低温弱光胁迫下二氯化钴对辣椒幼苗生理指标的影响

申磊，郁继华，颉建明，火顺利，王小龙，祁光斌，周箬涵

(甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州　730070)



低温弱光胁迫下二氯化钴对辣椒幼苗生理指标的影响

申磊，郁继华，颉建明，火顺利，王小龙，祁光斌，周箬涵

(甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州730070)

摘要：以‘陇椒5号’辣椒(Capsicumannuum)幼苗为试材，研究了不同浓度二氯化钴(CoCl2)在低温弱光胁迫下对辣椒幼苗的生理指标的影响.结果表明：在15℃/5℃(昼/夜)低温，100 μmol/(m2·s)弱光胁迫下，辣椒幼苗根系活力降低，叶片叶绿素含量下降，丙二醛(MDA)和游离脯氨酸(Pro)含量升高.一定浓度的CoCl2水溶液可以缓解辣椒幼苗根系活力与叶绿素含量的降低,缓解MDA与Pro含量的升高.浓度为0.06 mmol/L 的CoCl2水溶液可以使辣椒幼苗的根系活力、叶片叶绿素含量较低温弱光对照显著升高，MDA与Pro含量较低温弱光对照显著降低.表明0.06 mmol/L 的CoCl2水溶液能够有效提高辣椒幼苗对低温弱光的适应能力.

关键词：辣椒；二氯化钴；低温弱光；生理指标

第一作者：申磊(1987-)，男，硕士研究生，研究方向为设施蔬菜栽培生理与生长调控.E-mail：121416239@qq.com

辣椒(Capsicumannuum)是冬春季节日光温室栽培的主要蔬菜种类之一，但是在反季节栽培时，日光温室内不同程度的低温弱光逆境对其生长、光合作用、碳氮代谢、酶活性和干物质积累都会产生不同程度的影响[1].故反季节栽培时低温弱光是辣椒生产中的主要限制因素之一.国内外研究学者已对低温弱光逆境对辣椒的影响进行了很多研究，如低温弱光逆境下辣椒植株根系功能异常，对矿质元素和水分的吸收和代谢出现紊乱，严重影响其正常生长和发育等[2]；低温弱光下叶片中叶绿素含量下降，净光合速率下降[3]；低温弱光胁迫导致辣椒幼苗叶片中POD活性提高，SOD和CAT活性下降，MDA含量增加，细胞膜透性增大，Pro含量增大[4-5].因此，提高辣椒植株对低温弱光的抵抗能力就成为理论研究和生产实践上亟待解决的问题.

钴(Co)是一种生物必需的微量元素，是生物体内维生素B12的重要组成部分[6].在植物的矿质营养中通常作为植物生长发育的有益元素发挥作用[7].现有研究结果表明，通过喷施于土壤或植物叶面等方式施入适宜浓度的Co能促进多种植物生长，提高产量和改善品质，且对植物种子萌发和幼苗生长也有一定的促进作用，但过量的Co会对植物产生的毒害作用[8-10].土壤中Co过量会导致植物叶片发生缺铁性褪绿症，并出现白色坏死斑点，还可产生变态枝和叶表长瘤[11].有研究还表明，Co在土壤溶液中的质量分数为0.1～0.2 mg/kg时对番茄有毒害作用；灌水中钴质量分数为0.1 mg/kg时，就会对水稻产生不利影响[12].由此可见，Co的施入量是有严格范围的，适量施入对植物的生长是有促进作用的，但是过量施入不但会对植物造成伤害，而且污染环境.

近年国内对Co元素及其无机钴盐的研究日益增多，却鲜有关于无机钴盐在植物受到低温弱光胁迫时的作用机理研究.因此，本试验旨在通过研究低温弱光胁迫下不同浓度二氯化钴对辣椒幼苗的影响，明确其在低温弱光胁迫下是否对辣椒幼苗的生理特性有促进作用，进而筛选出Co的适宜施入量，为日光温室辣椒栽培提供理论依据和实践指导.

1材料与方法

1.1试验材料

试验于2014年4～6月在甘肃农业大学现代温室和蔬菜栽培生理实验室进行，供试辣椒为‘陇椒5号’，是甘肃省蔬菜主产区日光温室主栽品种，由甘肃省农业科学院种子经销部提供.供试的二氯化钴(CoCl2)是由CoCl2药剂配制成不同浓度的水溶液.

1.2试验设计

玻璃温室内提前1个月进行穴盘基质育苗，待辣椒幼苗长至7～8片真叶时移栽到营养钵，放入RZX型人工智能气候箱(宁波江南仪器制造厂制造)进行低温弱光处理，正常管理.共设2个对照，常温常光和低温弱光；不同浓度CoCl2水溶液浇灌处理见表1.各处理光周期为12 h/12 h(昼/夜)，空气相对湿度保持在75%～85%，灌水量与对照一致.试验处理时间为15 d.每个处理均为6株，重复3次.

