外源水楊酸對(duì)淹水脅迫下辣椒幼苗生長(zhǎng)及活性氧代謝的影響

夏文榮

（德州學(xué)院 山東德州 253023）

近年來，全球氣候異常，降雨量分布不均，暴雨天氣出現(xiàn)頻率增加，據(jù)國家防汛抗旱總指揮部統(tǒng)計(jì)，僅2020 年一年，全國因洪澇致農(nóng)作物受災(zāi)719.0 萬hm，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)2 669.8 億元。目前，淹水脅迫已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生的非生物脅迫之一。

辣椒在我國播種面積和產(chǎn)值均居蔬菜首位，辣椒和辣椒制品多達(dá)1000 余種，國際間貿(mào)易量逐年增加，辣椒已經(jīng)成為最具發(fā)展?jié)摿Φ霓r(nóng)業(yè)作物之一。山東省集辣椒種植、加工、出口為一體，形成辣椒集散地，大量出口干、鮮辣椒。辣椒是淺根系作物，根系不發(fā)達(dá)，再生能力弱，不易發(fā)生不定根，多為露地栽培。山東地區(qū)雨熱同季，7—8 月份容易造成澇害，正值辣椒生長(zhǎng)盛期，辣椒田水分過多，對(duì)植株地上部分和地下部分均產(chǎn)生影響。淹水脅迫下一些作物植株葉片的葉綠素含量減少，葉片氣孔開度下降，氣孔密度增加，光合能力弱，根系缺氧，根系活力下降，植株的主要代謝和生長(zhǎng)被抑制，進(jìn)而造成葉片變黃枯萎以及果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)下降。

水楊酸（salicylic acid，SA）是一種酚類生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，在植物體內(nèi)主要通過異分支酸合酶途徑合成。SA 能夠在植物體內(nèi)的許多抗逆生理過程中起調(diào)節(jié)作用，增強(qiáng)植物抗性。前人研究表明，外源水楊酸在植株抵御病原菌侵染和鹽堿、低溫、高溫、干旱等脅迫方面發(fā)揮作用。外源SA 在緩解辣椒淹水脅迫方面的研究和報(bào)道較少。筆者以辣椒為材料，采用拱棚和雙套盆法模擬澇害環(huán)境，研究淹水脅迫下外源SA 對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)及活性氧代謝的影響，并利用模糊隸屬函數(shù)法對(duì)不同濃度SA 處理辣椒幼苗耐澇性差異進(jìn)行綜合比較，以期篩選出緩解辣椒澇害最適宜的SA 濃度。

1 材料與方法

1.1 材料

供試?yán)苯菲贩N為德紅1 號(hào)，種子由德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2020 年3—5 月在德州市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技園進(jìn)行。供試?yán)苯贩N子經(jīng)催芽后于穴盤中育苗，在5 葉1 心時(shí)期取生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗移至28 cm×28 cm 營養(yǎng)缽中，每缽3 株，裝土到距盆上沿6 cm。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)置7個(gè)處理，分別 為：（1）對(duì) 照（CK），未 淹 水+不 外 施 SA；（2）CK1，淹 水+ 不 外 施 SA；（ 3 ）SA0.5 ，淹 水+ 外 施 0.5 mmol · LSA；（4）SA1.0，淹 水+外 施 1.0 mmol · LSA；（5）SA1.5，淹水+外施1.5 mmol·LSA；（6）SA2.0，淹水+ 外 施 2.0 mmol · LSA；（7）SA2.5 ：淹水+外施2.5 mmol·LSA。每個(gè)處理10 缽，3 次重復(fù)，共210 缽。當(dāng)辣椒幼苗長(zhǎng)至6 葉1 心時(shí)，分別用0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mmol·LSA 進(jìn)行全株葉面噴施至葉面有液體下滴，每天噴1 次，連續(xù)噴3 d。3 d后進(jìn)行淹水處理，以水面保持在土壤表面1.0 cm 為淹水狀態(tài)，每天補(bǔ)水保持淹水狀態(tài)，淹水處理7 d，于淹水處理后（第8 天）9：00 取樣進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀指標(biāo)測(cè)定及方法 各處理隨機(jī)選取5 株辣椒苗進(jìn)行農(nóng)藝性狀指標(biāo)測(cè)定。用直尺測(cè)量辣椒幼苗根長(zhǎng)、株高；分別剪取植株的地上部與地下部，用去離子水沖洗后擦干水分，使用天平測(cè)定鮮質(zhì)量后于105 ℃烘箱殺青30 min，75 ℃烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定干質(zhì)量，計(jì)算根冠比（植株地下部與地上部干質(zhì)量比值）。

