低溫弱光脅迫對辣椒葉片生理特性和光合特性的影響

常靜 郭磊 鞏在武

摘要：以辣椒幼苗為材料，研究低溫弱光[16 ℃/4 ℃，100 μmol/（m2·s）]和低溫[16 ℃/4 ℃，300 μmol/（m2·s）] 對辣椒葉綠素含量、光合作用、葉綠素熒光參數和生理特性的影響，為辣椒冬春設施生產中的溫、光、肥管理提供理論依據。結果表明，當低溫弱光或低溫處理時，葉片葉綠素含量、凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、最大光化學效率（Fv/Fm）和光化學猝滅系數（qP）都降低，隨著低溫弱光和低溫處理時間的延長，降低越明顯，且低溫弱光處理下降幅度更大；但葉片胞間CO2濃度（Ci）增大。不同處理下，葉片丙二醛（MDA）含量呈逐漸升高趨勢，低溫弱光處理下MDA含量高于低溫處理，葉片超氧化物歧化酶（SOD）和脯氨酸（Pro）含量呈逐漸降低趨勢。結果表明，低溫弱光處理對辣椒造成的傷害比低溫處理更為嚴重。

關鍵詞：低溫弱光；辣椒；光合特性；生理特性；設施栽培

中圖分類號： S641.301文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）10-0113-03

目前我國北方冬季設施栽培以非加溫的節能日光溫室為主，其保溫性能有限，冬春季節溫室內溫度較低，尤其在夜晚或連續雨雪天。喜溫性的茄果類蔬菜冬春季經濟效益高，但其對溫度的要求較高，由于日光溫室的性能特點，在冬春季生產茄果類蔬菜時常遭遇低溫或低溫弱光等逆境條件，以低溫弱光逆境最為常見，嚴重影響了冬季設施茄果類蔬菜作物的正常生長，不但降低了蔬菜的產量與品質，而且降低了蔬菜種植者的經濟效益和積極性。已有研究表明，當低溫弱光逆境較輕時，逆境使植物葉片氣孔關閉、光合作用減弱；當低溫弱光逆境較嚴重時，光合作用碳同化的關鍵酶核酮糖二磷酸（RuBP）羧化酶和其他一些酶的活性明顯下降，并進一步減緩光合作用產物淀粉等的運輸，造成對光合作用的反饋抑制，因而顯著降低了凈光合速率，導致植株生長減慢，甚至停止生長[1-2]。低溫弱光也使辣椒、黃瓜和番茄等的活性氧代謝平衡被破壞，造成活性氧過度積累，使植物膜脂過氧化程度和細胞膜透性增大[3-6]。耐低溫品種能保持較高的色素含量，光能捕獲和利用能力相對較強，分配于光合作用的量子產量較高，用于非調節性熱能耗散的量子產量較低，因而光合作用能力和耐低溫能力較強。

辣椒（Capsicum annuum L.）屬于茄科辣椒屬，起源于中美洲和南美洲的熱帶與亞熱帶地區，為典型的喜溫性蔬菜，不耐低溫[7]，是我國栽培面積最大的蔬菜種類之一，也是我國北方冬春季設施栽培的主要蔬菜之一，北方冬季市場供應緊缺，生產效益好，但由于冬春季溫室內經常遭遇低溫弱光現象，嚴重影響了辣椒的正常生長，設施內形成的低溫弱光逆境嚴重影響了植株正常的光合作用[7]。因此，開展低溫、弱光及鹽脅迫三重逆境下辣椒葉片的光合特性變化研究，可豐富辣椒復合逆境光合理論。本試驗以青海省栽培面積最大的辣椒品種樂都長辣椒為材料，系統研究了辣椒在低溫弱光和低溫脅迫下葉綠素含量、光合作用、葉綠素熒光參數和部分生理特性的變化規律，以期探明低溫弱光和低溫對辣椒造成影響的原因和機理，為耐低溫弱光辣椒品種的選育提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試辣椒品種為樂都長辣椒，由中國農業科學院蔬菜花卉研究所辣椒育種課題組提供。試驗于2015年4—8月在南京信息工程大學環境科學與工程學院蔬菜花卉研究所玻璃溫室內進行。種子經5% NaClO消毒15 min后浸種4 h，然后置于鋪雙層濾紙的培養皿內，28 ℃恒溫培養箱中催芽。選擇發芽整齊一致的種子播入8 cm×8 cm塑料營養缽中，育苗基質是體積比為2 ∶[KG-*3]1的草炭、蛭石復合基質，基質中加入膨化雞糞5 kg/m3和復合肥1.5 kg/m3。

