瓜類蔬菜耐低溫性評價與調(diào)控研究進展.pdf
<p>園藝學報， 2018， 45 (9)： 1761 1777. Acta Horticulturae Sinica doi： 10.16420/j.issn.0513-353x.2018-0028； http： /www. ahs. ac. cn 1761 收稿日期 ： 2018 07 13； 修回日期 ： 2018 09 06 基金項目 ： 國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金項目（ CARS-25） ；沈陽市重點研發(fā)項目（ 17-143-3-00） * 通信作者 Author for correspondence（ E-mail： hyqiaaa126.com） 瓜類蔬菜耐低溫性評價與調(diào)控研究進展 李 猛，呂亭輝，邢巧娟，齊紅巖*（沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院，設(shè)施園藝省部共建教育部重點實驗室，北方園藝設(shè)施設(shè)計與應用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心（遼寧） ，沈陽 110866） 摘 要： 從種子活力、苗期形態(tài)和生理生化等方面綜述了瓜類蔬菜耐低溫性評價的研究現(xiàn)狀，進一步論述了瓜類蔬菜耐低溫的生理基礎(chǔ)和功能基因的鑒定，并從育種、農(nóng)藝措施和外源物質(zhì)施用等方面論述了提高瓜類蔬菜耐低溫能力的有效途徑，以期為建立瓜類蔬菜耐低溫性科學快速的鑒定體系和解決生產(chǎn)中低溫冷害問題提供參考。 關(guān)鍵詞： 瓜類蔬菜；低溫；評價體系；抗寒機理；調(diào)控措施 中圖分類號： S 642 文獻標志碼： A 文章編號： 0513-353X（ 2016） 09-1761-17 Research Progress on Evaluation and Regulation of Chilling Tolerance in Cucurbitaceous Vegetables LI Meng， LÜ Tinghui， XING Qiaojuan， and QI Hongyan*（ College of Horticulture， Shenyang Agricultural University， Key Laboratory of Protected Horticulture， Ministry of Education， Northern National & Local Joint Engineering Research Center of Horticultural Facilities Design and Application Technology（ Liaoning） ， Shenyang 110866， China） Abstract： This paper summarizes the evaluation status of chilling tolerance of cucurbitaceous vegetables from seed vigor， seedling morphological and physiological and biochemical indicators. Furthermore， the physiological basis and the identification of functional genes of chilling tolerance of cucurbitaceous vegetables are discussed. Finally， effective ways to improve the low temperature tolerance of cucurbitaceous vegetables by breeding， agronomic measures and exogenous substance application are elaborated. The objective of this review is to provide reference for further constructing scientific and rapid evaluation system of chilling tolerance and solving the problem of chilling damage in cucurbitaceous vegetables production. Keywords ： cucurbitaceous vegetables ； low temperature ； evaluation system ； cold resistant mechanism； regulation measure 低溫是危及植物生長發(fā)育，限制其地理分布和生產(chǎn)力的主要環(huán)境因子之一（ Barrerogil et al.