辣椒種子萌發和幼苗生理特性對鹽脅迫的響應

鄭佳秋+郭軍+梅燚

摘要：在土培條件下采用模擬鹽脅迫方法，研究6個辣椒（Capsicum annum L.）品種在鹽脅迫下萌芽期和幼苗期的生理特性。結果表明，鹽脅迫使所有供試辣椒品種萌芽期的發芽率、發芽勢、發芽指數、苗長、胚根長、苗質量和胚根質量均不同程度降低；幼苗期的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性和可溶性糖含量總體表現為增加，過氧化氫酶（CAT）活性總體呈下降趨勢，可溶性蛋白含量不同品種表現不同。方差分析發現相對發芽率、相對發芽勢等14個相對性狀指標均達到顯著水平，基于品種因子得分值進行系統聚類分析將供試辣椒品種（系）分為3類，Y08-27和S-322尖椒為耐鹽性較強的品種（系），Y148-1、Y802-1為耐鹽性中等品系，Y802-2、Y08-29屬于鹽敏感品系。

關鍵詞：辣椒；鹽脅迫；種子萌發；生理特性

中圖分類號： S641.301 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）11-0182-04

目前，世界鹽漬土地面積約10億hm2，中國鹽漬土地面積約3 460萬hm2，鹽堿化耕地760萬hm2[1]。蘇北平原擁有灘涂面積約65.3萬hm2，目前仍在不斷淤積增長，江蘇省年淤漲面積達1 334 hm2[2]，給農業生產和人類的生存環境帶來嚴重影響。鹽脅迫已經成為影響植物生長和作物減產的主要限制因素，因此，提高作物的耐鹽性已經成為當前作物育種的一個主攻方向。已有研究表明，不同植物及作物種類耐鹽性各異，即便同一種作物不同品種間也存在耐鹽性差異[3]。挖掘作物種質本身的耐鹽能力，篩選培育耐鹽品種，利用鹽漬化土壤進行農業生產顯得尤為重要[4-5]。

辣椒（Capsicum annum L.）是一種世界性的蔬菜，是中國主要的大宗蔬菜作物之一，也是產值最大的蔬菜作物[6]。目前，長江流域春季蔬菜種植大面積發展，成為沿海農業區訂單式高效農業的典范，但由于工業污染的加劇，化肥的大量施用及設施農業的迅猛發展，鹽漬土壤面積不斷擴大，使得辣椒栽培中經常出現根系不發達、植株矮小、病害加重等現象，早期產量和總產量降低，嚴重影響經濟效益。因此，挖掘辣椒物質本身的耐鹽能力，篩選培育耐鹽品種，對充分利用沿海鹽漬土壤發展辣椒產業具有重要意義。為克服土壤鹽漬化，人們對辣椒在鹽堿脅迫下的生理響應已開始研究[7]，但關于萌芽期和幼苗期2個時期耐鹽性綜合評價還鮮見報道。種子萌發期和幼苗期是大多數作物全生育期中對鹽脅迫最為敏感的時期，本試驗研究不同的辣椒品種和定向選育的品系在NaCl脅迫下種子萌發期和幼苗期的生長和生理指標變化，探討辣椒耐鹽生理機制，為篩選耐鹽種質資源，培育耐鹽品種打下基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗選用的6個辣椒（Capsicum annum L.）品種（系）為Y148-1、Y802-1、Y802-2、Y08-29、Y08-27和S-322尖椒，由江蘇沿海地區農業科學研究所蔬菜室提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 萌芽期鹽脅迫處理

將辣椒種子用5% NaClO消毒 5 min，蒸餾水沖洗5次，分別置于鋪有2層濾紙的培養皿中，每個培養皿50粒，然后加入蒸餾水（對照）和150 mmol/L NaCl溶液各7 mL，于28 ℃培養箱中發芽，重復3次。每天記錄發芽數（以胚根長達1/2種子長作為萌芽標志）補充等量蒸餾水和NaCl溶液，計算培養7 d的發芽勢和14 d的發芽率，測定苗長、胚根長、苗鮮質量、胚根鮮質量。

1.2.2 幼苗期鹽脅迫處理

供試的辣椒種子經催芽后于穴盤中育苗，育苗基質為體積比1 ∶1的過篩菜園土和黑土混合物。試驗在兩面通風能防雨的塑料大棚（晝溫20～25 ℃、夜溫10～15 ℃）中進行。四葉一心時，將長勢一致的幼苗移至含鹽量0.5 g/kg的營養缽（0.1m×0.1m）中進行鹽脅迫處理。以正常灌施1/2 Hoagland營養液為對照；脅迫處理在營養液中加分析純NaCl使其濃度達150 mol/L，每5 d灌施1次，每次灌施量為基質持水量的2倍，處理15 d采取生長點下第3張展開真葉進行滲透調節物質含量及抗氧化酶活性測定，重復3次。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 生長指標

