胡晨曦,李子恒,張云虹,張林巧,祁建波,張 瑛,周如美,張永泰,張永吉 *
(1.江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所,江蘇 揚州 225007;2.揚州農(nóng)科農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司,江蘇 揚州 225007)
【研究意義】辣椒(Capsicum annuumL.)是我國種植面積最大的蔬菜,喜溫喜光,對低溫弱光較為敏感,溫度低于 15 ℃ 或光強低于 200 μmol·m?2·s?1均會抑制其生長發(fā)育,進而導致減產(chǎn)[1?3]。近年來,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)鍵問題有助于提高辣椒收成的產(chǎn)量與質(zhì)量?!厩叭搜芯窟M展】研究表明,不同品種辣椒對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,對低溫弱光耐性較強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指標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、莖粗等生長指標降幅較小,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),是辣椒進行正常生長發(fā)育的基礎(chǔ)[10]。呂曉菡和柴偉國[11]比較了低溫弱光下4種不同來源辣椒幼苗光合參數(shù)和葉綠素熒光參數(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淬滅系數(shù)、光響應曲線等參數(shù),因此可用這些指標進行鑒定篩選。研究表明,不同品種辣椒在苗期和成株期對低溫弱光的耐性表現(xiàn)較為一致,因此利用苗期生長和生理指標進行低溫弱光的耐性鑒定不僅有較高的準確性,而且操作方便、耗時短、見效快[12, 13]?!颈狙芯壳腥朦c】上述研究大多從生長或光合的單一角度來分析不同品種辣椒幼苗對低溫弱光的響應,有關(guān)兩者在低溫弱光下的相互關(guān)系還有待進一步研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究以6個不同品種辣椒幼苗為材料,研究了低溫弱光對其生長和光合特性的影響,旨在為選育耐低溫弱光的辣椒品種提供理論依據(jù)。
試驗所用辣椒品種為:茄門甜椒、科技之光9號、?;?號、揚椒5號、巨無霸5號和蘇椒5號,其中茄門甜椒為低溫敏感品種。各品種來源見表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),穴盤為50孔標準穴盤。
表1 辣椒品種及來源Table 1 Pepper cultivars and sources
試驗于2021年4月在江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系揚州邗江蔬菜綜合示范基地進行。辣椒種子浸種催芽后播種于裝好基質(zhì)的穴盤中并置于育苗溫室內(nèi)進行育苗,其他管理同一般設(shè)施蔬菜育苗管理,當幼苗長至四葉一心時(播種后35 d),選擇長勢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)進行試驗。試驗采用2因素隨機區(qū)組設(shè)計,設(shè)置正常溫光[CK,溫度為25 ℃ /15 ℃ (晝/夜),光照強度為 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),光照強度為 100 μmol·m?2·s?1,光周期為 12 h/12 h(晝/夜)]2個溫光處理(處理 5 d)以及茄門甜椒(C1)、科技之光9號(C2)、?;?號(C3)、揚椒5號(C4)、巨無霸5號(C5)和蘇椒5號(C6)6個品種處理,共12個處理,每個處理設(shè)3次重復,每個重復50株幼苗。
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6個低溫弱光處理進行冷害指數(shù)統(tǒng)計,每個低溫弱光處理統(tǒng)計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個冷害等級,0級:無明顯癥狀;1級:植株第1、2葉葉緣失水,其他無明顯冷害癥狀;2級:植株第1、2葉葉緣失水嚴重,第3葉葉緣略失水,心葉無明顯冷害癥狀;3級:植株第1、2葉葉緣出現(xiàn)脫水斑,第3葉葉緣嚴重失水,心葉略失水;計算冷害指數(shù),冷害指數(shù)=Σ(各級株數(shù)×級數(shù))/(總株數(shù)×最高級別數(shù))。
1.3.2 生長指標 溫光處理結(jié)束后,每個處理設(shè)3個重復,每個重復隨機選取10株幼苗,測定株高、莖粗和葉面積等指標,并將地上和地下部分開,于105 ℃殺青10 min后75 ℃烘干至恒重,測定各部分干重。
1.3.3 光合參數(shù) 溫光處理結(jié)束后,每個處理在生長指標選取的辣椒幼苗之外設(shè)3個重復,每個重復隨機選取10株幼苗,選取辣椒幼苗生長點下方第1片功能葉,參考董喬等[14]的方法采用便攜式光合速率測定儀LI-6400(美國LI-COR公司)測定葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導度(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)定光強為 1000 μmol·m?2·s?1,胞間 CO2濃度為 380 μmol·mol?1,溫度為 25 ℃,相對濕度為 75%。