，2016） 。然而植物在長期進化過程中從形態(tài)、生理和生化等方面形成了復雜的防御和適應機制（ Ruelland et al.， 2009；付晨熙 等， 2016） 。瓜類蔬菜多起源于熱帶和亞熱帶地區(qū)，屬于冷敏感植物，極不耐寒（中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹研究所， 2000；程智慧， 2010） 。而瓜類蔬菜是中國主要的 Li Meng， Lü Tinghui， Xing Qiaojuan， Qi Hongyan. Research progress on evaluation and regulation of chilling tolerance in Cucurbitaceous vegetables. 1762 Acta Horticulturae Sinica， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 蔬菜作物。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（ FAO）統(tǒng)計， 2016 年中國瓜類蔬菜（黃瓜、小黃瓜、甜瓜、南瓜、西葫蘆、葫蘆和西瓜）收獲面積達 395.3 萬 hm2，總產(chǎn)量為 1.65 億 t。近年來，中國設(shè)施瓜類蔬菜栽培面積和產(chǎn)量逐年上升， 2013 年設(shè)施黃瓜種植面積達到 70 萬 hm2，占設(shè)施蔬菜播種面積的 19%，僅次于番茄（李天來， 2016） 。但中國設(shè)施結(jié)構(gòu)簡單，以拱棚和地膜覆蓋為主，在促早、延后和錯季栽培中極易遭受低溫危害。低溫抑制瓜類蔬菜種子萌發(fā)和根系生長，導致生理障礙，開花延遲，增大化瓜、畸形果、僵化果的比率，同時阻礙果實養(yǎng)分合成、運輸，造成品質(zhì)和產(chǎn)量下降（郝敬虹 等，2009；王紅飛 等， 2016） 。 作物的耐低溫性主要受遺傳因素影響（ Wijewardana et al.， 2015） 。目前，已有學者從形態(tài)指標、生理生化指標和不同生育階段（芽期，苗期等）建立了瓜類蔬菜耐低溫評價體系。通過評價體系可準確篩選出耐低溫材料，為研究瓜類蔬菜耐低溫機制奠定基礎(chǔ)，進而提出解決生產(chǎn)中低溫危害的有效措施。本文總結(jié)了前人在瓜類蔬菜耐低溫評價、機理和調(diào)控方面的研究成果，以期為解決瓜類蔬菜生產(chǎn)中低溫冷害問題提供參考。 1 瓜類蔬菜耐低溫性評價 1.1 種子活力鑒定 瓜類蔬菜耐低溫性評價主要集中在種子萌芽期或苗期，主要以種子活力、苗期形態(tài)和生理生化指標為依據(jù)。但是不同瓜類蔬菜耐低溫性差異較大，需要篩選適宜的鑒定溫度。黃瓜和西瓜芽期適宜的鑒別溫度為 15 （王薇薇 等， 2014；王紅飛 等， 2016） 。陳小鳳等（ 2017a）指出 20 下的發(fā)芽率和種子活力指數(shù)是鑒定苦瓜耐低溫性的重要指標。甜瓜由于其類型多樣，目前芽期適宜的鑒別溫度尚不統(tǒng)一。周峰（ 2012）指出 15 可作為甜瓜芽期耐低溫性的鑒定溫度。武雁軍（ 2007）認為 16 是鑒定厚皮甜瓜的適宜溫度。姚雪（ 2016）則認為 16 可用于篩選甜瓜強耐冷材料，而芽期鑒定的理想溫度為 18 。劉宏宇等（ 2016）則以 18 下發(fā)芽參數(shù)對甜瓜耐低溫性進行了評價。 綜上可知， 不同瓜類蔬菜芽期適宜的鑒別溫度不同， 但變化幅度較小， 15 可以作為參考溫度。值得注意的是，在進行某一類瓜類蔬菜芽期鑒定時應選擇具有代表性的或者核心種質(zhì)資源，也可根據(jù)實際需要建立適于某一類型或局部地區(qū)的評價體系。 1.2 苗期形態(tài)鑒定 植物在長期進化過程中通過組織形態(tài)、解剖結(jié)構(gòu)及超微結(jié)構(gòu)的演化形成了最佳構(gòu)型以適應逆境（曹慧明 等， 2010） 。西葫蘆（安福全 等， 2011）和西瓜（范小玉， 2012）受低溫弱光影響，葉片厚度和柵海比變小，柵欄組織疏松，海綿組織胞間隙增大，呈無序狀態(tài)；此外，西葫蘆葉片表皮細胞和氣孔的直徑、密度縮小，而西瓜表皮細胞無明顯變化。高青海等（ 2016b）研究發(fā)現(xiàn)，薄皮甜瓜根系鮮質(zhì)量、根長、葉片數(shù)、根表面積和根投影面積的相對值可作為其鑒定耐低溫弱光的指標，周亞峰等（ 2017）認為地上部鮮質(zhì)量和根干質(zhì)量對甜瓜的耐低溫性具有顯著影響。 短期內(nèi)將作物直接暴露在低溫下，其出苗率、存活率和冷害指數(shù)或耐冷指數(shù)可作為耐低溫性評價指標。徐小軍等（ 2015）在冬春季使甜瓜在田間自然受冷，通過幼苗的耐冷指數(shù)反映耐低溫性。