1.2試驗設計與處理

辣椒種子于28 ℃避光催芽6 d，萌發后播種于盛有育苗基質的穴盤中，待幼苗長至4葉1心時移入盛有栽培基質（油菜秸稈、小麥秸稈、鋸末、菇渣體積比為3 ∶[KG-*3]3 ∶[KG-*3]2 ∶[KG-*3]2）的 10 cm×10 cm栽培盆中，在幼苗長至6片真葉時各處理選擇大小一致的20株植株，放入人工氣候箱中進行處理。低溫弱光處理為16 ℃/4 ℃（白天/黑夜，12 h/12 h），光強PDF為 100 μmol/（m2·s）；低溫處理溫度為16 ℃/4 ℃（白天/黑夜，12 h/12 h），光照度為300 μmol/（m2·s）；對照處理為28 ℃/18 ℃（白天/黑夜，12 h/12 h），光照度為 600 μmol/（m2·s），其他條件按常規管理。

1.3測定方法

1.3.1葉綠素含量測定分別取各處理辣椒第4或第5片功能葉使用CCM-200 plus 葉綠素測定儀進行葉綠素相對含量的測定，每個處理重復10次。

1.3.2光合參數測定采用ECA-PB0402光合測定儀測定各處理幼苗的第4或第5片功能葉凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）和細胞間隙CO2濃度（Ci） 。測定前各處理均在對照條件下恢復15 min，測定時光強為600 μmol/（m2·s），溫度為26 ℃，CO2濃度為360 μmol/mol，每個處理重復5次。

1.3.3葉綠素熒光參數測定選擇與光合作用測定相同的辣椒葉片，測定各處理的初始熒光 （Fo）、最大熒光 （Fm）、PSⅡ 的最大量子產率（Fv/Fm）和光化學猝滅系數（qP）。測定前辣椒葉片經過30 min暗適應，每個處理重復5次。

1.3.4辣椒葉片MDA、SOD、Pro含量的測定均采用南京建成生物科技有限公司的試劑盒進行測定。

1.4數據分析

采用Microsoft Excel 2013進行數據處理，采用DPS 6.55軟件的Duncan法對數據進行方差分析和差異顯著性檢驗。

2結果與分析

2.1不同處理對辣椒葉片葉綠素含量的影響

由圖1可知，隨著處理時間的延長，辣椒葉片葉綠素含量呈現明顯下降的趨勢，且隨著處理時間的延長，低溫處理葉綠素含量下降更明顯；在6、12、18 d時，低溫處理和低溫弱光處理分別比對照下降了9.36%、3.52%、20.96%和21.83%、25.82%、31.33%。

2.2不同處理對辣椒葉片光合參數的影響

由圖2可知，隨著處理時間的延長，辣椒葉片凈光合速率（Pn） 和蒸騰速率（Tr） 明顯下降，低溫弱光處理下下降的更快，在處理18 d時，低溫處理和低溫弱光處理下的Pn和Tr分別比對照降低了21.92%、30.14%和18.72%、34.02%。與Pn和Tr變化趨勢相反，隨著處理時間的延長辣椒葉片胞間CO2濃度（Ci）逐漸升高，在處理6 d時，低溫弱光處理的辣椒葉片Ci迅速增加，而低溫處理下辣椒葉片的Ci緩慢增加，到處理18 d時，低溫和低溫弱光處理下辣椒葉片的Ci均快速增加，分別比對照增加了2.21%、3.33%。