1.3.4 葉綠素熒光參數(shù) 溫光處理結(jié)束后,在光合參數(shù)測定完成后,選擇與光合參數(shù)測定相同的辣椒葉片(設(shè)3個重復,每重復10株幼苗),參考王振華等[15]的方法采用便攜式葉綠素熒光儀PAM-2500(德國WALZ公司)測定葉綠素熒光參數(shù)。測量前先將葉片暗適應30 min,開啟測量光測得初始熒光產(chǎn)量(Fo),再由飽和脈沖光測得最大熒光產(chǎn)量(Fm)。然后打開光化學光,強度為 300 μmol·m?2·s?1,測定實際熒光產(chǎn)量(F')、光適應下的最大熒光產(chǎn)量(Fm')和光適應下的最小熒光產(chǎn)量(Fo'),并按如下公式計算最大光化學效率(Fv/Fm)=(Fm?Fo)/Fm,實際光化學效率(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),光化學淬滅系數(shù)(qP)=(Fm'?F')/(Fm'?Fo'),非光化學淬滅系數(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)和葉綠素熒光參數(shù)測定完成后,選擇與光合參數(shù)和葉綠素熒光參數(shù)測定相同的辣椒葉片(取3個重復,每重復10株幼苗)。參考鞏雪峰等[16]的方法測定葉片葉綠素含量。取0.2 g鮮葉,加入20 mL體積分數(shù)80%的丙酮,密封后于室溫下避光浸提24 h,取上清液,用分光光度計分別測定645 nm和663 nm的吸光值A(chǔ)645和A663,并按如下公式計算葉綠素含量: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)。
采用 Excel 2010 對數(shù)據(jù)進行處理,SPSS 19.0 對數(shù)據(jù)進行方差分析和差異顯著性檢驗,并采用SigmaPlot12.5 作圖。
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指標,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,溫光處理和品種對辣椒幼苗株高和地下部干重存在顯著的互作效應,說明低溫弱光下?lián)P椒5號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,但揚椒5號受到的抑制作用要小于其他品種。
表2 低溫弱光對不同品種辣椒幼苗生長指標的影響Table 2 Effects of low temperature and reduced light on growth of pepper seedlings
辣椒幼苗受低溫弱光的傷害程度可以用冷害指數(shù)來表示。6個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),說明低溫弱光對茄門甜椒的傷害最大,對揚椒5號的傷害最小。
圖1 低溫弱光對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
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,而揚椒5號在低溫弱光下能維持葉片較強的光合能力。
圖2 低溫弱光對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
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,而揚椒5號在低溫弱光下能維持葉片較強的光能利用率。
圖3 低溫弱光對不同品種辣椒幼苗葉片葉綠素熒光參數(shù)的影響Fig.3 Effects of treatment on leaf chlorophyll fluorescence parameters of pepper seedlings
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,而揚椒5號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的光合特性。
圖4 低溫弱光對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
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相關(guān),F(xiàn)v/Fm和qP與冷害指數(shù)呈顯著負相關(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狀況。
表3 低溫弱光下冷害指數(shù)和生長指標與光合參數(shù)和葉綠素熒光參數(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
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指標,從而抑制了辣椒幼苗的生長,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,各品種生長指標的降低幅度表現(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,說明揚椒5號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狀況。
葉片的光合作用是維持植物生長發(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,低溫弱光顯著提高了葉片Ci,說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,說明揚椒5號在低溫弱光下能維持葉片較強的光合能力。植物葉片對光能的利用效率通常情況下可以用葉綠素熒光參數(shù)的變化來表示[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,說明揚椒5號在低溫弱光下能維持葉片較強的光能利用率。PSII所吸收的光能中熱耗散的部分通常用NPQ來表示,而低溫弱光下?lián)P椒5號的NPQ要小于其他品種,從而進一步說明了揚椒5號在低溫弱光下能維持葉片較強的光能利用率。
葉綠素是植物吸收利用光能、進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,說明揚椒5號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)呈顯著負相關(guān),與植株干重呈顯著正相關(guān),說明葉片維持較強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狀況。
研究表明,不同品種辣椒在苗期和成株期對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,開展不同品種辣椒幼苗對低溫弱光耐性的鑒定是選育耐低溫弱光辣椒品種的一個重要途徑。本研究結(jié)果表明,對低溫弱光耐性較強的辣椒品種具有更好的幼苗生長狀況以及較強的葉片光合性能,因此可用這些指標來進行鑒定篩選。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和光合特性,而揚椒5號能通過維持葉片較強的光合特性來緩解低溫弱光對其生長的抑制,因此具有較強的耐性,可作為耐低溫弱光品種進行推廣。