低磷脅迫對(duì)辣椒苗期生長(zhǎng)和生理特性的影響

唐榮莉，王春萍，王紅娟，吳 紅，韓 垚，林 清，雷開(kāi)榮*

(1.重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心,重慶 401329；2.逆境農(nóng)業(yè)研究重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401329)

【研究意義】磷是植物生長(zhǎng)和發(fā)育所必需的礦質(zhì)元素，它參與植物體內(nèi)多種生化過(guò)程，包括脂類(lèi)代謝、核酸和細(xì)胞膜的生物合成等。磷的缺乏是限制作物獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要因素之一[1]。辣椒(Capsicumannuum)是重要的風(fēng)味蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物，在亞熱帶和溫帶廣泛栽培。在這些地區(qū)，高溫多雨造成的土壤養(yǎng)分大量淋失以及鐵、鋁等離子對(duì)磷素的強(qiáng)烈固定作用導(dǎo)致了土壤中有效磷缺乏，是限制辣椒獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要因素之一。發(fā)掘和利用具有磷高效性的作物品種是解決土壤有效磷缺乏問(wèn)題的重要途徑[2-3]，研究辣椒在低磷脅迫下的生長(zhǎng)和生理特性，從而找出對(duì)低磷響應(yīng)具備指示作用的關(guān)鍵特征因子是有效評(píng)價(jià)辣椒耐低磷的前提，對(duì)提高磷資源的利用率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，不同種類(lèi)的作物發(fā)展出了各種高度復(fù)雜和專(zhuān)一的形態(tài)及營(yíng)養(yǎng)適應(yīng)機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)磷逆境脅迫。在低磷條件下，植物細(xì)胞分裂分化受限、體內(nèi)代謝受阻、生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、光合作用明顯下降[4]，從而發(fā)生株高、葉面積變小，植株分枝減少，根系變細(xì)、變長(zhǎng)，側(cè)根與根毛的數(shù)量和長(zhǎng)度增加，根重與根冠比增加等表觀形態(tài)的改變[5-6]?，F(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要關(guān)注大豆、玉米、水稻、小麥等大宗農(nóng)作物的對(duì)低磷脅迫的生長(zhǎng)和生理響應(yīng)特征及磷高效品種選育，且已篩選了部分高磷效率種質(zhì)資源[7-11]。而關(guān)于經(jīng)濟(jì)作物辣椒在低磷條件下的生理生長(zhǎng)特性的研究相對(duì)滯后?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】基于實(shí)際需求，本研究以西南地區(qū)常見(jiàn)栽培加工品種辣椒114、115為材料，結(jié)合植物生理學(xué)和根系生物學(xué)等相關(guān)理論和技術(shù)，采用營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的方式設(shè)置4個(gè)不同磷濃度水平處理研究辣椒苗期生長(zhǎng)及生理特征?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】揭示不同磷濃度水平下辣椒苗期的生長(zhǎng)特征、葉綠素含量特征、干物質(zhì)累積特征、磷元素分配特征、根系形態(tài)結(jié)構(gòu)特征等生理生長(zhǎng)特性的變化規(guī)律，并篩選出對(duì)低磷環(huán)境具有指示作用的性狀指標(biāo)。從而為進(jìn)一步建立科學(xué)、快速、高效的磷高效資源篩選方法、指導(dǎo)辣椒生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)以西南地區(qū)廣泛種植的加工型辣椒品種114和115為材料，其中114為大果型單生朝天椒，115為羊角椒。種子由重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心提供。

1.2 試驗(yàn)方法

育苗：挑選大小及飽滿(mǎn)度一致且無(wú)病蟲(chóng)害的種子，用10 %H2O2消毒30 min后，去離子水清洗3次，去除表面殘留的H2O2，溫湯浸種后搓洗瀝干水分，將種子均勻放入盛有蒸餾水浸濕的兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，置于人工氣候箱內(nèi)25～28 ℃黑暗條件下催芽。將發(fā)芽后的種子單粒植入3X5孔黑色海綿漂浮板 Φ=0.5 cm的圓孔中(每個(gè)孔預(yù)先塞2層輕薄松軟的吸水紙以支撐種子)，然后將漂浮板懸浮于無(wú)蓋的黑色盒身培養(yǎng)盒中進(jìn)行辣椒光照培養(yǎng)。育苗階段首先使用蒸餾水培養(yǎng)7 d，然后使用1/2濃度的霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行壯苗培養(yǎng)7 d。

