低溫弱光脅迫對辣椒葉片生理特性和光合特性的影響

常靜 郭磊 鞏在武

摘要：以辣椒幼苗為材料，研究低溫弱光[16 ℃/4 ℃，100 μmol/（m2·s）]和低溫[16 ℃/4 ℃，300 μmol/（m2·s）] 對辣椒葉綠素含量、光合作用、葉綠素熒光參數(shù)和生理特性的影響，為辣椒冬春設(shè)施生產(chǎn)中的溫、光、肥管理提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，當?shù)蜏厝豕饣虻蜏靥幚頃r，葉片葉綠素含量、凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、最大光化學效率（Fv/Fm）和光化學猝滅系數(shù)（qP）都降低，隨著低溫弱光和低溫處理時間的延長，降低越明顯，且低溫弱光處理下降幅度更大；但葉片胞間CO2濃度（Ci）增大。不同處理下，葉片丙二醛（MDA）含量呈逐漸升高趨勢，低溫弱光處理下MDA含量高于低溫處理，葉片超氧化物歧化酶（SOD）和脯氨酸（Pro）含量呈逐漸降低趨勢。結(jié)果表明，低溫弱光處理對辣椒造成的傷害比低溫處理更為嚴重。

關(guān)鍵詞：低溫弱光；辣椒；光合特性；生理特性；設(shè)施栽培

中圖分類號： S641.301文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）10-0113-03

目前我國北方冬季設(shè)施栽培以非加溫的節(jié)能日光溫室為主，其保溫性能有限，冬春季節(jié)溫室內(nèi)溫度較低，尤其在夜晚或連續(xù)雨雪天。喜溫性的茄果類蔬菜冬春季經(jīng)濟效益高，但其對溫度的要求較高，由于日光溫室的性能特點，在冬春季生產(chǎn)茄果類蔬菜時常遭遇低溫或低溫弱光等逆境條件，以低溫弱光逆境最為常見，嚴重影響了冬季設(shè)施茄果類蔬菜作物的正常生長，不但降低了蔬菜的產(chǎn)量與品質(zhì)，而且降低了蔬菜種植者的經(jīng)濟效益和積極性。已有研究表明，當?shù)蜏厝豕饽婢齿^輕時，逆境使植物葉片氣孔關(guān)閉、光合作用減弱；當?shù)蜏厝豕饽婢齿^嚴重時，光合作用碳同化的關(guān)鍵酶核酮糖二磷酸（RuBP）羧化酶和其他一些酶的活性明顯下降，并進一步減緩光合作用產(chǎn)物淀粉等的運輸，造成對光合作用的反饋抑制，因而顯著降低了凈光合速率，導致植株生長減慢，甚至停止生長[1-2]。低溫弱光也使辣椒、黃瓜和番茄等的活性氧代謝平衡被破壞，造成活性氧過度積累，使植物膜脂過氧化程度和細胞膜透性增大[3-6]。耐低溫品種能保持較高的色素含量，光能捕獲和利用能力相對較強，分配于光合作用的量子產(chǎn)量較高，用于非調(diào)節(jié)性熱能耗散的量子產(chǎn)量較低，因而光合作用能力和耐低溫能力較強。

辣椒（Capsicum annuum L.）屬于茄科辣椒屬，起源于中美洲和南美洲的熱帶與亞熱帶地區(qū)，為典型的喜溫性蔬菜，不耐低溫[7]，是我國栽培面積最大的蔬菜種類之一，也是我國北方冬春季設(shè)施栽培的主要蔬菜之一，北方冬季市場供應緊缺，生產(chǎn)效益好，但由于冬春季溫室內(nèi)經(jīng)常遭遇低溫弱光現(xiàn)象，嚴重影響了辣椒的正常生長，設(shè)施內(nèi)形成的低溫弱光逆境嚴重影響了植株正常的光合作用[7]。因此，開展低溫、弱光及鹽脅迫三重逆境下辣椒葉片的光合特性變化研究，可豐富辣椒復合逆境光合理論。本試驗以青海省栽培面積最大的辣椒品種樂都長辣椒為材料，系統(tǒng)研究了辣椒在低溫弱光和低溫脅迫下葉綠素含量、光合作用、葉綠素熒光參數(shù)和部分生理特性的變化規(guī)律，以期探明低溫弱光和低溫對辣椒造成影響的原因和機理，為耐低溫弱光辣椒品種的選育提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試辣椒品種為樂都長辣椒，由中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所辣椒育種課題組提供。試驗于2015年4—8月在南京信息工程大學環(huán)境科學與工程學院蔬菜花卉研究所玻璃溫室內(nèi)進行。種子經(jīng)5% NaClO消毒15 min后浸種4 h，然后置于鋪雙層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽。選擇發(fā)芽整齊一致的種子播入8 cm×8 cm塑料營養(yǎng)缽中，育苗基質(zhì)是體積比為2 ∶[KG-*3]1的草炭、蛭石復合基質(zhì)，基質(zhì)中加入膨化雞糞5 kg/m3和復合肥1.5 kg/m3。