表1　试验处理设计

1.3试验测定内容及方法

叶绿素含量参考Lichtenthaler 和Wellburn的方法[13]，利用UV-762型紫外可见分光光度计(上海)测定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法测定[14]；根系活力采用TTC法测定[15]；游离脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚酸酮法[15]测定.每个处理3次重复，数据取3次重复的平均值.

数据利用Excel，SPSS 19.0软件进行统计、分析与作图.

2结果与分析

2.1不同浓度CoCl2对低温弱光胁迫下辣椒幼苗根系活力的影响

由图1可知，与常温常光对照CK相比，在低温弱光胁迫下辣椒幼苗根系活力显著降低.与低温弱光对照CK1相比，经过CoCl2处理的辣椒幼苗根系活力除T4(0.08 mmol/L)有不显著降低外，其他处理均有升高，其中T1(0.02 mmol/L)、T3(0.06mmol/L)和T5(0.10mmol/L)差异显著，分别升高了27%、108%和21%.所有处理中，T3(0.06 mmol/L)处理辣椒幼苗根系活力最强，接近CK的水平，但与CK差异依然显著.这说明当辣椒受到低温弱光胁迫时，一定浓度的CoCl2处理有提高其根系活力的作用，但是与正常光照相比依然有一定距离.

字母不同表示差异显著(P<0.05)，下同图1　不同浓度CoCl2对辣椒幼苗根系活力的影响Fig.1　Influence of different concentrations of CoCl2on root activity of pepper seedlings under lowtemperature and poor light stress

2.2不同浓度CoCl2对低温弱光胁迫下辣椒幼苗叶绿素含量的影响

由表2可以看出，在低温弱光胁迫下，对照CK1辣椒幼苗的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素总含量均比正常条件对照CK显著降低.而使用CoCl2处理的辣椒幼苗与对照CK1相比，其中T1(0.02 mmol/L)和T6(0.12 mmol/L)的叶绿素含量降低，T2(0.04 mmol/L)、T3(0.06 mmol/L)、T4(0.08 mmol/L)和T5(0.10 mmol/L)的叶绿素含量显著升高，其中T3(0.06 mmol/L)的增幅最大，叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素总含量分别增加了40%、41%、50%和39%.对Chl(a/b)来说，除T3(0.02 mmol/L)处理与CK没有显著差异外，其他处理均有所升高，说明在辣椒幼苗受到低温弱光胁迫时，一定浓度的CoCl2处理可以有效缓解叶绿素含量的下降，保证光合作用正常进行.

表2　不同浓度CoCl2对低温弱光胁迫下辣椒幼苗叶绿素含量的影响

同列中字母不同表示差异显著(P<0.05)

2.3不同浓度CoCl2对低温弱光胁迫下辣椒幼苗丙二醛(MDA)含量的影响

丙二醛(MDA)是细胞膜脂质过氧化的最终产物，其含量的高低反映细胞膜脂质过氧化水平.由图2可知，在常温常光下，辣椒幼苗叶片的MDA含量稳定在一个较低的水平上，在低温弱光胁迫下，MDA含量显著升高.与CK1相比，经过CoCl2处理的辣椒幼苗叶片的MDA含量均有下降，其中T2(0.04 mmol/L)和T6(0.12 mmol/L)下降较为显著，下降幅度为20%和23%，而T3(0.06 mmol/L)下降最为显著，下降幅度达到了33%.T3处理的辣椒幼苗叶片MDA含量基本达到了常温常光对照CK的水平.说明辣椒幼苗在受到低温弱光胁迫时，一定浓度的CoCl2处理可以降低辣椒MDA含量，缓解低温弱光胁迫导致的细胞膜脂质过氧化，有利于膜系统损伤的修复.

图2　不同浓度CoCl2对辣椒幼苗丙二醛(MDA)含量的影响Fig.2　Influence of different concentrations of CoCl2on MDA contents of pepper seedlings under lowtemperature and poor light stress

2.4不同浓度CoCl2对低温弱光胁迫下辣椒幼苗脯氨酸(Pro)含量的影响

游离脯氨酸(Pro)是植物体内重要的渗透调节物质.测定植物体内游离脯氨酸的含量，可以判断低温弱光等逆境对植物的危害程度以及植物对低温弱光的抵抗力.由图3可以看出，与常温常光对照CK相比，辣椒幼苗在受到低温弱光胁迫后，游离脯氨酸的含量显著升高.而与CK1相比，经过CoCl2处理的辣椒幼苗中游离脯氨酸的含量都有显著下降，其中T3(0.06 mmol/L)、T4(0.08 mmol/L)和T5(0.10 mmol/L)差异显著，分别下降了55%、60%和43%.T4(0.08 mmol/L)处理的辣椒幼苗游离脯氨酸的含量相比常温常光对照CK更低，T3(0.06mmol/L)处理游离脯氨酸的含量达到了正常温光下辣椒的水平.这说明一定浓度的CoCl2处理可以显著缓解由低温弱光胁迫导致的辣椒幼苗游离脯氨酸含量升高，从而降低细胞膜透性，增强吸水能力.