營(yíng)養(yǎng)液配制：采取實(shí)驗(yàn)室內(nèi)恒溫培養(yǎng)的方法對(duì)2個(gè)辣椒品種進(jìn)行低磷環(huán)境梯度設(shè)置。使用霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)辣椒，設(shè)置磷完全營(yíng)養(yǎng)液(CK)和0.01 %、0.1 %、1 %共3個(gè)低磷濃度處理梯度的營(yíng)養(yǎng)液。CK處理的營(yíng)養(yǎng)液組成(mmol·L-1)為：KH2PO4、1.25 MgSO4、2.5 KCl、2.5 KNO3、2.5 Ca(NO3)2、0.4625 H3BO3、6.722×10-3MnSO4、3.16×10-3CuSO4、5×10-4Na2MoO4、7.65×10-4ZnSO4、0.02 Fe-EDTA。低磷處理是將供磷營(yíng)養(yǎng)液中的KH2PO4濃度降低到CK的0.01 %、0.1 %、1 %，用KCl補(bǔ)充缺失的K，其他組分不變。各處理營(yíng)養(yǎng)液pH值為6.2～6.4。試驗(yàn)處理：對(duì)14 d齡辣椒幼苗進(jìn)行低磷脅迫處理40 d，采用重復(fù)設(shè)計(jì)，每種處理培養(yǎng)3盒植株，以1盒即15棵植株為1個(gè)重復(fù)。培養(yǎng)過(guò)程中，每3～4 d更換一次相應(yīng)處理營(yíng)養(yǎng)液500 mL，在每次更換營(yíng)養(yǎng)液后會(huì)隨機(jī)挪動(dòng)每盆辣椒的位置，以降低光照位置以及遮蔽等環(huán)境因素對(duì)植株生長(zhǎng)造成的影響。試驗(yàn)在逆境農(nóng)業(yè)研究重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室人工氣候室進(jìn)行，培養(yǎng)條件控制為：溫度25～28 ℃，光照12～14 h，光照強(qiáng)度4600～6000 lx，空氣相對(duì)濕度70 %～80 %[12]。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

辣椒苗培養(yǎng)54 d后，分別取樣測(cè)量低磷處理與CK的葉指標(biāo)、根系指標(biāo)、株高及重量、磷元素含量等。

(1)葉指標(biāo)測(cè)定。使用SPAD-502便攜式葉綠素儀測(cè)定相對(duì)葉綠素含量，每個(gè)處理選擇長(zhǎng)勢(shì)良好的3株植株，每個(gè)植株分別選取位于上中下3個(gè)位置的各3片葉片測(cè)定相對(duì)葉綠素含量，以SPAD 讀數(shù)值直接表示其葉綠素的含量。在收獲前使用Li-6400 便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定充分暗處理后植株葉片的初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)，每個(gè)處理取4～6個(gè)植株測(cè)定主序上正數(shù)第5葉，并計(jì)算PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)化效率Fv/Fm、Fv=Fm-Fo等。使用CI-202便攜式葉面積儀獲得辣椒樣品單株葉面積數(shù)據(jù)。

(2)根系指標(biāo)的測(cè)定。將剪下的辣椒根系在根盤(pán)中分散開(kāi)置于根系掃描儀上進(jìn)行掃描，每個(gè)處理隨機(jī)選取6株作為重復(fù)。使用WinRHIZO根系分析軟件測(cè)量根總表面積、根系總長(zhǎng)度、根體積、根直徑等衡量根系大小的指標(biāo)，以及根系分支數(shù)、根尖數(shù)、不同直徑根級(jí)的根表面積、根系長(zhǎng)度、根體積等衡量根系形態(tài)及結(jié)構(gòu)的指標(biāo)。

(3)株高及重量。在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中，每日固定時(shí)間用直尺測(cè)量每盆樣品株高。將收獲后的每盆植株按根、莖、葉用剪刀分離，裝入信封后置于烘箱中，105 ℃殺青10 min，75 ℃烘干至恒重后稱(chēng)量干重，精確到小數(shù)點(diǎn)后4位。

(4)磷含量測(cè)定。植株烘干樣品粉碎后，采用濃H2SO4-H2O2消煮。使用釩鉬黃比色法在722紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 450 nm處比色測(cè)定辣椒根、莖、葉樣品的磷含量，并計(jì)算出不同處理樣品各器官磷元素的百分含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)公式計(jì)算不同處理?xiàng)l件下辣椒各組織磷累積量、磷吸收效率及利用效率等指標(biāo)。

