鱼蛋白多肽对铜胁迫下彩椒幼苗生长及生理特性的影响

刘金龙，辛寒晓，范学明，刘丽英，孙中涛*

(1.山东农业大学生命科学学院，山东泰安271018;2.山东佐田氏生物科技有限公司，山东济南250000)

鱼蛋白多肽对铜胁迫下彩椒幼苗生长及生理特性的影响

刘金龙1，辛寒晓2，范学明2，刘丽英1，孙中涛1*

(1.山东农业大学生命科学学院，山东泰安271018;2.山东佐田氏生物科技有限公司，山东济南250000)

为探讨鱼蛋白多肽对铜胁迫下彩椒幼苗生长的缓解作用，以彩椒品种花仙子幼苗为试材，研究了不同质量浓度(0、1、3、5、7 g/L)鱼蛋白多肽溶液对铜胁迫(150 mg/L)下彩椒幼苗生长及生理的影响。结果表明:铜胁迫下彩椒幼苗的生长明显受到抑制，而叶面施用适宜质量浓度的鱼蛋白多肽溶液后，彩椒幼苗的株高、茎粗、地上部和地下部干鲜质量、抗氧化酶［超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)］活性总体上显著提高，丙二醛(MDA)含量显著降低，其中以5 g/L的鱼蛋白多肽溶液处理效果最佳。说明鱼蛋白多肽能有效缓解铜胁迫对彩椒幼苗生长的抑制作用，提高其抗铜胁迫能力。

鱼蛋白多肽;彩椒;铜胁迫;幼苗生长;生理特性

彩椒俗名柿子椒、灯笼椒，是茄科辣椒属辣椒的一个变种，为1年生或多年生草本植物，是近年来我国从以色列、荷兰等国家引进的新品种［1-2］，具有清除自由基、促进血液循环和预防感冒等功效［3］。因其果色鲜艳诱人，营养价值较高，而颇受广大消费者青睐，更是我国外贸出口创汇的优质蔬菜之一。然而，近年来随着我国工农业的快速发展，工业含铜污染物的大量排放、含铜化肥和农药的不合理施用等因素，导致农田土壤重金属污染日趋严峻［4］。铜是植物正常生命活动中所必需的微量营养元素，同时也是植物体内多种蛋白质或酶的组成成分，广泛参与光合作用、呼吸作用等代谢过程［5］。但植物对铜的需求量很少，大部分植物以土壤有效铜含量低于5 mg/kg为缺乏临界值，过量的铜则会诱导植物细胞的活性氧(ROS)浓度上升，引发植物生理代谢紊乱，导致膜脂过氧化加剧，造成植物细胞膜透性增加和细胞代谢失调，从而抑制其生长和发育，严重时会造成作物减产［6］。因此，研究如何减轻铜胁迫对彩椒的毒害作用已成为农业可持续发展中亟待解决的问题之一。

鱼蛋白多肽是鱼蛋白的水解产物，主要以鱿鱼、带鱼、鳕鱼等海洋生物为原料，经水解后提取的高分子活性物质，具有较高的研究与利用价值［7］，广泛应用于食品开发［8］、饲料生产［9］等领域。周兆禧等［10］研究表明，多肽是一类新型植物生长调节物质，在促进植物生长、提高作物产量、改善果实品质方面发挥着重要的作用，目前已经在桃［11］、荔枝［12］、芒果［13］、葡萄［14］、梨［15］、香蕉［16］、玉米［17］等多种植物上进行了应用效果研究。大量研究证实，多肽能够调节植物多种抗逆生理过程，如盐胁迫［18］、高温胁迫［19］、低温胁迫［20］等。但有关鱼蛋白多肽对铜胁迫下彩椒幼苗生长及生理特性的影响研究鲜见报道。因此，以花仙子彩椒为试材，研究鱼蛋白多肽对铜胁迫下彩椒幼苗生长及生理特性的影响，以期为利用鱼蛋白多肽缓解铜胁迫对彩椒的伤害提供理论依据，同时也为深入研究鱼蛋白多肽调控彩椒耐铜胁迫的机制奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试彩椒品种为花仙子，购自泰安市泰山区农大种业;鱼蛋白多肽(纯度＞86.57%，pH值6.8)由山东佐田氏生物科技有限公司提供;CuSO4·5H2O (分析纯)购自天津市凯通化学试剂有限公司。