2.3不同處理對辣椒葉片葉綠素熒光參數的影響

由圖3可知，隨著處理時間的延長，最小熒光Fo逐漸下降，且從處理6 d開始，低溫弱光處理下辣椒葉片的Fo下降更明顯，處理18 d時，低溫弱光和低溫處理下辣椒葉片的Fo分別比對照降低了40.02%、25.95%。隨著處理時間的延長，辣椒葉片的Fm均呈現下降趨勢，從低溫處理6 d開始，辣椒葉片的Fm迅速下降，到處理18 d時，低溫和低溫弱光處理下辣椒葉片的Fm分別比對照降低了20.25%、33.77%。隨著處理時間的延長，辣椒葉片的Fv/Fm緩慢下降，低溫弱光處理下降較明顯，處理18 d時，低溫和低溫弱光處理下辣椒葉片的Fv/Fm分別比對照下降了4350%、48.60%。在不同的處理下，辣椒葉片的qP也緩慢下降，且低溫弱光處理下下降得較明顯，在處理6、12、18 d時，低溫弱光處理和低溫處理分別比對照下降了9.79%、3135%、35.11%和9.79%、22.80%、30.75%。

2.4不同處理對辣椒葉片MDA、SOD、Pro含量的影響

由圖4可知，隨著處理時間的延長，辣椒葉片的MDA含量表現為升高趨勢，從處理6 d開始，MDA含量迅速升高，且低溫弱光處理MDA的含量高于低溫處理，到處理18 d時，低溫和低溫弱光處理下辣椒葉片的MDA含量分別比對照增加了13.01%、15.90%。隨著處理時間的延長，辣椒葉片的SOD含量呈逐漸降低的趨勢，從處理6 d開始，SOD含量降低較快，處理18 d時，低溫和低溫弱光處理下辣椒葉片的SOD含量分別比對照降低了33.82%、35.10%。在不同處理下，辣椒葉片的Pro含量大致呈逐漸降低趨勢，從處理6 d開始，Pro含量迅速降低，到處理18 d時，低溫和低溫弱光處理下辣椒葉片的Pro含量分別比對照降低了2564%、29.06%。

3討論

逆境脅迫下植物葉片葉綠素含量的高低不僅直接影響著植物的光合同化過程，而且也是衡量植物耐逆性的重要指標之一[8]。本研究結果表明，隨著低溫和低溫弱光處理時間的延長，辣椒葉片葉綠素含量呈現明顯的下降趨勢，且隨著處理時間的延長，低溫處理下葉綠素含量下降更明顯。逆境脅迫導致植物光合速率降低的原因包括氣孔和非氣孔因素[9-11]。本試驗在低溫弱光脅迫下，辣椒葉片凈光合速率明顯降低，辣

椒葉片Pn、Tr下降，且低溫弱光處理下降得更快，而Ci升高，表明辣椒幼苗葉片光合速率下降的主要原因是非氣孔因素，如RuBP羧化受限制、無機磷限制、光化學機構受到破壞和光合產物運輸減慢等原因減緩了整個光合作用途徑的運行，從而阻礙了光能對CO2的利用，結果造成細胞間隙CO2積累[12-13]。這與低溫弱光導致黃瓜和番茄等光合速率降低的研究結果[2-3]一致。本研究中Fo、Fm、Fv/Fm、qP在低溫和低溫弱光脅迫下均呈下降趨勢，且從低溫處理6 d開始，下降速度加快，表明剛開始逆境時可能造成部分光抑制，隨著逆境處理時間的延長，Fv/Fm迅速下降，逆境可能使葉片部分光合機構遭受破壞，導致最大光化學效率下降，進一步使Pn下降，且使Pn不能恢復。

