweentolerantwaxgourdRW101andsensitivewaxgourdSW15underwaterloggingstress，whichcanbeusedasreferenceindexesforevaluationofwaterloggingtoleranceofwaxgourdgermplasmresources.
Keywords：waxgourd；waterloggingstress；morphologicalstructure；physiologicalactivity
0引言
【研究意义】冬瓜（BenincasahispidaCogn.）是
重要的葫芦科作物，在我国常年播种面积达32万ha，
占世界种植面积的70%左右。冬瓜具有产量高、耐
收稿日期：2018-04-07
基金项目：湖南省自然科学基金项目（2018JJ3301）；国家特色蔬菜产业体系种子种苗岗位项目（CARS-24-A-14）；湖南省重点研
发计划项目（2017NK2061）；湖南省农业科学院科技创新项目（2017JC24）
作者简介：*为通讯作者，周火强（1963-），研究员，主要从事蔬菜遗传育种研究工作，E-mail：lkyzhq@163.com。弭宝彬（1987-），
主要从事蔬菜遗传育种及种子种苗生产工作，E-mail：mibaobin@126.com
·2420·南方农业学报49卷储便运等优点，在保证蔬菜周年均衡供应及南菜北运方面发挥重要作用（Jiangetal.，2013，2015）。洪涝灾害是限制作物生产的重要逆境（Bailey-SerresandVoesenek，2012），我国约2/3的国土面积存在不同程度的洪涝灾害，也是我国的主要农业灾害。冬瓜生产过程中经常会遇到洪涝灾害，给冬瓜生产带来严重影响。因此，分析水涝胁迫下涝耐受型冬瓜的形态结构及其生理响应，对获得冬瓜耐涝性指标及创制耐涝冬瓜种质资源具有重要意义。【前人研究进展】洪涝灾害可分为湿害和涝害（刘周斌等，2015），但水分本身不会对植物造成伤害，洪涝危害的实质是造成土壤缺氧，降低植物根际氧浓度而形成低氧和无氧状态（Sairametal.，2009）环境，引起植物的生理生化、形态和解剖学结构发生变化。水涝胁迫时，植物根系形态发生一系列变化及根系活力降低，严重时甚至会因沤根而导致萎蔫、死苗（Mietal.，2013）。涝害对植物的威胁主要是消耗细胞储存的能量和碳水化合物（Bailey-SerresandBrindon，2008；Colmerandvoesenek，2009），而植物对水涝胁迫的适应主要表现为对积水或突然过湿的适应和抵抗能力增强，即耐胁变性和避胁变性，其中，耐胁变性的植物主要通过节约能源和碳水化合物以忍耐缺氧，延长其在水下生存的时间；避胁变性的植物在水涝条件下会发生一系列的形态和解剖结构变化以促进水下器官进行气体交换，阻止植物缺氧（Fukaoetal.，2011），如植物在水涝胁迫下可形成通气组织（僧珊珊等，2012；Broughtonetal.，2015）、产生不定根Zhangetal.，2015）、增强相关酶活性（Lauraetal.，2012；Puyangetal.，2015）或改变代谢途径（Rochaetal.，2010）以应对逆境胁迫。已有研究表明，植物在水涝胁迫下其体内的氧化酶活性升高及低级氧化产物丙二醛（MDA）持续积累，使细胞膜上的蛋白质和生物酶等失活，生物膜的结构和功能受到破坏，影响细胞的正常物质代谢（Ashraf，2012；Chengetal.，2016）。【本研究切入点】目前，关于冬瓜耐涝方面的研究较少，而可评价与冬瓜耐涝性相关生理及形态结构指标的研究尚无报道。【拟解决的关键问题】对涝耐受型冬瓜RW101和涝敏感型冬瓜SW15进行水涝胁迫，分析其耐涝相关形态结构及生理响应的差异，为冬瓜耐涝性评价及耐涝冬瓜种质资源筛选提供参考依据。
1材料与方法
1.1
试验材料
供试材料为耐涝性差异明显的两份冬瓜材料，分别为涝耐受型RW101和涝敏感型SW15，均为湖南
省蔬菜研究所冬瓜课题组通过大田水涝胁迫从500
余份冬瓜资源中筛选获得的耐涝极端差异材料，二者田间表现整齐一致，生长势强，主蔓第18节左右现第一雌花，中晚熟，产量达150t/ha，瓜型、瓜长和单瓜重等性状无明显差异。1.2试验方法
