外源水楊酸對淹水脅迫下辣椒幼苗生長及活性氧代謝的影響

夏文榮

（德州學院 山東德州 253023）

近年來，全球氣候異常，降雨量分布不均，暴雨天氣出現頻率增加，據國家防汛抗旱總指揮部統計，僅2020 年一年，全國因洪澇致農作物受災719.0 萬hm，直接經濟損失高達2 669.8 億元。目前，淹水脅迫已成為農業生產中經常發生的非生物脅迫之一。

辣椒在我國播種面積和產值均居蔬菜首位，辣椒和辣椒制品多達1000 余種，國際間貿易量逐年增加，辣椒已經成為最具發展潛力的農業作物之一。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，根系不發達，再生能力弱，不易發生不定根，多為露地栽培。山東地區雨熱同季，7—8 月份容易造成澇害，正值辣椒生長盛期，辣椒田水分過多，對植株地上部分和地下部分均產生影響。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被抑制，進而造成葉片變黃枯萎以及果實產量和品質下降。

水楊酸（salicylic acid，SA）是一種酚類生長調節劑，在植物體內主要通過異分支酸合酶途徑合成。SA 能夠在植物體內的許多抗逆生理過程中起調節作用，增強植物抗性。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、干旱等脅迫方面發揮作用。外源SA 在緩解辣椒淹水脅迫方面的研究和報道較少。筆者以辣椒為材料，采用拱棚和雙套盆法模擬澇害環境，研究淹水脅迫下外源SA 對辣椒幼苗生長及活性氧代謝的影響，并利用模糊隸屬函數法對不同濃度SA 處理辣椒幼苗耐澇性差異進行綜合比較，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

供試辣椒品種為德紅1 號，種子由德州市農業科學研究院提供。

1.2 試驗方法

試驗于2020 年3—5 月在德州市現代農業科技園進行。供試辣椒種子經催芽后于穴盤中育苗，在5 葉1 心時期取生長健壯、長勢一致的幼苗移至28 cm×28 cm 營養缽中，每缽3 株，裝土到距盆上沿6 cm。試驗采用隨機區組排列，設置7個處理，分別 為：（1）對 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。每個處理10 缽，3 次重復，共210 缽。當辣椒幼苗長至6 葉1 心時，分別用0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mmol·LSA 進行全株葉面噴施至葉面有液體下滴，每天噴1 次，連續噴3 d。3 d后進行淹水處理，以水面保持在土壤表面1.0 cm 為淹水狀態，每天補水保持淹水狀態，淹水處理7 d，于淹水處理后（第8 天）9：00 取樣進行各項指標的測定。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 農藝性狀指標測定及方法 各處理隨機選取5 株辣椒苗進行農藝性狀指標測定。用直尺測量辣椒幼苗根長、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，使用天平測定鮮質量后于105 ℃烘箱殺青30 min，75 ℃烘干至恒質量，測定干質量，計算根冠比（植株地下部與地上部干質量比值）。

1.3.2 生理生化指標 參照高俊鳳等的方法測定葉綠素含量和類胡蘿卜素含量。參照李合生的方法測定活性氧產生速率、過氧化氫含量、丙二醛含量、電解質滲漏率、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 數據處理

使用Excel 2010 和SPSS19.0 軟件處理數據，差異顯著性用Duncan 法進行多重比較。隸屬函數值計算參考張曉麗等的方法。某一性狀測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值。計算公式為：

（X）=（X–）/（–）；

（X）=1–（X–）/（–）。

公式中，X為某一指標的測定值；為所有處理中該指標的最大值；為所有處理中該指標的最小值。計算各指標的隸屬函數值，以其平均值綜合評價不同處理辣椒幼苗耐澇性，平均值越大，外源SA 對辣椒淹水脅迫緩解能力越強。

2 結果與分析

2.1 噴施不同濃度SA處理對辣椒幼苗農藝性狀的影響

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藝性狀差異顯著。淹水脅迫下，辣椒幼苗根長、株高、鮮質量及干質量均顯著低于不淹水的正常對照，而噴施外源SA 后，農藝性狀指標下降幅度減小；其中噴施1.5 mmol·LSA處理的農藝性狀最好，根長、株高、鮮質量和干質量比淹水對照分別提高66.37%、14.55%、56.35%和93.75%；SA2.0 處理農藝性狀次之，且與SA1.5 處理差異不顯著；SA0.5 處理最差，根長、株高、鮮質量和干質量僅比CK1 分別提高25.71%、9.54%、30.16%和37.50%。同時，CK1 植株根冠比增大，噴施SA預處理后，辣椒植株的根冠比均顯著小于淹水對照，表明噴施SA 預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 處理對辣椒幼苗農藝性狀的影響

2.2 SA處理對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、總葉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、總葉綠素和類胡蘿卜素含量均顯著低于其他4 個SA 處理，其他4 個SA處理間辣椒幼苗葉片中葉綠素a、葉綠素b、總葉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 處理對辣椒幼苗葉綠素和類胡蘿卜素含量影響