1.2 试验方法

在预试验基础上，筛选出彩椒中度铜胁迫的最佳质量浓度(150 mg/L CuSO4·5H2O)。精选籽粒饱满、大小一致的彩椒种子，用0.1%的HgCl2消毒10 min，无菌水冲洗干净并浸种24 h，将种子置于72孔穴盘育苗，育苗基质配比为V菇渣∶V基质∶V蛭石=1∶1∶1，常规管理。待幼苗培养至6叶1心时，挑选长势一致的幼苗移栽至装有蛭石的塑料花盆(上直径17 cm、下直径12 cm、高15 cm)。幼苗生长条件为: (25±2)℃/(20±2)℃(昼/夜)，光照周期12 h/ 12 h(昼/夜)，光照强度4 000 lx，相对湿度保持在75%±5%。试验共设以下6个处理，对照组(CK):用Hoagland营养液处理幼苗;试验组:用含150 mg/L CuSO4·5H2O的Hoagland营养液处理幼苗(S1)，在S1基础上分别叶面喷施1、3、5、7 g/L鱼蛋白多肽，记为S2、S3、S4、S5。于每天8:00对幼苗叶面进行喷施处理，为增强幼苗叶片对鱼蛋白多肽溶液的吸收效果，喷施液中添加0.1%的吐温－80，对照组喷施等量吐温－80和蒸馏水，连续喷施3 d进行预处理。每盆定植2株，每个处理重复20盆，重复4次，于铜胁迫第7天测定相关指标。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 生长指标从每个处理组随机选取长势良好的幼苗，用卷尺测定幼苗株高;用游标卡尺测定幼苗茎粗;将幼苗的地上部分与根系剪开，分别在天平上称取幼苗地上部和地下部鲜质量，105℃杀青15 min，80℃烘至恒定质量后分别测定幼苗地上部和地下部干质量。

1.3.2 生理指标从每个处理组随机选取彩椒幼苗，取其最上面1片完全展开的功能叶片剪碎进行生理指标的测定。参照李合生［21］的方法测定幼苗叶片丙二醛(MDA)含量，参照王学奎［22］的方法测定幼苗叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2013和SPSS 19.0软件进行处理和方差分析，采用Origin 8.5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 鱼蛋白多肽对铜胁迫下彩椒幼苗生长的影响

由表1可知，在铜胁迫下(S1)，彩椒幼苗株高、茎粗、地上部鲜质量、地上部干质量、地下部鲜质量及地下部干质量分别较CK降低29.67%、23.74%、39.58%、38.71%、29.90%、34.74%。而幼苗叶面喷施鱼蛋白多肽后，随着鱼蛋白多肽质量浓度的增加，彩椒幼苗株高、茎粗、地上部鲜质量、地上部干质量、地下部鲜质量及地下部干质量均呈现先增加后降低趋势，其中以5 g/L的鱼蛋白多肽溶液(S4)处理效果最佳，与S1处理相比，分别提高了36.72%、20.62%、41.52%、36.84%、11.76%、25.81%。说明施用适宜质量浓度的鱼蛋白多肽可在一定程度上缓解铜胁迫对幼苗生长的抑制作用，并促进幼苗干物质的积累。

表1 不同质量浓度鱼蛋白多肽对铜胁迫下彩椒幼苗生长的影响

2.2 鱼蛋白多肽对铜胁迫下彩椒幼苗叶片MDA含量的影响

由图1可知，在铜胁迫下(S1)，彩椒幼苗叶片的MDA含量比CK显著提高了114.00%。而幼苗叶面喷施不同质量浓度的鱼蛋白多肽后，彩椒幼苗叶片的MDA含量均有不同程度降低，除S2和S5处理差异不显著外，其余处理间差异显著，且以5 g/L的鱼蛋白多肽溶液(S4)处理效果最佳，与S1处理相比，降低了39.25%。说明施用适宜质量浓度的鱼蛋白多肽能有效减少铜胁迫对彩椒幼苗膜脂过氧化造成的伤害，增强了细胞的结构稳定性。

2.3 鱼蛋白多肽对铜胁迫下彩椒幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

由图2可知，在铜胁迫下(S1)，彩椒幼苗叶片SOD、POD、CAT活性均显著高于CK，比CK分别提高了35.87%、28.00%、38.89%。而叶面喷施不同质量浓度的鱼蛋白多肽后，彩椒幼苗叶片这3种抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性随着鱼蛋白多肽质量浓度的增加呈现出先升高后降低的趋势。对于SOD和POD活性，除S2和S5处理差异不显著外，其余各处理差异显著;CAT活性除S2、S3、S5处理差异不显著外，其余各处理差异显著，3种抗氧化酶活性均以5 g/L的鱼蛋白多肽溶液(S4)处理效果最佳，幼苗叶片SOD、POD、CAT活性较S1处理分别提高了50.40%、62.50%、68.00%。而当鱼蛋白多肽质量浓度达到7 g/L时，这3种抗氧化酶活性均开始呈现下降的趋势。说明适宜质量浓度的鱼蛋白多肽溶液能够提高铜胁迫下保护酶活性，有利于幼苗及时清除ROS，缓解铜胁迫对彩椒幼苗的伤害，而过高质量浓度的鱼蛋白多肽则会降低缓解效果。

