冷害對多茸毛型線辣椒幼苗生理水平的影響

陳 艷,黃璐瑤,鄧昌蓉,張彥君,侯全剛,邵登魁

(青海大學農(nóng)林科學院/青海省蔬菜遺傳與生理重點實驗室,西寧 810016)

0 引 言

【研究意義】辣椒(CapsicumannuumL.),屬茄科辣椒屬植物[1],青海省為高原溫帶、高原亞寒帶和高原寒帶[2],其辣椒生產(chǎn)主要依靠日光溫室,尤其是冬春季生產(chǎn)100%依靠設施。辣椒受到低溫脅迫后,會出現(xiàn)生理生化代謝紊亂、形態(tài)發(fā)育失調(diào)、生活力降低乃至凋亡、植株發(fā)育遲緩和生殖生長嚴重失調(diào)[3]等。有研究將辣椒分為4個種,其中茸毛辣椒(CapsicumPubessensKeep.)是在安底斯山區(qū)廣泛栽培的高原種[4]。茸毛作為一種天然的屏障,可以減少植物與病原物的接觸。植物茸毛性狀與植物的抗逆性相關(guān),除了抗蟲、抗病外,茸毛性狀也被認為具有保溫和防紫外線的作用[5-8]。研究特色辣椒種質(zhì)資源,對于選育適宜當?shù)卦O施栽培的辣椒品種具有重要意義。青線椒2號高花果率高、抗病性強、抗寒性較高,是青海特色種質(zhì)資源,綜合評價青線椒2號,對于新種質(zhì)的認知和高效利用具有重要意義。【前人研究進展】在西北地區(qū)具有茸毛性狀的植物可能擁有更好的抗寒性。多數(shù)辣椒栽培品種一般不具茸毛[9],而多茸毛型線辣椒青線椒2號是由少茸毛的“循化線辣椒”群體中的天然變異株經(jīng)選育而成的新品種,其莖、葉柄密著白色茸毛[10]?！颈狙芯壳腥朦c】辣椒對溫度的要求介于茄子和番茄之間,其生長的最適溫度為24～28℃,低于15℃生長發(fā)育就會受到阻礙,低于10～12℃就會受到冷害,而且在整個生育期都易受冷害[11, 12]。需研究茸毛型線辣椒種質(zhì)資源的抗寒性以及對低溫的適應性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以多茸毛型線辣椒品種青線椒2號為材料,對其進行不同溫度、不同周期長度的低溫脅迫處理,測定其幼苗在溫度梯度處理及時間梯度處理下的SOD活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、丙二醛含量等生理指標的變化,進行顯著性分析,為茸毛型種質(zhì)資源利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

選用多茸毛型線辣椒品種青線椒2號,由青海農(nóng)林科學院提供。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

田間試驗地點在青海省農(nóng)林科學院園藝創(chuàng)新基地。采用72孔穴盤進行育苗,待幼苗在溫室中長至4葉1心時,取長勢一致的壯苗移入光照培養(yǎng)箱中進行低溫處理,試驗共設置4個處理,3次重復,每個重復30株。表1

表1 試驗設計

1.2.2 測定指標

各組在分別處理15、30、45、60 d后,在各處理時間段取樣,用于測定不同處理下的生理指標。

超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑法[13]測定。

可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[14],以蔗糖溶液制作標準曲線。

可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍染色法[15],可溶性蛋白質(zhì)的提取同SOD酶液提取方法,以牛血清白蛋白制作標準曲線。

丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法[16]測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理,Origin 2019制圖,利用SPSS 22.0進行差異顯著性分析與相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 超氧化物歧化酶(SOD)活性的變化

2.1.1 同一處理天數(shù)不同處理間SOD活性比較

研究表明,4個處理的SOD活性在處理60 d時整體上達到最低水平,4個處理的平均值為90.42 μ/g,最小值為處理4,為90.4 μ/g;4個處理的SOD活性峰值出現(xiàn)在處理30 d時,平均值為122.25 μ/g,最大值為處理2,達到138.64 μ/g;與處理15 d時SOD活性最小值相比,增加了16.61%。圖1