王紅飛等（ 2016）人工模擬低溫，通過寒害指數(shù)和恢復指數(shù)初步確立了鑒定黃瓜耐低溫性的方法。 目前關(guān)于人工模擬低溫下研究瓜類蔬菜耐冷指數(shù)和表觀形態(tài)的報道較多，而以組織解剖結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)評判耐低溫性的報道較少。 李 猛，呂亭輝，邢巧娟，齊紅巖 . 瓜類蔬菜耐低溫性評價與調(diào)控研究進展 . 園藝學報， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 1763 1.3 苗期生理生化指標鑒定 植物響應低溫的生理生化反應主要體現(xiàn)為電解質(zhì)滲透率、丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸、內(nèi)源激素含量和抗氧化系統(tǒng)包括超氧化物歧化酶（ SOD） 、過氧化物酶（ POD）和過氧化氫酶（ CAT）活性等的變化（ Yadav， 2010； Rihan et al.， 2017） 。 苦瓜苗期鑒定適宜的取材時期為 10 處理 10 d（陳小鳳 等， 2017b） 。西瓜苗期在晝 /夜溫度15 /10 條件下的凈光合速率、葉綠素 a 和 b 的比值及丙二醛含量等均可作為篩選耐冷材料的指標（王薇薇 等， 2014） 。黃瓜苗期鑒定首選指標是電解質(zhì)滲透率、可溶性糖、游離脯氨酸和 CAT 活性（李曉明， 2006） ，而甜瓜為游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白，葉綠素含量和根系活力為備選指標（徐小軍 等， 2015） 。姚雪（ 2016）根據(jù) 4 處理 8 h 或 7 處理 16 h 試驗，進一步結(jié)合芽期參數(shù)確定了相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽指數(shù)、丙二醛和可溶性糖為 4 個首選評價指標。周亞峰等（ 2017）認為 SOD、 POD 活性和游離脯氨酸對甜瓜的耐低溫性具有顯著影響，但是 SOD 和 POD 活性與耐低溫性呈負相關(guān)。關(guān)于抗氧化酶作為耐低溫性鑒定指標在黃瓜和甜瓜上均有爭議（逯明輝 等， 2004；李曉明， 2006；徐小軍 等， 2015） ，可能與抗氧化酶系的變化與低溫處理的時長和程度有關(guān)，因此，徐小軍等（ 2015）認為抗氧化酶活性在低溫冷害條件下變化復雜，不宜作為耐低溫性鑒定的指標。 綜上，電解質(zhì)滲透率、丙二醛和可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是生理生化指標鑒定中的首選指標，但應當注意，單一指標并不能準確地反映低溫脅迫對幼苗的影響，且不同指標在不同評價體系中的重要程度不盡相同，引入過多指標則會減少變量的自由度，加大試驗誤差（王紅飛 等， 2016） 。因此，需要對眾多指標進行初篩或賦予相應權(quán)重，如采用主成分分析法、權(quán)重法和灰色關(guān)聯(lián)度分析法等，再結(jié)合科學的評價方法如隸屬函數(shù)法、回歸分析法等進行綜合評價體系的建立（劉宏宇 等，2016） 。 2 瓜類蔬菜耐低溫的生理基礎(chǔ)和分子機制 2.1 生理基礎(chǔ) 2.1.1 膜系統(tǒng)組分變化 膜系統(tǒng)中不飽和脂肪酸的含量、磷脂雙分子層的流動性和膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是植物抵御低溫傷害的“門戶” ，細胞膜中不飽和脂肪酸含量越高，耐低溫性越強。脂肪酸去飽和酶（ FAD）可將不飽和雙鍵引入飽和脂肪酸，提高低溫下植物膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性（ Gupta et al.， 2013；李永華 等， 2015） 。厚皮甜瓜果實脂肪酸主要由 3 種飽和脂肪酸（棕櫚酸、棕櫚烯酸和硬酯酸）和 4 種不飽和脂肪酸（油酸、反式亞油酸、亞油酸和亞麻酸）組成，約占膜脂脂肪酸總量的 95%以上，其中亞油酸和亞麻酸的相對含量越高，甜瓜果實耐低溫性越強（張婷 等， 2015） 。黃瓜中共有 23 個 CsFAD 基因，其中多數(shù)成員在葉片中受低溫脅迫誘導后上調(diào)表達（ Dong et al.， 2016a） ； 低溫可抑制黃瓜根系 FAD基因 CsFAB2.1、 CsFAB2.2 和 CsFAD5 的表達，通過外施水楊酸（ SA）可以解除低溫對 FAD 活性的抑制，促進 FA Ds 基因的表達，從而提高黃瓜的耐低溫性（董春娟 等， 2017） 。 