低溫弱光對(duì)不同品種辣椒幼苗生長(zhǎng)和光合特性的影響

胡晨曦，李子恒，張?jiān)坪?，張林巧，祁建波，?瑛，周如美，張永泰，張永吉 *

（1.江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 揚(yáng)州 225007；2.揚(yáng)州農(nóng)科農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225007）

0 引言

【研究意義】辣椒（Capsicum annuumL.）是我國(guó)種植面積最大的蔬菜，喜溫喜光，對(duì)低溫弱光較為敏感，溫度低于 15 ℃ 或光強(qiáng)低于 200 μmol·m?2·s?1均會(huì)抑制其生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而導(dǎo)致減產(chǎn)[1?3]。近年來(lái)，由于霧霾天氣、連陰雨天氣和極端低溫天氣頻繁出現(xiàn)的影響，辣椒生產(chǎn)中的低溫弱光脅迫概率增加，產(chǎn)量和品質(zhì)因而下降，嚴(yán)重制約了辣椒的高效栽培和反季節(jié)生產(chǎn)[4?7]。因此，解決辣椒生產(chǎn)中克服低溫弱光逆境的關(guān)鍵問(wèn)題有助于提高辣椒收成的產(chǎn)量與質(zhì)量。【前人研究進(jìn)展】研究表明，不同品種辣椒對(duì)低溫弱光的耐性存在顯著差異[6, 8]，因此選育耐低溫弱光的辣椒品種是解決上述問(wèn)題的重要途徑。何勇等[9]的研究表明，低溫弱光能顯著提高辣椒幼苗的冷害指數(shù)，不同耐性品種的冷害指數(shù)存在顯著差異，對(duì)低溫弱光耐性較強(qiáng)的品種具有較低的冷害指數(shù)。高晶霞等[6]的研究表明，不同品種辣椒幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)受低溫弱光的影響存在顯著差異，其中耐低溫弱光品種的株高、莖粗等生長(zhǎng)指標(biāo)降幅較小，適宜在生產(chǎn)中示范推廣。光合作用的同化積累提供了辣椒90%以上的干物質(zhì)，是辣椒進(jìn)行正常生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)[10]。呂曉菡和柴偉國(guó)[11]比較了低溫弱光下4種不同來(lái)源辣椒幼苗光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的差異，結(jié)果表明，耐低溫弱光的辣椒材料具有更好的光合特性。王春萍等[8]的結(jié)果表明，耐低溫弱光的辣椒幼苗具有較高的光化學(xué)淬滅系數(shù)、光響應(yīng)曲線等參數(shù)，因此可用這些指標(biāo)進(jìn)行鑒定篩選。研究表明，不同品種辣椒在苗期和成株期對(duì)低溫弱光的耐性表現(xiàn)較為一致，因此利用苗期生長(zhǎng)和生理指標(biāo)進(jìn)行低溫弱光的耐性鑒定不僅有較高的準(zhǔn)確性，而且操作方便、耗時(shí)短、見(jiàn)效快[12, 13]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】上述研究大多從生長(zhǎng)或光合的單一角度來(lái)分析不同品種辣椒幼苗對(duì)低溫弱光的響應(yīng)，有關(guān)兩者在低溫弱光下的相互關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究以6個(gè)不同品種辣椒幼苗為材料，研究了低溫弱光對(duì)其生長(zhǎng)和光合特性的影響，旨在為選育耐低溫弱光的辣椒品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用辣椒品種為：茄門(mén)甜椒、科技之光9號(hào)、海花3號(hào)、揚(yáng)椒5號(hào)、巨無(wú)霸5號(hào)和蘇椒5號(hào)，其中茄門(mén)甜椒為低溫敏感品種。各品種來(lái)源見(jiàn)表1。供試基質(zhì)為江蘇興農(nóng)基質(zhì)科技有限公司生產(chǎn)的育苗專用基質(zhì)，穴盤(pán)為50孔標(biāo)準(zhǔn)穴盤(pán)。