(1)磷累積量(mg)：根/莖/葉磷累積量=根/莖/葉干重×根/莖/葉磷百分含量。

(2)磷吸收效率(mg·g-1)：按照Elliott等的方法計(jì)算[13]。磷吸收效率=Pt/RDW，其中Pt代表整個(gè)植株吸磷量，RDW代表根系干重量。

(3)磷利用效率(g·mg-1)：按照Siddiqi等的方法計(jì)算[14]。磷利用效率=SDW/Ps，其中Ps代表地上部磷含量，SDW代表地上部干重量。

所獲得數(shù)據(jù)用Excel 2015和SPSS 10.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，數(shù)據(jù)的方差分析用最小顯著差數(shù)法(LSD)進(jìn)行多重比較，用Pearson相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)不同因子間的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 低磷供應(yīng)對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響

2.1.1 低磷供應(yīng)對(duì)辣椒植株生長(zhǎng)高度的影響 前14 d為清水育苗和過(guò)渡營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)，從15 d開(kāi)始進(jìn)行不同磷濃度的處理培養(yǎng)。由圖1可知，不同濃度的低磷供應(yīng)均限制了辣椒植株生長(zhǎng)。從不同磷濃度溶液處理15 d左右開(kāi)始(培養(yǎng)時(shí)間為約30 d)，處理和對(duì)照之間高度開(kāi)始出現(xiàn)差別。不同磷濃度溶液處理30 d左右(培養(yǎng)時(shí)間為約45 d)，表現(xiàn)為明顯的CK>1 %>0.1 %>0.01 %的生長(zhǎng)趨勢(shì)。其中1 %和CK條件下，植株生長(zhǎng)狀況遠(yuǎn)優(yōu)于0.01 %和0.1 %低磷處理?xiàng)l件下，且在0.05水平上達(dá)到顯著。

2.1.2 低磷供應(yīng)對(duì)辣椒葉面積的影響 低磷處理不同程度的限制了辣椒植株葉面積的大小。辣椒葉面積隨磷濃度的降低而降低，CK的平均葉面積遠(yuǎn)高于其他處理，且在0.05水平上差異顯著(表1)。品種114在0.01 %、0.1 %、1 %、CK處理下單株平均葉面積分別為33.28、42.35、206.77、387.66 cm2；品種115在4個(gè)處理下單株平均葉面積分別為23.77、26.11、288.05、442.45 cm2。在1 %低磷處理下，114和115的植株葉面積分別為CK條件下的52 %和67 %，在0.01 %和0.1 %磷濃度條件下，2個(gè)辣椒品種在處理后期葉片不斷脫落，葉面積基本保持恒定，葉面積均不足CK條件下的10 %。

2.2 低磷供應(yīng)對(duì)辣椒光合特征的影響

2.2.1 低磷供應(yīng)對(duì)葉綠素含量的影響 葉綠素是光合作用過(guò)程中最重要的色素，具有參與光合作用中光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化的功能[15]，其含量在一定范圍內(nèi)與光合速率呈正相關(guān)，可直接反映植物葉片的光合能力。結(jié)果表明，辣椒同一處理不同生長(zhǎng)位置葉片的葉綠素含量存在差異[圖2(a)～(b)]?？傮w而言，位于植株上部和中部的葉片葉綠素含量高于位于下部的葉片，光合能力更強(qiáng)。與CK相比，低磷處理情況下植株中上部的新生葉片和底部的老葉片之間葉綠素含量的差異更大。而同一位置不同磷處理水平的葉片葉綠素含量未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律。

不同小寫(xiě)字母表示差異達(dá)0.05顯著水平，下同Values followed by different letters are significantly different at 0.05 level，the same as below圖1 不同低磷處理?xiàng)l件下辣椒高度隨時(shí)間變化特征Fig.1 Pepper height changes over time under different low phosphorus treatment conditions

表1 不同低磷處理?xiàng)l件下辣椒葉面積(cm2)特征

就同一磷處理的植株所測(cè)葉片的平均葉綠素含量來(lái)看[圖2(c)～(d)]，2個(gè)品種均表現(xiàn)出1 %低磷處理?xiàng)l件下，葉綠素低于CK的特征，即在一定程度的磷脅迫下，植物光合能力受到了限制，其中115_0.1 %與CK在0.05水平上具有統(tǒng)計(jì)顯著性的差別，而114_0.1 %與CK的差別未表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)意義的顯著性。在0.1 %和0.01 %極度低磷脅迫下兩個(gè)品種的平均葉綠素含量與CK相比無(wú)明顯規(guī)律，因?yàn)樵跇O度缺磷條件下，辣椒葉綠素含量較低的老葉片大量脫落，保留下為整體光合能力較強(qiáng)的新生葉片。這些葉片葉綠素含量普遍高于1 %和CK位于植株下部受遮光影響的葉片，故在總體特征上，雖未達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著性，但0.1 %和0.01 %處理下辣椒葉片平均葉綠素含量會(huì)略高于1 %處理。