1.2試驗設(shè)計與處理

辣椒種子于28 ℃避光催芽6 d，萌發(fā)后播種于盛有育苗基質(zhì)的穴盤中，待幼苗長至4葉1心時移入盛有栽培基質(zhì)（油菜秸稈、小麥秸稈、鋸末、菇渣體積比為3 ∶[KG-*3]3 ∶[KG-*3]2 ∶[KG-*3]2）的 10 cm×10 cm栽培盆中，在幼苗長至6片真葉時各處理選擇大小一致的20株植株，放入人工氣候箱中進行處理。低溫弱光處理為16 ℃/4 ℃（白天/黑夜，12 h/12 h），光強PDF為 100 μmol/（m2·s）；低溫處理溫度為16 ℃/4 ℃（白天/黑夜，12 h/12 h），光照度為300 μmol/（m2·s）；對照處理為28 ℃/18 ℃（白天/黑夜，12 h/12 h），光照度為 600 μmol/（m2·s），其他條件按常規(guī)管理。

1.3測定方法

1.3.1葉綠素含量測定分別取各處理辣椒第4或第5片功能葉使用CCM-200 plus 葉綠素測定儀進行葉綠素相對含量的測定，每個處理重復10次。

1.3.2光合參數(shù)測定采用ECA-PB0402光合測定儀測定各處理幼苗的第4或第5片功能葉凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）和細胞間隙CO2濃度（Ci） 。測定前各處理均在對照條件下恢復15 min，測定時光強為600 μmol/（m2·s），溫度為26 ℃，CO2濃度為360 μmol/mol，每個處理重復5次。

1.3.3葉綠素熒光參數(shù)測定選擇與光合作用測定相同的辣椒葉片，測定各處理的初始熒光 （Fo）、最大熒光 （Fm）、PSⅡ 的最大量子產(chǎn)率（Fv/Fm）和光化學猝滅系數(shù)（qP）。測定前辣椒葉片經(jīng)過30 min暗適應，每個處理重復5次。

1.3.4辣椒葉片MDA、SOD、Pro含量的測定均采用南京建成生物科技有限公司的試劑盒進行測定。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013進行數(shù)據(jù)處理，采用DPS 6.55軟件的Duncan法對數(shù)據(jù)進行方差分析和差異顯著性檢驗。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對辣椒葉片葉綠素含量的影響

由圖1可知，隨著處理時間的延長，辣椒葉片葉綠素含量呈現(xiàn)明顯下降的趨勢，且隨著處理時間的延長，低溫處理葉綠素含量下降更明顯；在6、12、18 d時，低溫處理和低溫弱光處理分別比對照下降了9.36%、3.52%、20.96%和21.83%、25.82%、31.33%。

2.2不同處理對辣椒葉片光合參數(shù)的影響

由圖2可知，隨著處理時間的延長，辣椒葉片凈光合速率（Pn） 和蒸騰速率（Tr） 明顯下降，低溫弱光處理下下降的更快，在處理18 d時，低溫處理和低溫弱光處理下的Pn和Tr分別比對照降低了21.92%、30.14%和18.72%、34.02%。與Pn和Tr變化趨勢相反，隨著處理時間的延長辣椒葉片胞間CO2濃度（Ci）逐漸升高，在處理6 d時，低溫弱光處理的辣椒葉片Ci迅速增加，而低溫處理下辣椒葉片的Ci緩慢增加，到處理18 d時，低溫和低溫弱光處理下辣椒葉片的Ci均快速增加，分別比對照增加了2.21%、3.33%。

2.3不同處理對辣椒葉片葉綠素熒光參數(shù)的影響

由圖3可知，隨著處理時間的延長，最小熒光Fo逐漸下降，且從處理6 d開始，低溫弱光處理下辣椒葉片的Fo下降更明顯，處理18 d時，低溫弱光和低溫處理下辣椒葉片的Fo分別比對照降低了40.02%、25.95%。隨著處理時間的延長，辣椒葉片的Fm均呈現(xiàn)下降趨勢，從低溫處理6 d開始，辣椒葉片的Fm迅速下降，到處理18 d時，低溫和低溫弱光處理下辣椒葉片的Fm分別比對照降低了20.25%、33.77%。隨著處理時間的延長，辣椒葉片的Fv/Fm緩慢下降，低溫弱光處理下降較明顯，處理18 d時，低溫和低溫弱光處理下辣椒葉片的Fv/Fm分別比對照下降了4350%、48.60%。在不同的處理下，辣椒葉片的qP也緩慢下降，且低溫弱光處理下下降得較明顯，在處理6、12、18 d時，低溫弱光處理和低溫處理分別比對照下降了9.79%、3135%、35.11%和9.79%、22.80%、30.75%。