1.2.1育苗试验于2017年4月在湖南省农业科学院蔬菜研究所玻璃温室内进行，将涝耐受型冬瓜材料RW101和涝敏感型材料SW15的种子进行55℃温汤浸种30min，浸种过程中不断搅拌使种子受热均匀，浸种结束后用清水冲洗干净继续置于室温浸种12h，去除多余水分后置于28℃恒温催芽箱中催芽，发芽后分别播种100株于9cm×9cm营养钵中进行正常管理，待冬瓜幼苗长至5叶1心时进行水涝胁迫处理。
1.2.2试验设计水涝胁迫处理采用双套盆法，将育苗钵放入48cm×60cm大盆中，每盆随机放置30钵（RW101和SW15各15钵），以水面保持在育苗钵表面3cm以上为水涝胁迫程度，每隔2d补水一次以维持水涝胁迫程度。上午9：00开始水涝胁迫处理，重复3次。当水涝胁迫超过96h时，SW15植株死亡率超过半数，分析两组材料的差异具有统计学意义，因此，设在水涝胁迫0、24、48、72和96h时分别测定其相关指标。
1.3测定指标及方法
1.3.1干重测定随机选择两种耐涝性冬瓜幼苗各3株，用清水洗净根系泥土后，将整株幼苗放入105℃烘箱杀青30min，然后70℃烘箱烘干48h至恒重，用电子天平称量幼苗的干重，取平均值。
1.3.2光合速率测定从每株中上部各选取叶龄相对一致的功能叶，使用LI-6400XT便携式光合作用测量系统测定光合速率，测定时设定叶室温度25℃、光强1000μmol/（m2·s）、CO2浓度400μL/L；测定时间为上午9：00—10：00。
1.3.3不定根数量及长度测定统计冬瓜幼苗茎基部长度超过0.2cm不定根的数量，采用游标卡尺测定其长度，测量时小心将育苗钵取出，抽掉表层水，从茎部不定根萌发处开始测量。
1.3.4根系总长度及表面积测定采用EpsonPerfectionV700扫描仪测定根系表面积及根系总长度，并采用Winrhizotrou2007b进行分析。用清水冲洗干净冬瓜幼苗根系上的泥土及杂质，按测定标准进行样品准备。
1.3.5抗氧化酶活性及脯氨酸（Pro）和可溶性糖含量测定选取大小和叶龄相对一致的叶片分别称重后置于-20℃保存备用。Pro含量采用酸性茚三酮法测定，MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定，可溶性
（12期弭宝彬等：水涝胁迫下冬瓜幼苗的形态结构及生理响应差异分析
·2421·糖含量采用蒽酮法测定，过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和乙醇脱氢酶（ADH）活性及羟自由基含量采用比色法（试剂盒购自南京建成生物工程研究所）测定。1.4统计分析
试验数据采用Excel2016进行整理和绘图，并采用DPS9.5进行方差分析。
2结果与分析
2.1不同水涝胁迫时间下冬瓜幼苗干重、净光速率（Pn）及不定根萌发的差异
由表1可知，水涝胁迫前RW101和SW15幼苗的Pn差异不显著（P>0.05），随水涝胁迫时间延长，二者的Pn均呈下降趋势，其中，RW101在水涝胁迫24h时下降明显，之后下降速率趋于稳定，水涝胁迫96h时Pn仍保持在水涝胁迫前的73.2%；SW15的Pn随水涝胁迫时间延长急剧下降，至水涝胁迫96h时Pn仅为水涝胁迫前的43.1%。RW101的干重在水涝胁迫0~48h差异不明显，从水涝胁迫72h后开始上升，推测涝耐受型冬瓜应对涝害胁迫时前期以忍受胁迫为主，以减缓能量代谢；水涝胁迫48h后，不定根开始萌发，根部可获得一定量的氧气，植株开始生长，叶茎基部伸长，以避胁变性为主应对涝害胁迫。SW15的干重在水涝胁迫过程中呈先下降后缓慢上升的变
化趋势，说明SW15在开始水涝胁迫时其生长已消耗幼苗储备的能量，其中部分植株在水涝胁迫过程中因能量耗尽而死亡，存活植株在水涝胁迫72h后才开始响应生成不定根。RW101在水涝胁迫48h时即有不定根产生，至水涝胁迫72h时大量植株萌发不定根，水涝胁迫96h时存活植株均有不定根的萌发；SW15在水涝胁迫48h时有部分植株死亡，水涝胁迫96h时有50.0%左右植株根际腐烂，水面处幼苗茎萎缩倒缢。图1为水涝胁迫72h后两种冬瓜材料幼苗不定的根萌发情况（图1-A和图1-B）和根系形态（图1-C）及根周扫描情况（图1-D）。从图1可看出，RW101根系的完整性保持较好，且有大量不定根生成，而SW15原有根系褐化、易断，逐渐失去功能，且不定根分化较少。通过根系扫描发现，SW15和RW101根的总长分别为162.21和229.43cm，总根投影面积分别为19.49和21.01cm2，总根表面积分别为8.32和10.92cm2，相互间存在明显差异。
