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        甜(辣)椒耐低溫弱光種質(zhì)資源的篩選利用

        2019-12-17 03:13:32嚴(yán)立斌孟雅寧張紅肖范妍芹
        蔬菜 2019年12期
        關(guān)鍵詞:耐低溫弱光耐受性

        嚴(yán)立斌,孟雅寧,張紅肖,范妍芹

        (河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,河北 石家莊 050051)

        辣椒(Capsicum annuumL.)是冬春季栽培的主要蔬菜之一,栽培期間經(jīng)常遭受不同程度的低溫弱光脅迫,并對(duì)辣椒的生長(zhǎng)、光合、碳代謝、酶活性和干物質(zhì)積累產(chǎn)生不同程度的影響,低溫弱光環(huán)境已成為影響冬春甜(辣)椒優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的限制因素。在冬季和早春低溫弱光照的環(huán)境下,如何篩選耐受性甜(辣)椒品種已成為目前亟待解決的問(wèn)題。本試驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室苗期低溫弱光鑒定與試驗(yàn)地低溫寡照條件下甜(辣)椒植株耐受性鑒定篩選相結(jié)合的方法,比較不同品種甜(辣)椒耐低溫弱光的差異,篩選耐低溫弱光甜(辣)椒資源,為甜(辣)椒穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn),抗逆生理育種提供理論依據(jù)。

        1 材料和方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        12個(gè)甜(辣)椒供試材料均由河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供,以迅馳為耐低溫弱光對(duì)照品種,以茄門為不耐低溫弱光對(duì)照品種,分別按T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、CK1和CK2進(jìn)行編號(hào)(表1),其中T1、T3、T4、T5、T6、T8、CK2為甜椒試材,T2、T7、T9、T10、CK1為辣椒試材。

        1.2 試驗(yàn)方法

        1.2.1 實(shí)驗(yàn)室苗期低溫弱光鑒定篩選試驗(yàn)

        將12份甜(辣)椒試驗(yàn)材料于2018年9月5日播種,種子播前先用55~60 ℃溫水浸種20~30 min,不停地?cái)嚢璨⒎磸?fù)搓洗,洗凈種子表皮上的黏液;再用1%硫酸銅浸種5 min,用清水沖洗3~5遍;再用10%磷酸三鈉浸種15 min,用清水沖洗3~5遍后,繼續(xù)用常溫清水浸泡6~8 h,播于72孔的育苗盤內(nèi),育苗場(chǎng)地為塑料大棚,在棚室四周通風(fēng)處設(shè)置350 μm防蟲網(wǎng),依照常規(guī)生產(chǎn)方法管理,保證幼苗長(zhǎng)勢(shì)良好。

        當(dāng)甜(辣)椒幼苗長(zhǎng)至4葉1心時(shí)移入到人工氣候箱處理〔溫度誤差±0.5 ℃,培養(yǎng)條件為光強(qiáng)4 000~5 000 lx、光照時(shí)間8 h/d、溫度15 ℃(晝)/5 ℃(夜)〕[1],進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的低溫弱光處理。分別于處理后0、7、14、21 d,選取功能葉(上數(shù)第3~4葉)進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定,采用完全隨機(jī)排列,均設(shè)3次重復(fù)(每個(gè)重復(fù)24株),每個(gè)重復(fù)稱取功能葉0.1 g進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。

        1.2.2 試驗(yàn)地低溫弱光鑒定篩選試驗(yàn)

        12份甜(辣)椒試驗(yàn)材料播種時(shí)間及管理方法同上,10月10日定植于河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所大河試驗(yàn)基地日光溫室中,3次重復(fù),行株距為60 cm×40 cm,小區(qū)面積為12 m2,采用隨機(jī)區(qū)組排列。采用遮陽(yáng)網(wǎng)、放風(fēng)等措施人為創(chuàng)造低溫寡照條件。

        表1 甜辣椒供試材料名稱及編號(hào)

        1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

        1.3.1 實(shí)驗(yàn)室苗期冷害指數(shù)的測(cè)定

        參照文獻(xiàn)[2]中的冷害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),將甜(辣)椒幼苗在低溫弱光逆境下的傷害程度劃分為5級(jí)。0級(jí):無(wú)明顯癥狀;1級(jí):第1、2葉葉緣失水,其他無(wú)明顯冷害癥狀;2級(jí):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):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;4級(jí):第1、2葉脫水斑連接成片,葉片萎蔫,第3葉出現(xiàn)脫水斑,心葉嚴(yán)重失水;5級(jí):全部葉片萎蔫,幼苗在常溫下不能恢復(fù)。分別在處理后14、21 d時(shí),統(tǒng)計(jì)試材的傷害程度級(jí)別,計(jì)算冷害指數(shù)〔∑(各級(jí)株數(shù)×級(jí)數(shù))/(總株數(shù)×最高級(jí)數(shù))〕。

