祖麗皮耶·托合提麥麥提， 古麗孜葉·哈力克， 艾力江·麥麥提

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052； 2.新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200；3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052)

溫度是植物生長發(fā)育過程中非常重要的環(huán)境因子，而低溫是影響植物生長、農(nóng)作物產(chǎn)量與質(zhì)量的重要因素。低溫脅迫是植物生長發(fā)育過程中首要的非生物脅迫之一，包括冷害和凍害。低溫脅迫會(huì)直接損害植物的光合機(jī)制，植物生長受到抑制，嚴(yán)重時(shí)甚至死亡，造成作物減產(chǎn)。辣椒(L.)、茄子(L.)屬茄科，是原產(chǎn)于熱帶、亞熱帶地區(qū)的典型喜溫型蔬菜。辣椒最佳生長溫度是21～28 ℃，缺乏冷馴化機(jī)制，對(duì)冷應(yīng)激敏感。因此，低溫是限制辣椒生長的主要因素之一。辣椒在受到低溫脅迫時(shí)，體內(nèi)酶活性受到抑制，代謝、光合作用及干物質(zhì)積累等均受到不同程度的影響，嚴(yán)重影響產(chǎn)量及品質(zhì)，甚至發(fā)生凍害絕收。茄子是以苗木移栽為重要生產(chǎn)方式的反季節(jié)蔬菜之一，其生長發(fā)育的適宜溫度為22～30 ℃，對(duì)低溫非常敏感，低于15 ℃植株生長緩慢，低于5 ℃時(shí)莖葉會(huì)受到傷害。茄子在低溫脅迫時(shí)，出現(xiàn)幼苗葉片凈光合速率下降、超氧化物歧化酶(SOD)活性增大、脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)含量降低等現(xiàn)象。因此，研究低溫脅迫對(duì)辣椒、茄子幼苗的傷害機(jī)制，探索其抗寒性及制定抗寒預(yù)防、抵御措施，對(duì)提高辣椒、茄子抗寒性具有重要的理論和實(shí)踐意義。

海藻糖是一種可溶性非還原性雙糖，廣泛存在于低等植物中，在高等植物中含量較低，但卻發(fā)揮重要作用；它對(duì)生物獨(dú)特的抗脫水、抗冷凍、抗高滲的保護(hù)作用使其作為一種天然的非特異性生物保護(hù)物質(zhì)而備受關(guān)注。環(huán)境脅迫下，海藻糖主要作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)保持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，進(jìn)而在植物生長中起到抗逆作用。近年來有關(guān)外源海藻糖對(duì)環(huán)境脅迫下植物的生長、發(fā)育方面的作用已有很多研究。研究發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫下對(duì)黃瓜噴施適宜濃度的外源海藻糖，可顯著提升黃瓜體內(nèi)抗氧化酶活性，降低膜脂過氧化程度，進(jìn)而緩解低溫對(duì)黃瓜幼苗的傷害。劉旋等研究表明，低溫脅迫下通過澆注適宜濃度的外源海藻糖可有效提高玉米幼苗的抗低溫能力。有關(guān)在作物生產(chǎn)中施用外源海藻糖能夠提高作物抗冷性的報(bào)道很多，但外源海藻糖對(duì)低溫脅迫下茄果類蔬菜生長、生理方面的研究報(bào)道較少。本研究以辣椒、茄子幼苗為試驗(yàn)材料，在低溫脅迫下以海藻糖濃度為變量，常溫清水處理為對(duì)照，通過測定幼苗光合參數(shù)、光合色素、抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等，研究不同濃度外源海藻糖對(duì)低溫脅迫辣椒、茄子苗期光合作用及生理特性的影響，篩選出低溫脅迫下最佳海藻糖濃度處理，為辣椒、茄子生產(chǎn)中使用海藻糖提高其抗冷性提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年8月至2021年1月在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院進(jìn)行。以辣椒、茄子幼苗為試驗(yàn)材料，將幼苗置于塑料缽(口徑11.5 cm，高10 cm)中進(jìn)行培養(yǎng)，每缽1株。育苗基質(zhì)為草炭、蛭石、珍珠巖(體積比3 ∶1 ∶1)，選取長勢基本一致的健壯幼苗進(jìn)行海藻糖處理和低溫處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用海藻糖和溫度雙因素完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。當(dāng)幼苗具有4～5片真葉時(shí)，挑選長勢健壯且生長一致的辣椒、茄子幼苗各60株，每天噴2次不同濃度(0、5、10、20 mmol/L)的海藻糖溶液，噴施于葉片正反面至形成水珠為準(zhǔn)，總預(yù)處理3 d。然后將幼苗放入低溫4 ℃ 和常溫25 ℃ 的光照培養(yǎng)箱內(nèi)處理 5 d。試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理：CK(清水，25 ℃)，T1(0 mmol/L海藻糖，4 ℃)，T2(5 mmol/L海藻糖，4 ℃)，T3(10 mmol/L海藻糖，4 ℃)，T4(20 mmol/L海藻糖，4 ℃)。每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 光合參數(shù)的測定 選擇無云的晴天(09：00—12：00)，采用LI-6400便攜式光合儀(美國LI-COR公司)測定光合指標(biāo)，使用2 cm×3 cm紅藍(lán)光源葉室，光源強(qiáng)度為1 400 μmol/(m·s )，每個(gè)處理隨機(jī)選取3株，每株測定3張完全展開的成熟葉片，每張葉片重復(fù)測定3次。測定參數(shù)包括葉片凈光合速率[μmol/(m·s)]、蒸騰速率[mmol/(m·s)]、氣孔導(dǎo)度[mol/(m·s)]、胞間CO濃度(μmol/mol)。