图3　不同浓度CoCl2对辣椒幼苗游离脯氨酸(Pro)含量的影响Fig.3　Influence of different concentrations of CoCl2on Pro contents of pepper seedlings under lowtemperature and poor light stress

3讨论与结论

低温弱光是日光温室冬春季节蔬菜种植遇到重要问题之一，是影响植物生长发育，制约农业生产的重要逆境条件.因此，研究如何提高植物抵抗低温弱光的能力对日光温室冬春季节蔬菜生产有着重要的意义.钴元素对一些植物有积极的作用，也对逆境下的植物生理表现出了缓解的作用.如钴对NaCl胁迫下甘草幼苗以及Na2CO3胁迫下苜蓿幼苗均有保护作用，能够提高抗氧化酶活性，减缓脂质过氧化的程度[16-17].钴对干旱胁迫下大豆幼苗叶片也有一定的保护作用，能提高胁迫下种子的萌发和幼苗生长，参与植物体呼吸作用和能量代谢，稳定叶绿素结构[18].这表明，钴在植物生长发育及抗逆生理等方面具有一定的作用.

低温弱光胁迫是植物面临的一种重要的环境胁迫，它影响植物的各种生理代谢，使辣椒植株的生长发育明显低于正常水平.低温弱光导致辣椒根系的活力和叶绿素含量大幅度降低，使辣椒根部吸收水分与养分和叶片的光合能力下降，进而导致辣椒营养不良与功能缺失，致使辣椒的正常生长受到阻碍；低温弱光也会导致丙二醛与游离脯氨酸的含量增加，并在细胞内产生大量活性氧自由基，使细胞脂质过氧化程度升高，细胞膜透性增大乃至细胞膜受到破坏.在试验中，低温弱光的胁迫下的辣椒幼苗经过一定浓度CoCl2水溶液浇灌处理后，辣椒根系活力与叶绿素含量有明显升高，丙二醛与游离脯氨酸含量显著下降，提高了辣椒幼苗的生长能力和细胞膜稳定性，保证了叶片光合作用的正常进行.说明一定浓度的外源钴可以有效缓解低温弱光胁迫对辣椒幼苗的伤害，提高辣椒幼苗在低温弱光环境下的生长发育能力.同时在试验中也发现，当CoCl2水溶液的浓度大于一定程度时，辣椒幼苗的根系活力、叶绿素含量出现了回降，丙二醛与游离脯氨酸含量也呈现了增长趋势，这些指标都是植物受伤害程度的重要指标.这说明过高浓度的钴元素会产生反作用，毒害植株并破坏植物的生理代谢平衡，且植物受害症状随钴浓度的增大而加强.因此，适宜浓度的外源钴可以有效缓解低温弱光对辣椒幼苗生长的抑制作用，但钴浓度过高则会对植物产生毒害作用，并污染环境.

试验中，在低温弱光条件下辣椒幼苗根系活力和叶绿素含量显著下降，丙二醛和游离脯氨酸的含量显著上升.施加0.06 mmol/L浓度的CoCl2可以显著提高辣椒幼苗的根系活力，增强根吸收养分和生长能力；施加0.06 mmol/L浓度的CoCl2可以显著提高辣椒幼苗的叶绿素含量，保证光合作用的有效运行；施加0.06 mmol/L浓度的CoCl2可以显著降低辣椒幼苗丙二醛的含量，减少活性氧自由基产生，显著抑制脂质过氧化程度；施加0.06～0.08 mmol/L浓度的CoCl2可以显著降低辣椒幼苗游离脯氨酸的含量，降低细胞膜透性，增强细胞吸水能力.试验表明，当辣椒幼苗由于低温弱光而遭受较为严重的细胞伤害时，0.06 mmol/L的CoCl2可有效减轻根系活力的减弱、叶绿素含量的下降、脂质过氧化程度的增加和细胞膜透性的破坏，从而对低温弱光胁迫下辣椒幼苗表现出一定的保护作用，是有效提高辣椒幼苗适应低温弱光逆境能力的最适宜浓度.

