高温胁迫对不同果型辣椒生理生化特性的影响

詹旺+段曦+苑岗+刘丰娇+魏佑营

摘 要：以野生辣椒小米辣（M）和不同果型辣椒代表性品种为试材，在人工控制环境下，研究了高温对辣椒幼苗（5叶1心）内部生化指标的影响。结果表明：高温胁迫下，小米辣（M）热害指数最小，丙二醛（MDA）含量最低，渗透调节物质可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量和抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性最高，耐热性最强；朝天椒（HZ），灯笼椒（431）和牛角椒（419）耐热性依次降低。较高的渗透调节能力和抗氧化能力可能是小米辣（M）耐热性较强的原因。

关键词：辣椒；高温胁迫；渗透调节物质；抗氧化酶

中图分类号：S641.3 文献标识码： A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.11.001

Abstract： With the wild species （Capsicum frutescens） and the representative cultivars with different fruit types as materials， the effects of high temperature on the physiological and biochemical characteristics were studied in artificially controlled condition. The results showed that： under high temperature， the heat injury index and malondaldehyde （MDA） content were lowest， the contents of soluble sugar， proline and soluble protein and the activities of superoxide dismutase （SOD）， peroxidase （POD） and catalase （CAT） were higher in Capsicum frutescens seedlings comparing with other varieties. Capsicum frutescens had the best tolerance to high temperature， and HZ was the second， 431 and 419 had the worst tolerance. The indicators of Capsicum frutescens were better than the other pepper varieties， thus higher osmotic adjustment ability and antioxidant capacity might be the reasons of strong high resistance.

Key words： pepper； high temperature stress； osmotic regulation substances， antioxidant enzyme

辣椒（Capsicum annum L.）是我国设施栽培的主要蔬菜之一，喜温怕热，适宜生长温度为白天25～30 ℃，夜间18～20 ℃，超过35 ℃时生长发育受阻，出现落叶、落花现象[1]。辣椒在温室、大棚越夏栽培中，设施内高温环境是限制其产量和品质的重要因素。中国辣椒属有Capsicum frutescens和Capsicum frutescens两个种，其中Capsicum frutescens为生产中常用的栽培种，小米辣Capsicum frutescens属于野生种[2]。小米辣引种自云南西双版纳等地，耐热性好，长势以及连续坐果能力强，具有抗病、耐高温耐潮湿等特点。栽培品种灯笼椒（431）果实硕大扁形，牛角椒（419）果实圆锥形，朝天椒（HZ）则属于簇生椒，果皮薄，果色深红。本试验以野生辣椒品种小米辣与不同果型辣椒代表性品种为试材，采用人工控制环境的方法，通过研究高温胁迫下辣椒幼苗（5叶1心）内部生理生化指标的变化，探讨高温逆境胁迫下野生辣椒品种和不同果型品种幼苗、形态和理化指标变化规律，旨在为筛选辣椒耐高温育种材料和辣椒属种间杂交育种提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验于2014—2016年在山东农业大学园艺实验站日光温室内进行。以小米辣（M）与不同果型辣椒代表性品种灯笼椒（431）、牛角椒（419）、朝天椒（HZ）为试材，种子由山东农业大学园艺科学与工程学院辣椒课题组提供。育苗基质为园土、有机肥和蔬菜专用育苗基质按体积比1∶1∶1混合，试验处理前的辣椒幼苗于日光温室内统一管理。

1.2 试验设计

1.2.1 不同胁迫温度试验 幼苗长至5叶1心时，选择长势一致的辣椒幼苗，移至光照培养箱内进行处理。试验设4个处理：对照（CK），27 ℃/18 ℃（昼/夜温度）；T1，30 ℃/22 ℃（昼/夜温度）；T2，37 ℃/26 ℃（晝/夜温度）；T3，40 ℃/30 ℃（昼/夜温度）。光量子通量密度（PFD）为1 500 mol · m-2 · s-1，光周期12 h/12 h，每处理设置3个重复。试验处理10 d后测定辣椒幼苗形态指标，包括株高、茎粗、叶片数、落叶数，统计死亡率。

