低温弱光胁迫及恢复过程对CMS三系辣椒幼苗保护酶活性与渗透调节物质的影响

段曦 魏佑营 曹克友 邱红 魏秉培 王军伟 吴静 魏星

摘要：以辣椒(Capsicum annuum L.)CMS三系的不育系、恢复系与相应杂交一代种幼苗为材料，研究了辣椒幼苗叶片对低温弱光及其恢复过程的响应。结果表明：随着低温弱光处理时间的增加，辣椒幼苗叶片的SOD活性先降低，又升高，随后降低；POD与APX活性先升高后降低。在常温恢复阶段SOD与APX活性先降低又升高；就POD活性来说，杂交一代种F1逐渐升高，不育系与恢复系呈现“V”字形变化趋势。在低温弱光处理阶段，渗透调节物质Pr与可溶性糖先降低后升高；脯氨酸含量与之相反。在常温恢复阶段Pr呈现出一直降低的趋势；可溶性糖含量先降低随后升高；脯氨酸含量先升高又降低。F1的SOD活性、POD活性、Pr含量高于A、R；R、F1的APX活性与可溶性糖含量高于A。恢复系与杂交种的各项指标优于不育系。

关键词： 辣椒幼苗；“三系”；低温弱光；抗氧化酶活性；渗透调节物质

中图分类号：S641.3；S129 文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.01.003

Effect of Low Temperature and Weak Light on Anti-oxidative Enzyme Activities and Contents of Osmotic Adjustment Substances in CMS Three-lines Hot Pepper Seedlings

DUAN Xi1,2, WEI You-ying1,2, CAO Ke-you3, QIU Hong4, WEI Bing-pei1,2, WANG Jun-wei4, WU Jing1,2, WEI Xing1,2

(1.State Key Laboratory of Crop Biology of Shandong Agriculture University，Colleye of Horticulture of Shandong Agriculture University，Taian, Shandong 271018，China;2. Colleye of Horticulture of Shandong Agriculture University，Taian, Shandong 271018，China; 3.Shandong Huasheng Agriculture Limited Liability Company, Weifang, Shandong 262500,China; 4.Shandong Shidanli Fertilizer Limited Liability Company ,Linyi, Shandong 276700,China )

Ａｂｓｔｒａｃｔ: With the CMS line，Restorer line and the correspondinghybrid ofthe hot pepper (Capsicum annuum L.) seedlings as the material, the response of the hot pepper seedling leaf to weak light of low temperature and its resume stage was studied. The results showed: Only as the increase of dealing time with the low temperature and weak light, SOD activity in the seedling leaves of the hot pepper declined, afterward increased, and then declined again; POD and APX activity first increased and then decreased. During the resume stage under normal temperature, SOD and APX activity first declined and then increased; as to the activity of POD, hybrid F1 increased gradually, the CMS line and restorer line showed changing trend in the shape of "V". During the stage of low temperatures and poor light, osmotic adjustment substances like Pr and soluble sugar first decreased and then increased, the content of proline showed reverse rule. During the resume stage under normal temperature, content of Pr declined all through; soluble sugar content first decreased and then increased; proline first increased and then decreased. The SOD ，POD activity and Pr content ofhybrid was higher than A，R; The APX activity and content of soluble sugar of R、F1 was higher than A. All indexes of the hybrid and restorer line were superior to CMS line.

Key words: hot pepper seedlings；“Three-lines”；chilling under low light；anti-oxidative enzyme activities；osmotic adjustment substances

辣椒(Capsicum annuum L.)是中国冬春季设施栽培的主要蔬菜，栽培期间经常遭受不同程度的低温弱光胁迫，对辣椒的生长、光合作用、碳和氮代谢、酶活性和干物质积累产生不同程度的影响 [1]，进行低温弱光处理及恢复过程对辣椒影响的研究，具有重要的意义 。有关低温弱光胁迫后恢复过程对辣椒生理生化指标影响的报道很少，大量研究均集中于短期极端低温及中、高光强下低温对辣椒抗氧化酶系统的影响 [2-3]。本试验研究了低温弱光处理与恢复过程对CMS三系辣椒幼苗抗氧化酶活性、渗透调节物质的影响，旨在探讨低温弱光胁迫与恢复过程辣椒幼苗抗氧化酶系统在防御活性氧对细胞伤害中的作用，明确渗透调节物质对辣椒低温弱光胁迫及恢复过程产生的影响，研究不育系、恢复系与杂交种之间耐低温弱光性的关系，为辣椒等蔬菜作物的栽培与抗逆育种提供理论依据。

