低温弱光胁迫对辣椒叶片生理特性和光合特性的影响

常静 郭磊 巩在武

摘要：以辣椒幼苗为材料，研究低温弱光[16 ℃/4 ℃，100 μmol/（m2·s）]和低温[16 ℃/4 ℃，300 μmol/（m2·s）] 对辣椒叶绿素含量、光合作用、叶绿素荧光参数和生理特性的影响，为辣椒冬春设施生产中的温、光、肥管理提供理论依据。结果表明，当低温弱光或低温处理时，叶片叶绿素含量、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、最大光化学效率（Fv/Fm）和光化学猝灭系数（qP）都降低，随着低温弱光和低温处理时间的延长，降低越明显，且低温弱光处理下降幅度更大；但叶片胞间CO2浓度（Ci）增大。不同处理下，叶片丙二醛（MDA）含量呈逐渐升高趋势，低温弱光处理下MDA含量高于低温处理，叶片超氧化物歧化酶（SOD）和脯氨酸（Pro）含量呈逐渐降低趋势。结果表明，低温弱光处理对辣椒造成的伤害比低温处理更为严重。

关键词：低温弱光；辣椒；光合特性；生理特性；设施栽培

中图分类号： S641.301文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）10-0113-03

目前我国北方冬季设施栽培以非加温的节能日光温室为主，其保温性能有限，冬春季节温室内温度较低，尤其在夜晚或连续雨雪天。喜温性的茄果类蔬菜冬春季经济效益高，但其对温度的要求较高，由于日光温室的性能特点，在冬春季生产茄果类蔬菜时常遭遇低温或低温弱光等逆境条件，以低温弱光逆境最为常见，严重影响了冬季设施茄果类蔬菜作物的正常生长，不但降低了蔬菜的产量与品质，而且降低了蔬菜种植者的经济效益和积极性。已有研究表明，当低温弱光逆境较轻时，逆境使植物叶片气孔关闭、光合作用减弱；当低温弱光逆境较严重时，光合作用碳同化的关键酶核酮糖二磷酸（RuBP）羧化酶和其他一些酶的活性明顯下降，并进一步减缓光合作用产物淀粉等的运输，造成对光合作用的反馈抑制，因而显著降低了净光合速率，导致植株生长减慢，甚至停止生长[1-2]。低温弱光也使辣椒、黄瓜和番茄等的活性氧代谢平衡被破坏，造成活性氧过度积累，使植物膜脂过氧化程度和细胞膜透性增大[3-6]。耐低温品种能保持较高的色素含量，光能捕获和利用能力相对较强，分配于光合作用的量子产量较高，用于非调节性热能耗散的量子产量较低，因而光合作用能力和耐低温能力较强。

辣椒（Capsicum annuum L.）属于茄科辣椒属，起源于中美洲和南美洲的热带与亚热带地区，为典型的喜温性蔬菜，不耐低温[7]，是我国栽培面积最大的蔬菜种类之一，也是我国北方冬春季设施栽培的主要蔬菜之一，北方冬季市场供应紧缺，生产效益好，但由于冬春季温室内经常遭遇低温弱光现象，严重影响了辣椒的正常生长，设施内形成的低温弱光逆境严重影响了植株正常的光合作用[7]。因此，开展低温、弱光及盐胁迫三重逆境下辣椒叶片的光合特性变化研究，可丰富辣椒复合逆境光合理论。本试验以青海省栽培面积最大的辣椒品种乐都长辣椒为材料，系统研究了辣椒在低温弱光和低温胁迫下叶绿素含量、光合作用、叶绿素荧光参数和部分生理特性的变化规律，以期探明低温弱光和低温对辣椒造成影响的原因和机理，为耐低温弱光辣椒品种的选育提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

供试辣椒品种为乐都长辣椒，由中国农业科学院蔬菜花卉研究所辣椒育种课题组提供。试验于2015年4—8月在南京信息工程大学环境科学与工程学院蔬菜花卉研究所玻璃温室内进行。种子经5% NaClO消毒15 min后浸种4 h，然后置于铺双层滤纸的培养皿内，28 ℃恒温培养箱中催芽。选择发芽整齐一致的种子播入8 cm×8 cm塑料营养钵中，育苗基质是体积比为2 ∶[KG-*3]1的草炭、蛭石复合基质，基质中加入膨化鸡粪5 kg/m3和复合肥1.5 kg/m3。