表1 辣椒品種及來(lái)源Table 1 Pepper cultivars and sources

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2021年4月在江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系揚(yáng)州邗江蔬菜綜合示范基地進(jìn)行。辣椒種子浸種催芽后播種于裝好基質(zhì)的穴盤(pán)中并置于育苗溫室內(nèi)進(jìn)行育苗，其他管理同一般設(shè)施蔬菜育苗管理，當(dāng)幼苗長(zhǎng)至四葉一心時(shí)（播種后35 d），選擇長(zhǎng)勢(shì)較為整齊的幼苗移入RXZ智能型人工氣候箱（寧波江南儀器廠）進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)采用2因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置正常溫光[CK，溫度為25 ℃ /15 ℃ （晝/夜），光照強(qiáng)度為 300 μmol·m?2·s?1，光周期為 12 h/12 h（晝/夜）]和低溫弱光 [T，溫度為 15 ℃ /5 ℃（晝/夜），光照強(qiáng)度為 100 μmol·m?2·s?1，光周期為 12 h/12 h（晝/夜）]2個(gè)溫光處理（處理 5 d）以及茄門(mén)甜椒（C1）、科技之光9號(hào)（C2）、?；?號(hào)（C3）、揚(yáng)椒5號(hào)（C4）、巨無(wú)霸5號(hào)（C5）和蘇椒5號(hào)（C6）6個(gè)品種處理，共12個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)50株幼苗。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 冷害指數(shù) 溫光處理結(jié)束后，參照王春萍等[2]的方法分別對(duì)6個(gè)低溫弱光處理進(jìn)行冷害指數(shù)統(tǒng)計(jì)，每個(gè)低溫弱光處理統(tǒng)計(jì)150株辣椒幼苗。根據(jù)辣椒幼苗受低溫弱光傷害程度將其分為5個(gè)冷害等級(jí)，0級(jí)：無(wú)明顯癥狀；1級(jí)：植株第1、2葉葉緣失水，其他無(wú)明顯冷害癥狀；2級(jí)：植株第1、2葉葉緣失水嚴(yán)重，第3葉葉緣略失水，心葉無(wú)明顯冷害癥狀；3級(jí)：植株第1、2葉葉緣出現(xiàn)脫水斑，第3葉葉緣嚴(yán)重失水，心葉略失水；計(jì)算冷害指數(shù)，冷害指數(shù)=Σ（各級(jí)株數(shù)×級(jí)數(shù)）/（總株數(shù)×最高級(jí)別數(shù)）。

1.3.2 生長(zhǎng)指標(biāo) 溫光處理結(jié)束后，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取10株幼苗，測(cè)定株高、莖粗和葉面積等指標(biāo)，并將地上和地下部分開(kāi)，于105 ℃殺青10 min后75 ℃烘干至恒重，測(cè)定各部分干重。

1.3.3 光合參數(shù) 溫光處理結(jié)束后，每個(gè)處理在生長(zhǎng)指標(biāo)選取的辣椒幼苗之外設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取10株幼苗，選取辣椒幼苗生長(zhǎng)點(diǎn)下方第1片功能葉，參考董喬等[14]的方法采用便攜式光合速率測(cè)定儀LI-6400（美國(guó)LI-COR公司）測(cè)定葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間二氧化碳濃度（Ci）等光合參數(shù)。光合儀參數(shù)設(shè)定光強(qiáng)為 1000 μmol·m?2·s?1，胞間 CO2濃度為 380 μmol·mol?1，溫度為 25 ℃，相對(duì)濕度為 75%。

1.3.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù) 溫光處理結(jié)束后，在光合參數(shù)測(cè)定完成后，選擇與光合參數(shù)測(cè)定相同的辣椒葉片（設(shè)3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)10株幼苗），參考王振華等[15]的方法采用便攜式葉綠素?zé)晒鈨xPAM-2500（德國(guó)WALZ公司）測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。測(cè)量前先將葉片暗適應(yīng)30 min，開(kāi)啟測(cè)量光測(cè)得初始熒光產(chǎn)量（Fo），再由飽和脈沖光測(cè)得最大熒光產(chǎn)量（Fm）。然后打開(kāi)光化學(xué)光，強(qiáng)度為 300 μmol·m?2·s?1，測(cè)定實(shí)際熒光產(chǎn)量（F'）、光適應(yīng)下的最大熒光產(chǎn)量（Fm'）和光適應(yīng)下的最小熒光產(chǎn)量（Fo'），并按如下公式計(jì)算最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）=（Fm?Fo）/Fm，實(shí)際光化學(xué)效率（ΦPSII）=（Fm'?F'）/Fm'，電子傳遞速率（ETR）=ΦPSII×PAR×0.5×0.84（PAR為光合有效輻射），光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）=（Fm'?F'）/（Fm'?Fo'），非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）=Fm/Fm'?1。