参考文献

[1]SU W A,MI R Q,WANG W Y，et al.The influence of cold hardness of plant stress sensitivity[J].植物生理学报，1990,16(3)：284-292

[2]任旭琴,缪曼珉,陈晓明,等.低温逆境下辣椒根系生长及生理特性的响应[J].中国蔬菜,2007(3)：12-14

[3]王萍,郭晓冬,郁继华,等.低温弱光对辣椒生长及光合作用的影响[J].沈阳农业大学学报,2006,37(3)：360-363

[4]郁继华,张国斌,冯 致,等.低温弱光对辣椒幼苗抗氧化酶活性与质膜透性的影响[J].西北植物学报,2005,25(12)：2478-2483

[5]张国斌.低温弱光对辣椒幼苗生长与光合生理特性的影响[D].兰州：甘肃农业大学， 2005

[6]何德炬.人体必需微量元素钴的研究[J].化学世界,1995(4)：223

[7]Hewitt E J.The Effect of mineral deficiencies and excesses on growth and composition[M]∥Bould C,Hewitt E J,Needham P,et a1.Diagnosis of Mineral Disorders in Plants.London：Prinipals，1983：54-110

[8]Wang K L C,Li H,Ecker J R.Ethylene biosynthesis and signaling networks[J].Plant Cell,2002,14(Suppl)：131-151

[9]刘晓莉.微量元素钴对小麦产量的影响[J].黑龙江农业科学,2003(2)：11-12

[10]Locke J M,Bryce J H,Morris P C.Contrasting effects of ethylene perception and biosynthesis inhibitors on germination and seedling growth of barley(HordeumvulgareL.)[J].Journal of Experimental Botany,2000,51(352)：1843-1849

[11]胡欣欣.土壤钴、镍向植物的转移及毒害效应研究[D].福州：福建农业大学,2010.

[12]何振立.污染及有益元素的土壤化学平衡[M].北京:中国环境科学出版社,1998：390-417

[13]Lichtenthaler H K,Wellburn A R.Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents[J].Biochem Soc T,1983(11)：591-592

[14]朱光廉,钟诲文,张爱琴．植物生理学实验[M].北京：北京大学出版社,1990：51-249

[15]邹琦．植物生理实验指导[M].北京：中国农业出版社,2000：70-97

[16]李真,孙业民,李朝周.二氯化钴对NaCl胁迫下甘草幼苗叶片活性氧水平及抗氧化酶活性的影响[J].新疆农业科学,2014,51(6)：1149-1153

[17]李朝周.CoCl2对Na2CO3胁迫下苜蓿幼苗叶片细胞膜的保护作用[J].草业学报,2007,16(3)：49-54

[18]焦健,李朝周,黄高宝.钴对干旱胁迫下大豆幼苗叶片的保护作用及其机理[J].应用生态学报，2006,17(5)：769-800

[19]李盈,颉建明,汪志伟,等.PEG浸种对低温弱光下辣椒幼苗叶片部分生理指标的影响[J].中国蔬菜，2009(8)：23-27

(责任编辑胡文忠)

Influence of CoCl2on physiological indicators of pepper

seedlings under low temperature and poor light stress

SHEN Lei,YU Ji-hua,XIE Jian-ming,HUO Shun-li,WANG Xiao-long,

QI Guang-bin,ZHOU Ruo-han

(College of Horticulture,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730030,China)

Abstract：The ‘Longjiao 5’(Capsicumannuum)seedlings were used to research the relationship between different concentrations of CoCl2and several physiological characteristics under the low temperature and poor light stress.The results indicated that the root activity and the content of leaf chlorophyll in the pepper seedlings decreased and the content of malondialdehyde (MDA) and proline (Pro) increased under the low temperature at 15 ℃/5 ℃(day/night)and poor light at 100 μmol/(m2·s).Certain concentrations of CoCl2solution could slow the decrease of root activity and chlorophyll content and increase of MDA and Pro content.Compared with the low temperature and poor light control state,CoCl2solution with the concentration of 0.06 mmol/L significantly increased the root activity and the content of leaf chlorophyll and reduced the content of MDA and Pro.It indicated that CoCl2with the concentration of 0.06mmol/L could effectively increase the adaptability of pepper seedlings to low temperature and poor light.

Key words：pepper;CoCl2;low temperature and poor light;physiological indicators

收稿日期：2015-01-14；修回日期：2015-01-23

基金项目：国家自然科学基金项目(31260493)；现代农业产业技术体系专项资金“国家大宗蔬菜产业技术体系” (CARS-25-C-07)；甘肃省农业科技创新项目(GNCX-2013-37).

通信作者：郁继华(1962-)，男，教授，博士生导师，从事蔬菜栽培生理及设施园艺方面的教学和研究工作.E-mail：yujihua@gsau.edu.cn

中图分类号：S 626.5

文献标志码：A

文章编号：1003-4315(2015)06-0037-05