根區(qū)溫度對(duì)成株期辣椒生理特性的影響

廉 勇，包秀霞，劉湘萍，王 永，楊志剛，王葆生，崔世茂，張 明

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031；2.呼和浩特民族學(xué)院化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019；4.巴林右旗農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，內(nèi)蒙古巴林右旗 025150）

辣椒是我國(guó)居民日常生活中經(jīng)常食用的蔬菜品種，年種植面積為146.7萬(wàn)hm2左右，種植面積已上升至蔬菜作物的第2 位，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，保護(hù)地辣椒的占比越來(lái)越大，其產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益更是居于蔬菜作物之首。根系是植物從土壤中吸收水分和養(yǎng)分的主要器官，根區(qū)溫度影響著根系的諸多生理功能，在冬季生產(chǎn)中，根區(qū)溫度相較于氣溫對(duì)植物根系的影響更大，是影響作物生產(chǎn)的重要因素之一。因此，開(kāi)展根區(qū)溫度對(duì)辣椒生理特性影響的研究具有非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為辣椒品種長(zhǎng)金、迅馳37-74和運(yùn)馳37-82。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年9月中旬育苗，11月下旬定植于試驗(yàn)田。為了調(diào)控夜間根區(qū)溫度，共設(shè)置了3個(gè)溫度處理，分別為高溫處理（20～22℃）、中溫處理（16～18℃）、低溫處理（11～16℃，為越冬栽培自然地溫，CK），各處理重復(fù)3次。3個(gè)溫度處理均采用起壟覆膜栽培方式，采用鋪設(shè)地?zé)峋€+溫控器的方式調(diào)控地溫，溫度的動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖1～6。處理時(shí)間為2014年1月1日—2月28日，每天15：00 至翌日10：00 調(diào)控地溫，同時(shí)記錄室內(nèi)氣溫。本試驗(yàn)溫度處理參照任志雨[1]的研究和預(yù)備試驗(yàn)[2]。

圖1 辣椒成株期試驗(yàn)溫度日動(dòng)態(tài)變化（2014年1月1—10日平均值）

圖2 辣椒成株期試驗(yàn)溫度日動(dòng)態(tài)變化（2014年1月11—20日平均值）

圖3 辣椒成株期試驗(yàn)溫度日動(dòng)態(tài)變化（2014年1月21—31日平均值）

圖5 辣椒成株期試驗(yàn)溫度日動(dòng)態(tài)變化（2014年2月11—20日平均值）

圖6 辣椒成株期試驗(yàn)溫度日動(dòng)態(tài)變化（2014年2月21—28日平均值）

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

質(zhì)膜透性用電導(dǎo)率（EC）和丙二醛（MDA）含量來(lái)表示。電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀測(cè)定，丙二醛（MDA）采用TBA分光光度法測(cè)定。保護(hù)酶活性包括超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）。超氧化物歧化酶（SOD）采用羥胺法測(cè)定，過(guò)氧化物酶（POD）采用比色法測(cè)定，過(guò)氧化氫酶（CAT）采用可見(jiàn)分光光度法測(cè)定。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)用脯氨酸（Pro）含量來(lái)表示，脯氨酸（Pro）采用酸性茚三酮法測(cè)定。

2014年1月10—12日取樣。每個(gè)處理選取1株，剪取葉片稱取0.5 g，加入0.1 mol/L 磷酸鹽緩沖液，pH值7.0～7.4，冰水浴條件下制備10%的組織勻漿液，離心后取上清液。超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、丙二醛（MDA）、過(guò)氧化氫酶（CAT）的測(cè)定選用南京建成生物工程研究所出品的試劑盒。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及統(tǒng)計(jì)，并采用One-way Anova 單因素方差分析法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 根區(qū)溫度對(duì)成株期辣椒質(zhì)膜透性的影響

由表1可知，隨著根區(qū)溫度的提高，3個(gè)辣椒品種的電導(dǎo)率（EC）和丙二醛（MDA）含量均呈下降趨勢(shì)。長(zhǎng)金、迅馳37-74和運(yùn)馳37-82 高溫、中溫處理較低溫（CK）處理均不同程度的降低，地上部長(zhǎng)金、迅馳37-74 電導(dǎo)率在高溫、中溫處理與低溫（CK）處理間差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）；地下部長(zhǎng)金、運(yùn)馳37-82 電導(dǎo)率在高溫、中溫處理與低溫（CK）處理達(dá)到極顯著差異（P＜0.01）；地下部迅馳37-74 電導(dǎo)率在高溫處理與中溫、低溫（CK）處理間差異極顯著（P＜0.01）。地上部和地下部長(zhǎng)金、迅馳37-74和運(yùn)馳37-82 丙二醛（MDA）含量在高溫、中溫與低溫（CK）處理間差異達(dá)到顯著（P＜0.05）和極顯著水平（P＜0.01）。

2.2 根區(qū)溫度對(duì)成株期辣椒保護(hù)酶活性的影響

由表2可知，隨著溫度的增加，3個(gè)品種的超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性增加。地上部長(zhǎng)金和運(yùn)馳37-82 超氧化物歧化酶（SOD）在不同處理間存在顯著差異（P＜0.05）；迅馳37-74 超氧化物歧化酶（SOD）中溫與高溫、低溫（CK）處理間存在顯著差異（P＜0.05）。地下部迅馳37-74、運(yùn)馳37-82 超氧化物歧化酶（SOD）在高溫、中溫與低溫（CK）處理間存在極顯著差異（P＜0.01）；長(zhǎng)金超氧化物歧化酶（SOD）含量在高溫、中溫、低溫（CK）處理間存在極顯著差異（P＜0.01）。過(guò)氧化氫酶（CAT）含量地上部、地下部迅馳37-74、運(yùn)馳37-82在高溫、中溫處理與低溫（CK）處理間差異極顯著（P＜0.01）；長(zhǎng)金過(guò)氧化氫酶（CAT）含量地上部高溫、中溫、低溫（CK）處理間差異極顯著（P＜0.01），地下部高溫與中溫、低溫（CK）處理間差異極顯著（P＜0.01）。3個(gè)品種地上部和地下部過(guò)氧化物酶（POD）含量在3個(gè)處理間均存在極顯著差異（P＜0.01）。在中溫和高溫條件下超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）含量基本上達(dá)到正常水平。