1.3.2 光合色素含量的測定 采用王文杰等的二甲基亞砜法測定，用分光光度計(jì)測量3個(gè)波長(480、649、665 nm)的吸光度，分別計(jì)算葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量(mg/g)。

1.3.3 抗氧化物酶活性的測定 采用愈創(chuàng)木酚氧化法測定過氧化物酶(POD)活性，用紫外吸收法測定過氧化氫酶(CAT)活性，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑法測定。

1.3.4 丙二醛(MDA)含量的測定 采用硫代巴比妥酸顯色法測定MDA含量。

1.3.5 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的測定 采用苯酚法測定可溶性糖含量，用酸性茚三酮法測定脯氨酸含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

使用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度外源海藻糖對(duì)低溫脅迫下辣椒、茄子幼苗光合參數(shù)的影響

低溫脅迫5 d時(shí)，T1處理辣椒幼苗、、較CK分別下降89%、89%、88%，較CK增加8%(<0.05)；茄子幼苗、、較CK分別下降84%、47%、49%，較CK增加12%(<0.05)。經(jīng)不同濃度海藻糖處理后，辣椒和茄子的、、變化呈低促高抑的趨勢。T3處理，辣椒和茄子的、、均達(dá)到最大值，辣椒的、、較 T1處理分別增加83%、76%、86%，較CK減少2%(<0.05)；茄子的、、較CK分別增加81%、76%、73%，較CK減少12%(<0.05)。海藻糖濃度進(jìn)一步提高后辣椒和茄子的、、出現(xiàn)下降趨勢，保持較高水平(圖1)?？梢?，T3處理能夠有效提高低溫脅迫下辣椒、茄子幼苗的光合速率。

2.2 不同濃度外源海藻糖對(duì)低溫脅迫下辣椒、茄子幼苗葉片光合色素含量的影響

低溫脅迫5 d時(shí)，辣椒、茄子幼苗光合色素含量降低。T1處理下辣椒、茄子幼苗葉片中的葉綠素a、葉綠素a/b值都明顯降低；茄子總?cè)~綠素含量較CK減少了19%，辣椒總?cè)~綠素含量與CK無顯著差異。