(a)、(b)為不同磷處理濃度下不同位置葉片的葉綠素特征，(c)、(d)為不同磷處理濃度下所有測(cè)定葉片葉綠素含量特征(a) and (b) are chlorophyll characteristics of leaves at top，middle and bottom positions of different phosphorus treatment conditions. (c) and (d) are characteristics of chlorophyll content of all measured leaves of each phosphorus treatment圖2 不同供磷濃度下辣椒植株葉綠素含量特征Fig.2 Chlorophyll content of peppers under different phosphorus treatment conditions

圖3 不同磷處理?xiàng)l件下辣椒光合特征Fig.3 Photosynthetic characteristics of peppers of different phosphorus treatment conditions

2.2.2 低磷供應(yīng)對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響 收獲前測(cè)定了兩個(gè)品種不同磷處理?xiàng)l件下的初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)，PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)等葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)以反映辣椒光合作用對(duì)低磷逆境的響應(yīng)特征以及光合組織受影響的部位。初始熒光Fo的變化可以反映PSⅡ反應(yīng)中心的狀況或者熱能耗散的狀況。一般而言，植物光合機(jī)構(gòu)遭到破壞會(huì)導(dǎo)致Fo升高，葉黃素循環(huán)引起的非光化學(xué)能量耗散增加會(huì)導(dǎo)致Fo降低。Fm為經(jīng)過(guò)完全暗適應(yīng)后光合機(jī)構(gòu)PSⅡ反應(yīng)中心全部關(guān)閉時(shí)的熒光強(qiáng)度，這時(shí)所有非光化學(xué)過(guò)程最小。Fv/Fm大小能反映PSⅡ反應(yīng)中心原初光能的轉(zhuǎn)化效率。

圖3表明，2個(gè)品種不同磷處理?xiàng)l件下的葉綠素?zé)晒庵笖?shù)均不具統(tǒng)計(jì)意義上的顯著差別。但114和115辣椒品種苗期初始熒光Fo均隨低磷脅迫強(qiáng)度的增加而降低，即辣椒非光化學(xué)能量耗散一定程度增加。114和115辣椒品種的Fm在0.1 %處理情形下比CK降低了11.38 %～18.31 %，在0.01 %處理情形下比CK降低了26.10 %～40.86 %，說(shuō)明低磷脅迫下辣椒葉片在黑暗中的最大熒光值有所降低。3種低磷處理?xiàng)l件下Fv/Fm均低于CK，說(shuō)明雖未達(dá)到顯著水平，但低磷逆境脅迫導(dǎo)致葉片發(fā)生了光合作用的光抑制。

2.3 低磷供應(yīng)對(duì)根系的影響

2.3.1 低磷供應(yīng)對(duì)根系數(shù)量特征的影響 在環(huán)境脅迫條件下，植物可通過(guò)根系形態(tài)和生理的適應(yīng)性變化機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)自身活化和吸收養(yǎng)分的強(qiáng)度。植物根系的長(zhǎng)度、體積、形態(tài)、分布狀況、根毛數(shù)量等特征參數(shù)對(duì)養(yǎng)分的吸收有極其重要的影響[2, 16]。

磷的有效性是影響植物根生長(zhǎng)的最重要因素之一。1 %低磷處理和CK條件下辣椒植株的總根長(zhǎng)、平均直徑、總根表面積、分支數(shù)在0.05水平上表現(xiàn)出顯著差異(表2)。而0.01 %和0.1 %低磷處理水平下的大部分根系指標(biāo)未與CK表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)意義上的差別。

表2 不同磷供應(yīng)下辣椒根系平均特征

在1 %低磷處理下，2個(gè)品種辣椒根系比CK伸長(zhǎng)幅度提高61 %～72 %，而0.1 %和0.01 %低磷處理的總根長(zhǎng)也高于CK，說(shuō)明在不同程度的低磷脅迫下，辣椒普遍會(huì)表現(xiàn)出根系伸長(zhǎng)的特征。受主根較粗的影響，CK的根系平均直徑高于其余處理，而處理之間根系直徑長(zhǎng)度并未表現(xiàn)明顯規(guī)律。受根長(zhǎng)和根系直徑兩方面變化的綜合影響，辣椒投影面積、根系總表面積也表現(xiàn)出1 %處理下最高，CK次之，0.01 %和0.1 %處理下最低的規(guī)律。2個(gè)品種在1 %處理下分支數(shù)遠(yuǎn)高于CK及其他處理。