發芽指數Gi=∑（Gt/Dt），式中：Gt為t日的發芽數，Dt為相應的發芽日數；相對鹽害率=[（對照發芽率-處理發芽率）/對照發芽率]×100%；將辣椒幼苗從培養皿中取出，用去離子水沖洗，再用吸水紙吸干后稱鮮質量。

1.3.2 抗氧化酶活性

POD活性參考Kochba等的方法[8]測定吸光度D470 nm；CAT活性采用葉凡等的方法[9]測定；SOD活性測定采用氮藍四唑（NBT）光還原法[10]；抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性測定參照Nakano等的方法[11]。

1.3.3 可溶性蛋白和可溶性糖含量

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法[12]測定；可溶性糖含量用蒽酮法[10]測定。

1.4 數據分析

由公式RV=（Xs/Xc）×100%計算各生理指標的相對值，其中Xs為鹽脅迫下測定指標平均值，Xc是所測指標在對照下的平均值。

采用Excel進行數據整理，用DPS 7.05軟件進行單因素方差分析和顯著性測驗分析（Duncans多重比較法），采用SPSS 19.0進行因子分析和系統聚類分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對辣椒種子萌芽期生長指標的影響

由表1可見，6個供試辣椒品種在鹽脅迫下的苗長、胚根長、苗質量和胚根質量、發芽率、發芽勢、發芽指數均較對照下降，品種間降幅存在差異。鹽脅迫下Y802-1的發芽率最低，是對照的63.04%，而Y08-29和Y08-27的發芽率最高，是對照的77.08%、77.55%，鹽害率均小于23.00%；Y802-2的發芽勢和發芽指數均最低，分別為對照的30.95%和47.03%，而Y148-1的發芽指數占對照值最高，為對照的75.56%，鹽害率達到37.50%；Y802-2和Y08-29的苗長和胚根長明顯低于對照，僅為對照的34.00%以下，Y08-27的苗質量和胚根質量僅為對照的13.00%以下，而Y802-1的苗長和胚根長均為對照的44.00%以上，S-322尖椒的苗質量和胚根質量均達到對照的17.00%以上。可見，很難用單一性狀指標評價辣椒不同品種的耐鹽性，需要將這些性狀指標綜合分析。

2.2 鹽脅迫對辣椒幼苗SOD、POD、CAT和APX活性的影響

SOD、POD、CAT和APX是植物體內酶促防御系統中主要的保護酶[13]，與非酶促系統協同作用，可清除植物體內的超氧陰離子自由基，減輕自由基對植物細胞膜的傷害。如圖1所示，鹽脅迫下供試品種除Y802-2表現為SOD、POD活性下降，分別為對照的17.82%和77.92%外，其他品種的SOD、POD和APX活性均表現為上升。除Y148-1和Y802-2的CAT活性表現為增加外，分別為對照的108.00%和133.33%，其他品種CAT活性總體呈下降趨勢，其中 Y08-27 下降幅度最大，為對照的46.54%。

2.3 鹽脅迫對辣椒幼苗可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

可溶性糖和可溶性蛋白在植物逆境時可通過主動積累來降低滲透勢，是植物細胞中的重要滲透調節物質。由圖2可知，鹽脅迫后，所有供試品種（系）可溶性糖含量均表現為增加，其中Y08-27、S-322尖椒增加幅度最大，分別為對照的170.43%和196.02%。可溶性蛋白含量表現不一，因品種（系）而異，Y148-1、Y802-1和S-322尖椒表現為增加，Y802-1增加幅度最大，為對照的211.43%，而Y802-2、Y08-29和Y08-27表現為下降趨勢，其中Y08-27下降幅度最大，為對照的64.71%。

2.4 因子分析

為消除不同品種間固有的生物學特性差異，分析中采用相對值來衡量辣椒品種的耐鹽性（表2）。方差分析結果表明，14個相對性狀指標均達到顯著水平，作為耐鹽評價的指標進行因子分析。計算14個相對性狀間相關系數矩陣與相應的特征向量矩陣，將特征值按大小次序排列，可知前4個特征值累計貢獻率已達93.78%，進一步對因子載荷矩陣進行旋轉達到使結構簡化的目的，但在方差極大旋轉過程中，由于各品種的內在因素之間始終存在著錯綜復雜的聯系，需要引入斜交因子解，使主因子生物學意義更加明顯，從表3可知，第1主因子是相對發芽率、相對發芽勢、相對發芽指數載荷值較大，故稱為萌芽因子；第2主因子是相對苗量、相對胚根質量載荷值較大，故稱為生物量因子；第3主因子是相對POD活性、相對CAT活性載荷值較大，稱為酶促防御因子；第4主因子是相對可溶性蛋白含量和相對可溶性糖含量載荷值較大，稱為滲透調節因子。

