聶書(shū)明，杜中平，王麗慧，徐海勤

(青海省農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所/青海省蔬菜遺傳與生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016)

低溫弱光對(duì)辣椒葉片光合特性和生理特性的影響

聶書(shū)明，杜中平，王麗慧，徐海勤

(青海省農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所/青海省蔬菜遺傳與生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016)

本文以辣椒幼苗為材料，研究了低溫弱光(16 ℃/4 ℃，100 μmol·m-2·s-1)和低溫(16 ℃/4 ℃，300 μmol·m-2·s-1)對(duì)辣椒葉綠素含量、光合作用、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和生理特性的影響。結(jié)果表明，當(dāng)?shù)蜏厝豕饣虻蜏靥幚頃r(shí)，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(xué)效率(Fv/Fm)和光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)都降低，但葉片胞間CO2濃度(Ci)增大；隨著低溫弱光或低溫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，降低越明顯，且低溫弱光處理下降幅度更大。不同的處理下，葉片MDA含量先降低后升高，低溫弱光處理下MDA含量高于低溫處理，葉片SOD和Pro含量都先升高后降低。綜合分析表明，低溫弱光處理對(duì)辣椒造成的傷害比低溫處理更為嚴(yán)重。

低溫弱光；辣椒；光合特性；生理特性

目前我國(guó)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(jì)效益高，但其對(duì)溫度的要求較高，由于日光溫室的性能特點(diǎn)，在冬春季生產(chǎn)茄果類蔬菜時(shí)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(jiàn)，其嚴(yán)重影響了冬季設(shè)施茄果類蔬菜作物的正常生長(zhǎng)，不但降低了蔬菜的產(chǎn)量與品質(zhì)，而且降低了蔬菜種植著的經(jīng)濟(jì)效益和積極性。已有研究表明，當(dāng)?shù)蜏厝豕饽婢齿^輕時(shí)，逆境使植物葉片氣孔關(guān)閉光合作用減弱；當(dāng)?shù)蜏厝豕饽婢齿^嚴(yán)重時(shí)，光合作用碳同化的關(guān)鍵酶RuBP羧化酶和其他一些酶的活性明顯下降，并進(jìn)一步減緩光合作用產(chǎn)物淀粉等的運(yùn)輸，造成對(duì)光合作用的反饋抑制，因而顯著降低了凈光合速率，導(dǎo)致植株生長(zhǎng)減慢，甚至停止生長(zhǎng)[1-2]。低溫弱光也使辣椒、黃瓜和番茄等活性氧代謝的平衡被破壞，造成活性氧過(guò)度積累，使植物膜脂過(guò)氧化程度和細(xì)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(duì)較強(qiáng)，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(qiáng)。

辣椒(CapsicumannuumL.)是茄科辣椒屬，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(guó)栽培面積最大的蔬菜種類之一，也是我國(guó)北方冬春季設(shè)施栽培的主要蔬菜之一，北方冬季市場(chǎng)供應(yīng)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(yán)重影響了辣椒的正常生長(zhǎng)。本文以青海省栽培面積最大的辣椒品種樂(lè)都長(zhǎng)辣椒為材料，系統(tǒng)研究了辣椒在低溫弱光或低溫脅迫下葉綠素含量、光合作用、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和部分生理特性的變化規(guī)律，以期探明低溫弱光或低溫對(duì)辣椒造成影響的原因和機(jī)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(yàn)材料

試驗(yàn)采用的辣椒品種為樂(lè)都長(zhǎng)辣椒，種子購(gòu)于青海豐綠種業(yè)有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