圖1 不同時間下各處理組SOD活性的變化

2.1.2 全周期不同處理間SOD活性比較

研究表明,除了對照組變化不明顯外,其它3個處理均是先升高后降低趨勢,其中最大值為處理2,峰值出現(xiàn)在處理30 d時,而對照處理的峰值出現(xiàn)在處理45 d時。處理15 d時,各處理組之間SOD活性均存在顯著性差異。處理30 d時,各處理與對照間均存在顯著差異;處理1和處理2、處理3間存在顯著差異;。處理45 d時,各處理和對照間存在顯著差異;處理1、處理2與處理3間在顯著性差異。處理60 d時,處理1、處理2與對照間存在顯著差異。表2,圖1

表2 不同溫度強度下SOD活性差異性比較

2.2 可溶性糖含量的變化

2.2.1 同一處理天數(shù)不同處理間可溶性糖含量比較

研究表明,隨低溫處理時間延長,可溶性糖含量呈先升高后降低趨勢,4個處理可溶性糖含量最低為處理60 d時,平均值為6.08 mg/g,最小值為處理4,為3.5 mg/g;4個處理SOD活性最高為處理處理45 d時,平均值為10.43 μ/g,最大值為處理3,為13.05 mg/g,相較于處理15 d,可溶性糖含量增加66.97%。圖2

圖2 不同時間下各處理組可溶性糖含量變化

2.2.2 全周期不同處理間可溶性糖含量比較

研究表明,除了處理2可溶性糖含量變化相對較小,其他3個個處理的變化趨勢均為先上升后下降。其中最大值為處理3,峰值出現(xiàn)在處理45 d時,而對照組的峰值出現(xiàn)在處理45 d時。處理間顯著性檢驗結(jié)果表明,在處理15 d時,各處理與對照間均存在顯著差異。處理30 d時,各處理與對照間存在顯著差異;處理1、處理2與處理3間存在顯著差異。處理45 d時,各處理和對照間存在顯著差異;處理1、處理3和處理2間存在顯著差異。處理60 d時,各處理組之間可溶性糖含量均存在顯著性差異。表3,圖2

表3 不同溫度強度下可溶性糖含量差異性比較

2.3 可溶性蛋白質(zhì)含量的變化

2.3.1 同一天數(shù)下不同處理間可溶性蛋白質(zhì)含量比較

研究表明,隨低溫處理時間延長,可溶性蛋白質(zhì)含量呈先升高后降低趨勢,4個處理組可溶性糖含量最低出現(xiàn)在處理60 d時,平均值為12.62 mg/g,最小值為處理2,含量為11.05 mg/g;4個處理組可溶性糖含量最高為處理30 d時,平均值為45.11 mg/g,最大值為處理4,為64.68 mg/g,相較于處理15 d時,可溶性蛋白含量增加330.00%。圖3

圖3 不同時間下各處理組可溶性蛋白質(zhì)含量變化

2.3.2 不同處理間可溶性蛋白質(zhì)含量比較

研究表明,各處理均是先升高后降低趨勢,其中最大值為對照組處理4,峰值出現(xiàn)在處理30 d時。在處理15 d時,各處理組之間可溶性蛋白質(zhì)含量均存在顯著差異。處理30 d時,處理1、處理3與對照間存在顯著差異;處理1、處理3和處理2間存在顯著差異。在處理45 d時,處理1與對照組間存在顯著差異;處理1與處理2、處理3間存在顯著差異。到處理60 d時,處理1、處理2、處理3與對照間存在顯著差異。表4,圖3

表4 不同溫度強度下可溶性蛋白質(zhì)含量差異性比較

2.4 MDA含量的變化

2.4.1 同一天數(shù)下不同處理間MDA含量比較

研究表明,隨低溫處理時間延長,丙二醛含量呈先上升后下降的變化趨勢,整體上4個處理丙二醛含量最低值出現(xiàn)在處理60 d,平均值為1.78 mol/L,最小值出現(xiàn)在處理4,為1.62 mol/L;4個處理丙二醛含量最高值出現(xiàn)在處理30 d,平均值為2.63 mol/L,最大值出現(xiàn)在處理3,為3.19 mol/L,相較于處理15 d時,MDA含量增加60.32%。圖4