1材料和方法

1．1材料和处理

试验材料为经多代自交选育的辣椒CMS三系中的不育系（A）、恢复系（R）和相应杂交一代种（F1），试验用种子由山东农业大学园艺科学与工程学院辣椒育种课题组提供。于2007年5月在山东农业大学蔬菜试验站温室内播种育苗，育苗基质为体积各占1/3的园土、有机肥和蔬菜专用育苗基质，育苗期间按常规管理。待辣椒幼苗长至6片真叶时放入RZX型人工智能气候箱(宁波江南仪器制造厂制造)进行抗冷指数测定试验。先于昼夜温度15 ℃／10 ℃环境下预处理1 d，再置于2 ℃下处理3 d，观察其受害症状，计算抗冷指数。同一批待辣椒幼苗长至8～9片真叶时放入RZX型人工智能气候箱(宁波江南仪器制造厂制造)进行处理。试验设两个处理：处理I(CK)，光照培养箱中光强400 μmol·m-2·s-1，27 ℃/18 ℃培养；处理Ⅱ(T1)，光照培养箱光强30 μmol·m-2·s-1，10 ℃／5 ℃处理；各处理光周期均为12 h／12 h，空气相对湿度保持在75%～80% ，土壤湿度与对照一致。处理10 d后，处理Ⅱ植株均移入处理I的光照培养箱恢复培养6 d，每处理12株，3次重复。分别于处理前低温弱光处理1，5，10 d，恢复处理3，6 d，测定相关指标。

1.2测定方法

抗氧化酶活性的测定：称取0.5 g叶片鲜样，用pH 值7.8、0.05 mol·L-1的磷酸缓冲液冰浴研磨，匀浆于0～4 ℃ ，10 500 r·min-1离心15 min，上清液供SOD、POD、APX活性与Pr含量的测定。超氧物歧化酶(SOD)活性采用抑制NBT光还原比色法测定（赵世杰等 1998）；抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性采用Dalton等的提取及测定方法测定 [4]；过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚氧化比色法测定 [5]；蛋白质(Pr)含量采用G-250方法测定 [6-7]。脯氨酸(Pro)采用酸性茚三酮比色法测定 [6-7]；可溶性糖采用蒽酮比色法 [6-7] 。

2结果与分析

2.1 低温弱光胁迫及恢复过程对辣椒幼苗SOD活性的影响

低温弱光胁迫下，SOD活性总的变化趋势是先降低再升高，然后又降低；常温恢复阶段SOD活性先降低又升高（图1）。杂交种（F1）一直保持着较高的SOD活性，高于不育系(A)与恢复系（R），低温弱光处理 1 d时各材料出现不同程度的降低，A, F1,R分别为原来的85.5%，85.2%，75.4%；随着低温胁迫时间的延长，从第5天开始各品种SOD活性均降低，第10天时SOD活性A＞F1＞R。当恢复3 d时，各材料SOD活性降到最低，随后SOD活性开始逐渐恢复。因此低温弱光的解除并没有使伤害得到立即的解除，胁迫对活性氧代谢系统产生了较大的影响，活性氧大量积累，破坏了膜结构，使植物在恢复过程中遭受了一定的伤害。在恢复过程中，叶片中SOD活性均可恢复甚至超出对照水平，其中杂交种F1得到了较快的恢复。综合比较杂交种维持了较高的SOD水平，具有较大的活性氧清除能力。

2.2低温弱光胁迫及恢复过程对辣椒幼苗POD与APX活性的影响

由图2可知，低温弱光胁迫下POD活性呈现出先升高再降低的变化趋势；常温恢复阶段杂交种F1呈现出逐渐升高的趋势，不育系A与恢复系R呈现出“V”字形变化趋势。F1在处理1 d时POD活性达到最大，POD活性是处理前的3倍，然后呈现出降低的趋势，一直到胁迫结束。不育系(A)与恢复系（R）在处理第5天达到最大值，活性大小分别是处理前的1.75倍和1.77倍。整个处理过程中恢复系R活性保持较稳定。恢复6 d结束时，杂交种的POD活性高于不育系与恢复系。抗寒品种的POD活性高于不抗寒品种，较高的POD活性，清除自由基的能力较强，抵御低温弱光伤害的能力较强，因此F1优于A与R。

抗坏血酸过氧化物酶(APX)清除H2O2，维持体内的活性氧代谢平衡，但APX与H2O2的亲和力较弱。处理过程中APX活性与POD活性具有相似的变化规律(图3)。在低温弱光处理与恢复阶段各材料总的变化趋势是先升高，然后降低，最后升高，只是各处理材料出现极值的时间不一致。在处理第1天时恢复系（R）达到最大值，为处理前的3.14倍；在处理第5天，不育系(A)达到最大值，为处理前的1.3倍；第10天，杂交种F达到极值，为处理前的3倍。总体从APX活性来看，R优于F1，F1优于A。

2.3低温弱光胁迫及恢复过程对辣椒幼苗Pr与可溶性糖含量的影响

植物对逆境反应的结果，必然会在蛋白质含量和组成上有所体现，表明植物对逆境的抵抗和耐受能力，低温弱光对Pr的含量水平带来了一定的影响。可溶性蛋白含量总的变化趋势是先降低又升高，然后又出现降低的趋势，各处理材料表现出相似的规律。在处理第一天蛋白质含量略有下降，随后出现含量上升的趋势，到处理第10天达到最大值，A, F1,R分别为处理前的1.16，1.63，1.36倍。在恢复处理阶段，F含量呈现出逐渐降低的趋势，A与R呈现先上升又下降的趋势。低温弱光影响蛋白质含量增加表明有新的蛋白质合成，由图4可知，F中蛋白质含量高于A，R ，表明其适应能力明显高于A，R。