1.2.2 苗期高温胁迫处理的时间序列动态 幼苗长至5叶1心时，选择长势一致的辣椒幼苗，移至光照培养箱内进行处理。试验设2个处理：常温处理（CK），27 ℃/18 ℃（昼/夜温度）；高温处理，30 ℃/25 ℃（昼/夜温度）预处理1 d，37 ℃/26 ℃（昼/夜温度）。分别于处理1，4，7，10 d取样测定相关指标，包括热害指数、渗透调节物质含量、丙二醛和抗氧化酶活性。各处理的每个取样时间设置3个重复。endprint

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生长指标的测定 株高使用直尺测定；茎粗使用游标卡尺测定。

1.3.2 热害指数的测定 各品种取 50 株进行高温处理：白天 20 ℃、夜晚 30 ℃提前预处理 1 d，后24 h 38 ℃高温处理 3 d，根据受害级别计算热害指数。

受害级别：0 级，生长正常，未受伤害；1级，仅少数叶片边缘有轻度的褶皱萎缩；2 级，半数以下的叶片萎焉死亡；3 级，半数以上的叶片萎焉死亡；4级，植株全部死亡。

热害指数=∑（各级株数×级数）/（最高级数总株数×总株数）[3]。

1.3.3 渗透调节物质含量测定 用蒽酮比色法测定可溶性糖含量；磺基水杨酸法测定游离脯氨酸含量；考马斯亮兰 G-250 染色法测定可溶性蛋白[4]。

1.3.4 丙二醛含量和抗氧化酶活性 用硫代巴比妥酸（TBA）比色法测定丙二醛（MDA）含量[4]；用氮蓝四唑（NBT）还原法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性[5]；愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性[6]；过氧化氢酶（CAT）活性参照Chance等[7]的方法测定，用1 min内240 nm吸光度值的变化值表示酶活性。

1.4 数据统计分析

分別用Microsoft Excel和SigmaPlot处理数据和作图，数据均由“均值±标准差”表示，用DPS 软件对数据进行单因素方差分析，并运用Duncan 检验法对显著性差异（P<0.05）进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同温度处理下辣椒幼苗形态指标和死亡率的变化

由表1可知，随着处理温度的增高，各品种辣椒的株高和叶片数有所增加，但茎粗降低，说明高温胁迫造成了辣椒徒长。处理10 d后，T1温度处理下辣椒的叶片数和死亡率与CK相比没有显著差别；T2温度处理下，出现热害症状，431和419叶片开始脱落，但死亡率均为0%；T3温度处理下，辣椒幼苗的落叶数和死亡率显著高于其它温度处理，辣椒受害严重。因此，选择T2即昼/夜温度37 ℃ / 26 ℃进行高温处理开展高温胁迫下幼苗时间序列动态的试验。

2.2 辣椒幼苗热害指数随高温胁迫时间序列的变化动态

热害指数可作为鉴定辣椒幼苗耐热性强弱的灵敏指标，热害指数越大耐热性越差[8]。由表2可知，高温下辣椒幼苗叶片的热害指数随着胁迫时间的延长逐渐升高；高温胁迫后的各时间序列均表现为：小米辣（M）<朝天椒（HZ）<大牛角形辣椒（419）<灯笼型辣椒（431），且相同的胁迫天数下各处理间差异均达显著水平，说明小米辣耐热性最强，而灯笼型431辣椒的耐热性最差。

2.3 辣椒幼苗渗透调节物质随高温胁迫时间序列的变化动态

2.3.1 可溶性糖含量的变化 逆境胁迫下，植物能产生渗透调节物质提高对逆境的适应能力[9]，可溶性糖是重要的渗透调节物质，含量越高越有利于细胞持水。由图1可知，与常温处理相比，高温处理1 d后，小米辣（M）可溶性糖含量升高，随着高温处理时间的延长，可溶性糖含量有所降低，其它品种辣椒变化趋势与小米辣（M）相同。高温处理10 d后，小米辣（M）可溶性糖含量最高，分别比灯笼形（431）、大牛角形（419）和朝天椒（HZ）高25.6%、23.1%和11.1%。

