甜菜堿和水楊酸對(duì)干旱脅迫下辣椒開花結(jié)果期生理特性的影響

馬仲煉，周航飛，冉春艷，何巧麗，黃召存，王龍昌*

（1.西南大學(xué) 農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院，重慶 400716；2.昭通學(xué)院，云南昭通 657000；3.甘肅省靜寧縣種子管理站，甘肅平?jīng)?743400）

我國南方屬于亞熱帶氣候區(qū)，高溫伏旱頻發(fā)成為影響我國夏季作物生產(chǎn)的主要因素之一。辣椒屬于淺根性植物[1]，對(duì)土壤水分缺欠極為敏感。干旱對(duì)辣椒開花結(jié)果期的危害最大。因此干旱已成為許多地方大規(guī)模發(fā)展辣椒種植業(yè)的限制因素。

近年來，施用外源生長物質(zhì)提高植物的抗旱性已成為一個(gè)熱門的研究問題。水楊酸（salicylic acid，SA）是植物體內(nèi)的簡(jiǎn)單小分子酚類物質(zhì)，逆境中能誘導(dǎo)相關(guān)蛋白基因表達(dá)以提高植物抗性[2-4]。甜菜堿（glycine betaine，GB）是一種非毒性、易溶于水的生理抗旱劑，能減緩干旱脅迫對(duì)植物造成的傷害。目前，有關(guān)SA和GB對(duì)植物抗旱性影響的研究已有較多報(bào)道。研究表明，SA 可以促進(jìn)干旱脅迫下黑果枸杞體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性[5]；SA 能緩解番茄葉片相對(duì)含水量（relative water content，RWC）的降低，降低相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量，增加番茄葉片相對(duì)葉綠素、脯氨酸和可溶性蛋白含量，增強(qiáng)超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、過氧化物酶（peroxidase，POD）的活性[6]；SA可以提高一品紅在干旱脅迫及復(fù)水條件下的保水能力及光合效率，減輕細(xì)胞膜脂過氧化，有效緩解干旱逆境對(duì)一品紅的傷害[7]；GB 能降低干旱脅迫下甜茶葉片MDA含量，提高甜茶的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和相對(duì)含水量,調(diào)節(jié)抗氧化物酶活性[8]；外源GB 溶液能提高干旱脅迫條件下半夏氮代謝相關(guān)酶的活性，加快無機(jī)氮的同化，促進(jìn)次生代謝物質(zhì)的積累[9]等。而外源SA 和GB 對(duì)開花結(jié)果期辣椒抗旱性的影響研究較少。本研究探討外源SA和GB對(duì)辣椒抗旱生理特性的影響，旨在為辣椒抗旱節(jié)水栽培提供技術(shù)支持，為旱區(qū)辣椒生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2017 年2—9 月在西南大學(xué)2 號(hào)溫室內(nèi)進(jìn)行，選用辣椒品種云椒2號(hào)為材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將大小一致、子粒飽滿的辣椒種子播種于塑料營養(yǎng)缽中，基質(zhì)配比為草炭∶蛭石=2∶1（體積比），進(jìn)行常規(guī)育苗法管理。辣椒幼苗4 葉1 心時(shí)移栽于溫室內(nèi)的塑料盆中（直徑24 cm，高18 cm），所用土壤取自大田耕層土壤(土壤最大持水量100%時(shí)凈含水量為0.413 kg/kg)，每盆裝土壤7.0 kg，每盆定植2 株，施氮磷鉀復(fù)合肥9 g。之后進(jìn)行常規(guī)田間管理，開花結(jié)果前期（平均每株開花數(shù)20個(gè)）選擇長勢(shì)一致的植株進(jìn)行干旱處理，試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理組，分別為中度干旱（MD）、中度干旱+GB（MDgb）、中度干旱+SA（MDsa）、重度干旱（SD）、重度干旱+GB（SDgb）、重度干旱+SA（SDsa）。每處理組種植15盆，6月4日開始干旱處理，其中中度干旱土壤含水量為田間最大持水量的40%～50%，重度干旱土壤含水量為田間最大持水量的20%～30%。干旱脅迫3 d 后，同時(shí)利用GB，SA 水溶液進(jìn)行根灌和葉噴，根灌量40 mL/盆，葉噴至葉片濕潤，其中GB 為100 mmol/L 水溶液，SA 為200 mg/L 水溶液。干旱處理分別用去離子水根灌葉噴。分別于6 月11，19，27 日清晨9:00—10:00 進(jìn)行取樣，共取樣3次。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