2.3.2 低磷供應(yīng)對(duì)根系構(gòu)型特征的影響 根系大小、形態(tài)、空間分布決定了根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與利用。低磷處理對(duì)兩種辣椒根系形態(tài)均有一定的影響，且影響特征類(lèi)似。與CK相比，低磷處理的辣椒均表現(xiàn)出側(cè)根密度增大、根毛發(fā)育旺盛、數(shù)量增多、且根毛明顯變長(zhǎng)的特點(diǎn)(圖4)。根系的這些低磷脅迫響應(yīng)特征可擴(kuò)大根系的吸收面積，提高介質(zhì)中磷的吸收利用能力，從而提高作物磷效率。為進(jìn)一步探索根系變化的具體情況，使用直徑范圍內(nèi)根長(zhǎng)、直徑范圍內(nèi)根表面積、直徑范圍內(nèi)根體積來(lái)反映不同磷處理濃度下根系的分布特征(表3)。

本試驗(yàn)結(jié)果(數(shù)據(jù)表格略)表明，辣椒根系0～0.5 mm和>4.5 mm 2個(gè)直徑等級(jí)最能體現(xiàn)對(duì)照和處理之間的差異。2種辣椒根長(zhǎng)和根表面積均主要集中在直徑0～0.5 mm區(qū)間內(nèi)(側(cè)根)。在最細(xì)根0～0.5 mm的直徑范圍內(nèi)，所有低磷脅迫處理的根長(zhǎng)均高于CK，其中1 %低磷處理下辣椒的細(xì)根最為發(fā)達(dá)。隨著辣椒根系直徑增加，直徑范圍內(nèi)根長(zhǎng)和表面積逐漸降低，當(dāng)直徑>4.5 mm時(shí)，受主根的影響，根表面積增加。根體積與植物的生物量含量成正比，辣椒根體積主要集中在直徑>4.5 mm的范圍內(nèi)。與CK相比，低磷處理下的辣椒降低了分配給主根(直徑>4.5 mm)的生物量，將生物量盡可能多的分配給細(xì)等級(jí)根系。從而在擴(kuò)大吸收效率的同時(shí)，降低了根系獲得的生物量。在所有磷濃度處理?xiàng)l件下，在最細(xì)根0～0.5 mm的直徑范圍內(nèi)，1 %處理?xiàng)l件下的根長(zhǎng)、根表面積遠(yuǎn)高于CK和0.01 %和0.1 %處理，說(shuō)明在一定程度的磷脅迫條件下，根系通過(guò)增加細(xì)根數(shù)量和長(zhǎng)度擴(kuò)大磷吸收表面積，而極度的低磷脅迫會(huì)降低根系所獲得的生物量，從而限制磷吸收面積。

2.4 低磷供應(yīng)對(duì)辣椒生物量分配及磷利用特征的影響

2.4.1 低磷供應(yīng)對(duì)辣椒生物量分配的影響 干重是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[17]。辣椒不同部位的干重的改變能反映辣椒受低磷脅迫的生物量累積響應(yīng)方式及影響程度。在1 %、CK處理?xiàng)l件下2個(gè)辣椒品種根、莖、葉的干重在0.05水平上均差異顯著，且與其他兩個(gè)處理存在顯著差異(表3)。就品種而言，114與115干重結(jié)果稍有差異。在所有低磷處理下，114的根莖葉干重均低于CK。而115在1 %處理下，根系干重高于CK。114_CK和1 %的情況下葉干重>莖干重>根干重；在磷素嚴(yán)重受限(0.1 %，0.01 %)的情況下，114策略為降低莖的干物質(zhì)分配比例，將干物質(zhì)更多的分配給根進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)吸收和葉進(jìn)行光合；但根獲得的干物質(zhì)未超過(guò)葉。115_CK情況下，莖的干物質(zhì)含量最高，葉次之，根的干物質(zhì)量所占比例較低。隨著脅迫程度的增加，115將更多的干物質(zhì)分配給根，在磷素嚴(yán)重受限情況中，根干重>莖干重>葉干重。

圖4 不同磷濃度處理下辣椒根系掃描特征Fig.4 Scan pictures of pepper root system of different phosphorus treatment conditions