1.3.2 生理生化指標(biāo) 參照高俊鳳等的方法測(cè)定葉綠素含量和類胡蘿卜素含量。參照李合生的方法測(cè)定活性氧產(chǎn)生速率、過氧化氫含量、丙二醛含量、電解質(zhì)滲漏率、游離脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量。采用試劑盒法測(cè)定超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽還原酶（GR）等抗氧化酶活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010 和SPSS19.0 軟件處理數(shù)據(jù)，差異顯著性用Duncan 法進(jìn)行多重比較。隸屬函數(shù)值計(jì)算參考張曉麗等的方法。某一性狀測(cè)定值減去該性狀最小值與該性狀的極差值的比值即為該性狀的隸屬函數(shù)值。計(jì)算公式為：

（X）=（X–）/（–）；

（X）=1–（X–）/（–）。

公式中，X為某一指標(biāo)的測(cè)定值；為所有處理中該指標(biāo)的最大值；為所有處理中該指標(biāo)的最小值。計(jì)算各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，以其平均值綜合評(píng)價(jià)不同處理辣椒幼苗耐澇性，平均值越大，外源SA 對(duì)辣椒淹水脅迫緩解能力越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施不同濃度SA處理對(duì)辣椒幼苗農(nóng)藝性狀的影響

從表1 可知，淹水脅迫7 d 后，與CK 和CK1相比，辣椒幼苗不同處理農(nóng)藝性狀差異顯著。淹水脅迫下，辣椒幼苗根長(zhǎng)、株高、鮮質(zhì)量及干質(zhì)量均顯著低于不淹水的正常對(duì)照，而噴施外源SA 后，農(nóng)藝性狀指標(biāo)下降幅度減?。黄渲袊娛?.5 mmol·LSA處理的農(nóng)藝性狀最好，根長(zhǎng)、株高、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量比淹水對(duì)照分別提高66.37%、14.55%、56.35%和93.75%；SA2.0 處理農(nóng)藝性狀次之，且與SA1.5 處理差異不顯著；SA0.5 處理最差，根長(zhǎng)、株高、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量?jī)H比CK1 分別提高25.71%、9.54%、30.16%和37.50%。同時(shí)，CK1 植株根冠比增大，噴施SA預(yù)處理后，辣椒植株的根冠比均顯著小于淹水對(duì)照，表明噴施SA 預(yù)處理均能有效增加植株地上部生物量。與CK 相比，CK1 根冠比增幅最大，達(dá)到49.26%；SA 處理中SA0.5 增幅最大，上升34.56%，SA2.0 處理增幅最小，僅上升11.76%。

表1 SA 處理對(duì)辣椒幼苗農(nóng)藝性狀的影響

2.2 SA處理對(duì)辣椒幼苗葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

從表2 可知，在淹水脅迫下，各處理辣椒幼苗葉綠素和類胡蘿卜素含量均顯著低于CK，CK1 辣椒幼苗葉片中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量分別比CK 下降18.65%、24.87%、20.42%和36.84%。SA0.5 處理辣椒幼苗葉片中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量均顯著低于其他4 個(gè)SA 處理，其他4 個(gè)SA處理間辣椒幼苗葉片中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量均無顯著差異，所有SA處理均顯著高于CK1。

表2 SA 處理對(duì)辣椒幼苗葉綠素和類胡蘿卜素含量影響

2.3 SA處理對(duì)辣椒幼苗葉片膜脂過氧化物含量和電解質(zhì)滲漏率的影響

從表3 可以看出，淹水脅迫使辣椒幼苗葉片中膜脂過氧化物含量和電解質(zhì)滲漏率均顯著升高，而SA處理可顯著降低超氧陰離子（O）產(chǎn)生速率、過氧化氫（HO）含量、丙二醛（MDA）含量和電解質(zhì)滲漏率。SA1.5 處理O產(chǎn)生速率降幅最大，比淹水對(duì)照（CK1）下降43.95%，且與SA2.0、SA2.5 處理差異不顯著。SA2.5 處理HO含量和電解質(zhì)滲漏率降幅最大，分別比CK1 降低51.14%和36.75%，但與SA1.5、SA2.0 處理無顯著差異。SA2.0 處理MDA 含量降幅最大，比淹水對(duì)照下降33.72%，SA1.5 處理降幅次之，但二者差異不顯著。