2.3 SA處理對辣椒幼苗葉片膜脂過氧化物含量和電解質滲漏率的影響

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滲漏率均顯著升高，而SA處理可顯著降低超氧陰離子（O）產生速率、過氧化氫（HO）含量、丙二醛（MDA）含量和電解質滲漏率。SA1.5 處理O產生速率降幅最大，比淹水對照（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 處理對辣椒幼苗膜質過氧化產物含量和電解質滲漏率的影響

2.4 SA處理對辣椒幼苗滲透調節物質含量的影響

從表4 可以看出，淹水脅迫下，辣椒幼苗葉片中滲透調節物質含量顯著升高，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節物質含量。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 處理對辣椒幼苗滲透調節物質含量的影響

2.5 SA處理對辣椒幼苗抗氧化系統的影響

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 處理對辣椒幼苗抗氧化系統的影響

2.6 不同處理辣椒幼苗耐澇性差異綜合比較

根冠比、O產生速率、HO含量、MDA 含量和電解質滲漏率等指標采用反隸屬函數值法計算函數值，其他指標均采用隸屬函數值法計算函數值。不同處理的18 個指標加權值和總加權值大小。從表6 中可以看出，綜合總加權值評價出的抗澇性強弱 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值得分接近，差異不顯著。

表6 綜合指標的加權隸屬函數值

3 討論與結論

辣椒幼苗在淹水脅迫后，會產生一系列生理生化反應，影響其農藝性狀，同時植物會通過改變自身的生長和形態特征來適應逆境條件。淹水脅迫下植物生長發育受到影響，主要是由淹水產生的低氧環境導致光合作用減弱，葉綠素降解，細胞內正常的電子傳遞鏈被阻斷，細胞膜脂過氧化加劇、保護酶等系統遭到損害，引起細胞結構和功能的破壞。筆者研究表明，淹水脅迫下，辣椒幼苗根長、株高、整株鮮質量及干質量均顯著低于CK，葉綠素含量和胡蘿卜素含量顯著下降，O產生速率和丙二醛含量等顯著升高，表明淹水脅迫對辣椒幼苗生長有顯著影響，與前人研究結果一致。

抗氧化酶活性的變化是植物對非生物脅迫的響應方式之一。植株在正常條件下生長，體內細胞活性氧的產生和清除處于動態平衡狀態，活性氧水平較低，非生物脅迫條件下會破壞活性氧的動態平衡，從而產生過多的自由基，所積累的活性氧可引發或加劇細胞膜脂過氧化，從而引起膜的滲漏，進而細胞的正常生理功能受到傷害。淹水脅迫時活性氧產生速率快速升高，為維持細胞膜的穩定，保護細胞免受膜脂過氧化作用傷害，植株活性氧清除系統加快清除活性氧。為適應淹水脅迫，植物會調節相應的代謝機制從而維持正常的生命活動。淹水脅迫下，細胞能主動積累可溶性糖、可溶性蛋白及游離脯氨酸等有機滲透調節物質，來調節細胞滲透勢，維持體內水分平衡，保護植物組織內各種酶類和細胞膜結構的正常功能。SA 作為一種廣泛存在的植物內源性信號分子，參與調節植物許多生理過程。前人研究結果表明，外施SA 可以提高植物葉片SOD、POD、CAT 等抗氧化酶的活性，緩解脅迫對植物造成的傷害，提高植物的抗逆性。SA 可誘導淹水桔梗、棉花植株生理特性發生改變，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，保護細胞膜結構完整性，提高葉片光合效率及根系活力，提高植物體內的ATP 含量，為各種物質代謝的正常進行提供充足的能量，誘導多種與非生物脅迫反應相關基因表達，從而緩解植株水澇造成的傷害。筆者試驗表明，淹水脅迫下，外源SA可有效地阻止辣椒幼苗植株體內MDA 積累，促進脯氨酸的積累，緩解淹水脅迫對辣椒幼苗造成的膜脂過氧化，增強辣椒幼苗的抗澇性。淹水脅迫下噴施SA 可提高活性氧清除系統中SOD 和POD 的活性，提高可溶性糖、可溶性蛋白質的含量，降低電解質滲漏率和MDA 含量，從而增強辣椒幼苗耐淹水脅迫的能力。

不同濃度SA 處理對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產生速率、HO含量、MDA 含量和電解質滲漏率降低，農藝性狀顯著優于其他處理，表明淹水脅迫前噴施SA 能夠在脅迫發生前引起細胞預響應并在淹水發生初期迅速開啟應答反應機制，進行一系列生理生化變化以適應淹水脅迫。通過綜合指標總加權值比較評價出抗澇性強弱順序依次為：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值得分相近。

4 結論

筆者以德紅1 號辣椒為試材，葉面噴施不同濃度SA 溶液，研究淹水脅迫對辣椒幼苗生長和活性氧代謝的影響。結果表明，淹水脅迫下，SA 處理辣椒幼苗農藝性狀改善，葉綠素、類胡蘿卜素、膜脂過氧化物、滲透調節物質含量增加，抗氧化酶活性增強，綜合比較淹水脅迫下不同濃度SA 對辣椒幼苗生長及活性氧代謝的影響，以1.5 mmol·LSA 處理效果最好，但其對辣椒產量及品質等的影響還有待進一步研究。