1.2试验设计与处理

辣椒种子于28 ℃避光催芽6 d，萌发后播种于盛有育苗基质的穴盘中，待幼苗长至4叶1心时移入盛有栽培基质（油菜秸秆、小麦秸秆、锯末、菇渣体积比为3 ∶[KG-*3]3 ∶[KG-*3]2 ∶[KG-*3]2）的 10 cm×10 cm栽培盆中，在幼苗长至6片真叶时各处理选择大小一致的20株植株，放入人工气候箱中进行处理。低温弱光处理为16 ℃/4 ℃（白天/黑夜，12 h/12 h），光强PDF为 100 μmol/（m2·s）；低温处理温度为16 ℃/4 ℃（白天/黑夜，12 h/12 h），光照度为300 μmol/（m2·s）；对照处理为28 ℃/18 ℃（白天/黑夜，12 h/12 h），光照度为 600 μmol/（m2·s），其他条件按常规管理。

1.3测定方法

1.3.1叶绿素含量测定分别取各处理辣椒第4或第5片功能叶使用CCM-200 plus 叶绿素测定仪进行叶绿素相对含量的测定，每个处理重复10次。

1.3.2光合参数测定采用ECA-PB0402光合测定仪测定各处理幼苗的第4或第5片功能叶净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）和细胞间隙CO2浓度（Ci） 。测定前各处理均在对照条件下恢复15 min，测定时光强为600 μmol/（m2·s），温度为26 ℃，CO2浓度为360 μmol/mol，每个处理重复5次。

1.3.3叶绿素荧光参数测定选择与光合作用测定相同的辣椒叶片，测定各处理的初始荧光 （Fo）、最大荧光 （Fm）、PSⅡ 的最大量子产率（Fv/Fm）和光化学猝灭系数（qP）。测定前辣椒叶片经过30 min暗适应，每个处理重复5次。

1.3.4辣椒叶片MDA、SOD、Pro含量的测定均采用南京建成生物科技有限公司的试剂盒进行测定。

1.4数据分析

采用Microsoft Excel 2013进行数据处理，采用DPS 6.55软件的Duncan法对数据进行方差分析和差异显著性检验。

2结果与分析

2.1不同处理对辣椒叶片叶绿素含量的影响

由图1可知，随着处理时间的延长，辣椒叶片叶绿素含量呈现明显下降的趋势，且随着处理时间的延长，低温处理叶绿素含量下降更明显；在6、12、18 d时，低温处理和低温弱光处理分别比对照下降了9.36%、3.52%、20.96%和21.83%、25.82%、31.33%。

2.2不同处理对辣椒叶片光合参数的影响

由图2可知，随着处理时间的延长，辣椒叶片净光合速率（Pn） 和蒸腾速率（Tr） 明显下降，低温弱光处理下下降的更快，在处理18 d时，低温处理和低温弱光处理下的Pn和Tr分别比对照降低了21.92%、30.14%和18.72%、34.02%。与Pn和Tr变化趋势相反，随着处理时间的延长辣椒叶片胞间CO2浓度（Ci）逐渐升高，在处理6 d时，低温弱光处理的辣椒叶片Ci迅速增加，而低温处理下辣椒叶片的Ci缓慢增加，到处理18 d时，低温和低温弱光处理下辣椒叶片的Ci均快速增加，分别比对照增加了2.21%、3.33%。

2.3不同处理对辣椒叶片叶绿素荧光参数的影响

由图3可知，随着处理时间的延长，最小荧光Fo逐渐下降，且从处理6 d开始，低温弱光处理下辣椒叶片的Fo下降更明显，处理18 d时，低温弱光和低温处理下辣椒叶片的Fo分别比对照降低了40.02%、25.95%。随着处理时间的延长，辣椒叶片的Fm均呈现下降趋势，从低温处理6 d开始，辣椒叶片的Fm迅速下降，到处理18 d时，低温和低温弱光处理下辣椒叶片的Fm分别比对照降低了20.25%、33.77%。随着处理时间的延长，辣椒叶片的Fv/Fm缓慢下降，低温弱光处理下降较明显，处理18 d时，低温和低温弱光处理下辣椒叶片的Fv/Fm分别比对照下降了4350%、48.60%。在不同的处理下，辣椒叶片的qP也缓慢下降，且低温弱光处理下下降得较明显，在处理6、12、18 d时，低温弱光处理和低温处理分别比对照下降了9.79%、3135%、35.11%和9.79%、22.80%、30.75%。