表3 不同磷處理濃度下辣椒干重

磷饑餓時(shí)干重根冠比的增大是植物對(duì)低磷脅迫適應(yīng)的一個(gè)重要特點(diǎn)。2個(gè)品種干重的根冠比均表現(xiàn)出CK<1 %<0.1 %<0.01 %，即磷越低，地上部分與地上部分相比所占的比重越高。具體而言，在CK、1 %、0.1 %、和0.01 %的磷處理情況下，114的干物質(zhì)根冠比分別為0.12、0.20、0.53、0.59；115的干物質(zhì)根冠比分別為0.10、0.21、0.78、0.78。辣椒植株通過(guò)提高干重根冠比不僅增加了根系相對(duì)生物量，更重要的是增加了根系總的吸收表面積。在嚴(yán)重低磷脅迫條件下，植株地上部分同化物向根系的運(yùn)輸量增加，使地上部的生長(zhǎng)受到限制，進(jìn)而使缺磷植株的干重根冠比大于正常植株[18]。

就2個(gè)品種而言，不同程度的低磷脅迫下，114的干重根冠比為CK條件下的166.7 %～491.7 %，而115的干重根冠比為CK條件下的221.1 %～915.8 %。說(shuō)明相對(duì)于114而言，115對(duì)低磷響應(yīng)更為敏感，其干物質(zhì)的重新分配程度更高。

2.4.2 低磷供應(yīng)對(duì)辣椒磷含量的影響 測(cè)量辣椒不同組織中磷元素比例及磷元素累積量可以了解植物在不同脅迫下磷素的分配策略。磷元素比例為單位干重中磷元素的百分含量。與干重結(jié)果類(lèi)似，在1 %、CK處理?xiàng)l件下2個(gè)辣椒品種根、莖、葉的磷元素比例(%)、以及磷累積量(mg)在0.05水平上均差異顯著，且與其他2個(gè)處理存在顯著差異(表4)。

表4 不同磷處理濃度下辣椒磷含量

圖5 不同磷處理?xiàng)l件下辣椒磷吸收及利用情況Fig.5 Phosphorus absorption efficiency and utilization efficiency of peppers

在CK、1 %、及0.01 %濃度條件下，114和115各器官中磷元素的分配比例趨勢(shì)類(lèi)似。CK營(yíng)養(yǎng)液中磷素過(guò)剩，所以磷元素在根中富集，按營(yíng)養(yǎng)所需轉(zhuǎn)移到莖葉中，不同組織中磷元素比例表現(xiàn)為根>葉>莖；1 %低磷處理?xiàng)l件下，磷主要在葉中富集，保證光合和植物生長(zhǎng)，2個(gè)品種辣椒不同組織中磷元素比例表現(xiàn)為根≈莖<葉；0.01 %磷極度缺乏的情況下，辣椒優(yōu)先保障根的伸長(zhǎng)，其次為保障光合作用，故不同組織中磷元素比例表現(xiàn)為根>葉>莖。2個(gè)品種在0.1 %低磷處理?xiàng)l件下表現(xiàn)略有不同，115優(yōu)先將磷分配給根和葉保障更高的吸收面積和光合，故組織中磷元素比例為根>葉>莖；而114將更多的干物質(zhì)分配給莖，故不同組織中磷元素比例表現(xiàn)根>莖>葉。但總體而言，不同低磷條件下，辣椒根系中磷元素比例最高。

磷累積量為辣椒不同組織中磷素總量。在所有磷處理下，114根系中磷累積量均高于莖葉中。115在CK和1 %處理下根系中磷累積量高于莖葉中磷累積量，而在極度磷脅迫下，葉中磷累積量最高，其次才為根。從磷累積量根冠比來(lái)看，114的0.01 %、0.10 %、1.00 %、CK 4個(gè)處理的磷累積量根冠比分別為0.83、0.96、0.72、4.22；而115分別為：0.39、0.40、0.66、4.27。在0.01 %、0.10 %兩個(gè)處理情況下，115的磷累積量根冠比遠(yuǎn)低于114。

磷元素比例和磷累積量結(jié)果說(shuō)明，相對(duì)于114，115在缺磷的情況下雖然將更多的干物質(zhì)分配給根系增加了根系總的吸收表面積，但將磷元素更多分配給葉，以保障光合的有效進(jìn)行。