        1.3.2 實(shí)驗(yàn)室苗期生理指標(biāo)的測(cè)定方法

        丙二醛(MDA)的測(cè)定用TBA法[3];質(zhì)膜透性的測(cè)定用電導(dǎo)法[4],以相對(duì)電解質(zhì)滲出率表示;可溶性蛋白的測(cè)定用考馬斯亮藍(lán)G-250法[4];脯氨酸的測(cè)定用酸性茚三酮比色法[5];CAT活性測(cè)定采用紫外分光光度法[3];SOD活性測(cè)定采用NBT(氮藍(lán)四唑)光化還原法[3]。

        1.3.3 試驗(yàn)地環(huán)境條件的測(cè)定方法

        利用邯鄲市若騰電子科技有限公司生產(chǎn)的空氣溫濕光照記錄儀(型號(hào)為:YM-18)、智能多點(diǎn)土壤溫度記錄儀(型號(hào)為:YM-04),對(duì)試驗(yàn)地環(huán)境條件進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè),根據(jù)氣候條件適時(shí)調(diào)節(jié)遮陽(yáng)網(wǎng)、放風(fēng)等措施,創(chuàng)造低溫寡照的環(huán)境條件。

        1.3.4 試驗(yàn)地各生物學(xué)指標(biāo)的測(cè)定方法

        甜(辣)椒生長(zhǎng)期間及時(shí)對(duì)植株的現(xiàn)蕾期、開花期、始花節(jié)位、開花數(shù)、坐果期、坐果數(shù)、株高、株幅、生長(zhǎng)勢(shì)、始收期、果實(shí)橫縱徑長(zhǎng)度、單果質(zhì)量及產(chǎn)量等指標(biāo)進(jìn)行記錄和測(cè)定。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 實(shí)驗(yàn)室低溫弱光脅迫下不同甜(辣)椒幼苗冷害指數(shù)的鑒定分析

        試驗(yàn)材料幼苗在低溫弱光條件下,處理14 d和21 d的植株冷害指數(shù)分別為0.028~0.215和0.031~0.361(表2),14 d部分品種的葉片開始發(fā)生變形、皺縮,隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),功能葉緣部分下垂和萎蔫;而脅迫21 d后各品種間冷害指數(shù)出現(xiàn)明顯的差異,變化幅度較大,表明本研究選用的甜(辣)椒試材耐低溫弱光能力差異較大。其中,T1、T2、T3、T4和T5的植株冷害指數(shù)與CK1(耐低溫弱光對(duì)照)相近,表明T1、T2、T3、T4和T5耐低溫弱光性較強(qiáng)。12個(gè)試材受冷為害表現(xiàn)由小到大依次為:冀研105、冀研108號(hào)、冀研20號(hào)、冀研16號(hào)、金皇冠、迅馳、L20、T49、L12、富康、L30、茄門。

        2.2 實(shí)驗(yàn)室低溫弱光脅迫下甜(辣)椒幼苗6個(gè)生理指標(biāo)的鑒定分析

        通過(guò)對(duì)低溫弱光脅迫下參試材料耐低溫弱光性鑒定、評(píng)價(jià)(表3),處理7 d后,供試材料的各個(gè)生理指標(biāo)均有不同程度的增加,說(shuō)明在低溫弱光處理?xiàng)l件下,植株自身保護(hù)系統(tǒng)開啟,通過(guò)調(diào)節(jié)酶活、滲透率、脯氨酸和可溶性蛋白的含量使其達(dá)到平衡。但不同品種增加幅度不同,通過(guò)對(duì)這6種生理指標(biāo)的測(cè)定,可初步判斷供試材料的耐低溫弱光性。

        表2 低溫弱光下不同甜(辣)椒幼苗冷害指數(shù)的變化

        表3 甜(辣)椒耐低溫弱光條件下6個(gè)生理指標(biāo)的變化

        SOD、CAT作為內(nèi)源活性氧清除劑,能夠在低溫逆境中清除過(guò)量的活性氧,維持其代謝平衡,保持膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,從而減輕或消除傷害。經(jīng)低溫弱光處理的葉片SOD、CAT兩個(gè)酶活0 d到21 d的差值高于耐低溫弱光對(duì)照CK1的供試材料則為耐低溫弱光品種。根據(jù)2個(gè)酶活測(cè)定結(jié)果,SOD酶活:冀研108號(hào)>冀研105>金皇冠;CAT酶活:冀研105>冀研108號(hào)>冀研16號(hào)>冀研20號(hào)。