圖4 不同時間下丙二醛含量變化

2.4.2 不同處理間丙二醛含量比較

研究表明,處理1、處理2丙二醛含量變化趨勢為先下降后上升再下降;處理3、處理4丙二醛含量變化趨勢為先上升后下降。在處理15 d時,處理1、處理3與對照組間存在顯著差異;處理1和處理3間存在顯著差異。在處理30 d時,處理2、處理3與對照組間存在顯著差異;處理1、處理2和處理3各處理間存在顯著差異。處理45 d時,對照組與其他3組存在顯著差異;處理1、處理2和處理3間存在顯著差異。到處理60 d時,處理2與對照組間存在顯著差異;處理1和處理2之間存在顯著差異,處理2與處理3存在顯著差異。表5,圖4

表5 不同溫度強度下丙二醛差異性比較

3 討論

3.1 SOD活性反映出材料對高低溫度響應的差異性

SOD酶活性的變化可以作為評價植物耐熱抗寒性的重要指標[17]。試驗結(jié)果表現(xiàn)為各處理組SOD活性變化趨勢為先升高后下降。SOD含量變化幅度最小的是處理4,變化幅度最大的處理2,其變量絕對數(shù)值約為處理4的3.7倍。SOD酶活性對植物的抗逆性影響是有一定的閾值的[18]。隨著脅迫時間的延長,處理4 SOD活性的變化并不是很大,SOD活性整體水平比較低、啟動慢或未啟動應激反應,而其他3組峰值的數(shù)值與處理15 d時相比增幅均在16%以上,最高接近于18%,在處理60 d時,3組的SOD活性均低于各組在處理15 d時的數(shù)值。當植物受到脅迫時,會產(chǎn)生氧化應激反應,造成體內(nèi)大量ROS積累,引起膜脂過氧化,影響植物體內(nèi)生理代謝平衡,此時SOD作為重要抗氧化酶協(xié)同其他功能蛋白清除活性氧,緩解對植物的傷害。3個處理組的處理溫度均低于試驗材料的最適宜生長溫度,SOD活性的升高可以及時清除低溫脅迫下植物體內(nèi)積累的過氧化物質(zhì),但過低的溫度又會抑制SOD酶的活性,導致植物體內(nèi)的ROS大量積累,造成不可逆的損傷[19],隨著處理時間的延長,SOD的活性又大幅下降。試驗總處理時長為60 d,其中處理4的白天處理溫度為30℃,屬于長時間稍高溫度更傾向于產(chǎn)生對植物的間接傷害?？赡苁怯捎诔掷m(xù)高溫破壞了植物體內(nèi)的酶結(jié)構(gòu)或酶系統(tǒng),也可能是隨著時間的延長,并不是過于極端的較高溫使得植物出現(xiàn)抗逆性,表現(xiàn)出植物在SOD活性水平上的高溫適應性。

3.2 可溶性糖變化反映了材料在低溫和常溫的一致性

研究中各組的可溶性糖含量變化趨勢均表現(xiàn)為“升高-降低”,且各組峰值均出現(xiàn)在處理45 d時,處理1和處理3水平相當,處理3的日間處理溫度為25℃,是最接近于試材最適宜生長溫度的處理,低溫造成的水解作用不明顯,低溫沒有引起茸毛型種質(zhì)資源青線椒2號的糖代謝紊亂,表現(xiàn)為更好的抗寒性,與趙一航等[20]的研究結(jié)果相同。處理溫度的略高或略低都導致了可溶性糖含量的降低:處理4的可溶性糖水平比較低,原因可能是由于暗處理溫度較高,呼吸作用太強,消耗掉了大量的可溶性糖。較低的膜透性是植物耐高溫的生理基礎[21],隨著脅迫時間的延長,導致了在處理4中可溶性糖含量整體水平較低,處理2作為略低溫處理,相對于處理4,其可溶性糖含量較高,也更接近于處理3的可溶性糖含量水平。茸毛型品種可能具有更優(yōu)良的的抗寒性以及對低溫脅迫的適應性。