T2、T3、T4處理下，辣椒、茄子的葉綠素a、類胡蘿卜素含量先升高后降低。辣椒葉綠素a含量在T3、T1處理間無顯著差異(>0.05)。辣椒、茄子葉綠素a含量在T2處理下達(dá)到最高(圖2-A)。在T3處理下，辣椒、茄子的葉綠素b含量較T1處理分別減少了74%、75%(圖2-B)；葉綠素a/b值達(dá)到最大值，較T1處理分別提高了79%、75%，差異顯著(<0.05，圖2-C)。T2處理辣椒總?cè)~綠素含量達(dá)到最高，T4處理茄子總?cè)~綠素含量最低(圖2-D)。辣椒類胡蘿卜素含量在各處理間無顯著差異，說明外源海藻糖對(duì)低溫脅迫抑制辣椒類胡蘿卜素合成的緩解能力有限；T1處理下茄子類胡蘿卜素含量較CK減少了20%，T2處理達(dá)到最大值，較T1處理增加了30% (圖2-E)。

2.3 不同濃度外源海藻糖對(duì)低溫脅迫下辣椒、茄子幼苗抗氧化物酶活性的影響

低溫脅迫5 d時(shí)，T1處理辣椒、茄子CAT活性較CK處理分別減少了25%、26%(<0.05)，POD活性與CK處理無顯著差異(>0.05)；辣椒SOD活性與CK處理無顯著差異(>0.05)，茄子SOD活性較CK處理減少了53% (圖3)。外源海藻糖預(yù)處理后低溫脅迫下3種抗氧化物酶活性呈先增后減的趨勢。T3處理辣椒、茄子POD、SOD、CAT活性均達(dá)到最大值。辣椒幼苗POD、SOD、CAT活性較T1處理分別增加49%、64%、23%；茄子幼苗POD、SOD、CAT活性較T1處理分別增加21%、59%、32%。T4處理抗氧化活物酶活性明顯下降，但總體仍高于T1處理。

2.4 不同濃度外源海藻糖對(duì)低溫脅迫下辣椒、茄子丙二醛(MDA)含量的影響

低溫脅迫5 d時(shí)，T1處理辣椒、茄子MDA含量分別較CK處理增加了3倍、8倍(<0.05)，且達(dá)到最高值(圖4)。外源海藻糖預(yù)處理后，低溫脅迫下辣椒、茄子MDA含量均呈“V”形曲線，分別在T3、T2處理下達(dá)到最低值，較T1處理分別降低了56%、80%(<0.05)。T4處理辣椒、茄子MDA含量逐漸升高，但仍比T1處理低。說明低溫脅迫促使辣椒、茄子幼苗葉片膜脂過氧化加劇，外源海藻糖處理顯著降低了葉片中MDA含量的積累。

2.5 不同濃度外源海藻糖對(duì)低溫脅迫下辣椒、茄子幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

低溫脅迫5 d時(shí)，T1處理辣椒和茄子的可溶性糖、脯氨酸含量明顯上升。辣椒可溶性糖、脯氨酸含量較CK分別增加61%、31%；茄子可溶性糖、脯氨酸含量較CK分別增加65%、44%(<0.05)。外源海藻糖預(yù)處理后低溫脅迫下辣椒、茄子幼苗葉片可溶性糖及脯氨酸含量變化均呈低促高抑的趨勢。辣椒的脯氨酸、可溶性糖含量在T2處理下達(dá)到最高，較T1處理分別增加了50%、47%(<0.05)；茄子可溶性糖含量在T3處理達(dá)到最高，脯氨酸含量在T2處理達(dá)到最高，分別較T1處理增加了50%、19% (<0.05)。兩者可溶性糖和脯氨酸含量在T4處理下均下降(圖5)。

3 討論與結(jié)論

光合作用是植物生長的物質(zhì)基礎(chǔ)，是一個(gè)對(duì)環(huán)境脅迫高度敏感的生理過程。低溫影響植物光合作用，其引起光合速率下降的因素有氣孔因素和非氣孔因素，當(dāng)、都下降，此時(shí)下降是主要由氣孔限制造成的；如果下降、升高，的下降是由非氣孔因素造成的。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，低溫脅迫下除了外，、、均下降，說明非氣孔因素是光合速率下降的主要原因，與崔波等在作物上的研究結(jié)果相同。外源海藻糖預(yù)處理后低溫脅迫下辣椒、茄子光合速率顯著提高，說明外源海藻糖能有效提高低溫脅迫下辣椒、茄子幼苗的光合作用。此試驗(yàn)結(jié)果與吳雪霞等的試驗(yàn)結(jié)果一致。