采用鮮重法測(cè)葉片RWC，采用硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）比色法測(cè)定MDA含量[10]，采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖，采用酸性茚三酮比色法測(cè)定游離脯氨酸含量[11]，采用考馬斯亮藍(lán)比色法測(cè)定可溶性蛋白含量[12]，采用試劑盒（南京建成試劑公司）測(cè)定SOD，POD和CAT活性。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003 和SPSS 17.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析。方差分析采用鄧肯（Duncan’s）新復(fù)極差法檢驗(yàn)。

1.5 抗旱性的綜合評(píng)價(jià)

為了全面準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)GB，SA處理對(duì)辣椒抗旱性的影響，應(yīng)用模糊隸屬函數(shù)法對(duì)所測(cè)得的各項(xiàng)生理生化指標(biāo)進(jìn)行辣椒抗旱性的綜合評(píng)價(jià)。公式為：

式中：X（hi）為h種類i指標(biāo)的隸屬值，Xhi為h種類i指標(biāo)的測(cè)定值，Ximax為該指標(biāo)的最大值，Ximin為該指標(biāo)的最小值[13]；h為某個(gè)品種；i為某項(xiàng)指標(biāo)。

若某一指標(biāo)與抗旱性呈負(fù)相關(guān)，則通過反隸屬函數(shù)計(jì)算，其公式為：

運(yùn)用抗旱隸屬函數(shù)將所有抗旱隸屬值累加，求平均值，其公式為：

式中：Xh-為平均抗旱隸屬值，k為指標(biāo)數(shù)。平均值越大則抗旱性越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片RWC的影響

由圖1 可知，外源GB，SA 處理后，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，RWC 的降低均有所緩解。處理組第8 d后，MDgb處理組RWC較MD和MDsa組分別高12.2%，11.8%，并且差異極顯著；SDGB處理組RWC 較SD 及SDsa 組高，但差異不顯著。處理第16 d 后，MDgb 和MDsa 處理組RWC 較MD 組分別高14.9%，6.0%；SDgb 和SDsa 處理組RWC 較SD 組分別高29.4%，16.1%，并且差異極顯著。處理第24 d 后，MDgb 與MDsa 處理組RWC 較MD 組分別高7.9%，5.7%，并且差異極顯著；SDgb 與SDsa處理組RWC較SD組分別高14.3%，9.4%，并且差異極顯著。這說明干旱脅迫下GB及SA處理均能減緩葉片水分流失。

圖1 GB、SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片RWC的影響Fig.1 Effects of GB and SA on relative water content (RWC)in leaves of hot pepper under drought stress

2.2 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片MDA含量的影響

由圖2可知，隨著脅迫時(shí)間的延長，各處理組MDA 含量總體呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。處理第8 d 后，MDgb 和MDsa 處理組MDA 含量較MD組略有降低，但差異不大；SDgb 和SDsa 處理組MDA 含量較SD組分別減少20.95%，7.14%，并且差異顯著。處理第16 d 后，MDgb 和MDsa 處理組MDA 含量較MD組分別減少6.43%，24.71%；SDsa 處理組MDA 含量較SD 組減少9.17%且差異極顯著。處理第24 d后，MDgb 和MDsa 處理組MDA 含量較MD 組分別減少14.04%，8.92%，并且差異顯著；SDgb和SDsa處理組MDA 含量較SD 組分別減少12.43%，8.17%，并且差異顯著?？梢?，干旱脅迫下SA，GB處理可以降低辣椒葉片MDA含量。