2.1.2 內(nèi)源激素/信號物質(zhì)調(diào)動 水楊酸（ SA）可通過調(diào)節(jié)質(zhì)外體蛋白和抗氧化酶活性提高植物的耐低溫性（李亮， 2013； Dong et al.， 2016b） ，也可誘導瓜類蔬菜幼苗葉片和根系 FAD 基因表達，提高脂肪酸不飽和度，從而提高幼苗耐低溫性 （曹寧 等， 2016； 董春娟 等， 2017） 。 低溫下內(nèi)源 SA 主要通過苯丙氨酸解氨酶 （ PAL）途徑大量積累，并通過氧化還原信號（ Redox） -CBF（ C repeat binding facter）途徑調(diào)控西瓜對低溫Li Meng， Lü Tinghui， Xing Qiaojuan， Qi Hongyan. Research progress on evaluation and regulation of chilling tolerance in Cucurbitaceous vegetables. 1764 Acta Horticulturae Sinica， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 的響應（高敏， 2016） 。植物體內(nèi)多胺通過離子鍵、氫鍵、疏水基和其他非共價鍵與核酸、蛋白和帶電磷脂結(jié)合，防止生物膜脂質(zhì)過氧化和蛋白水解，在保持膜穩(wěn)定和構(gòu)建類囊體膜中起重要作用，最終改善植物抗性（ Pottosin & Shabala， 2014） 。耐冷甜瓜品種果實中多胺含量（尤其是腐胺和精胺）和膜穩(wěn)定性顯著高于冷敏感品種（ Zhang et al.， 2017a） 。 2.1.3 活性氧清除系統(tǒng)啟動防御 低溫脅迫使植物體內(nèi)活性氧積累，活性氧清除系統(tǒng)啟動防御，主要通過抗氧化酶和抗壞血酸谷胱甘肽循環(huán)（ AsA-GSH）加快活性氧清除，減少其對細胞的損傷。一般情況下，短期低溫脅迫會導致多種抗氧化酶活性升高。但隨著脅迫程度的加大和時間的延長其活性將受到抑制，因此多數(shù)情況下抗氧化酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。 研究表明，在低溫脅迫前期，甜瓜 POD、 SOD、 APX 活性上升， CAT 活性下降；脅迫 24 h 后，除 POD 活性仍持續(xù)上升外，其他酶活性基本呈下降趨勢（趙春梅 等， 2014） 。低溫和弱光可使西瓜幼苗葉片中 和 H2O2產(chǎn)生速率增加，導致抗壞血酸過氧化物酶（ APX） 、谷胱甘肽還原酶（ GR）和 POD 活性顯著升高， SOD 活性下降（韓蘭蘭， 2016） 。研究表明，苦瓜和冬瓜 SOD 基因的不同表達模式與冷脅迫響應直接相關(guān)，且與苦瓜相比，冬瓜 SOD 活性的升高對適應冷脅迫的作用較大（ Chiang et al.， 2014； Do et al.， 2018） 。 2.1.4 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)包括無機離子（ K+、 Ca2+和 Mg2+等）和有機物質(zhì)（可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸）兩大類。在瓜類蔬菜中研究較多的無機離子為 Ca2+。液泡是黃瓜細胞內(nèi)的主要鈣庫，同時細胞間隙也存在較多的 Ca2+。低溫可誘導質(zhì)膜內(nèi)側(cè) Ca2+明顯增加，同時液泡內(nèi) Ca2+逐漸集中，并趨向液泡膜內(nèi)側(cè)（張紅 等， 1997） 。最近的研究表明，低溫可誘導黃瓜 Ca2+信號轉(zhuǎn)導相關(guān)基因 CaM、CIPK5 的表達（吳幗秀 等， 2017） 。低溫可誘導植物細胞內(nèi)蔗糖、果糖、葡萄糖及半乳糖等小分子可溶性糖含量增多，從而提高細胞液濃度，維持細胞滲透勢和降低細胞液冰點以增強植物的耐低溫性（ Theocharis et al.， 2012） ?？扇苄缘鞍子H水性較強，能增強細胞的持水能力，可防止細胞結(jié)冰而發(fā)生凍害。游離脯氨酸可作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)維持細胞結(jié)構(gòu)，提高蛋白可溶性，維持膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及酶的功能來減少低溫傷害（ Fedotova & Dmitrieva， 2016） 。研究表明，耐低溫性弱的甜瓜幼苗中可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量均低于耐低溫性強的種質(zhì)（徐小軍 等， 2015） 。