西瓜(Citrullus Lanatus)起源于非洲,属典型的喜温作物。近年来,我国西瓜日光温室及早春大棚等设施反季节栽培面积逐渐增加,然而低温天气经常危害西瓜生产,严重影响了西瓜幼苗的生长发育,进而影响到产量和品质。实践证明,采用适宜砧木嫁接是提高西瓜耐冷性的一项有效措施。本研究以筛选出的较强耐冷性的白籽南瓜“青研砧1号”(Cucurbita maxima×Cucurbita moschata)为砧木,低温敏感型西瓜自交系“97103”为接穗,对低温胁迫下嫁接苗的生理反应和蛋白质组学进行了研究,为嫁接技术在西瓜生产中的应用提供理论依据。主要研究结果如下:1.以14个不同西瓜砧木幼苗为试材,研究低温胁迫对西瓜砧木生理指标的影响,采用主成分分析、隶属函数法及聚类分析综合评价西瓜砧木的耐冷能力。结果表明,12个生理生化指标在参试的14份西瓜砧木间存在显著差异。运用主成分分析将12个西瓜砧木生理指标转换为5个相互独立的综合指标;通过隶属函数和聚类分析将14不同基因型砧木按照综合抗冷能力D值的大小划分为4类:黑籽南瓜为强抗冷品种;青研砧1号、京欣砧2号及强力1号为较抗冷品种;龙砧1号、根力神、勇砧1号、神力铁木砧、强根、西砧1号、比久、京欣砧1号等8个砧木品种为中抗冷品种;丰砧1号和安生为弱抗冷品种。综合评价结果与形态特征观察结果基本一致。2.以西瓜自根苗为对照,研究了以“青研砧1号”为砧木的西瓜嫁接苗在低温(11℃、9℃、7℃、5℃)胁迫下不同时间(1 d、3 d、5 d、7 d)的生理响应,探讨不同温度胁迫下西瓜幼苗的生理机制。结果表明,随胁迫温度程度增强、胁迫时间延长,西瓜自根苗和嫁接苗遭受低温伤害的程度逐渐加剧,以7℃和5℃处理表现最为明显。西瓜嫁接苗能够忍耐7℃ 5 d和5℃ 3 d的低温胁迫,而自根苗仅能忍耐7℃ 3 d和5℃ 1 d。随低温处理时间增加,西瓜幼苗叶片中叶绿素含量整体呈下降趋势;相对电导率和丙二醛含量显著增加;可溶性糖和脯氨酸先急剧上升后缓慢增加。11℃处理,西瓜幼苗叶片的CAT和SOD活性呈“升-降-升”的趋势;9℃、7℃及5℃等处理则呈先降低后升高趋势;不同程度低温胁迫,POD活性整体呈先降低后升高的变化趋势。整体而言,与自根苗相比,相同处理条件下嫁接苗可保持更多的叶绿素和渗透调节物质含量,更高的抗氧化酶活性。3.为探究西瓜嫁接苗耐冷性分子机制,采用相对和绝对定量同位素标记的定量蛋白质组学方法比较低温胁迫下自嫁苗和南瓜砧木嫁接苗叶片中蛋白质的表达。低温胁迫48 h后共鉴定出4796个低温响应蛋白质,其中752个为差异表达蛋白。基于生物信息学分析,与自嫁苗相比,南瓜砧木嫁接苗的耐冷性可能与通过光合作用、碳代谢和氧化磷酸化产生的更多能量有关;南瓜砧木嫁接苗可以通过提高活性氧清除能力和精氨酸生物合成来应对低温胁迫;在西瓜嫁接苗适应低温胁迫过程中,转录后调控和蛋白质动态平衡也起着重要作用;同时,在低温胁迫下南瓜砧木嫁接苗叶片中几个参与信号转导的蛋白激酶可能起到正调控作用。此外,通过植株表型、光合作用及膜损伤程度等生理指标与8个基因相对转录水平的分析也证实了蛋白组学结果是可靠的。综上所述,我们推测南瓜砧木嫁接提高西瓜的耐冷性可能通过以下几种策略应答低温胁迫:(1)信号转导中14-3-3蛋白和蛋白激酶等蛋白可能扮演正调节因子作用;(2)精氨酸合成、转录后调控和蛋白质动态平衡(核糖体、嘌呤代谢、mRNA监测及翻译后修饰)等代谢过程在西瓜嫁接苗应对低温胁迫起重要作用;(3)更高抗氧化酶活性和大量渗透调节物质的积累,从而提高ROS的清除能力;(4)具有更强的光合作用、稳定的碳代谢和更高的氧化磷酸化水平等代谢过程产生更多能量来应对低温胁迫。总之,我们通过生理学和蛋白质组学研究手段,分析了西瓜嫁接苗响应低温胁迫的应答机制,为深入研究西瓜嫁接苗耐冷机制提供了新的线索。