圖2 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片MDA含量的影響Fig.2 Effects of GB and SA on MDA content in leaves of hot pepper under drought stress

2.3 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

2.3.1 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片脯氨酸含量的影響

由圖3 可知，處理第8 d，MDgb 和MDsa 處理組的脯氨酸含量較MD 組分別增加25.3%、76.3%，并且差異極顯著；SDgb 和SDsa 處理組的脯氨酸含量較SD組有所增長。處理第16 d，MDgb處理組的脯氨酸含量較MD 增加100.9%，且差異極顯著，MDsa 處理組的脯氨酸含量較MD組減少64.1%，且差異極顯著；SDgb 和SDsa 處理組的脯氨酸含量較SD 組分別增加149.0%，76.5%，并且差異極顯著。處理第24 d，MDGB處理組的脯氨酸含量較MD 增加78.4%，且差異極顯著；MDsa 處理組的脯氨酸含量較MD 組減少38.0%但差異不顯著；SDgb 和SDsa 處理組的脯氨酸含量較SD 組分別增加114.5%，74.2%，并且差異極顯著。這說明噴施GB 可促進(jìn)干旱脅迫下辣椒脯氨酸的積累，噴施SA可促進(jìn)重度脅迫下辣椒脯氨酸的積累，但在中度脅迫下，噴施SA 可引起中期、后期辣椒葉片脯氨酸含量降低。

圖3 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片脯氨酸含量的影響Fig.3 Effects of GB and SA on proline content in leaves of hot pepper under drought stress

2.3.2 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片可溶性糖含量的影響

由圖4 可知，處理第8 d，在相同干旱脅迫水平下，辣椒可溶性糖含量MDsa 處理組高于MD 處理組，MDgb處理組最少；SDsa處理組最高，其次為SD處理組，SDgb處理組含量最少。處理第16 d，MDgb和MDsa處理組的可溶性糖含量與MD組相比差異不大，SDgb和SDsa處理組可溶性糖含量較SD組增長，且差異極顯著；處理第24 d，MDgb 和MDsa 處理組的可溶性糖含量較MD 組分別增加8.81%，14.38%，并且差異極顯著；SDgb 和SDsa處理組可溶性糖含量較SD 組分別增加28.62%，22.97%，并且差異極顯著。這說明噴施GB 與SA后，隨著干旱脅迫的持續(xù)，辣椒葉片可溶性糖含量顯著增加。

圖4 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片可溶性糖含量的影響Fig.4 Effects of GB and SA on soluble sugar content in leaves of hot pepper under drought stress

2.3.3 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片可溶性蛋白含量的影響

由圖5 可知，MDsa 處理組的可溶性蛋白含量較MD組在第8，16，24 d分別減少5.81%，7.66%，7.3%；SDsa處理組可溶性蛋白含量較SD組在第8，16，24 d可溶性蛋白含量分別減少25.21%，7.95%，4.21.%。SDGB處理組可溶性蛋白含量較SD 組在第24 d減少38.6%且差異極顯著。這說明外源SA 處理使干旱脅迫下辣椒葉片可溶性蛋白含量下降，外源GB處理使重度脅迫后期辣椒葉片可溶性蛋白含量下降。

圖5 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片可溶性蛋白的影響Fig.5 Effects of GB and SA on soluble protein content in leaves of hot pepper under drought stress