表1 不同根區(qū)溫度處理成株期辣椒質(zhì)膜透性

表2 不同根區(qū)溫度處理成株期辣椒保護(hù)酶活性 U/mg

2.3 根區(qū)溫度對(duì)成株期辣椒滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由表3可知，總體上看，隨著根區(qū)溫度的下降，脯氨酸（Pro）含量逐漸提高。地上部3個(gè)品種脯氨酸含量各處理間無(wú)顯著差異（P＞0.05）；地下部3個(gè)品種高溫、中溫處理與低溫（CK）處理間差異極顯著（P＜0.01），運(yùn)馳37-82 高溫、中溫、低溫（CK）處理間差異顯著（P＜0.05）。

2.4 成株期辣椒地上部、地下部生理生化指標(biāo)間的關(guān)系

由表4可知，地上部電導(dǎo)率（EC）與地下部電導(dǎo)率（EC）、丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）間呈正相關(guān)；地上部的丙二醛（MDA）與地下部電導(dǎo)率（EC）、丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）間呈正相關(guān)；地上部超氧化物歧化酶（SOD）與地下部超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）間呈正相關(guān)，其中與過(guò)氧化物酶（POD）極顯著正相關(guān)（r=1.000）；地上部過(guò)氧化物酶（POD）與地下部超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）間呈正相關(guān)，其中與地下部過(guò)氧化物酶（POD）呈極顯著正相關(guān)（r=1.000）；地上部過(guò)氧化氫酶（CAT）與地下部3種保護(hù)酶（SOD、POD、CAT）呈正相關(guān)；地上部脯氨酸（Pro）與地下部過(guò)氧化氫酶（CAT）呈正相關(guān)。

表3 不同根區(qū)溫度處理成株期辣椒脯氨酸含量 μg/g

表4 成株期辣椒地上部、地下部生理生化指標(biāo)間的相關(guān)性

3 討論與結(jié)論

3.1 根區(qū)溫度與活性氧代謝的關(guān)系

周峰[3]研究表明，大多數(shù)植物耐冷性的強(qiáng)弱與電導(dǎo)率呈負(fù)相關(guān)。因此，電解質(zhì)外滲透率可作為抗冷性鑒定的生理指標(biāo)。馬德華等[4]研究發(fā)現(xiàn)，丙二醛含量與黃瓜各品種耐低溫性呈顯著負(fù)相關(guān)。本試驗(yàn)對(duì)不同根區(qū)溫度下成株期辣椒活性氧代謝之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)伴隨著根區(qū)溫度的升高，丙二醛（MDA）和電導(dǎo)率（EC）值逐漸減小，中溫、高溫與低溫處理間差異顯著或極顯著，表明中溫處理（16～18℃）能保證辣椒越冬栽培。

3.2 根區(qū)溫度與保護(hù)性酶的關(guān)系

許勇等[5]研究顯示，野生材料和冷敏西瓜在低溫條件下，幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性降低，但仍保持一定活性。也有研究表明，持續(xù)低溫條件能降低植物保護(hù)酶的活性[6-9]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著根區(qū)溫度的上升，3個(gè)品種的保護(hù)酶活性增加。高溫、中溫處理下3個(gè)供試品種地下部超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）極顯著高于低溫（CK）處理（P＜0.01）；過(guò)氧化氫酶（CAT）高溫、中溫處理迅馳37-74、運(yùn)馳37-82 極顯著高于低溫（CK）處理（P＜0.01）；長(zhǎng)金高溫處理極顯著高于中溫、低溫（CK）處理（P＜0.01）。高溫、中溫處理下地上部過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性極顯著高于低溫（CK）處理（P＜0.01）。這表明，中溫及更高溫度條件下，植株具備較強(qiáng)的活性氧清除能力。

3.3 根區(qū)溫度與滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的關(guān)系

侯鋒等[10]研究表明，耐寒性強(qiáng)品種的脯氨酸（Pro）含量較高。脯氨酸（Pro）既能維持細(xì)胞的膨壓，又能使細(xì)胞具有很高的水勢(shì)[11-12]。脯氨酸（Pro）是植物從脅迫條件恢復(fù)正常過(guò)程中作為氮源、碳源及還原劑的有效物質(zhì)[13-15]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，地上部脯氨酸（Pro）在高溫、中溫、低溫處理間含量差異不明顯，而地下部低溫處理脯氨酸（Pro）含量顯著高于中溫、高溫處理。這說(shuō)明，根部低溫在延長(zhǎng)條件下，根部細(xì)胞有了主動(dòng)調(diào)節(jié)能力。

3.4 成株期辣椒地上部、地下部各項(xiàng)生理生化指標(biāo)間的關(guān)系

相關(guān)分析結(jié)果顯示，地上部超氧化物歧化酶（SOD）與地下部過(guò)氧化物酶（POD）、地上部過(guò)氧化物酶（POD）與地下部過(guò)氧化物酶（POD）間均極顯著正相關(guān)（r=1.000）；電導(dǎo)率（EC）地上部與丙二醛（MDA）地上部、丙二醛（MDA）地下部與脯氨酸（Pro）地下部之間均顯著正相關(guān)（r=0.998）。