表3 SA 處理對(duì)辣椒幼苗膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物含量和電解質(zhì)滲漏率的影響

2.4 SA處理對(duì)辣椒幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

從表4 可以看出，淹水脅迫下，辣椒幼苗葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量顯著升高，游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量相對(duì)CK 分別升高30.67%、61.22%和50.29%。SA 處理顯著提高了淹水脅迫下辣椒幼苗葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量。SA2.5 處理辣椒幼苗葉片中游離脯氨酸含量升幅最大，分別比CK1 和CK 升高37.83%和80.11%，但與SA1.5 處理無顯著差異；SA1.0 處理葉片中可溶性糖和可溶性蛋白含量升幅最大，分別比淹水對(duì)照升高36.74%和46.47%，但其可溶性糖含量與SA1.5 處理無顯著差異。SA1.5 處理游離脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量比CK1 提高了37.37%、32.51%和20.12%。

表4 SA 處理對(duì)辣椒幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

2.5 SA處理對(duì)辣椒幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響

從表5 可以看出，CK 處理辣椒葉片SOD、POD、CAT 和GR 正常生長(zhǎng)下均保持一定的活性。淹水脅迫下，除GR 外，CK1 其他抗氧化酶活性均顯著低于CK，SA 處理則顯著提高了辣椒幼苗抗氧化酶活性，均顯著高于CK 和CK1。在所有SA 處理中，SA2.0 處理辣椒幼苗SOD 和CAT 活性最高，分別比CK1 升高83.22%和56.39%，但與SA1.5 處理相比，二者無顯著差異；SA1.5 處理POD 和GR活性最高，分別比淹水對(duì)照升高81.76%和87.84%，CAT、SOD 活性分別升高55.47%和83.02%，且顯著高于其他處理；SA0.5 處理辣椒各抗氧化酶活性增幅最小，CAT、POD、SOD 和GR 活性分別比CK1 升高35.58%、49.66%、72.92%和11.70%。

表5 SA 處理對(duì)辣椒幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響

2.6 不同處理辣椒幼苗耐澇性差異綜合比較

根冠比、O產(chǎn)生速率、HO含量、MDA 含量和電解質(zhì)滲漏率等指標(biāo)采用反隸屬函數(shù)值法計(jì)算函數(shù)值，其他指標(biāo)均采用隸屬函數(shù)值法計(jì)算函數(shù)值。不同處理的18 個(gè)指標(biāo)加權(quán)值和總加權(quán)值大小。從表6 中可以看出，綜合總加權(quán)值評(píng)價(jià)出的抗?jié)承詮?qiáng)弱 順 序 為 ：SA1.5＞SA2.0＞SA1.0＞SA2.5＞SA0.5＞CK1，其中SA1.5 處理和SA2.0 處理兩者總綜合加權(quán)值得分接近，差異不顯著。

表6 綜合指標(biāo)的加權(quán)隸屬函數(shù)值

3 討論與結(jié)論

辣椒幼苗在淹水脅迫后，會(huì)產(chǎn)生一系列生理生化反應(yīng)，影響其農(nóng)藝性狀，同時(shí)植物會(huì)通過改變自身的生長(zhǎng)和形態(tài)特征來適應(yīng)逆境條件。淹水脅迫下植物生長(zhǎng)發(fā)育受到影響，主要是由淹水產(chǎn)生的低氧環(huán)境導(dǎo)致光合作用減弱，葉綠素降解，細(xì)胞內(nèi)正常的電子傳遞鏈被阻斷，細(xì)胞膜脂過氧化加劇、保護(hù)酶等系統(tǒng)遭到損害，引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的破壞。筆者研究表明，淹水脅迫下，辣椒幼苗根長(zhǎng)、株高、整株鮮質(zhì)量及干質(zhì)量均顯著低于CK，葉綠素含量和胡蘿卜素含量顯著下降，O產(chǎn)生速率和丙二醛含量等顯著升高，表明淹水脅迫對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)有顯著影響，與前人研究結(jié)果一致。