1.3.5 葉綠素含量 溫光處理結(jié)束后，在光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定完成后，選擇與光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定相同的辣椒葉片（取3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)10株幼苗）。參考鞏雪峰等[16]的方法測(cè)定葉片葉綠素含量。取0.2 g鮮葉，加入20 mL體積分?jǐn)?shù)80%的丙酮，密封后于室溫下避光浸提24 h，取上清液，用分光光度計(jì)分別測(cè)定645 nm和663 nm的吸光值A(chǔ)645和A663，并按如下公式計(jì)算葉綠素含量：葉綠素a含量（mg·g?1）=（12.71 A663?2.59 A645）V/1000m，葉綠素 b含量（mg·g?1）=（22.88 A645?4.67 A663）V/1000m，總?cè)~綠素含量（mg·g?1）=葉綠素a含量+葉綠素b含量，其中V為提取液體積（mL），m為葉片鮮重（g）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，SPSS 19.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)，并采用SigmaPlot12.5 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫弱光對(duì)不同品種辣椒幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

與正常溫光（CK）相比較，低溫弱光（T）顯著降低了不同品種辣椒幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)，且不同品種的降低幅度存在顯著差異，降低幅度表現(xiàn)為：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1（表2）。低溫弱光下，不同品種辣椒幼苗株高分別降低23.88%（C1）、12.50%（C2）、20.68%（C3）、9.50%（C4）、18.11%（C5）和14.15%（C6），莖粗 分別降 低19.45%（C1）、10.58%（C2）、17.61%（C3）、8.27%（C4）、14.31%（C5）和12.26%（C6），葉面積分別降低15.44%（C1）、9.49%（C2）、13.86%（C3）、8.53%（C4）、10.86%（C5）和9.92%（C6），地上部干重分 別 降 低18.87%（C1）、10.13%（C2）、15.36%（C3）、7.05%（C4）、13.19%（C5）和11.49%（C6），地下部干重分別降低22.27%（C1）、10.32%（C2）、19.26%（C3）、8.03%（C4）、14.34%（C5）和11.31%（C6），植株干重分別降低19.29%（C1）、10.16%（C2）、15.83%（C3）、7.18%（C4）、13.34%（C5）和11.47%（C6）。此外，溫光處理和品種對(duì)辣椒幼苗株高和地下部干重存在顯著的互作效應(yīng)，說(shuō)明低溫弱光下?lián)P椒5號(hào)能維持較高的株高和地下部干重。以上結(jié)果表明，低溫弱光抑制了不同品種辣椒幼苗的生長(zhǎng)，但揚(yáng)椒5號(hào)受到的抑制作用要小于其他品種。

表2 低溫弱光對(duì)不同品種辣椒幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響Table 2 Effects of low temperature and reduced light on growth of pepper seedlings

2.2 低溫弱光對(duì)不同品種辣椒幼苗冷害指數(shù)的影響

辣椒幼苗受低溫弱光的傷害程度可以用冷害指數(shù)來(lái)表示。6個(gè)品種辣椒幼苗均受到了低溫弱光的傷害，冷害指數(shù)表現(xiàn)為：0.237（C4）＜0.289（C2）＜0.311（C6）＜0.347（C5） ＜0.427（C3） ＜0.452（C1）（圖1），說(shuō)明低溫弱光對(duì)茄門(mén)甜椒的傷害最大，對(duì)揚(yáng)椒5號(hào)的傷害最小。

圖1 低溫弱光對(duì)不同品種辣椒幼苗冷害指數(shù)的影響Fig.1 Effect of treatment on cold injury index of pepper seedlings

2.3 低溫弱光對(duì)不同品種辣椒幼苗葉片光合參數(shù)的影響

與正常溫光（CK）相比較，低溫弱光（T）顯著降低了不同品種辣椒幼苗葉片Pn、Gs和Tr，提高了Ci，且不同品種的降低（提高）幅度存在顯著差異，降低（提高）幅度表現(xiàn)為：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1（圖2）。低溫弱光下，不同品種辣椒幼苗葉片Pn分別降低27.39%（C1）、13.74%（C2）、25.59%（C3）、9.43%（C4）、19.33%（C5）和15.60%（C6），Gs分別降低25.19%（C1）、9.97%（C2）、23.51%（C3）、7.84%（C4）、16.31%（C5）和12.42%（C6），Tr分別降低18.15%（C1）、9.19%（C2）、16.10%（C3）、8.51%（C4）、13.12%（C5）和11.49%（C6），Ci分別提高18.28%（C1）、8.41%（C2）、15.68%（C3）、7.22%（C4）、13.08%（C5）和11.21%（C6）。以上結(jié)果表明，不同品種辣椒幼苗葉片的光合能力在低溫弱光下均有所降低，而揚(yáng)椒5號(hào)在低溫弱光下能維持葉片較強(qiáng)的光合能力。