低溫可誘導黃瓜肌醇半乳糖苷合成酶（ GolS）基因 GolS 、 GolS 和水蘇糖合成酶（ STS）基因 CsSTS 上調(diào)表達，調(diào)動 GolS、 STS 活性升高，同時葉肉細胞內(nèi)蔗糖、肌醇半乳糖苷、棉子糖、水蘇糖含量上升，以響應低溫脅迫（曹文華， 2015；呂建國， 2017） 。 2.1.5 低溫誘導蛋白形成 低溫誘導蛋白主要包括抗冷蛋白 （ AFP） 、 脫水蛋白 （ DHN） 、 冷激蛋白 （ CSP） 、 冷調(diào)控蛋白 （ COR）和熱激蛋白（ HSP）等。這些蛋白的作用是增強細胞抗凍、抗脫水能力，維持低水勢條件下代謝酶的活性， 作為 RNA 的伴侶蛋白穩(wěn)定 RNA 結(jié)構(gòu)， 防止低溫誘導的磷脂膜相變， 維持質(zhì)膜穩(wěn)定性等 （楊玉珍 等， 2007； Sasaki et al.， 2013；付晨熙 等， 2016） 。通過基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜（ MALDI-TOF-TOF/MS）技術(shù)，在黃瓜中鑒定出 1,5二磷酸核酮糖羧化酶可能與黃瓜葉片耐低溫有關(guān)（許培磊 等， 2009） 。在苦瓜中，低溫下的差異表達蛋白涉及細胞防御、自由基清除、光合作用、基礎(chǔ)代謝、蛋白降解等多個生理活動（黃玉輝 等， 2017） 。通過同重同位素標記（ IBT）定量蛋白質(zhì)組學技術(shù)，在哈密瓜果實中鑒別出低溫下明顯差異表達蛋白有 LRR 類受體絲氨酸 /蘇氨酸蛋白激酶 FLS2、 ATP 依賴的鋅金屬蛋白酶 FtsH、型過氧化物酶、 HSP、 60S 核糖體蛋白 L34、 李 猛，呂亭輝，邢巧娟，齊紅巖 . 瓜類蔬菜耐低溫性評價與調(diào)控研究進展 . 園藝學報， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 1765 葡萄糖苷酶 12 等。以上蛋白涉及碳水化合物結(jié)合、結(jié)構(gòu)分子活性、細胞大分子復合物組裝、光合作用、非生物刺激反應等功能（安瑞麗， 2017） 。 2.2 耐低溫功能基因鑒定 CBF（ C repeat binding factor）是植物響應低溫的核心轉(zhuǎn)錄因子，處于植物低溫轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的樞紐位置， 擬南芥中存在 3 個響應低溫的 CBF 轉(zhuǎn)錄因子， 影響著全轉(zhuǎn)錄組 10% 20%冷調(diào)控 （ COR）基因的表達（ Wang et al.， 2017； Shi et al.， 2018） 。目前在甜瓜和黃瓜中分別鑒定出 2 個 CBF 基因（ CmCBF1、 CmCBF3 和 CsCBF1、 CsCBF3） （曹辰興， 2009；寧宇， 2013； Zhang et al.， 2017a） 。甜瓜果實冷害指數(shù)與 CmCBF1 和 CmCBF3 表達量密切相關(guān) （ Zhang et al.， 2017a） 。 在黃瓜中， CsCBF3受低溫誘導快速表達 （寧宇， 2013） ， 而過表達 CsCBF1 可提高冷敏感品種的耐低溫性 （曹辰興， 2009） 。通過全基因組分析，西瓜中存在 4 個 CBF 轉(zhuǎn)錄因子，均受低溫誘導，同時內(nèi)源 SA 參與了 CBF 依賴途徑響應低溫脅迫的過程，但 SA 信號與 CBF 依賴信號通路可能存在拮抗作用（高敏， 2016） 。 研究證明，賴氨酸脫羧酶基因（ CsLDC）和 WRKY 家族在黃瓜低溫響應中起著至關(guān)重要的作用。在低溫誘導下，黃瓜耐冷品種 CsLDC 基因上調(diào)表達量遠高于冷敏感品種（張萬萍， 2009；苗永美， 2013） 。 WRKY 家族中 CsWRKY23 在低溫脅迫下黃瓜根和葉中上調(diào)表達（張穎 等， 2017） ；而CsWRKY21 和 CsWRKY46 均為正調(diào)控因子參與黃瓜的低溫應答反應，誘導下游冷誘導基因 COR47、RD29A 和 KIN1 的上調(diào)表達。過表達 CsWRKY21 還可增強 AtCBF1、 AtCBF2、 AtCBF3 的表達，證明CsWRKY21 可能通過 CBF 途徑響應低溫；而 CsWRKY46 可增強 ABA 途徑下游關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子基因ABI5 的表達，證明 CsWRKY46 通過 ABA 依賴途徑響應低溫（張穎， 2012； Zhang et al.， 2016） 。此外，通過轉(zhuǎn)錄組測序也挖掘出多個耐冷相關(guān)基因，如 Cucsa038100.1（戴忠仁， 2015） ， Csa4M642460 和 Csa1M423150（董洪霞， 2017）等，但這些基因的確切功能仍需進一步驗證。 MYB 轉(zhuǎn)錄因子基因在西瓜響應低溫脅迫中的研究較多。