2.5 供試辣椒品種（系）耐鹽性比較

根據Promax斜交旋轉后品種斜交因子得分值，計算品種間的平方Euclidean距離，用離差平方和法（ward氏法）可將6個參試材料分為3類。從圖3可知，第1類有Y08-27和S-322尖椒，總體特征是鹽脅迫下相對發芽率下降22.45%～27.08%，相對發芽勢下降27.41%～35.08%，相對發芽指數下降27.41%～35.08%，苗質量下降74.32%～87.22%，胚根質量下降82.76%～94.05%，鹽害率為22.40%～27.10%，可溶性糖含量增加70.43%～96.02%，除CAT活性下降外，其余抗氧化酶活性整體增加，各生長和生理指標受鹽脅迫的影響程度在3個類群中最小，屬于耐鹽性較強的一類。

第2類有Y802-2和Y08-29，總體特征是鹽脅迫下相對發芽率下降22.92%，相對發芽勢下降20.00%～69.05%，相對發芽指數下降37.06%～52.97%，苗質量下降 74.46%～85.79%，胚根質量下降83.33%～89.47%，鹽害率22.90%～27.10%，可溶性糖含量增加8.28%～22.10%，相對APX活性增加3.45%～50.00%，其余抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量均有降低的表現，降低幅度各異。各生長和生理指標受鹽脅迫的影響程度在3個類群中最大，屬于鹽敏感性品種（系）。

第3類有Y148-1和Y802-1，總體特征是鹽脅迫下相對發芽率下降36.96%～37.50%，相對發芽勢下降 23.81%～44.44%，相對發芽指數下降24.43%～41.52%，苗質量下降77.25%～86.73%，胚根質量下降89.83%～98.06%，鹽害率35.41%～37.50%，抗氧化酶活性和可溶性糖、可溶性蛋白含量整體表現為增加，各生長和生理指標受鹽脅迫的影響程度介于第1類群和第2類群之間，屬于耐鹽性中等品種（系）。

3 討論

種子萌發期是作物生育期中對鹽脅迫最為敏感的時期之一，許多研究都表明種子萌發期耐鹽性可以反映出該品種其他時期的耐鹽性[14]。本研究采用土培模擬鹽脅迫的方法對辣椒萌芽期和幼苗期進行鹽脅迫試驗，結果表明，在鹽脅迫下所有供試辣椒品種（系）萌芽期的發芽率、發芽勢等6個性狀指標均比對照下降，下降幅度品種間存在差異，說明辣椒品種（系）間對鹽脅迫的耐受水平和生長降低幅度不同。

抗氧化防御系統是在自由基傷害學說的基礎上建立的。到目前為止，已確定它由一些能清除活性氧的酶系統和抗氧化物質組成，如SOD、POD、CAT、APX[15]等，并且它們協同作用共同抵抗鹽脅迫誘導的氧化傷害，單一的抗氧化酶不足以防御這種氧化脅迫。在保護酶系統中SOD處于核心地位[16]，催化細胞中多余的 O-2[KG-*2]·。轉化成H2O2和O2[17-18]。POD是細胞膜中清除H2O2的酶，CAT是過氧化物體中清除H2O2的酶。APX是另一酶保護系統即抗壞血酸-谷胱甘肽循環的關鍵酶[19]。本試驗研究表明，鹽脅迫下耐鹽性較強的品種（系）SOD、POD和APX能維持較高的活性，能有效地清除活性氧使之保持較低水平，從而減少鹽脅迫對膜結構和功能的傷害。

可溶性糖和可溶性蛋白這些小分子物質在正常情況下含量很低，只有在鹽脅迫等逆境條件下合成反應才會被激活，在植物體內逐漸積累，以調節細胞內的滲透勢、維持水分平衡，還可以保護細胞內許多重要代謝活動所需的酶類活性，與植物的抗逆性關系密切，因植物的種類、器官和組織的不同所占的比例不同。鹽脅迫下植物體內可溶性糖積累[20]，許多植物都表現為可溶性糖含量的增加[21-22]，本試驗研究結果表明鹽脅迫下所有供試辣椒品種（系）可溶性糖含量增加，這與前人研究結果相一致，可溶性蛋白含量變化存在品種差異，總體表現為耐鹽性較強的品種（系）可溶性蛋白含量呈增加趨勢。

植物的耐鹽機理，是植株水平到細胞水平、分子水平，是涉及多策略、多層次、多環節、多基因的復雜機制[23]，本試驗從辣椒種子萌芽期和幼苗期的生長和生理指標的變化綜合評價耐鹽性，以品種因子得分值為綜合變量進行系統聚類分析將供試辣椒品種（系）分為3類，Y08-27和S-322尖椒為耐鹽性較強的品種（系），Y148-1、Y802-1為耐鹽性中等品系，Y802-2、Y08-29屬于鹽敏感品系。

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