圖2 低溫弱光對(duì)不同品種辣椒幼苗葉片光合參數(shù)的影響Fig.2 Effects of treatment on leaf photosynthetic parameters of pepper seedlings

2.4 低溫弱光對(duì)不同品種辣椒幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

與正常溫光（CK）相比較，低溫弱光（T）顯著降低了不同品種辣椒幼苗葉片F(xiàn)v/Fm、ΦPSII、ETR和qP，提高了NPQ，且不同品種的降低（提高）幅度存在顯著差異，降低（提高）幅度表現(xiàn)為：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1（圖3）。低溫弱光下，不同品種辣椒幼苗葉片F(xiàn)v/Fm分別降低28.73%（C1）、11.03%（C2）、26.34%（C3）、9.22%（C4）、18.14%（C5）和15.87%（C6），ΦPSII分 別 降 低25.54%（C1）、10.55%（C2）、23.52%（C3）、8.50%（C4）、17.75%（C5）和13.43%（C6），ETR分別降低22.29%（C1）、11.43%（C2）、17.06%（C3）、10.57%（C4）、14.19%（C5）和13.04%（C6），qP分別降低21.06%（C1）、9.65%（C2）、17.72%（C3）、9.14%（C4）、15.53%（C5）和12.43%（C6），NPQ分別提高20.35%（C1）、10.50%（C2）、17.27%（C3）、9.34%（C4）、14.76%（C5）和11.99%（C6）。以上結(jié)果表明，低溫弱光降低了不同品種辣椒幼苗葉片的光能利用率，而揚(yáng)椒5號(hào)在低溫弱光下能維持葉片較強(qiáng)的光能利用率。

圖3 低溫弱光對(duì)不同品種辣椒幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Fig.3 Effects of treatment on leaf chlorophyll fluorescence parameters of pepper seedlings

2.5 低溫弱光對(duì)不同品種辣椒幼苗葉片葉綠素含量的影響

與正常溫光（CK）相比較，低溫弱光（T）顯著降低了不同品種辣椒幼苗葉片葉綠素含量，且不同品種的降低幅度存在顯著差異，降低幅度表現(xiàn)為：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1（圖4）。低溫弱光下，不同品種辣椒幼苗葉片葉綠素a含量分 別 降 低28.36%（C1）、12.78%（C2）、25.13%（C3）、10.89%（C4）、19.67%（C5）和 16.63%（C6），葉綠素b含量分別降低34.98%（C1）、15.66%（C2）、28.69%（C3）、12.50%（C4）、23.27%（C5）和19.03%（C6），總?cè)~綠素含量分別降低29.96%（C1）、13.49%（C2）、25.99%（C3）、11.29%（C4）、20.55%（C5）和17.22%（C6）。此外，不同品種辣椒幼苗葉片葉綠素a/b在低溫弱光下略有上升，但差異不顯著。以上結(jié)果表明，不同品種辣椒幼苗葉片的葉綠素含量在低溫弱光下均有所降低，而揚(yáng)椒5號(hào)在低溫弱光下能維持葉片較高的葉綠素含量，有利于維持葉片較強(qiáng)的光合特性。

圖4 低溫弱光對(duì)不同品種辣椒幼苗葉片葉綠素含量的影響Fig.4 Effect of treatment on chlorophyll content in leaves of pepper seedlings

2.6 冷害指數(shù)和生長(zhǎng)指標(biāo)與光合和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的相關(guān)性分析

由表3可知，低溫弱光下Pn、Gs、Tr、ΦPSII和ETR與冷害指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與株高、莖粗、葉面積和植株干重呈顯著正相關(guān)，Ci和NPQ與株高、莖粗和植株干重呈顯著負(fù)相關(guān)，F(xiàn)v/Fm和qP與冷害指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與株高、莖粗和植株干重呈顯著正相關(guān)，表明葉片維持較強(qiáng)的光合特性能緩解幼苗受低溫弱光的傷害程度，有利于維持幼苗良好的生長(zhǎng)狀況。