試驗(yàn)于2014年4-8月在青海省農(nóng)林科學(xué)院京青合作示范溫室基地2號(hào)溫室內(nèi)進(jìn)行。辣椒種子于28 ℃黑暗下催芽6 d，萌發(fā)后播種于盛有育苗基質(zhì)(主要成分為草炭和蛭石) 的穴盤中，待幼苗長(zhǎng)至4 葉1心時(shí)移入盛有栽培基質(zhì)(基質(zhì)配方為油菜秸稈∶小麥秸稈∶鋸末∶菇渣=3∶3∶2∶2)的栽培盆中(直徑10 cm，高度10 cm)，在幼苗長(zhǎng)至6片真葉時(shí)各處理選擇大小一致的植株 20 株，放入人工氣候箱中進(jìn)行處理。低溫弱光處理：溫度處理為16 ℃/4 ℃(白天/黑夜，12 h/12 h)，光強(qiáng)PDF為100 μmol·m-2·s-1；低溫處理溫度為16 ℃/4 ℃(白天/黑夜，12 h/12 h)，光強(qiáng)PDF為300 μmol·m-2·s-1；對(duì)照(CK)溫度為28 ℃/18 ℃(白天/黑夜，12 h/12 h)，光強(qiáng)PDF為600 μmol·m-2·s-1。其它條件常規(guī)管理。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 葉綠素含量測(cè)定 分別取各處理辣椒第4或5片功能葉使用CCM-200 plus 葉綠素測(cè)定儀進(jìn)行葉綠素相對(duì)含量的測(cè)定。每處理 10 次重復(fù)。

1.3.2 光合參數(shù)測(cè)定 采用ECA-PB0402光合測(cè)定儀測(cè)定各處理幼苗的第4或5片功能葉凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和細(xì)胞間隙CO2濃度(Ci) 。測(cè)定前各處理均在對(duì)照條件下恢復(fù)15 min，測(cè)定時(shí)光強(qiáng)為600 μmol·m-2·s-1，溫度為26 ℃，CO2濃度為360 μmol·mol-1，每處理 5 次重復(fù)。

1.3.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定 選擇與光合作用測(cè)定相同的辣椒葉片，測(cè)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(xué)猝滅系數(shù)(qP)。測(cè)定前辣椒葉片經(jīng)過(guò)暗適應(yīng)30 min，每處理5次重復(fù)。

1.3.4 辣椒葉片MDA、SOD和Pro含量的測(cè)定 采用MDA、SOD和Pro含量都采用南京建成生物科技有限公司的試劑盒進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用DPS 6.55軟件的Duncan法進(jìn)行方差分析與差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)辣椒葉片葉綠素含量的的影響

由圖1得出，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，辣椒葉片葉綠素含量呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，且隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，低溫處理葉綠素含量下降更明顯，在處理第6、12、18天時(shí)，低溫弱光處理和低溫處理分別比第6、12、18天的對(duì)照下降了7.7 %、13.7 %、41.3 %和23.5 %、30.4 %、38.7 %。

2.2 不同處理對(duì)辣椒葉片光合參數(shù)的的影響

從圖2可看出，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，辣椒葉片凈光合速率(Pn) 和蒸騰速率(Tr) 明顯下降，低溫弱光處理下降的更快，在處理18 d時(shí)，低溫處理和低溫弱光處理下的Pn和Tr分別為對(duì)照38.4 %、35.2 %和58.9 %、46.9 %。與Pn和Tr變化趨勢(shì)相反，辣椒葉片胞間CO2濃度(Ci) 隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸升高，在處理第6天時(shí)，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，到處理第18天時(shí)，低溫弱光和低溫處理下辣椒葉片的Ci都快速增加，分別比對(duì)照增加了20.2 %和17.5 %。

圖1 不同處理對(duì)辣椒葉片葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on the concentrations of chlorophyll in pepper leaves

圖2 不同處理對(duì)辣椒葉片Pn、Tr和Ci的影響Fig.2 Effects of different treatments on Pn，Tr and Ci in pepper leaves