抗氧化酶活性的變化是植物對(duì)非生物脅迫的響應(yīng)方式之一。植株在正常條件下生長(zhǎng)，體內(nèi)細(xì)胞活性氧的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，活性氧水平較低，非生物脅迫條件下會(huì)破壞活性氧的動(dòng)態(tài)平衡，從而產(chǎn)生過多的自由基，所積累的活性氧可引發(fā)或加劇細(xì)胞膜脂過氧化，從而引起膜的滲漏，進(jìn)而細(xì)胞的正常生理功能受到傷害。淹水脅迫時(shí)活性氧產(chǎn)生速率快速升高，為維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定，保護(hù)細(xì)胞免受膜脂過氧化作用傷害，植株活性氧清除系統(tǒng)加快清除活性氧。為適應(yīng)淹水脅迫，植物會(huì)調(diào)節(jié)相應(yīng)的代謝機(jī)制從而維持正常的生命活動(dòng)。淹水脅迫下，細(xì)胞能主動(dòng)積累可溶性糖、可溶性蛋白及游離脯氨酸等有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，來調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢(shì)，維持體內(nèi)水分平衡，保護(hù)植物組織內(nèi)各種酶類和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的正常功能。SA 作為一種廣泛存在的植物內(nèi)源性信號(hào)分子，參與調(diào)節(jié)植物許多生理過程。前人研究結(jié)果表明，外施SA 可以提高植物葉片SOD、POD、CAT 等抗氧化酶的活性，緩解脅迫對(duì)植物造成的傷害，提高植物的抗逆性。SA 可誘導(dǎo)淹水桔梗、棉花植株生理特性發(fā)生改變，HO含量上升，顯著提高葉片POD 和CAT等抗氧化酶活性，增加脯氨酸積累，降低MDA 含量，保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整性，提高葉片光合效率及根系活力，提高植物體內(nèi)的ATP 含量，為各種物質(zhì)代謝的正常進(jìn)行提供充足的能量，誘導(dǎo)多種與非生物脅迫反應(yīng)相關(guān)基因表達(dá)，從而緩解植株水澇造成的傷害。筆者試驗(yàn)表明，淹水脅迫下，外源SA可有效地阻止辣椒幼苗植株體內(nèi)MDA 積累，促進(jìn)脯氨酸的積累，緩解淹水脅迫對(duì)辣椒幼苗造成的膜脂過氧化，增強(qiáng)辣椒幼苗的抗?jié)承?。淹水脅迫下噴施SA 可提高活性氧清除系統(tǒng)中SOD 和POD 的活性，提高可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)的含量，降低電解質(zhì)滲漏率和MDA 含量，從而增強(qiáng)辣椒幼苗耐淹水脅迫的能力。

不同濃度SA 處理對(duì)淹水辣椒造成傷害的緩解程度不同。噴施1.5 mmol·LSA 和2.0 mmol·LSA后，淹水條件下辣椒葉綠素、類胡蘿卜素、可溶性糖、可溶性蛋白含量增加，CAT、POD、SOD 和GR 酶活性升高，O產(chǎn)生速率、HO含量、MDA 含量和電解質(zhì)滲漏率降低，農(nóng)藝性狀顯著優(yōu)于其他處理，表明淹水脅迫前噴施SA 能夠在脅迫發(fā)生前引起細(xì)胞預(yù)響應(yīng)并在淹水發(fā)生初期迅速開啟應(yīng)答反應(yīng)機(jī)制，進(jìn)行一系列生理生化變化以適應(yīng)淹水脅迫。通過綜合指標(biāo)總加權(quán)值比較評(píng)價(jià)出抗?jié)承詮?qiáng)弱順序依次為：SA1.5、SA2.0、SA1.0、SA2.5、SA0.5、CK1，其中SA1.5 處理和SA2.0 處理兩者綜合總加權(quán)值得分相近。

4 結(jié)論

筆者以德紅1 號(hào)辣椒為試材，葉面噴施不同濃度SA 溶液，研究淹水脅迫對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)和活性氧代謝的影響。結(jié)果表明，淹水脅迫下，SA 處理辣椒幼苗農(nóng)藝性狀改善，葉綠素、類胡蘿卜素、膜脂過氧化物、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加，抗氧化酶活性增強(qiáng)，綜合比較淹水脅迫下不同濃度SA 對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)及活性氧代謝的影響，以1.5 mmol·LSA 處理效果最好，但其對(duì)辣椒產(chǎn)量及品質(zhì)等的影響還有待進(jìn)一步研究。