2.3.2 游离脯氨酸含量的变化 游离脯氨酸是一种在水溶液中水势较高的渗透调节物质，能降低细胞渗透势，维持膜结构的稳定[10-11]。由图2可知，高温处理1 d后小米辣（M）游离脯氨酸含量迅速升高，显著高于常温对照，高温胁迫4 d时含量开始降低，胁迫结束时比CK低25.4%，其他品种辣椒的变化趋势与小米辣（M）相同。高温胁迫1 d时，小米辣（M）游离脯氨酸含量与朝天椒（HZ）含量差异不显著，显著高于灯笼形431和大牛角形419辣椒。

2.3.3 可溶性蛋白含量的变化 可溶性蛋白能提高细胞的持水能力，保护原生质膜结构[12]。由图3可知，高温处理下各个品种辣椒的可溶性蛋白含量先升高后降低。高温胁迫10 d后，小米辣（M）可溶性蛋白含量最高，分别比灯笼形（431）、大牛角形（419）和朝天椒（HZ）高14.2%，13.2%和9.5%。这表明高温胁迫下，野生型小米辣（M）渗透调节物质含量较高，渗透调节能力较强，这可能是其耐热性较强的原因之一。

2.4 辣椒幼苗MDA含量和抗氧化酶活性随高温处理时间序列的变化动态

2.4.1 MDA含量的变化 MDA是膜脂过氧化的主要产物，其含量的高低可以反映植物膜系统的伤害程度[13]。图4显示，高温胁迫下，各品种辣椒MDA含量均呈现升高趋势，小米辣的MDA升高幅度最低，其次是朝天椒（HZ）、大牛角形（419）和灯笼形（431）。胁迫10 d时，朝天椒（HZ）、大牛角形辣椒（419）和灯笼形辣椒（431）的MDA含量分别比小米辣高6.5%，26.5%和27.5%。

2.4.2 超氧化物歧化酶SOD活性的变化 高温胁迫能导致植物体内活性氧（ROS）水平升高，同时激活抗氧化系统，从而避免或减轻活性氧对植物的伤害[10-11]。超氧化物歧化酶（SOD）能清除逆境胁迫下最先产生的O2·-，维持植物体内的氧化还原平衡[14]。由图5可知，常温下，辣椒幼苗的SOD活性变化较为平缓，与常温对照相比，高温胁迫下辣椒幼苗SOD活性呈现先升高后降低的趋势，高温胁迫4 d后，小米辣（M）的活性显著高于大牛角形辣椒（419）和灯笼形辣椒（431）。

2.4.3 POD活性的变化 POD能清除植物组织中过量的O2·-和H2O2，维持氧化还原平衡[15]。从图6可知，与常温对照相比，高温胁迫1 d时，小米辣（M）的POD活性显著升高，高温胁迫7 d后开始降低，POD活性分别比灯笼形辣椒（431）和大牛角形辣椒（419）高37.5%和34.7%。endprint

2.4.5 CAT活性的变化 CAT是重要的抗氧化酶之一，能清除植物体内过量的H2O2[10-11]。由图7可知，高温胁迫下，4个品种辣椒的CAT活性均在胁迫7 d时达到最高，随即降低，大牛角形辣椒（419）的CAT活性显著低于其他处理，其次是灯笼形辣椒（431），朝天椒（HZ）和小米辣（M）的CAT活性较高。说明高温胁迫下，野生型小米辣抗氧化酶活性较强，这可能是其耐热性较强的原因之一。