图1 不同质量浓度鱼蛋白多肽对铜胁迫下彩椒幼苗叶片MDA含量的影响

图2 不同质量浓度鱼蛋白多肽对铜胁迫下彩椒幼苗叶片SOD、POD、CAT活性的影响

3 结论与讨论

铜胁迫是制约农业发展的关键限制性因素之一，如何使植物在铜胁迫下正常生长，已成为科研工作者共同关注的焦点。多肽是五大类植物生长调节物质以外的又一种新型植物生长调节物质，大量研究证实，多肽在植物抗逆性方面显示出重要的调控作用［18-20］。本研究结果表明，在铜胁迫下，彩椒幼苗的株高、茎粗、干质量、鲜质量等指标与CK相比显著降低。这说明铜胁迫对彩椒幼苗的生长产生抑制，且生物量积累下降，该结果与盛积贵等［23］研究结果相一致。而幼苗叶面喷施不同质量浓度的鱼蛋白多肽溶液后，幼苗的株高、茎粗、干质量、鲜质量等指标均呈现先升高后降低趋势，且以5 g/L的鱼蛋白多肽溶液处理效果最佳。说明鱼蛋白多肽能够有效减轻铜胁迫所导致彩椒的生长抑制作用，并促进幼苗干物质的积累。这与张波［24］的蛋白肽可以减轻铜离子对植物生长抑制的研究结果相一致。

MDA是植物组织遭受逆境胁迫时膜脂过氧化作用的最终产物，其含量的高低代表ROS对植物细胞膜伤害的程度，能够反映植物在逆境条件下的生理变化［25］。本研究结果表明，在铜胁迫下，幼苗叶片的MDA含量显著提高，这说明铜胁迫下彩椒幼苗叶片组织中产生大量ROS，引起叶片内膜脂过氧化水平加重，导致膜系统结构受损。而幼苗叶片喷施5 g/L的鱼蛋白多肽溶液后其MDA含量显著降低。说明适宜质量浓度的鱼蛋白多肽溶液可减轻铜胁迫导致的细胞膜脂过氧化程度，从而有利于机体膜系统损伤的修复。该结果与外源钙在甜椒上的缓解结果相似［26］。

正常情况下，植物自身ROS的产生与清除系统一般会保持动态平衡，但当植物处于逆境条件下，自身会产生多种的ROS，如羟基自由基、超氧阴离子和过氧化氢等，产生的ROS往往超出其清除能力，从而积累过多的ROS，进而对细胞产生氧化伤害，SOD、POD和CAT是植物体内清除ROS的保护酶，在清除植物体内多余ROS方面发挥着重要的作用［27］。本研究结果表明，在铜胁迫S1下，彩椒幼苗的抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性明显提高。而在S1基础上叶面喷施5 g/L的鱼蛋白多肽溶液后幼苗叶片抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性显著提高。这说明适宜质量浓度的鱼蛋白多肽溶液能够提高彩椒幼苗在铜胁迫下保护酶活性，有利于植物机体及时清除ROS，缓解铜胁迫对彩椒幼苗的伤害。可见，鱼蛋白多肽在缓解植物铜胁迫伤害方面发挥着重要作用。该结果与NO［28］、2，4－表油菜素内酯［29］等外源物质对植物铜胁迫的缓解效果相似。

综上所述，在铜胁迫下，彩椒幼苗的生长受到抑制，其株高、茎粗和生物量明显降低，MDA含量显著提高。由于植物自身对铜胁迫的应激能力，彩椒幼苗的抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性显著增加。而彩椒幼苗叶面喷施适宜质量浓度的鱼蛋白多肽溶液后，其株高、茎粗、生物量及抗氧化酶活性明显提高，MDA含量显著降低，其中以5 g/L的鱼蛋白多肽溶液叶面喷施处理效果最佳。

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Effect of Fish Protein Polypeptide on Growth and Physiological Characteristics of Color Pepper Seedlings under Copper Stress

LIU Jinlong1，XIN Hanxiao2，FAN Xueming2，LIU Liying1，SUN Zhongtao1*
(1.College of Life Sciences，Shandong Agricultural University，Taian 271018，China; 2.Shandong Zuotianshi Biotechnology Company Limited，Ji’nan 250000，China)

To study the mitigation effect of fish protein polypeptide on seedling growth of color pepper under copper stress，the seedlings of color pepper‘Huaxianzi’were used to study the effects of different concentrations(0，1，3，5，7 g/L)of fish protein polypeptide on their growth and physiological characteristics under the treatment of 150 mg/L copper stress.The results showed that the growth of seedlings was inhibited significantly under copper stress.Plant height，stem diameter，fresh weight and dry weight of both aboveground part and underground part，antioxidant enzymes(SOD，POD，CAT)activities of color pepper seedlings were all increased significantly，while the content of malondialdehyde(MDA)was reduced significantly after spraying fish protein polypeptide on the leaves at the appropriate concentration.The optimum concentration of fish protein polypeptide was 5 g/L.These results indicated that fish protein polypeptide could effectively alleviate the copper stress on the growth of color pepper seedlings and enhance their ability to resist copper stress.

fish protein polypeptide;color pepper;copper stress;seedling growth;physiological characteristics

S641.3

A

1004－3268(2017)07－0081－05

2016－12－21

山东省科技重大专项(2015ZDXX0502B04)

刘金龙(1990－)，男，天津蓟县人，在读硕士研究生，研究方向:微生物工程与酶工程。E－mail:1254702404@qq.com

*通讯作者:孙中涛(1973－)，男，山东泰安人，副教授，博士，主要从事生物活性肽的生产技术与生物活性研究。E－mail:zhtsun@sdau.edu.cn