3.3 可溶性蛋白質(zhì)變化反映出材料在低溫下無明顯膜氧化

可溶性蛋白為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì),其含量增加和積累能提高細胞的保水能力,對細胞的生命物質(zhì)及生物膜起到保護作用,經(jīng)常用作篩選抗性的指標之一。與可溶性糖含量變化一致,試驗可溶性蛋白質(zhì)含量的變化趨勢為先升高后降低。研究中處理1(低溫)和處理3(常溫)可溶性蛋白質(zhì)含量水平與變化趨勢一致,無顯著差異,在這2種處理中蛋白質(zhì)主要以儲存方式存在,溶解性較低,不是以滲透調(diào)節(jié)和膜過氧化保護形態(tài)存在,證明了青線椒2號耐低溫性優(yōu)良。處理4水平較高,受到了高溫脅迫,可能是該材料來源于青藏高原冷涼氣候條件下的個體變異,對高溫的耐受度比較低,也因此較高的光暗處理溫度引起其代謝失調(diào),表現(xiàn)出較高的可溶性糖水平,試驗結(jié)果表明可溶性糖與可溶性蛋白質(zhì)含量呈極顯著負相關(guān),二者同樣作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),均可反應植物對非生物脅迫的耐受力,但可溶性蛋白質(zhì)含量峰值出現(xiàn)的時間要早于可溶性糖,并且其變化幅度也較大,可溶性蛋白質(zhì)對于溫度脅迫相應更敏感,可溶性蛋白質(zhì)的快速響應也可以提高植物對非生物脅迫的適應性。

3.4 丙二醛變化反映材料在低溫下氧化產(chǎn)物積累不明顯

丙二醛作為氧化終極產(chǎn)物,其含量高低代表著受損細胞膜氧化還原反應的水平。處理1變化幅度不大,低溫對青線椒2號細胞中的氧化產(chǎn)物積累作用不大,也就間接證明了其抗寒性較強,與前人研究結(jié)果一致[20, 22]。而處理3條件下,其溫度處理在4各處理間為最適宜的,但其丙二醛水平卻是最高,原因為試材受到水鹽脅迫,由于在試驗處理過程中,每日澆水量以及施肥量均為人工控制,不能做到控制唯一變量從而導致產(chǎn)生誤差;試材受到病害或受其他植物影響,試驗各處理組分別配置獨立低溫培養(yǎng)箱,處理3可能在處理過程中受到病害侵染從而產(chǎn)生試驗誤差。到處理45 d時,丙二醛含量都維持著較高的水平,SOD活性、可溶性蛋白質(zhì)的含量也較高,植物體內(nèi)的生理代謝較為旺盛,隨著脅迫時間的延長每個指標水平都趨于下降,可能是由于試材經(jīng)過低溫鍛煉對低溫環(huán)境的適應性有所提高。

3.5 材料具有較強抗寒性

溫度對于植物的整個生長階段都有影響,除了影響作物的品質(zhì)產(chǎn)量外,低溫還極大地限制了植物的地理分布,尤其是野生植物[23],了解植物在低溫脅迫下的反應機制以及選育抗寒性強的植物種質(zhì)資源新品種變得尤為重要。

李紅霞等[24]認為植物在長期進化的過程中形成了復雜高效的分子調(diào)控機制,引起植物細胞形成在生理和生化水平上的適應性調(diào)整,對于植物抗寒性的評定還應結(jié)合多方面進行分析評價,綜合評定植物抗寒性。

4 結(jié) 論

4.1隨著脅迫時間的延長,各生理指標整體變化趨勢為先增加后降低,其中可溶性蛋白質(zhì)含量的變化幅度最大。在處理的最后1 d,即處理第60 d,不同處理溫度下的各指標含量(活性)均低于第15 d時的含量(活性)。而在處理2、處理3中,即處理溫度分別為20、25℃的處理組中,在大部分時間下各指標含量要顯著高于處理4(CK),表現(xiàn)出更高的生理活性與代謝能力,青線椒2號苗期適宜生長溫度范圍為20～25℃。在處理第60 d時與處理15 d相比,SOD作為保護物質(zhì),以及MDA含量均有所下降,并且可溶性蛋白含量與可溶性糖含量、丙二醛含量具有顯著相關(guān)性,在線辣椒抗寒性分析時可將其作為評價指標。

4.2青線椒2號各指標都表現(xiàn)出了較高水平,多茸毛型辣椒具有較好的耐低溫性,隨著脅迫時間的延長,對低溫環(huán)境的較強適應性,多茸毛材料對低溫逆境具有一定抗性,在誘導抗性表現(xiàn)也比較強。