2.4不同处理对辣椒叶片MDA、SOD、Pro含量的影响

由图4可知，随着处理时间的延长，辣椒叶片的MDA含量表现为升高趋势，从处理6 d开始，MDA含量迅速升高，且低温弱光处理MDA的含量高于低温处理，到处理18 d时，低温和低温弱光处理下辣椒叶片的MDA含量分别比对照增加了13.01%、15.90%。随着处理时间的延长，辣椒叶片的SOD含量呈逐渐降低的趋势，从处理6 d开始，SOD含量降低较快，处理18 d时，低温和低温弱光处理下辣椒叶片的SOD含量分别比对照降低了33.82%、35.10%。在不同处理下，辣椒叶片的Pro含量大致呈逐渐降低趋势，从处理6 d开始，Pro含量迅速降低，到处理18 d时，低温和低温弱光处理下辣椒叶片的Pro含量分别比对照降低了2564%、29.06%。

3讨论

逆境胁迫下植物叶片叶绿素含量的高低不仅直接影响着植物的光合同化过程，而且也是衡量植物耐逆性的重要指标之一[8]。本研究结果表明，随着低温和低温弱光处理时间的延长，辣椒叶片叶绿素含量呈现明显的下降趋势，且随着处理时间的延长，低温处理下叶绿素含量下降更明显。逆境胁迫导致植物光合速率降低的原因包括气孔和非气孔因素[9-11]。本试验在低温弱光胁迫下，辣椒叶片净光合速率明显降低，辣

椒叶片Pn、Tr下降，且低温弱光处理下降得更快，而Ci升高，表明辣椒幼苗叶片光合速率下降的主要原因是非气孔因素，如RuBP羧化受限制、无机磷限制、光化学机构受到破坏和光合产物运输减慢等原因减缓了整个光合作用途径的运行，从而阻碍了光能对CO2的利用，结果造成细胞间隙CO2积累[12-13]。这与低温弱光导致黄瓜和番茄等光合速率降低的研究结果[2-3]一致。本研究中Fo、Fm、Fv/Fm、qP在低温和低温弱光胁迫下均呈下降趋势，且从低温处理6 d开始，下降速度加快，表明刚开始逆境时可能造成部分光抑制，随着逆境处理时间的延长，Fv/Fm迅速下降，逆境可能使叶片部分光合机构遭受破坏，导致最大光化学效率下降，进一步使Pn下降，且使Pn不能恢复。

MDA是膜脂过氧化主要产物之一，是反映细胞膜伤害程度的重要指标[14]。本研究中，低温和低温弱光胁迫前6 d均导致辣椒叶片中MDA含量缓慢升高、SOD和Pro含量缓慢降低，表明刚开始遭遇逆境胁迫时，辣椒叶片细胞中的各种保护机制迅速启动，如抗冷基因、抗冷信号途径启动或加强、活性氧清除的各种酶（如SOD）和渗透调节物质（如Pro）含量增加，这些都有利于辣椒抵御各种逆境胁迫。当低温或低温弱光胁迫时间进一步延长时，MDA的含量迅速增加，SOD、Pro的含量都迅速降低，可能是由于辣椒细胞中的活性氧含量继续增加，已超过SOD等抗氧化酶的清除能力，导致膜脂过氧化（MDA含量增加），从而导致膜系统或其他细胞器官的损伤，最终导致辣椒的保护机制被严重破坏，失去抵御逆境的能力。

4结论

综上所述，在低温或低温弱光处理后，辣椒叶片叶绿素含量降低，Pn、Tr下降，Ci浓度上升，引起Pn下降的主要原因是非气孔因素。随着低温或低温弱光胁迫时间的延长，Fo、Fm、Fv/Fm、qP均下降；MDA含量呈上升趋势，SOD、Pro含量呈逐渐降低趋势。结果表明，低温弱光处理对辣椒幼苗的伤害程度大于低温对辣椒幼苗的伤害。

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