2.4.3 低磷供應(yīng)對(duì)辣椒磷吸收及利用效率的影響 吸收效率和利用效率是衡量作物耐低磷特性的重要指標(biāo)[19-20]。圖5表明，114和115 2個(gè)辣椒品種趨勢(shì)一致，磷吸收效率隨著濃度梯度增加而增大，磷利用效率總體隨著脅迫程度的提高而增加。就絕對(duì)值而言，受低磷脅迫下溶液介質(zhì)中的有效磷總量較低，能夠被植物吸收的有效磷減少的限制，不同程度低磷脅迫下辣椒的磷吸收效率均低于正常施磷處理。低磷脅迫下辣椒磷利用效率均高于正常施磷處理。就相對(duì)值而言、114在0.01 %、0.1 %、1 %處理?xiàng)l件下吸收效率范圍為CK的1.72 %～10.63 %，而利用效率范圍為CK的188.28 %～417.73 %；115在0.01 %、0.1 %、1 %處理?xiàng)l件下吸收效率范圍為CK的0.99 %～5.8 %，而利用效率范圍為CK的247.24 %～328.59 %。

吸收效率包含了根系生物量的信息，主要衡量根對(duì)溶液中磷的吸收狀況，利用效率主要衡量進(jìn)入植物地上部分的磷的利用情況。1 %處理情況下，吸收效率品種114高于品種115，但利用效率低于115，而0.1 %和0.01 %處理情況下，低磷處理情況下辣椒品種114的吸收效率和利用效率均高于115。說(shuō)明相對(duì)于115，在極端低磷脅迫下，114的吸收效率和利用效率更高。

3 討 論

3.1 最適合的低磷處理體系

適宜的磷處理水平是進(jìn)一步篩選耐低磷材料的關(guān)鍵。辣椒苗期篩選的關(guān)鍵是選擇壓力的確定。只有在合適的選擇壓力下，不同品種磷營(yíng)養(yǎng)特性差異才能充分顯現(xiàn)。在本次實(shí)驗(yàn)之前，曾進(jìn)行過(guò)低磷濃度梯度為5 %、10 %、25 %、50 %的實(shí)驗(yàn)，對(duì)照與CK間無(wú)顯著差異。本次試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)施磷水平從CK降低到1 %時(shí)，辣椒根莖葉干重、磷含量、根系特征等性狀改變明顯。這些指標(biāo)與與CK的平均值差異均達(dá)到極顯著水平。即在1 %的選擇壓力下，有利于區(qū)分不同基因型辣椒的生物學(xué)表型差異。而在0.1 %和0.01 %的處理?xiàng)l件下，114和115辣椒品種均表現(xiàn)嚴(yán)重缺磷癥狀，難以持續(xù)正常生長(zhǎng)，且根系指標(biāo)與CK未表現(xiàn)出顯著差異，故而不適用于進(jìn)一步的辣椒品種篩選實(shí)驗(yàn)。因此，選擇1 %低磷處理的溶液和CK分別作為缺磷處理和正常磷處理進(jìn)行苗期水培篩選較為合適。經(jīng)過(guò)培養(yǎng)觀察得知，辣椒苗期耐低磷實(shí)驗(yàn)處理時(shí)間為不同營(yíng)養(yǎng)液處理?xiàng)l件下28～30 d(發(fā)芽后約45 d)為佳。

3.2 辣椒苗期低磷脅迫的生物學(xué)性狀

為了適應(yīng)外部低磷的生長(zhǎng)環(huán)境，辣椒在長(zhǎng)期的生長(zhǎng)和進(jìn)化過(guò)程中形成了一系列的應(yīng)對(duì)機(jī)制。磷元素的缺乏會(huì)影響植物的光合作用和碳水化合物的分配[3]。辣椒對(duì)低磷的適應(yīng)性是多因素的綜合反映，植株形態(tài)、葉片特征、根系特征和生物量分配等指標(biāo)對(duì)揭示植物耐低磷特性差異具有重要意義，也是反映植物耐低磷的重要指示性參數(shù)。在不同濃度磷脅迫條件下，辣椒的生長(zhǎng)、高度、根、葉特征均發(fā)生了一系列變化。低磷脅迫導(dǎo)致辣椒非光化學(xué)能量耗散增加，葉片發(fā)生了光合作用的光抑制。就表觀性狀而言，缺磷降低了辣椒的株高、根系直徑、地上部和整株干重、磷吸收量等，增加了干重根冠比、細(xì)根的根長(zhǎng)和根表面積，提高了植株的磷利用效率。

