干旱胁迫下CoCl2对辣椒幼苗生长及部分生理特性的影响

吴天珍，祁光斌，颉建明，吕剑，王小龙，火顺利，申磊

(甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州　730070)



干旱胁迫下CoCl2对辣椒幼苗生长及部分生理特性的影响

吴天珍，祁光斌，颉建明，吕剑，王小龙，火顺利，申磊

(甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州730070)

摘要：【目的】 研究中度干旱(60%田间持水量)下，缓解辣椒幼苗干旱胁迫的适宜的CoCl2溶液浓度.【方法】 以‘陇椒5号’辣椒为试材，采用不同浓度CoCl2(0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12 mmol/L)溶液浇灌处理，并测定处理期间辣椒幼苗相关生长生理指标.【结果】 随着CoCl2浓度的增加，辣椒幼苗株高、茎粗、地上部干质量、根冠比呈先增大后减小的趋势，均在0.06～0.08 mmol/L处理时出现峰值；CoCl2浓度在0.06 mmol/L以上时可显著促进叶片中叶绿素含量的增加；0.06～0.10 mmol/L CoCl2处理辣椒幼苗叶片丙二醛和脯氨酸含量显著低于单一干旱胁迫处理；高浓度的CoCl2(0.10～0.12 mmol/L)处理，对地下部干物质的积累和根系的伸长有显著的抑制作用.【结论】 综合各项生长及生理指标，外源施用0.06～0.08 mmol/L CoCl2可缓解辣椒幼苗干旱胁迫.

关键词：CoCl2；辣椒；干旱胁迫；生理特性

甘肃省地处黄土、青藏和蒙古三大高原交汇地带，属半干旱性气候，年均降水量300 mm左右，蒸发量大，水资源匮乏[1].辣椒(CapsicumannuumL.)是茄科辣椒属浅根系植物，对水分要求严格，抗干旱能力差[2].干旱缺水是导致辣椒露地生产产量较低和制种生产中种子质量波动较大的重要原因，寻求一种能够有效缓解辣椒干旱胁迫、提高辣椒抗旱能力的方法具有重要意义.

钴是人和动物必需的微量元素，对氨基酸、蛋白质、辅酶、脂肪的代谢也有一定的影响[3]，是生物体内维生素B12的重要组成部分[4].有研究结果表明，通过土壤浇灌或叶面喷施等方式外源施入适量的钴可促进植物叶片光合色素积累、加快生长发育、提高产量和改善品质[5-7].但过量的钴会对植物产生毒害作用，如钴在土壤中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[8-11].近些年，国内一些学者研究了干旱、盐碱、低温等逆境下无机钴盐对植物生长生理的缓解效应，并且多集中在粮食作物上[12-14].有关钴对缓解蔬菜作物逆境胁迫的研究较少.本试验研究了不同浓度CoCl2处理对干旱胁迫下的辣椒幼苗生长及相关生理指标的影响，探讨CoCl2缓解辣椒干旱胁迫的作用及其生理机制，筛选适宜的CoCl2溶液浓度，以期为甘肃半干旱地区辣椒节水、抗旱栽培提供科学依据.

1材料与方法

1.1试验材料

辣椒品种为‘陇椒5号’，由甘肃省农业科学院蔬菜研究所选育.早熟、耐低温寡照、抗病毒病、耐疫病.适宜在我省塑料大棚、日光温室及露地种植.平均总产量4 500～5 500 kg.二氯化钴又名氯化亚钴，化学式：CoCl2·6H2O，相对分子质量：237.93.

1.2试验设计

试验于2014年3月在甘肃农业大学现代温室内进行，采用穴盘基质育苗，苗龄30 d时，选取长势一致的幼苗移栽到盆，每盆2株，采用基质栽培，盆底覆膜，插入通气导管，盆高18 cm，上口径25 cm.移栽1周后开始处理.试验共设8个处理，分别为：CK(80%田间持水量)、CK1(中度干旱：60 %田间持水量)、T1(中度干旱+0.02mmol/L CoCl2)、T2(中度干旱+0.04 mmol/L CoCl2)、T3(中度干旱+0.06 mmol/L CoCl2)、T4(中度干旱+0.08mmol/L CoCl2)、T5(中度干旱+0.10 mmol/L CoCl2)、T6(中度干旱+0.12 mmol/L CoCl2)，采用称质量控水法，每天下午称质量并灌水至60%田间持水量(中度干旱胁迫)每个处理4盆，3次重复.胁迫处理第6、7、8天浇灌各浓度处理CoCl2水溶液共计150 mL(浇灌后含水量低于胁迫处理)，第15天测定各项指标，采样时选取辣椒幼苗的第3～5片功能叶.