2.4 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片保護(hù)酶活性的影響

2.4.1 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片POD 活性的影響

由圖6可知，處理第8 d，MDsa處理組的POD活性較MDgb 和MD 組分別高29.4%，27.8%，且差異極顯著；SDsa 處理組的POD 活性較SDgb 和SD組分別高26.0%和35.7%，且差異極顯著。處理第16 d，在相同干旱脅迫水平下，施用GB，SA 組的POD 活性均高于未施用組。處理第24 d，SDGB處理組的POD 活性較SDsa，SD 組分別高了31.7%和38.9%，且差異極顯著。說明在干旱脅迫下，施用GB，SA可在一定程度上緩解干旱脅迫對(duì)辣椒的損害, 提高其耐旱性。

圖6 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片POD活性的影響Fig.6 Effects of GB and SA on POD activity in leaves of hot pepper under drought stress

2.4.2 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片SOD活性的影響

由圖7可知，處理第8 d，MDsa 處理組的SOD活性較MD 組高16.5%，且差異極顯著，SDsa 處理組的SOD 活性較SD 組增加16.8%。處理第16 d，MDsa 處理組的SOD活性較MD組增加35.9%，且差異極顯著。處理第24 d，MDsa 和MDGB處理組的SOD活性較MD組分別增加25.2%，17.4%，且差異極顯著；SDGB處理組的SOD 活性較SD 組增加16.6%，且差異極顯著。這說明干旱脅迫下，噴施外源GB，SA 可在一定程度上提高辣椒的抗旱性。

2.4.3 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片CAT 活性的影響

圖7 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片SOD活性的影響Fig.7 Effects of GB and SA on SOD activity in leaves of hot pepper under drought stress

圖8 表明，處理第8 d，MDgb處理組的CAT活性較MD組高44.9%，且差異極顯著，MDsa處理組的CAT 活性較MD 組高18.9%，但差異不顯著，SDsa 和SDGB處理組的CAT 活性較SD 組分別高21.1%，29.6%，并且差異極顯著。處理第16 d，MDGB處理組的CAT 活性較MD 組高11.8%，且差異極顯著，MDsa 處理組的CAT 活性較MD 組低7.4%，并且差異顯著，SDgb 和SDsa 處理組的CAT活性較SD 組分別高10.1%、6.7%，并且差異極顯著。處理第24 d，在相同脅迫水平，各處理之間差異不顯著。這說明隨著干旱脅迫的持續(xù)，GB 和SA處理對(duì)辣椒CAT活性的影響減弱。

圖8 GB，SA對(duì)干旱脅迫下辣椒葉片CAT活性的影響Fig.8 Effects of GB and SA on CAT activity in leaves of hot pepper under drought stress

2.5 GB，SA對(duì)辣椒抗旱性影響的綜合評(píng)價(jià)

以所測(cè)得的8個(gè)生理生化指標(biāo)為依據(jù)，采用模糊隸屬函數(shù)法對(duì)辣椒的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其結(jié)果見表1。

從表1可以看出，干旱、GB和SA各處理綜合評(píng)價(jià)值分別為0.475 1，0.521 9 和0.495 0，提示GB 與SA 處理可以提高辣椒抗旱性，GB處理的辣椒抗旱性更好。

表1 干旱、GB和SA處理對(duì)辣椒抗旱性影響的綜合評(píng)價(jià)Tab.1 Comprehensive evaluation of effects of GB and SA on drought resistance of hot pepper

3 討論

3.1 干旱脅迫下辣椒滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量對(duì)外源SA，GB的響應(yīng)變化特征