利用西瓜全基因組數(shù)據(jù)庫，鑒定出 234個 MYB 家族基因，包括 79 個 R2R3 型 MYB 轉(zhuǎn)錄因子基因，在葉和根中存在 16 個 MYB 基因響應低溫脅迫（趙爽， 2014） 。已經(jīng)證明，西瓜中 Cla017850、 Cla009263、 Cla022152 和 Cla21419 等 4個 MYB 轉(zhuǎn)錄因子參與低溫響應（周芝君， 2016） 。 MYB 轉(zhuǎn)錄因子 Cla007586 可能通過與 -3 脂肪酸去飽和酶和熱激轉(zhuǎn)錄因子等蛋白互作響應低溫脅迫（高凌云， 2016） ；而 ClMYB46 可能通過與Cla014285 互作，共同參與 ABA 信號轉(zhuǎn)導、 Ca2+信號轉(zhuǎn)導途徑，提高西瓜植株的低溫脅迫抗性（曹蕾， 2017） 。同時，西瓜交替氧化酶（ AOX）在低溫脅迫下也發(fā)揮著重要作用。 AOX 基因（ ClAOXK和 ClAOXN）響應低溫可能依賴于活性氧信號途徑；同時 AOX 基因可能通過調(diào)控凱氏帶（ CASP）的發(fā)育抵御低溫（丁長慶， 2016） 。此外，通過全基因組分析，發(fā)現(xiàn)西瓜 bHLH 家族中有 8 個 bHLH轉(zhuǎn)錄因子響應低溫，其響應機制仍需進一步探討（何潔 等， 2016） 。 苦瓜型過氧化物酶基因（ McAPX2）和 型過氧化物酶基因（ McPrx）通過啟動抗氧化酶系統(tǒng)抵御低溫冷害（高山 等， 2016， 2017） ；絲瓜中多聚泛素基因（ LcUBQ）可能通過調(diào)節(jié)泛素化水平參與低溫弱光脅迫應答過程（陳敏氡 等， 2018） 。 3 調(diào)控瓜類蔬菜耐低溫的途徑和措施 3.1 育種途徑 近 3 年來，設(shè)施瓜類蔬菜栽培面積逐年擴大，育種工作者根據(jù)實際需求，培育出多個適于早春Li Meng， Lü Tinghui， Xing Qiaojuan， Qi Hongyan. Research progress on evaluation and regulation of chilling tolerance in Cucurbitaceous vegetables. 1766 Acta Horticulturae Sinica， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 或秋季延后保護地栽培的耐低溫新品種（包括砧木） ，如黃瓜中農(nóng) 37 號 （顧興芳 等， 2017） ，西瓜蘇蜜 9 號 （徐錦華 等， 2017） ，厚皮甜瓜西蜜 5 號 （竇宏濤 等， 2018） ，薄皮甜瓜玉玲瓏 （張若緯 等， 2017） ，西葫蘆東葫 4 號 （雷逢進 等， 2016） ，苦瓜桂農(nóng)科 9 號 （馮誠誠 等，2017）以及西瓜耐低溫葫蘆砧木皖砧 5 號 （王朋成 等， 2017）和南瓜砧木青桿金鋼 （霍玉娟和袁培祥， 2015）等。 3.2 施用外源物質(zhì) 施用的外源物質(zhì)主要包括滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、激素類物質(zhì)和非酶促抗氧化物質(zhì)等（谷端銀 等，2016） 。施用方法以葉面噴施為主（多集中在苗期） ，灌根和浸種為輔。 （ 1）滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)：在甜瓜幼苗期以 10 15 mmol · L-1根部澆施或 10 mmol · L-1Ca(NO3)2葉面噴施均可提高其耐低溫性（鄭福 等， 2010） ；在果實膨大期葉面噴施 0.5% Ca(NO3)2，可有效提高薄皮甜瓜植株的抗寒性（李天來 等， 2011） 。 CaCl2具有相同作用，甜瓜葉面噴施有效濃度為 5 或10 mmol · L-1（苗永美 等， 2013） ，黃瓜為 10 mmol · L-1（楊楠 等， 2012） 。但是瓜類蔬菜多為喜氮忌氯作物，在鈣鹽的選擇上以 Ca(NO3)2為佳。草酸在植物體內(nèi)以 CaC2O4的形式存在，而 CaC2O4的合成與分解調(diào)節(jié)著植物細胞中 Ca2+的平衡， 因此， 外源草酸可間接調(diào)控 Ca2+提高植物的耐低溫性。研究表明噴施 10 或 15 mmol · L-1草酸可提高厚皮甜瓜的抗寒性（武雁軍， 2007） 。其他滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，如 50 mmol · L-1蔗糖溶液（曹燕燕， 2014）和 40 mmol · L-1甜菜堿（李陽 等， 2015）均可減輕低溫對黃瓜幼苗的傷害。 （ 2）激素類物質(zhì)：外源 ABA 可通過上調(diào)內(nèi)源赤霉素（ GA4）和 SA 來提升甜瓜的耐低溫能力，適宜 ABA 噴施濃度為 3 mol · L-1或 20 mg · L-1（苗永美 等， 2013； Kim et al.