2.3 不同處理對(duì)辣椒葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的的影響

從圖3得知，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，最小熒光Fo逐漸下降，且從處理第6天開(kāi)始，低溫弱光處理下辣椒的葉片F(xiàn)o下降的更明顯，到處理18 d時(shí)，低溫弱光和低溫處理下辣椒葉片的Fo分別比對(duì)照降低了30.5 %和24.8 %。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，辣椒葉片的Fm都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，從低溫處理第6天開(kāi)始，辣椒葉片的Fm迅速下降，到處理第18天時(shí)，低溫弱光和低溫處理下辣椒葉片的Fm分別比對(duì)照降低了21.3 %和23.7 %。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，辣椒葉片的Fv/Fm緩慢下降，低溫弱光處理下降的更明顯，到處理第18天時(shí)，低溫弱光和低溫處理下辣椒葉片的Fv/Fm分別為對(duì)照的81.7 %和73.5 %。在不同的處理下，辣椒葉片的qP也緩慢下降，且低溫弱光處理下降的更明顯，在處理第6、12、18天時(shí)，低溫弱光處理和低溫處理分別比第6、12、18天在的對(duì)照下降了18.6 %、20.7 %、33.7 %和8.8 %、13.4 %、26.9 %。

圖3 不同處理對(duì)辣椒葉片F(xiàn)o、Fm、Fv/Fm和qP的影響Fig.3 Effects of on different treatments on Fo, Fm, Fv/Fm and qP in pepper leaves

圖4 不同處理對(duì)辣椒葉片MDA、SOD和Pro的影響Fig.4 Effects of different treatments on MDA，SOD and Pro in pepper leaves

2.4 不同處理對(duì)辣椒葉片MDA、SOD和Pro含量的影響

從圖4可看出，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，辣椒葉片的MDA含量先降低后升高，從處理第6天開(kāi)始到18 d，MDA含量一直升高，且低溫弱光處理MDA的含量高于低溫處理，到處理第18天時(shí)，低溫弱光和低溫處理下辣椒葉片的MDA含量分別比對(duì)照增加了26.8 %和43.7 %。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，辣椒葉片的SOD含量先升高后降低，從處理第6天開(kāi)始到18 d，SOD含量一直降低，且低溫處理下SOD的含量高于低溫弱光處理，到處理第18天時(shí)，低溫弱光和低溫處理下辣椒葉片的SOD含量分別比對(duì)照降低了8.2 %和16.0 %。在不同處理下，辣椒葉片的Pro含量先升高后降低，從處理第6天開(kāi)始，Pro含量迅速降低，且低溫處理Pro的含量高于低溫弱光處理，到處理第18天時(shí)，低溫弱光和低溫處理下辣椒葉片的Pro含量分別比對(duì)照降低了22.4 %和16.9 %。

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(guò)程，而且也是衡量植物耐逆性的重要指標(biāo)之一[8]。本研究表明，隨著低溫和低溫弱光處理時(shí)間的延長(zhǎng)，辣椒葉片葉綠素含量呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，且隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，低溫處理下葉綠素含量下降更明顯。逆境脅迫導(dǎo)致植物光合速率降低的原因包括氣孔和非氣孔因素[9-11]，本文在低溫弱光脅迫下，辣椒葉片凈光合速率明顯降低，辣椒葉片Pn和Tr下降，且低溫弱光處理下降的更快，而Ci升高，表明辣椒幼苗葉片光合速率下降的原因主要是非氣孔因素，如RuBP羧化受限制、無(wú)機(jī)磷限制、光化學(xué)機(jī)構(gòu)受到破壞和光合產(chǎn)物運(yùn)輸減慢等原因減緩了整個(gè)光合作用途徑的運(yùn)行，從而阻礙了光能對(duì)CO2的利用，結(jié)果造成細(xì)胞間隙CO2積累[12-13]。這與低溫弱光導(dǎo)致黃瓜和番茄等光合速率降低的研究結(jié)果相一致[2-3]。本研究Fo、Fm、Fv/Fm和qP在低溫或低溫弱光脅迫下都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且從低溫處理第6天開(kāi)始，下降速度加快，表明剛開(kāi)始逆境時(shí)可能造成天線的熱耗散增加且發(fā)生了部分光抑制，隨著逆境處理時(shí)間的延長(zhǎng)，F(xiàn)v/Fm迅速下降，逆境可能使葉片部分光合機(jī)構(gòu)遭受破壞，導(dǎo)致最大光化學(xué)效率下降，進(jìn)一步使Pn下降，且使Pn不能恢復(fù)。