        可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸是植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),它們能夠增加胞內(nèi)的溶質(zhì)濃度,降低細(xì)胞的冰點(diǎn),防止細(xì)胞過(guò)度脫水,從而降低對(duì)細(xì)胞的傷害??扇苄缘鞍踪|(zhì)和脯氨酸0 d到21 d的差值高于耐低溫弱光CK1則為耐低溫弱光品種,測(cè)定結(jié)果顯示,可溶性蛋白質(zhì):冀研105>冀研108號(hào)>冀研20號(hào)>冀研16號(hào);脯氨酸:冀研108號(hào)>金皇冠>冀研20號(hào)>冀研105>冀研16號(hào)。

        MDA含量與滲透率的高低是膜脂過(guò)氧化程度的重要標(biāo)志。在低溫弱光脅迫過(guò)程中,滲透率、MDA變幅越大,細(xì)胞膜透性越大,對(duì)植物膜傷害也越大;因此,MDA含量與滲透率0 d到21 d的差值低于耐低溫弱光CK1為耐低溫弱光品種,測(cè)定結(jié)果顯示,MDA含量:冀研105>冀研108號(hào)>冀研20號(hào)>冀研16號(hào);滲透率:冀研20號(hào)>冀研108號(hào)>冀研105>金皇冠>冀研16號(hào)。

        綜合6個(gè)生理指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果,初步認(rèn)定耐低溫弱光品種排序?yàn)椋杭窖?05>冀研108號(hào)>冀研20號(hào)>冀研16號(hào)>金皇冠。

        綜合幼苗冷害指數(shù)及各生理指標(biāo)鑒定分析結(jié)果,將各供試材料耐受性由高到低排序?yàn)榧窖?05、冀研108號(hào)、冀研20號(hào)、冀研16號(hào)、金皇冠、迅馳、L20、T49、L30、茄門、L12、富康。

        2.3 試驗(yàn)地低溫寡照條件下甜(辣)椒植株耐受性的鑒定分析

        2.3.1 試驗(yàn)地環(huán)境條件的測(cè)定分析

        2.3.1.1 試驗(yàn)地空氣溫度、濕度和光照強(qiáng)度的測(cè)定分析

        選取大部分植株進(jìn)入現(xiàn)蕾—開花期、開花—坐果期、坐果—果實(shí)膨大期等3個(gè)時(shí)間段中具有代表性的3 d(10月20日、11月20日、12月20日),對(duì)其日出前、正午及正午前后、日落后、午夜等6個(gè)變化差異大、具有代表性的時(shí)間段(6:22、11:22、12:22、13:22、18:22、0:22)進(jìn)行空氣溫度、濕度和光照強(qiáng)度的測(cè)定分析(圖1)。日光溫室內(nèi)溫度最低為12月20日6:22的12.7℃,最高為10月20日12:22的25.7 ℃;日光溫室內(nèi)空氣濕度變化較大,白天最低為10月20日11:22,相對(duì)濕度為45.75%,夜間最高達(dá)100%;光照時(shí)間為8~10 h,光照強(qiáng)度白天最高在10月20日12:22的7 485 lx,最弱在12月20日11:22的4 785 lx。結(jié)果表明:空氣溫度基本穩(wěn)定在12~25 ℃,空氣濕度在50%~100%,光照強(qiáng)度在0~7 500 lx,基本符合低溫寡照的環(huán)境條件。

        2.3.1.2 試驗(yàn)地土壤溫度的測(cè)定分析

        選取午夜、日出前、正午前后及日落后具有代表性的4個(gè)時(shí)間段(0:48、6:48、12:48、18:48),土壤溫度相對(duì)恒定且根系主要分布的3個(gè)土壤深度(10、15、20 cm),以及距日光溫室前坡100 cm、后墻100 cm的2個(gè)差異位置,共6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行土壤溫度的測(cè)定分析(圖2)。白天前坡溫度為16.58~19.40 ℃,后墻溫度在15.20~19.40 ℃;夜間前坡溫度在16.20~19.80 ℃,后墻溫度在15.90~19.60 ℃。結(jié)果表明:土壤溫度全天變化平穩(wěn),基本維持在15 ℃以上,基本符合甜(辣)椒根系生長(zhǎng)的環(huán)境條件。

        2.3.2 試驗(yàn)地植株各項(xiàng)生物學(xué)性狀指標(biāo)的鑒定分析

        對(duì)植株的現(xiàn)蕾期、開花期、始花節(jié)位、坐果期、開花數(shù)、坐果數(shù)、株高、株幅、莖粗、果實(shí)橫縱徑長(zhǎng)度、單果質(zhì)量及產(chǎn)量等各項(xiàng)生物學(xué)性狀指標(biāo)以及各甜椒、辣椒品種特性進(jìn)行綜合分析鑒定(表4),各試驗(yàn)材料現(xiàn)蕾期在10月19—23日、開花期在10月25—30日,T3現(xiàn)蕾期、開花期均最早,T7、T8、T9現(xiàn)蕾期最晚,T7、T8、T9、CK1開花期最晚;始花節(jié)位在7.1~10.3節(jié),T7最早,CK1最晚;坐果期在11月5—12日,基本屬于同一熟性的品種。