3.3 低磷條件下不同材料的差異

在低磷條件下，辣椒114和115的各指標(biāo)的總體趨勢(shì)表現(xiàn)一致，但低磷脅迫對(duì)不同辣椒品種的影響程度略有不同，辣椒根系反應(yīng)、生物量分配、磷吸收及利用效率等特征均存在一定的差異。根系的空間分布決定了其對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)能力[21]，同樣處理下114的根系長(zhǎng)度普遍長(zhǎng)于115，而平均直徑及根體積低于115。114品種1 %的根尖數(shù)和分叉數(shù)均高于CK，115品種1 %的根尖數(shù)低于CK，但分叉數(shù)高于CK。說(shuō)明2種辣椒的根系對(duì)地下資源的適應(yīng)性策略及養(yǎng)分活化和吸收方面存在一定差異。生物量的大小體現(xiàn)了植物固定和積累空間資源的能力[22]，而生物量在不同組織和器官的分配能反映植物對(duì)脅迫的響應(yīng)方式。在同樣的資源條件，對(duì)生境條件具有更強(qiáng)適應(yīng)性的植物生物量積累較多[23]。在不同程度的磷脅迫下，115單株平均干重均高于114，114的干重根冠比為CK條件下的166.7 %～491.7 %，而115的干重根冠比為CK條件下的221.1 %～915.8 %。說(shuō)明相對(duì)于114而言，115對(duì)低磷響應(yīng)更為敏感，其干物質(zhì)的累積量和重新分配程度更高。不同辣椒品種的磷效率存在差異。吸收效率和利用效率結(jié)果表明，在極端低磷脅迫下，相對(duì)于115，114的吸收效率和利用效率更高。綜上，受基因型影響，114與115對(duì)低磷環(huán)境可能存在不同的適宜性策略差異。相對(duì)于114，115對(duì)磷素缺乏的響應(yīng)更為迅速，在缺磷的情況下雖然將更多的干物質(zhì)分配給根系增加了根系總的吸收表面積，但將磷元素更多分配給葉，以保障光合的有效進(jìn)行。而114在極端低磷脅迫下吸收效率和利用效率更高。

3.4 辣椒苗期低磷響應(yīng)代表性指標(biāo)

低磷脅迫對(duì)辣椒幼苗各生物學(xué)性狀均有不利影響，但是不同性狀受影響的程度不同。以某一項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)品種的耐低磷特性難以反應(yīng)整體生理生態(tài)機(jī)制。只有綜合多指標(biāo)對(duì)品種進(jìn)行評(píng)價(jià)，才可能揭示品種對(duì)低磷脅迫反應(yīng)特性的實(shí)質(zhì)，提高耐低磷特性鑒定的準(zhǔn)確性。由不同磷脅迫情況下下各性狀指標(biāo)的比較結(jié)果表明，1 %和CK條件下，葉綠素、葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)、根系投影面積、根體積、根尖數(shù)等指標(biāo)未完全表現(xiàn)出顯著性，不適合進(jìn)一步用于辣椒耐低磷品種篩選。而平均直徑、高度、葉面積、根/莖/葉干重、根/莖/葉的磷元素比例(%)、根/莖/葉磷累積量等表觀性狀指標(biāo)可作為對(duì)低磷具備指示作用的關(guān)鍵特征因子。表征生長(zhǎng)發(fā)育的干重根冠比、磷累積量根冠比、吸收效率、利用效率等指標(biāo)可作為評(píng)價(jià)因子。因此選擇這些與缺磷密切相關(guān)且容易檢測(cè)的表型性狀作為初級(jí)選擇指標(biāo)，可以顯著提高磷素高效利用基因型的選擇效率。在將來(lái)使用這些指標(biāo)進(jìn)行大批量的辣椒品種耐低磷評(píng)價(jià)和篩選時(shí)，需要再次充分論證這些初選指標(biāo)的有效性和適用性，從而科學(xué)評(píng)價(jià)不同辣椒品種的耐低磷特性。

4 結(jié) 論

(1)辣椒苗期耐低磷鑒定適宜使用的磷處理水平為正?；舾裉m營(yíng)養(yǎng)液的1 %；處理時(shí)間為28～30 d(發(fā)芽后約45 d)為佳。

(2)低磷供應(yīng)對(duì)辣椒的生長(zhǎng)、光合、根系特征、生物量分配及利用特征均造成一定程度影響。

(3)在低磷條件下，不同辣椒品種對(duì)低磷環(huán)境可能存在不同的適宜性策略差異，但辣椒品種114和115的各指標(biāo)的總體趨勢(shì)表現(xiàn)一致。

(4)辣椒苗平均直徑、高度、葉面積、根/莖/葉干重、根/莖/葉的磷元素比例(%)、根/莖/葉磷累積量等表觀性狀指標(biāo)可作為對(duì)低磷具備指示作用的特征因子。