植物在受到逆境伤害的时候，自身会产生一些渗透调节物质来适应逆境，物质含量高低与快慢均可反映植物本身对逆境的适应能力。由图5可知，低温胁迫时可溶性糖含量先降低再升高，恢复阶段也呈现以上的趋势。R在第5天时达到最大值，A, F1在第10天达到极值，分别是处理前的3.86，4.37，5倍，可溶性糖含量R＞F1＞A。R,F在低温弱光处理结束以及恢复6天后仍保持较高的含量，这说明R与F1抗冷性高于A。

2.4强光对低温弱光胁迫后辣椒幼苗脯氨酸含量的影响

脯氨酸在植物抗冷中发挥着重要的作用，低温弱光处理阶段脯氨酸含量先升高后降低，在恢复阶段趋势一样（图6）。随着处理时间的延长，脯氨酸含量逐渐降低，A与R均保持了较高的脯氨酸含量。在低温弱光处理1 d时达到第1个峰值，A、F1、R含量分别为处理前的2.67，1.45，1.36倍，随后逐渐降低，在恢复处理第3天时，达到第2个峰值，含量分别为处理前的3.11，1.81，2.29倍。游离脯氨酸随着低温胁迫时间的延长而快速增加，耐冷性强的品种脯氨酸含量增加程度快而且多，脯氨酸含量升高有助于提高植株的抗冷性。

3结论与讨论

近年来，活性氧学说被引入了低温伤害的研究中,低温环境中活性氧的毒害是植物受到低温伤害的重要原因之一 [8]。Asada K（1989）认为细胞内的活性氧主要由SOD、抗坏血酸等清除，其中SOD的作用几乎占 90%以上，它催化歧化为 H2O2，而多种酶（如POD和CAT）又参与了H2O2的清除, 维持体内的活性氧代谢平衡，保护膜结构，从而使植物能在一定程度上忍耐、减缓或抵抗逆境的胁迫 。低温与弱光协同对植物带来了严重的伤害，加剧了光抑制；当低温胁迫时间过长或者接近于致死温度时，植物体内抗氧化酶活性下降；低温胁迫下，植物品种保护酶活性的强弱直接关系到抵御低温弱光伤害的能力。渗透调节是植物适应低温弱光胁迫的基本特征之一。在低温弱光胁迫下，细胞内积累一些物质，如脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等，调节细胞内的渗透势，维持水分平衡，物质含量高低与快慢均可反映植物本身对逆境的适应能力。

本试验中，随着低温弱光胁迫时间的增加，辣椒幼苗叶片的SOD活性先降低，表明辣椒幼苗对低温弱光逆境的内在反应。随后SOD、POD与APX活性升高，表明植株为避免遭受低温弱光逆境的伤害也作出了一定的适应性反应，减缓氧自由基带来的危害，部分未能清除的活性氧引起膜脂过氧化(MDA含量增加)，导致膜系统损伤，这与前人的研究结果是一致的。随着胁迫时间的增加SOD、POD与APX活性逐渐降低，植物细胞内的活性氧已经反过来影响到了抗氧化酶的活性。活性氧能够引起膜系统的脂质过氧化而使膜受损伤，造成丙二醛积累，MDA的积累能对膜和细胞造成进一步的伤害 [9-10]。

在恢复阶段，植物并没有随着低温弱光逆境的结束而结束毒害，相反却表现出进一步受伤害的状况。恢复处理3 d，SOD、POD与APX活性表现出下降趋势 ，因此，低温弱光逆境的消除并没有使伤害得到立即减缓，而是持续了一定的时间；恢复6 d后，辣椒幼苗得到一定程度的恢复，此时植株叶片的保护酶活性得到一定恢复，伤害减轻。在培育耐低温弱光品种过程中，我们既要考虑选育耐低温弱光的品种，也要关注品种低温弱光胁迫后的恢复过程。在低温弱光胁迫过程中，脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖均有所增加，杂交种含量高于不育系与恢复系，叶片中可溶性蛋白增加尤为显著，可能与低温胁迫蛋白合成有关。

由本试验结果可知，杂交种F1的SOD活性、POD活性、Pr含量高于不育系A、恢复系R；恢复系R、杂交种F1的APX活性与可溶性糖高于不育系A，恢复系与杂交种的各项指标优于不育系。我们初步可知恢复系与杂交种的耐低温弱光性关系较大，通过选择相应的恢复系与不育系杂交，选育出耐低温弱光、抗逆性强的杂交一代。恢复系与杂交种究竟相关性如何，有待于我们进一步进行多样本试验验证。本试验仅对苗期的抗氧化酶活性与渗透调节物质含量进行了分析，其它指标的规律如何未知有待继续研究。

参考文献：

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收稿日期：2011-10-08；修订日期：2011-11-09

基金项目：山东省自然科学基金项目（Y2007D27）

作者简介：段曦（1982-），女，山东济