， 2016） ，無籽西瓜的 ABA 適宜濃度為 1.5 mmol · L-1（孔新宇 等， 2015） ，黃瓜為 0.1 mmol · L-1（楊楠 等， 2012） 。250 和 350 mg · L-1的 SA 可分別有效緩解 5 和 15 的低溫對西葫蘆幼苗的傷害（徐偉慧 等，2013） 。而 1 3 mmol · L-1SA 能夠提高甜瓜的耐低溫性（苗永美 等， 2013） 。 SA 對黃瓜的有效濃度為 1 mmol · L-1（楊楠 等， 2012） ，西瓜為 10 mol · L-1（高敏， 2016） 。武雁軍（ 2007）指出噴施5 mmol · L-1SA 可提高厚皮甜瓜的抗寒性，而 7.5 mmol · L-1SA 和 0.75 mmol · L-1 ABA 適用于抗寒性強的品種， 0.5 mmol · L-1ABA 適用于抗寒性弱的品種。受低溫影響的甜瓜果實中腐胺、精胺以及亞精胺含量顯著下降（李天來 等， 2009） 。而外源亞精胺可提高甜瓜幼苗細胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增強抗低溫能力，但亞精胺緩解甜瓜幼苗低溫脅迫傷害具有劑量效應，以 0.25 mg · L-1或 1 mmol · L-1效果最佳（ Ghaziantafrishi et al.， 2017；張永平 等， 2017） 。外源多胺同樣可緩解黃瓜冷害，且精胺效果優(yōu)于亞精胺。此外，外源尸胺可通過提高黃瓜葉片可溶性物質(zhì)和保護酶活性增強黃瓜幼苗的耐低溫性（曹玉杰， 2014） 。 0.1 mg · L-1和 0.1 mol · L-1油菜素甾醇可分別提高西瓜和黃瓜幼苗的耐低溫性 （范小玉， 2012； 徐曉昀 等， 2016） ； 6-BA 可提高絲瓜和西瓜幼苗的耐低溫性， 分別以 30 mg · L-1（方基建， 2010）和 25 mg · L-1（劉曉輝， 2014）效果最佳。 （ 3）非酶促抗氧化物質(zhì)：非酶促抗氧化劑是指具有抗氧化作用的小分子化合物，如抗壞血酸和褪黑素。劉曉輝（ 2014）指出外源噴施抗壞血酸可降低低溫對西瓜幼苗的傷害，以 50 mg · L-1效果最佳。外源噴施 200 mmol · L-1褪黑素可通過降低甜瓜葉片銨態(tài)氮含量和促進滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，降低膜質(zhì)過氧化水平，從而增加對亞低溫的適應性（高青海 等， 2016a） ；同時褪黑素亦通過調(diào)控 AsA-GSH 和光合電子傳遞鏈提高甜瓜葉片光合作用和抗氧化能力， 加速恢復冷脅迫的傷害 （ Zhao et al.， 2016； Zhang et al.， 2017b） 。 （ 4）其他外源物質(zhì)：黃瓜葉面噴施 1 mmol · L-1NaHS 可促進 H2S 合成，減輕低溫對光合機構(gòu)李 猛，呂亭輝，邢巧娟，齊紅巖 . 瓜類蔬菜耐低溫性評價與調(diào)控研究進展 . 園藝學報， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 1767 的傷害，提高抗氧化酶活性，從而提高耐低溫性（周超凡 等， 2016， 2018） 。黃瓜、苦瓜和南瓜噴施一氧化氮供體（ SNP） 0.2 mmol · L-1（張政委 等， 2018） 、 0.5 mmol · L-1（杜卓濤 等， 2016b）和 0.1 mmol · L-1（吳旭紅 等， 2016）可提高抗氧化酶活性，促進滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成，從而提高抗低溫脅迫能力。以 0.6%殼聚糖溶液、 150 mg · L-1乙酰水楊酸和富氫水（ H2）浸種分別可提高西瓜、甜瓜和黃瓜苗期的耐低溫性（梁明珠和郭尚， 2009；張紅， 2013；劉豐嬌 等， 2017） 。 3.3 農(nóng)藝措施 3.3.1 低溫鍛煉 植物通過短期暴露在非結(jié)冰溫度下完成冷馴化可提高其自身的抗冷性（ John et al.， 2016） 。如西瓜苗期 10 處理 4 d 即可獲得最大耐低溫性（劉文革 等， 2004） ；甜瓜幼苗定植前經(jīng)晝 /夜溫度25 30 /10 處理 7 10 d 可提升其抗逆性（楊立澤， 2004） ，其主要的生理機制是：一方面經(jīng)過低溫鍛煉，甜瓜幼苗中 SOD、 POD 活性升高，抑制了丙二醛的生成和電解質(zhì)滲透率的上升，使得幼苗對低溫的敏感程度降低，從而獲得較高的抗寒能力（李建明 等， 2007） 。另一方面甜瓜葉片膜結(jié)構(gòu)對低溫產(chǎn)生了適應，同時葉片中可溶性糖及可溶性蛋白等代謝產(chǎn)物含量升高，增強了耐低溫性（ Shang et al.， 2015） 。