        調(diào)查分析結(jié)果顯示,辣椒株型高大,開花數(shù)量可達(dá)23個(gè),其中T2、CK1坐果數(shù)量均達(dá)13個(gè),T7、T9、T10均坐7個(gè)果,單果質(zhì)量在57.8~96.7 g,667 m2產(chǎn)量在1 029.1~1 538.1 kg。甜椒株型較小,開花數(shù)量為15個(gè),其中T1、T3、T4、T5、T8均坐果7個(gè),T6、CK2均坐果5個(gè),單果質(zhì)量在112.2~231.8 g,產(chǎn)量在1 193.7~1 866.5 kg。綜合鑒定結(jié)果表明:各供試材料耐受性排序?yàn)榧窖?05、冀研108號(hào)、冀研20號(hào)、迅馳、冀研16號(hào)、金皇冠、L20、T49、L30、L12、富康、茄門;其中低溫弱光耐受性相對(duì)較好的品種有:冀研105、冀研108號(hào)、冀研20號(hào)、迅馳、冀研16號(hào)、金皇冠。

        圖1 試驗(yàn)地空氣溫度、濕度和光照強(qiáng)度的測(cè)定

        圖2 試驗(yàn)地土壤溫度的測(cè)定

        3 結(jié)論與討論

        綜合實(shí)驗(yàn)室苗期低溫弱光鑒定篩選與試驗(yàn)地低溫寡照條件下甜(辣)椒植株耐受性鑒定篩選結(jié)果可知:在實(shí)驗(yàn)室苗期低溫弱光鑒定中,12個(gè)參試品種低溫弱光耐受性由強(qiáng)到弱順序?yàn)椋杭窖?05、冀研108號(hào)、冀研20號(hào)、冀研16號(hào)、金皇冠、迅馳、L20、T49、L30、茄門、L12、富康;試驗(yàn)地低溫寡照條件下,12個(gè)參試品種植株耐受性由強(qiáng)到弱順序?yàn)椋杭窖?05、冀研108號(hào)、冀研20號(hào)、迅馳、冀研16號(hào)、金皇冠、L20、T49、L30、L12、富康、茄門;其室內(nèi)外鑒定結(jié)果基本一致。利用實(shí)驗(yàn)室苗期低溫弱光鑒定篩選與試驗(yàn)地低溫寡照條件下甜(辣)椒植株耐受性鑒定篩選相結(jié)合的方法,可快速、準(zhǔn)確地篩選鑒定甜(辣)椒耐低溫弱光種質(zhì)資源。

        表4 甜(辣)椒植株各項(xiàng)生物學(xué)性狀調(diào)查

        我國(guó)設(shè)施甜(辣)椒育種起步較晚,進(jìn)展緩慢,沒(méi)有對(duì)適宜設(shè)施栽培的種質(zhì)資源及優(yōu)異育種材料逆境適應(yīng)能力進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠、快速鑒定的評(píng)價(jià)體系。尤其是對(duì)甜(辣)椒耐低溫弱光性機(jī)理、機(jī)制的研究沒(méi)有找到可靠的鑒定指標(biāo)。低溫弱光直接影響了辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育,其影響程度主要與品種耐性有關(guān),在相同的低溫寡照環(huán)境條件下,其植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)健壯、生殖發(fā)育正常、能夠正常開花坐果、產(chǎn)量穩(wěn)定,在一定程度上可以反映出該品種具有一定的耐低溫弱光能力。低溫弱光環(huán)境條件下,植株內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列的生理生化變化,有研究認(rèn)為[6],類胡蘿卜素、光合色素與甜(辣)椒耐性也有關(guān)系,類胡蘿卜素越高,品種的耐性越強(qiáng)。而本試驗(yàn)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室苗期低溫弱光鑒定技術(shù)與試驗(yàn)地低溫寡照生態(tài)環(huán)境條件下甜(辣)椒植株耐受性鑒定技術(shù)相結(jié)合的方法,根據(jù)植株苗期生理鑒定指標(biāo)與植株形態(tài)指標(biāo)、生物學(xué)性狀相結(jié)合進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析,篩選低溫寡照耐受性好的優(yōu)異資源,為選育適宜日光溫室冬季生產(chǎn)的優(yōu)良品種奠定基礎(chǔ)。

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