3 讨 论

辣椒喜温和不耐热，开花期超过30 ℃会发生热害，引起授粉授精不良和落花落果。随着温室气体排放的增加，全球气候呈现变暖趋势，辣椒越夏栽培种经常遭遇高温胁迫，严重影响辣椒的生长发育。前人研究表明，在35 ℃和40℃两个温度处理下，辣椒幼苗株高增加，辣椒幼苗茎粗减小，生长量降低[1]。本研究表明，昼/夜温度30 ℃/22 ℃处理10 d，小米辣（M）、灯笼椒（431）、牛角椒（419）和朝天椒（HZ）生长正常，昼/夜温度37 ℃ / 26 ℃处理下灯笼椒（431）和牛角椒（419）株高开始增加，茎粗减小，热害症状明显，叶片开始脱落，昼/夜温度40 ℃/30 ℃处理下，各品种辣椒落叶数和死亡率增加。这说明各品种辣椒均具有一定的耐高温能力，但这种耐受力是有一定限度的，长期高温处理会造成辣椒死亡。

热害指数能反映辣椒幼苗耐热性的强弱，热害指数越大耐性越差[3]。本试验研究表明，野生小米椒（M）耐热性较好，朝天椒（HZ）耐热性次之，牛角椒（419）和灯笼椒（431）耐热性较差。逆境胁迫下，植物能通过调控相关的代谢途径，产生渗透调节物质提高对逆境的耐性。游离脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖是重要的渗透调节物质[11-12，16]，具有提高细胞液浓度、维持渗透压、保护膜系统组分的作用[17]。本試验研究表明，高温胁迫期间，辣椒的可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量先升高后降低，说明辣椒幼苗能主动地积累渗透调节物质，提高细胞液的渗透压，增强蛋白质分子的水合度，增强细胞的吸水和保水能力，减轻高温伤害[18]。高温处理下，小米辣具有较高的渗透调节物质，这是小米辣耐热性较强的原因之一，朝天椒（HZ）、灯笼椒（431）和牛角椒（419）的渗透调节物质含量依次降低，渗透调节能力下降，耐热性减弱。

正常条件下，植物细胞内的ROS的产生和清除处于动态平衡状态，但受到胁迫时，ROS会大量产生，ROS代谢产物MDA积累，引发膜脂过氧化[13-14]。本研究表明，随着高温胁迫时间的延长，辣椒幼苗的MDA含量呈现升高趋势，小米辣的升高幅度最低，耐热性最强，朝天椒（HZ）、牛角椒（419）和灯笼椒（431）MDA含量依次升高。高温在造成植物伤害的同时能诱导植物防御体系的建立。SOD是植物抗氧化系统的第一道防线，其主要作用是使Mahler反应中产生的ROS转换成H2O2，然后通过POD、CAT等将H2O2分解成H2O和O2·-。本研究表明，高温胁迫初期各品种辣椒的SOD、POD和CAT活性升高，说明短时高温可以诱导植物建立防御体系，当胁迫时间过长时，ROS积累量进一步增加，植物体内的防御体系会遭到破坏，高温使蛋白质失活，因此随着高温胁迫时间的延长，抗氧化酶活性降低，辣椒受害加重。研究表明，高温胁迫下，抗氧化酶活性由高到低依次是小米辣（M）、朝天椒（HZ），牛角椒（419）和灯笼椒（431），说明小米辣（M）耐热性较强的原因可能是具有较强的抗氧化能力，能抑制ROS的产生和积累，朝天椒（HZ）、牛角椒（419）和灯笼椒（431）的抗氧化酶活性减弱，耐热性随之减弱。

4 结 论

辣椒具有一定的耐高温能力，但当温度过高（昼/夜温度40 ℃/30 ℃）时，辣椒生长发育受阻，落叶数和死亡率增加。野生辣椒小米辣的热害指数较低，耐高温能力较强。高温胁迫下，各品种辣椒内MDA含量升高，渗透调节物质可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量及抗氧化酶SOD、POD和SOD活性先升高后降低，野生小米辣的MDA含量较低，渗透调节物质含量和抗氧化酶活性高于其它辣椒品种。综合各项指标，辣椒耐热性由高到低分别是小米辣（M）、朝天椒（HZ），牛角椒（419）耐热性略高于灯笼椒（431），但差异不显著。研究说明野生辣椒对高温逆境胁迫的适应能力强于栽培品种，这为今后辣椒耐高温品种的筛选和辣椒属种间杂交育种提供了理论依据。

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