MDA是膜脂過氧化主要產物之一，是反映細胞膜傷害程度的重要指標[14]。本研究中，低溫和低溫弱光脅迫前6 d均導致辣椒葉片中MDA含量緩慢升高、SOD和Pro含量緩慢降低，表明剛開始遭遇逆境脅迫時，辣椒葉片細胞中的各種保護機制迅速啟動，如抗冷基因、抗冷信號途徑啟動或加強、活性氧清除的各種酶（如SOD）和滲透調節物質（如Pro）含量增加，這些都有利于辣椒抵御各種逆境脅迫。當低溫或低溫弱光脅迫時間進一步延長時，MDA的含量迅速增加，SOD、Pro的含量都迅速降低，可能是由于辣椒細胞中的活性氧含量繼續增加，已超過SOD等抗氧化酶的清除能力，導致膜脂過氧化（MDA含量增加），從而導致膜系統或其他細胞器官的損傷，最終導致辣椒的保護機制被嚴重破壞，失去抵御逆境的能力。

4結論

綜上所述，在低溫或低溫弱光處理后，辣椒葉片葉綠素含量降低，Pn、Tr下降，Ci濃度上升，引起Pn下降的主要原因是非氣孔因素。隨著低溫或低溫弱光脅迫時間的延長，Fo、Fm、Fv/Fm、qP均下降；MDA含量呈上升趨勢，SOD、Pro含量呈逐漸降低趨勢。結果表明，低溫弱光處理對辣椒幼苗的傷害程度大于低溫對辣椒幼苗的傷害。

參考文獻：

[1]王永健，張海英，張峰，等. 低溫弱光對不同黃瓜品種幼苗光合

[KG1*2/3]作用的影響[J]. 園藝學報，2001，28（3）：230-234.

[2]張紅梅，余紀柱，金海軍. 低溫弱光對黃瓜植株生長光合特性的影響[J]. 沈陽農業大學學報，2006，37（3）：339-342.

[3][JP3]何勇，符慶功，朱祝軍. 低溫弱光對辣椒葉片光合作用，葉綠素熒光猝滅及光能分配的影響[J]. 核農學報，2013，27（4）：479-486.

[4]李光慶，謝祝捷，姚雪琴，等. 花椰菜葉綠素熒光參數與耐寒性的關系研究[J]. 園藝學報，2010，37（12）：2001-2006.

[5]張國斌. 低溫弱光對辣椒幼苗生長與光合生理特性的影響[D].蘭州：甘肅農業大學，2005.

[6]王學. 低溫脅迫下精胺對黃瓜幼苗抗氧化酶系統及膜脂過氧化的影響[J]. 種子，2008，27（11）：33-36.

[7]頡建明，郁繼華，黃高寶. 持續低溫弱光及之后光強對辣椒幼苗光抑制的影響[J]. 農業工程學報，2008，24（5）：231-234.

[8]Strogonov B P. Structure and function of plant cell in saline habitats[M]. New York：Halsted Press，1973：78-83.

[9]Tuzet A，Perrier A，Leuning R. A coupled model of stomatal conductance，photosynthesis and transpiration[J]. Plant Cell & Environment，2003，26（7）：1097-1116.

[10]Hartley I P，Armstrong A F，Murthy R，et al. The dependence of respiration on photosynthetic substrate supply and temperature：integrating leaf，soil and ecosystem measurements[J]. Global Change Biology，2006，12（10）：1954-1968.

[11]崔秀妹，劉信寶，李志華，等. 不同水分脅迫下水楊酸對分枝期扁蓿豆生長及光合生理的影響[J]. 草業學報，2012，21（6）：82-93.

[12]Allen D J，Ort D R. Impacts of chilling temperatures on photosynthesis in warm-climate plants[J]. Trends in Plant Science，2001，6（1）：36-42.

[13]Krall J P，Edwards G E，Krall J P，et al. Environmental effects on the relationship between the quantum yields of carbon assimilation and in vivo PSⅡ electron transport in maize[J]. Functional Plant Biology，1991，18（3）：267-278.

[14]張思平，張淑紅，司龍亭. NaCl脅迫對黃瓜幼苗子叫膜脂過氧化的影響[J]. 沈陽農業大學學報，2001，32（6）：446-448.