光合色素是植物在環(huán)境脅迫時(shí)反應(yīng)其光合能力的指示劑，并在一定程度上反映該植物的同化能力。前人研究發(fā)現(xiàn)，低溫使植物光合色素含量降低，從而抑制光合速率，影響植物生長。本試驗(yàn)中，低溫脅迫下辣椒葉綠素a含量與對(duì)照無顯著差異，茄子的葉綠素a含量較對(duì)照降低；辣椒、茄子的葉綠素b含量、葉綠素a/b值與對(duì)照無顯著差異。不同濃度外源海藻糖預(yù)處理后，辣椒、茄子在低溫脅迫下的葉綠素a含量在T2處理下達(dá)到最大值，濃度進(jìn)一步提高后葉綠素a含量逐漸下降；海藻糖處理下辣椒、茄子葉綠素b含量反而逐漸下降，在T3處理下達(dá)到最低值，濃度進(jìn)一步提高后含量恢復(fù)到T1水平；葉綠素a/b值在T3處理下達(dá)到最高，濃度進(jìn)一步提高后葉綠素a/b值與T1處理無顯著差異，葉綠素a/b值增大可能是由于海藻糖處理下葉綠素b的降解速度比葉綠素a大所致。葉綠素a/b值增大有利于反應(yīng)中心對(duì)光能的即時(shí)轉(zhuǎn)換，這也是辣椒、茄子適應(yīng)低溫環(huán)境的表現(xiàn)。

植物在低溫脅迫下會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧，而體內(nèi)的抗氧化酶起著清除活性氧的作用，防止膜脂過氧化。丙二醛是膜脂過氧化的產(chǎn)物之一，是細(xì)胞膜損傷的結(jié)果。本試驗(yàn)中，CK處理下辣椒、茄子幼苗MDA含量較低，低溫脅迫導(dǎo)致其含量增加，外源海藻糖處理下其含量顯著降低；T1處理下POD活性升高，SOD、CAT活性降低，外源海藻糖處理下其活性逐漸升高，說明外源海藻糖通過調(diào)節(jié)體內(nèi)的抗氧化酶類的活性，能有效清除植物體內(nèi)由于低溫脅迫而產(chǎn)生過量的活性氧。不同濃度外源海藻糖處理結(jié)果表明，T3處理辣椒、茄子的MDA含量達(dá)到較低值；POD、SOD、CAT活性均達(dá)到最高值。說明，T3處理更能防止膜脂過氧化加劇，降低MDA含量，提高抗氧化酶活性，減輕低溫對(duì)辣椒、茄子幼苗的傷害。

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)能反映植物適應(yīng)低溫的能力?？扇苄蕴呛透彼崾侵匾臐B透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其在低溫脅迫下的積累是植物對(duì)自身的一種保護(hù)反應(yīng)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，正常情況下辣椒、茄子的可溶性糖、脯氨酸含量較低，低溫脅迫下含量迅速增加，這與水稻、香蕉、辣椒等許多植物在低溫脅迫下的響應(yīng)一致。外源海藻糖預(yù)處理后，低溫脅迫下可溶性糖和脯氨酸含量呈先增后減的趨勢。茄子的可溶性糖含量在T3處理下達(dá)到最大值，辣椒的可溶性糖含量在T2處理下達(dá)到最大值，辣椒、茄子的脯氨酸含量在T2處理下達(dá)到最大值，出現(xiàn)這一結(jié)果的可能是由于海藻糖本身也是一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。因此，外源噴施適宜濃度的海藻糖后，辣椒、茄子體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)大量積累，以此來抵御低溫傷害。

綜上所述，適宜濃度的外源海藻糖能夠顯著提高辣椒、茄子的光合速率、抗氧化酶活性、可溶性糖和脯氨酸含量，降低膜脂過化產(chǎn)物MDA含量，增強(qiáng)細(xì)胞膜穩(wěn)定性，有效緩解低溫對(duì)辣椒、茄子幼苗生長的傷害，有利于辣椒、茄子幼苗的正常生長，且外源噴施濃度為5～10 mmol/L的海藻糖時(shí)，緩解低溫傷害效果最為顯著。