植物細(xì)胞可通過積累大量的可溶性糖，使細(xì)胞原生質(zhì)濃度增大，進(jìn)而引起抗脫水作用，增強(qiáng)植物的抗旱性[14]。本試驗(yàn)表明，外施SA 顯著提高了辣椒葉片內(nèi)可溶性糖含量，這與可靜等[5]的研究結(jié)果相同，說明在干旱脅迫下SA 處理能促進(jìn)辣椒可溶性糖的積累，提高辣椒葉片的滲透調(diào)節(jié)能力。然而，在SA 處理后，辣椒可溶性蛋白含量出現(xiàn)下降趨勢(shì)，這一現(xiàn)象與葉松濤等[15]的研究結(jié)果相同，這可能是因?yàn)樵诟珊岛洼p度干旱條件下，SA 處理會(huì)啟動(dòng)以脯氨酸和某些可溶性蛋白為底物的其他防御途徑，脅迫中、后期脯氨酸含量降低或升高可以說明這一點(diǎn)。在重度干旱時(shí)，隨著脅迫時(shí)間的延長，SA 處理的脯氨酸含量顯著提高，原因可能是此時(shí)缺水已經(jīng)成為辣椒最大的脅迫因素，辣椒啟動(dòng)各種保水調(diào)節(jié)機(jī)制來提高可溶性物質(zhì)的含量，其中可能通過降解可溶性蛋白來提高脯氨酸積累量，最大限度保持水分。

本試驗(yàn)中外施GB 能有效減輕干旱脅迫對(duì)辣椒造成的危害，減緩辣椒葉片相對(duì)含水量下降速率，促進(jìn)脯氨酸、可溶性糖積累。分析原因，可能是因?yàn)樘鸩藟A的施用可誘導(dǎo)脯氨酸、可溶性糖等相溶性物質(zhì)的合成，這些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成與積累，能降低細(xì)胞滲透勢(shì)，增強(qiáng)細(xì)胞的吸水能力，以維持細(xì)胞膨壓，適應(yīng)干旱脅迫[16-17]，這與李愛梅等[8]的研究結(jié)果相一致。

3.2 外源SA，GB處理對(duì)干旱脅迫下辣椒丙二醛含量、抗氧化酶活性的影響

干旱等脅迫下，關(guān)于SA，GB提高保護(hù)酶活性已有相關(guān)報(bào)道。常云霞等[18]的研究表明外源SA處理可進(jìn)一步提高龍葵幼苗葉片中SOD、POD和CAT活性，賀麗江等[19]證明噴施甜菜堿有利于苧麻葉片POD 活性的提高。本研究表明，在脅迫初期，SA 處理辣椒葉片POD，SOD 的活性高于GB處理，表明POD，SOD對(duì)SA更敏感，GB處理下辣椒葉片CAT的活性高于SA處理。在逆境脅迫下，SA是植物重要的信號(hào)分子，外施SA 能進(jìn)一步加強(qiáng)活性氧清除機(jī)制中保護(hù)酶SOD 發(fā)揮作用，將超氧陰離子自由基快速歧化為過氧化氫（H2O2）和分子氧，有效減少自由基對(duì)膜系統(tǒng)的傷害[20]。使植物體內(nèi)H2O2含量水平上升，SOD 產(chǎn)生的H2O2也會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害，POD 可以使H2O2還原成H2O 而減輕植物體內(nèi)的氧化狀態(tài)，3 種保護(hù)酶活性的此消彼長，使MDA 的積累量降低，減輕膜脂過氧化作用的傷害，緩解旱害。在脅迫后期，GB處理下辣椒葉片POD、SOD 和CAT 活性高于SA 處理，可能是由于隨著脅迫的持續(xù)，GB處理的游離脯氨酸大量積累，穩(wěn)定了酶、蛋白復(fù)合體等生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，提高了各種抗氧化酶活性，尤其是提高了POD、SOD和CAT活性，增強(qiáng)了植株抗氧化能力。

4 結(jié)語

在干旱脅迫下，GB，SA處理不僅能有效緩解辣椒葉片相對(duì)含水量的下降，抑制MDA 含量的增加，而且能提高POD，SOD 和CAT 的活性，促進(jìn)可溶性糖、脯氨酸含量的積累，甚至能通過降低可溶性蛋白來提高脯氨酸的積累量。模糊隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，GB，SA處理能提高辣椒的抗旱性，GB處理的辣椒抗旱性更好。