MDA是膜脂過(guò)氧化主要產(chǎn)物之一，是反映細(xì)胞膜傷害程度的重要指標(biāo)。本研究中，低溫或低溫弱光脅迫前6 d均導(dǎo)致辣椒葉片中MDA含量的降低，SOD和Pro的含量都升高，表明剛開(kāi)始遭遇逆境脅迫時(shí)，辣椒葉片細(xì)胞中的各種保護(hù)機(jī)制迅速啟動(dòng)，如抗冷基因、抗冷信號(hào)途徑啟動(dòng)或加強(qiáng)、活性氧清除的各種膜(如SOD)和參透調(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(dāng)?shù)蜏鼗虻蜏厝豕饷{迫時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)時(shí)，MDA的含量迅速增加，SOD和Pro的含量都降低，可能由于辣椒細(xì)胞中的活性氧含量繼續(xù)增加，已超過(guò)SOD等抗氧化酶的清除能力，導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化(MDA含量的增加)，導(dǎo)致膜系統(tǒng)或其他細(xì)胞器官的損傷，最終導(dǎo)致辣椒的保護(hù)機(jī)制被嚴(yán)重破壞，而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和Tr下降，Ci濃度上升，引起Pn下降的原因是非氣孔因素。Fo、Fm、Fv/Fm和qP都下降。隨著低溫或低溫弱光脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，MDA的含量先降低后升高，SOD和Pro的含量都先升高后降低。各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，低溫弱光處理對(duì)辣椒幼苗的傷害程度大于低溫對(duì)辣椒的傷害。

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(責(zé)任編輯 陳 虹)

Effects of Photosynthesis Characteristics and Physiological Characteristics of Pepper Seedlings under Low Temperature and Weak Light Stress

NIE Shu-ming, DU Zhong-ping, WANG Li-hui, XU Hai-qin

(Qinghai Key of Vegetable Genetics and Physiology of Research Institute of Horticulture, Qinghai Academy of Agriculture and Forestry, Qinghai Xiling 810016,China)

Taken pepper seedlings as tested materials, the effects of low temperature and weak light(16 ℃/4 ℃，100 μmol·m-2·s-1) and low temperature (16 ℃/4 ℃，300 μmol·m-2·s-1) stress on the chlorophyll content，gas exchange parameters，chlorophyll fluorescence parameters and physiological characteristics of pepper seedlings leaves were studied．The results showed that total chlorophyll (Chl T) content, photosynthetic rate(Pn), transpiration rate(Tr), initial fluorescence(Fo), maximum fluorescence (Fm), the maximum photochemical efficiency (Fv/Fm) and photochemical quenching coefficient(qP) of pepper seedling leaves were declined，but intercellular CO2concentration(Ci) was increased under low temperature and weak light or low temperature stress．With the extension of processing time, the reduction of various indexs of low temperature and weak light were more serious than that of low temperature stress. Under different treatments, the MDA contents of pepper leaves were decreased firstly and then increased, MDA contents under low temperature and weak light were higher than that under low temperature stress, and SOD and Pro contents of leaves pepper were firstly increased and then decreased. Comprehensive analysis showed that the damage of pepper seedling by low temperature and weak light treatment were more serious than that by low temperature treatment.

Low temperature and weak light；Pepper；Photosynthesis characteristics；Physiological characteristics

1001-4829(2016)10-2319-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.10.012

2015-09-10

青海大學(xué)中青年科研基金項(xiàng)目“低溫弱光脅迫對(duì)辣椒光合熒光特性及生理特性的影響研究”(2013-QNY-7)

聶書(shū)明(1981-)，男，甘肅兩當(dāng)人，副研究員，碩士，主要從事蔬菜生理與栽培工作，E-mail：nieshuming@163.com。

S63

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