2.4不同處理對辣椒葉片MDA、SOD、Pro含量的影響

由圖4可知，隨著處理時間的延長，辣椒葉片的MDA含量表現(xiàn)為升高趨勢，從處理6 d開始，MDA含量迅速升高，且低溫弱光處理MDA的含量高于低溫處理，到處理18 d時，低溫和低溫弱光處理下辣椒葉片的MDA含量分別比對照增加了13.01%、15.90%。隨著處理時間的延長，辣椒葉片的SOD含量呈逐漸降低的趨勢，從處理6 d開始，SOD含量降低較快，處理18 d時，低溫和低溫弱光處理下辣椒葉片的SOD含量分別比對照降低了33.82%、35.10%。在不同處理下，辣椒葉片的Pro含量大致呈逐漸降低趨勢，從處理6 d開始，Pro含量迅速降低，到處理18 d時，低溫和低溫弱光處理下辣椒葉片的Pro含量分別比對照降低了2564%、29.06%。

3討論

逆境脅迫下植物葉片葉綠素含量的高低不僅直接影響著植物的光合同化過程，而且也是衡量植物耐逆性的重要指標之一[8]。本研究結(jié)果表明，隨著低溫和低溫弱光處理時間的延長，辣椒葉片葉綠素含量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，且隨著處理時間的延長，低溫處理下葉綠素含量下降更明顯。逆境脅迫導致植物光合速率降低的原因包括氣孔和非氣孔因素[9-11]。本試驗在低溫弱光脅迫下，辣椒葉片凈光合速率明顯降低，辣

椒葉片Pn、Tr下降，且低溫弱光處理下降得更快，而Ci升高，表明辣椒幼苗葉片光合速率下降的主要原因是非氣孔因素，如RuBP羧化受限制、無機磷限制、光化學機構(gòu)受到破壞和光合產(chǎn)物運輸減慢等原因減緩了整個光合作用途徑的運行，從而阻礙了光能對CO2的利用，結(jié)果造成細胞間隙CO2積累[12-13]。這與低溫弱光導致黃瓜和番茄等光合速率降低的研究結(jié)果[2-3]一致。本研究中Fo、Fm、Fv/Fm、qP在低溫和低溫弱光脅迫下均呈下降趨勢，且從低溫處理6 d開始，下降速度加快，表明剛開始逆境時可能造成部分光抑制，隨著逆境處理時間的延長，F(xiàn)v/Fm迅速下降，逆境可能使葉片部分光合機構(gòu)遭受破壞，導致最大光化學效率下降，進一步使Pn下降，且使Pn不能恢復。

MDA是膜脂過氧化主要產(chǎn)物之一，是反映細胞膜傷害程度的重要指標[14]。本研究中，低溫和低溫弱光脅迫前6 d均導致辣椒葉片中MDA含量緩慢升高、SOD和Pro含量緩慢降低，表明剛開始遭遇逆境脅迫時，辣椒葉片細胞中的各種保護機制迅速啟動，如抗冷基因、抗冷信號途徑啟動或加強、活性氧清除的各種酶（如SOD）和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（如Pro）含量增加，這些都有利于辣椒抵御各種逆境脅迫。當?shù)蜏鼗虻蜏厝豕饷{迫時間進一步延長時，MDA的含量迅速增加，SOD、Pro的含量都迅速降低，可能是由于辣椒細胞中的活性氧含量繼續(xù)增加，已超過SOD等抗氧化酶的清除能力，導致膜脂過氧化（MDA含量增加），從而導致膜系統(tǒng)或其他細胞器官的損傷，最終導致辣椒的保護機制被嚴重破壞，失去抵御逆境的能力。

4結(jié)論

綜上所述，在低溫或低溫弱光處理后，辣椒葉片葉綠素含量降低，Pn、Tr下降，Ci濃度上升，引起Pn下降的主要原因是非氣孔因素。隨著低溫或低溫弱光脅迫時間的延長，F(xiàn)o、Fm、Fv/Fm、qP均下降；MDA含量呈上升趨勢，SOD、Pro含量呈逐漸降低趨勢。結(jié)果表明，低溫弱光處理對辣椒幼苗的傷害程度大于低溫對辣椒幼苗的傷害。

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