1.3试验测定指标及方法

株高(cm)与根长(cm)：直尺测量；茎粗(mm)：数显游标卡尺测量子叶下端0.5 cm处茎粗；丙二醛(MDA)和游离脯氨酸(Pro)含量的测定参考邹琦[15]的方法.叶绿素含量测定采用紫外分光光度法[16].鲜质量采用直接称质量法，鲜质量称完后在105 ℃下杀青30 min，80 ℃下烘干至恒质量即得干质量；每个处理3次重复，数据取3次重复的平均值.

1.4数据处理

用Microsoft Excel 2007， SPSS 19.0进行数据处理与统计分析.

2结果与分析

2.1不同浓度CoCl2对干旱胁迫下辣椒幼苗株高、茎粗和根长的影响

由表1可知，在中度干旱胁迫下，随着CoCl2浓度的增加，辣椒幼苗株高、茎粗、地上部干质量、根冠比呈先增大后减小的趋势，其峰值均出现在0.06～0.08 mmol/L处理.当CoCl2浓度为0.06 mmol/L时，株高、茎粗、最长根长均优于其他处理，CoCl2浓度为0.08 mmol/L时，其根干质量显著大于其他处理，且分别较CK、CK1高9%、26%.而当浓度高于0.10 mmol/L时，CoCl2对干旱胁迫下辣椒幼苗生长的促进作用不明显，其中T5、T6处理根干质量和根长显著小于CK、CK1，说明较高浓度的CoCl2处理对地下部干物质的积累和根系的伸长有显著的抑制作用.

同列数据肩标不同字母表示差异显著(P<0.05).

2.2不同浓度CoCl2对干旱胁迫下辣椒幼苗叶绿素含量的影响

叶绿素是作物叶片光合作用的主要物质基础.如表2所示，单一的干旱胁迫(CK1)会使叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量显著降低，外源浇灌CoCl2水溶液能显著提高辣椒幼苗叶片中的叶绿素含量，尤其浓度在0.06 mmol/L以上时效果明显，其中T5处理叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量分别较CK1提高了43%、56%和46%.所有干旱处理均能促使叶绿素a/b的上升，其中T1、T3处理显著高于CK.但在幼苗生长中发现，CoCl2浓度达到0.10 mmol/L及以上时会出现叶片脱落现象，幼苗的生长受到抑制，光合总面积减小.

表2　不同浓度CoCl2对干旱胁迫下辣椒幼苗叶绿素含量的影响

同列数据肩标不同字母表示差异显著(P<0.05).

2.3不同浓度CoCl2对干旱胁迫下辣椒幼苗丙二醛(MDA)含量的影响

MDA是脂质过氧化作用的最终产物，它的含量是衡量脂质过氧化作用强弱的主要指标.由图1可知，单一干旱胁迫处理(CK1)辣椒幼苗叶片的MDA积累量最高.外援施用CoCl2可明显降低辣椒幼苗叶片的MDA含量，其中处理T3、T4、T5下降幅度较大，分别较CK1下降了39%、33%、42%，且差异显著，但与CK无显著性差异.因此，0.06～0.10 mmol/L CoCl2水溶液浇灌辣椒幼苗能有效地缓解干旱胁迫下辣椒幼苗叶片的膜脂过氧化作用.

2.4不同浓度CoCl2对干旱胁迫下辣椒幼苗游离脯氨酸(Pro)含量的影响

游离脯氨酸作为植物体内重要的渗透调节物质，植物体内游离脯氨酸的含量可在一定程度上判断逆境对植物的危害程度以及植物的抵抗能力.如图2所示，干旱胁迫可显著增加辣椒幼苗叶片中游离脯氨酸的含量.随着CoCl2处理浓度的增加，植株体内游离脯氨酸含量呈先增后降的趋势，且浓度在0.06～0.10 mmol/L时，叶片脯氨酸含量显著低于CK1，并分别较CK1下降了18.7%、29.3%和23.6%.由此可知，CoCl2可在一定程度上抑制游离脯氨酸在叶片中的积累，起到渗透调节的作用.

图1　不同浓度CoCl2对干旱胁迫下辣椒幼苗丙二醛(MDA)含量的影响Fig.1　Effects of different CoCl2levels on MDAcontents in pepper seedling under drought stress

图2　不同浓度CoCl2对干旱胁迫下辣椒幼苗(Pro)含量的影响Fig.2　Effects of different CoCl2levels on Procontents in pepper seedling under drought stress

3讨论与结论

甘肃省水资源严重短缺，如何提高作物的抗旱性，充分发掘有利于提高作物抗旱性的途径十分重要.干旱是植物面临的一种重要逆境胁迫，通过对植物水分状况的影响，干旱胁迫影响植物的各种生理代谢活动.本试验发现中度干旱显著抑制了辣椒幼苗株高、地上部及地下部干质量、根长以及叶片中叶绿素含量的增加，且造成叶片细胞膜质过氧化程度加剧丙二醛和游离脯氨酸的大量积累.