但是不同程度的低溫鍛煉對瓜類蔬菜幼苗耐低溫能力的提升程度不同，需要對適宜的鍛煉溫度和時間進行篩選。 3.3.2 嫁接 通過嫁接能顯著提高瓜類蔬菜的耐低溫性（ Justus & Kubota， 2010；周芝君， 2016） 。相關(guān)研究主要集中在耐低溫砧木的篩選和機理研究兩方面。瓜類蔬菜嫁接砧木以南瓜為主，如黑籽南瓜和白籽南瓜（孫世君 等， 2017） 、 圣砧 1 號 （張燕 等， 2016）等，少量為葫蘆等（王朋成 等， 2017） 。瓜類蔬菜耐低溫砧木的篩選方法與耐低溫評價的方法類似，如甜瓜（呂星光 等， 2016） 、黃瓜（ Xu et al.， 2017） 、苦瓜（杜卓濤 等， 2016a） 、西瓜（王萍 等， 2017）等。嫁接主要通過提高根系統(tǒng)活力，改善水分和養(yǎng)分的吸收，調(diào)節(jié)光合效率和水分的關(guān)系，強化抗氧化防御系統(tǒng)，增強激素信號以及促進大量 mRNA、小分子 RNAs 和蛋白質(zhì)的長距離運輸以提高抗逆性（ Rouphael et al.， 2018） 。嫁接后， 甜瓜接穗葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì) （可溶性糖、 可溶性蛋白、 游離脯氨酸） 含量和抗氧化酶 （ SOD、CAT、 POD）活性顯著高于自根苗，較好地保持了細胞膜的完整性；同時與耐冷相關(guān)的基因（ CAT、APX、 GolS1、 ERF1、 DREB1、 NAC、 bZIP2）的相對表達量上調(diào)，從而提高了甜瓜的耐低溫性（李瑤， 2014） 。 3.3.3 增施磷鉀肥、微量元素和CO2氣肥 研究表明增施磷（ P） 、鉀（ K） 、鉬（ Mo） 、硼（ B）等肥料對提高作物耐低溫性效果顯著（ Evans et al.， 2015； Nie et al.， 2015） 。適宜濃度的 NH4H2PO4（ 9 mmol · L-1）和 KNO3（ 1.5 mmol · L-1）可顯著提高絲瓜壯苗指數(shù)，降低冷害指數(shù)（方基建， 2010） 。西瓜增施 B 肥和 P 肥可顯著提高苗期的耐低溫性，其中 B 在降低丙二醛含量，提升游離脯氨酸含量和 POD 活性方面效果更佳，而 P 在降低電解質(zhì)滲透率和提升可溶性糖含量方面效果更好（譚斯坦， 2007） 。施 Mo 可提高黃瓜幼苗的滲透調(diào)節(jié)能力，增強耐低溫性（蔡歡， 2014） ；此外提高營養(yǎng)液中 Mg2+濃度可緩解黃瓜幼苗亞低溫脅迫（黃紅榮 等， 2017） 。在設(shè)施栽培中，增施 CO2（ 1 200 µL · L-1）氣肥可減弱甜瓜幼苗在低溫下膜脂過氧化程度，提高 POD、 CAT 等保護酶活性，進而提升耐低溫能力（趙冠艷， 2006） 。 3.3.4 添加益生菌群 研究表明低溫脅迫下黃瓜接種泡囊叢枝菌根（ Vesicular-arbuscularmycorrhizae， VA M）和叢枝菌根真菌 （ Arbuscular mycorrhizal fungi， AMF） 可通過提升磷的吸收增加耐低溫性 （ Ma et al.， 2015） 。Li Meng， Lü Tinghui， Xing Qiaojuan， Qi Hongyan. Research progress on evaluation and regulation of chilling tolerance in Cucurbitaceous vegetables. 1768 Acta Horticulturae Sinica， 2018， 45 (9)： 1761 1777. 西瓜幼苗 接種 AMF 可 提高根系活力，降低根系膜透性和丙二醛含量 ，同時激活保護酶活性，提高耐低溫性（陳可 等， 2013） 。黃瓜幼苗接種 VA M 可顯著促進生長；接種 AMF 可調(diào)節(jié)光合作用系統(tǒng)、抗氧化系統(tǒng)、內(nèi)源激素水平和礦質(zhì)元素吸收以及次級代謝產(chǎn)物合成等生理作用，進而提升對低溫的適應能力（ Chen et al.， 2013；馬俊， 2016） 。 4 展望 關(guān)于瓜類蔬菜耐低溫評價體系的研究相對較少，在建立體系時，應注意以下問題：瓜類蔬菜種質(zhì)資源豐富，例如甜瓜，包含 5 個亞種， 8 個變種，存在上萬種種質(zhì)資源（中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹研究所， 2000） ，應收集代表性種質(zhì)，樣本覆蓋范圍要足夠全面；切忌以單一指標進行定論，同時也要避免引入過多指標，避免功能冗余、增大試驗誤差。目前，缺少關(guān)于成株期或全生育期內(nèi)耐低溫評價的研究，</p>
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