综上所述，涝耐受型冬瓜RW101在水涝胁迫初期主要通过抑制生长以降低能量代谢的方式忍受水涝胁迫，水涝后期借助不定根吸取氧气，促进植株生长，表现以避胁变性为主应对涝害胁迫，因此，整个水涝胁迫过程中，涝耐受型冬瓜RW101的Pn始终高于涝敏感型冬瓜SW15；涝敏感型冬瓜SW15的耐涝性明显低于涝耐受型冬瓜RW101，在水涝胁迫48h
表1RW101和SW15苗期不同水涝胁迫时间下干重、存活率、Pn和不定根萌发的差异
Table1Thedifferencesofdryweight，survivalrate，netphotosyntheticrate（Pn）andadventitiousrootsgerminationbetweenRW101andSW15atseedlingstageunderdifferentwaterloggingstresstimes
水涝胁迫时间（h）
Waterloggingstresstime024487296
材料MaterialRW101SW15RW101SW15RW101SW15RW101SW15RW101SW15
干重（g）Pn不定根数量（条）不定根长度（cm）存活率（%）Dryweight［mmol/（m2·s）］Numberofadventitiousroot（root）LengthofadventitiousrootSurvivalrate0.56±0.0321.15±0.7700100.000.62±0.0320.60±0.7500100.000.56±0.0318.48±0.6700100.000.61±0.0315.91±0.5800100.000.55±0.0316.19±0.59a2.625±0.263a1.110±0.096a100.000.57±0.0313.60±0.49b0b0b85.000.60±0.0315.91±0.58a10.125±1.493a2.714±0.376a96.670.59±0.0311.10±0.40b2.125±0.267b0.624±0.106b53.330.64±0.0315.49±0.56a11.875±0.934a2.938±0.343a81.670.63±0.038.88±0.32b8.875±0.833b1.875±0.216b46.67
同一水涝胁迫时间不同品种同列数据后不同小写字母表示差异显著（P<0.05）
Differentlowercaselettersrepresentedsignificantdifferencebetweenthedifferenttreatmentsofthesamewaterloggingtime（P<0.05）
A
B
CD
Fig.1
图1RW101和SW15幼苗水涝胁迫72h时的不定根萌发及根系扫描结果
Resultsofadventitiousrootsgerminationandrootssystemscanafterwaterloggingfor72hofRW101andSW15seedlings
A：RW101盆栽；B：SW15盆栽；C：胁迫72h时不定根萌发对比（左为RW101，右为SW15）；D：根系扫描结果对比（左为RW101，右为SW15）A：RW101inpotexperiment；B：SW15inpotexperiment；C：Comparisonresultsofadventitiousrootsafterwaterloggingfor72h（leftforRW101，
rightforSW15）；D：Rootsscanningresults（leftforRW101，rightforSW15）
___________水涝胁迫下冬瓜幼苗的形态结构及生理响应差异分析<p><br/></p>