钴是广泛存在于土壤及地壳中的一种微量元素[17]，作为生物体内VB12重要组成成分，可改变植物体内营养物质的含量[18-19].适宜浓度范围的钴对植物种子萌发、幼苗生长具有一定的促进作用.同时对植物逆境生理表现出了一定的作用，适量的钴对干旱胁迫下大豆幼苗叶片有一定的保护作用[20]，能提高干旱胁迫下紫花苜蓿种子的萌发及幼苗的生长，参与植物体呼吸作用和能量代谢，稳定叶绿素结构等[21].本试验结果表明，浓度为0.06～0.08 mmol/L的CoCl2水溶液对辣椒幼苗株高的增长、生物量的积累均有明显的促进作用，这与前人在其他作物上研究所取得的结论基本一致[13,15].

脯氨酸(Pro)是植物体内最常见的一种渗透调节物质，当植物处于干旱环境中时，植物体内的游离Pro含量会显著增加[22].试验中，中度干旱胁迫下辣椒幼苗叶片中丙二醛和游离脯氨酸的含量均有所增加，外源浇灌CoCl2水溶液大幅减少了叶片中丙二醛的积累，降低了游离脯氨酸的含量，有效缓解了干旱胁迫对辣椒幼苗的伤害，增强了细胞膜稳定性.干旱胁迫使植物叶片中光合色素含量发生变化进而影响光合作用.与单一干旱处理(CK1)相比，CoCl2水溶液可有效增加辣椒叶片叶绿素含量，保证光合作用的有效进行.同时在试验中发现当钴浓度达到0.10 mmol/L及以上，叶绿素含量虽有明显增加，但对地下部干物质的积累和根系的伸长有显著地抑制作用，且幼苗出现叶片脱落现象.同时细胞膜的脂质过氧化程度有加强的趋势，且渗透调节物质Pro含量再次出现升高，与前人研究结果一致[23-24].在干旱胁迫下，0.06～0.08 mmol/L的CoCl2水溶液处理降低了辣椒叶片中丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)含量，提高了辣椒幼苗叶片的抗旱能力.适宜浓度的CoCl2通过调节植物体内渗透调节物质，改变细胞膜的透性，有效减轻了干旱下叶片内活性氧的累积、脂质过氧化作用、叶绿素含量的下降和细胞膜透性的破坏，从而对干旱胁迫下辣椒幼苗叶片表现出一定的保护作用.

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(责任编辑赵晓倩)

Effect of CoCl2on growth and physiological characteristics of pepper seedlings under drought stress

WU Tian-zhen,QI Guang-bin,XIE Jian-ming,LYU Jian,WANG Xiao-long,HUO Shun-li,SHEN Lei

(College of Horticulture,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

Abstract：【Objective】 To determine suitable solution concentration of CoCl2to reduce the moderate drought stress(60% field moisture capacity).【Method】 ‘LongJiao 5’ was used as test material to be irrigated with the following concentrations of CoCl2solution (0.02,0.04,0.06,0.08,0.10,0.12 mmol/L) and determined growth and physiological indicators of pepper seedlings during processing.【Result】 With the increase of CoCl2concentrations,plant height,stem diameter,shoot dry weight,shoot ratio of pepper seedling increased first then decreased,and the peak values all occurred at the concentration range of 0.06～0.08 mmol/L.CoCl2concentration more than 0.06 mmol/L significantly promoted the increase of chlorophyll content.MDA and proline content in pepper seedling leaves treated with 0.06～0.08 mmol/L CoCl2than those under single drought stress (CK1).High concentrations of CoCl2(0.10～0.12 mmol/L) significantly inhibited the underground dry matter accumulation and root elongation.【Conclusion】 Based on comprehensive analysis on various growth and physiological indicators,exogenous application of 0.06～0.08 mmol/L CoCl2solution can alleviate drought stress on pepper seedlings.

Key words：CoCl2;pepper;drought stress;physiological characteristics

通信作者：颉建明，男，教授，博士生导师，主要从事设施园艺栽培生理方面的教学与研究.E-mail:xiejianming@gsau.edu.cn

基金项目：甘肃省农业科技创新项目(GNCX-2013-37)；甘肃省高校基本科研业务费项目.

收稿日期：2015-04-02；修回日期：2015-05-16

中图分类号：S 641.3

文献标志码：A

文章编号：1003-4315(2016)03-0055-05

第一作者：吴天珍(1989-)，女，硕士研究生，主要从事蔬菜栽培生理与生长调控的研究.E-mail： tianzhenwlee@163.com