表3 低溫弱光下冷害指數(shù)和生長(zhǎng)指標(biāo)與光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的相關(guān)性分析Table 3 Correlations among cold injury, plant growth, photosynthesis, and chlorophyll fluorescence of pepper seedlings under treatment

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，與正常溫光相比較，低溫弱光顯著降低了不同品種辣椒幼苗株高、莖粗、葉面積和植株干重等生長(zhǎng)指標(biāo)，從而抑制了辣椒幼苗的生長(zhǎng)，這與前人在辣椒[17]、番茄[18, 19]和黃瓜[20]上的研究結(jié)果相類似。同時(shí)，各品種生長(zhǎng)指標(biāo)的降低幅度表現(xiàn)不同，表現(xiàn)為：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1，這與冷害指數(shù)的表現(xiàn)相一致，說(shuō)明揚(yáng)椒5號(hào)在低溫弱光條件下受到的傷害較輕并能維持幼苗良好的生長(zhǎng)狀況。

葉片的光合作用是維持植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，因此低溫弱光下其光合能力的大小能夠反映辣椒幼苗耐性的強(qiáng)弱[21, 22]。本研究結(jié)果表明，與正常溫光相比較，低溫弱光顯著降低了不同品種辣椒幼苗葉片Pn、Gs和Tr，從而降低了葉片的光合能力。同時(shí)，低溫弱光顯著提高了葉片Ci，說(shuō)明光合作用的抑制是非氣孔因素造成的[23]。不同品種的降低幅度存在顯著差異，表現(xiàn)為：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1，說(shuō)明揚(yáng)椒5號(hào)在低溫弱光下能維持葉片較強(qiáng)的光合能力。植物葉片對(duì)光能的利用效率通常情況下可以用葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化來(lái)表示[24]。本研究結(jié)果表明，與正常溫光相比較，低溫弱光顯著降低了不同品種辣椒幼苗葉片F(xiàn)v/Fm、ΦPSII、ETR和qP，且不同品種的降低幅度存在顯著差異，表現(xiàn)為：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1，說(shuō)明揚(yáng)椒5號(hào)在低溫弱光下能維持葉片較強(qiáng)的光能利用率。PSII所吸收的光能中熱耗散的部分通常用NPQ來(lái)表示，而低溫弱光下?lián)P椒5號(hào)的NPQ要小于其他品種，從而進(jìn)一步說(shuō)明了揚(yáng)椒5號(hào)在低溫弱光下能維持葉片較強(qiáng)的光能利用率。

葉綠素是植物吸收利用光能、進(jìn)行光合作用的重要基礎(chǔ)[25]。本研究結(jié)果表明，與正常溫光相比較，低溫弱光顯著降低了不同品種辣椒幼苗葉片葉綠素含量，且不同品種的降低幅度存在顯著差異，表現(xiàn)為：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1，說(shuō)明揚(yáng)椒5號(hào)在低溫弱光下能維持葉片較高的葉綠素含量，有利于維持葉片較強(qiáng)的光合特性。此外，相關(guān)分析表明，低溫弱光下Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、ΦPSII、ETR和qP與冷害指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與植株干重呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明葉片維持較強(qiáng)的光合特性能緩解幼苗受低溫弱光的傷害程度，有利于維持幼苗良好的生長(zhǎng)狀況。

研究表明，不同品種辣椒在苗期和成株期對(duì)低溫弱光的耐性表現(xiàn)較為一致[12, 13]。此外，前人在黃瓜[26]和甜瓜[27]上也取得了類似的結(jié)果。因此，開(kāi)展不同品種辣椒幼苗對(duì)低溫弱光耐性的鑒定是選育耐低溫弱光辣椒品種的一個(gè)重要途徑。本研究結(jié)果表明，對(duì)低溫弱光耐性較強(qiáng)的辣椒品種具有更好的幼苗生長(zhǎng)狀況以及較強(qiáng)的葉片光合性能，因此可用這些指標(biāo)來(lái)進(jìn)行鑒定篩選。本研究結(jié)果能為選育耐低溫弱光的辣椒品種提供理論依據(jù)。

綜上所述，低溫弱光抑制了不同品種辣椒幼苗生長(zhǎng)和光合特性，而揚(yáng)椒5號(hào)能通過(guò)維持葉片較強(qiáng)的光合特性來(lái)緩解低溫弱光對(duì)其生長(zhǎng)的抑制，因此具有較強(qiáng)的耐性，可作為耐低溫弱光品種進(jìn)行推廣。