外源海藻糖对低温胁迫下辣椒、茄子苗期光合作用及生理特性的影响

祖丽皮耶·托合提麦麦提， 古丽孜叶·哈力克， 艾力江·麦麦提

(1.新疆农业大学园艺学院，新疆乌鲁木齐 830052； 2.新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200；3.新疆农业大学生命科学学院，新疆乌鲁木齐 830052)

温度是植物生长发育过程中非常重要的环境因子，而低温是影响植物生长、农作物产量与质量的重要因素。低温胁迫是植物生长发育过程中首要的非生物胁迫之一，包括冷害和冻害。低温胁迫会直接损害植物的光合机制，植物生长受到抑制，严重时甚至死亡，造成作物减产。辣椒(L.)、茄子(L.)属茄科，是原产于热带、亚热带地区的典型喜温型蔬菜。辣椒最佳生长温度是21～28 ℃，缺乏冷驯化机制，对冷应激敏感。因此，低温是限制辣椒生长的主要因素之一。辣椒在受到低温胁迫时，体内酶活性受到抑制，代谢、光合作用及干物质积累等均受到不同程度的影响，严重影响产量及品质，甚至发生冻害绝收。茄子是以苗木移栽为重要生产方式的反季节蔬菜之一，其生长发育的适宜温度为22～30 ℃，对低温非常敏感，低于15 ℃植株生长缓慢，低于5 ℃时茎叶会受到伤害。茄子在低温胁迫时，出现幼苗叶片净光合速率下降、超氧化物歧化酶(SOD)活性增大、脯氨酸和可溶性蛋白质含量降低等现象。因此，研究低温胁迫对辣椒、茄子幼苗的伤害机制，探索其抗寒性及制定抗寒预防、抵御措施，对提高辣椒、茄子抗寒性具有重要的理论和实践意义。

海藻糖是一种可溶性非还原性双糖，广泛存在于低等植物中，在高等植物中含量较低，但却发挥重要作用；它对生物独特的抗脱水、抗冷冻、抗高渗的保护作用使其作为一种天然的非特异性生物保护物质而备受关注。环境胁迫下，海藻糖主要作为渗透调节物质保持细胞膜的稳定性，进而在植物生长中起到抗逆作用。近年来有关外源海藻糖对环境胁迫下植物的生长、发育方面的作用已有很多研究。研究发现，在低温胁迫下对黄瓜喷施适宜浓度的外源海藻糖，可显著提升黄瓜体内抗氧化酶活性，降低膜脂过氧化程度，进而缓解低温对黄瓜幼苗的伤害。刘旋等研究表明，低温胁迫下通过浇注适宜浓度的外源海藻糖可有效提高玉米幼苗的抗低温能力。有关在作物生产中施用外源海藻糖能够提高作物抗冷性的报道很多，但外源海藻糖对低温胁迫下茄果类蔬菜生长、生理方面的研究报道较少。本研究以辣椒、茄子幼苗为试验材料，在低温胁迫下以海藻糖浓度为变量，常温清水处理为对照，通过测定幼苗光合参数、光合色素、抗氧化酶活性、渗透调节物质等，研究不同浓度外源海藻糖对低温胁迫辣椒、茄子苗期光合作用及生理特性的影响，筛选出低温胁迫下最佳海藻糖浓度处理，为辣椒、茄子生产中使用海藻糖提高其抗冷性提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年8月至2021年1月在新疆农业大学园艺学院进行。以辣椒、茄子幼苗为试验材料，将幼苗置于塑料钵(口径11.5 cm，高10 cm)中进行培养，每钵1株。育苗基质为草炭、蛭石、珍珠岩(体积比3 ∶1 ∶1)，选取长势基本一致的健壮幼苗进行海藻糖处理和低温处理。

1.2 试验设计

本试验采用海藻糖和温度双因素完全随机试验设计。当幼苗具有4～5片真叶时，挑选长势健壮且生长一致的辣椒、茄子幼苗各60株，每天喷2次不同浓度(0、5、10、20 mmol/L)的海藻糖溶液，喷施于叶片正反面至形成水珠为准，总预处理3 d。然后将幼苗放入低温4 ℃ 和常温25 ℃ 的光照培养箱内处理 5 d。试验共设置5个处理：CK(清水，25 ℃)，T1(0 mmol/L海藻糖，4 ℃)，T2(5 mmol/L海藻糖，4 ℃)，T3(10 mmol/L海藻糖，4 ℃)，T4(20 mmol/L海藻糖，4 ℃)。每个处理重复3次。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 光合参数的测定 选择无云的晴天(09：00—12：00)，采用LI-6400便携式光合仪(美国LI-COR公司)测定光合指标，使用2 cm×3 cm红蓝光源叶室，光源强度为1 400 μmol/(m·s )，每个处理随机选取3株，每株测定3张完全展开的成熟叶片，每张叶片重复测定3次。测定参数包括叶片净光合速率[μmol/(m·s)]、蒸腾速率[mmol/(m·s)]、气孔导度[mol/(m·s)]、胞间CO浓度(μmol/mol)。

1.3.2 光合色素含量的测定 采用王文杰等的二甲基亚砜法测定，用分光光度计测量3个波长(480、649、665 nm)的吸光度，分别计算叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量(mg/g)。

1.3.3 抗氧化物酶活性的测定 采用愈创木酚氧化法测定过氧化物酶(POD)活性，用紫外吸收法测定过氧化氢酶(CAT)活性，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法测定。

1.3.4 丙二醛(MDA)含量的测定 采用硫代巴比妥酸显色法测定MDA含量。

1.3.5 渗透调节物质的测定 采用苯酚法测定可溶性糖含量，用酸性茚三酮法测定脯氨酸含量。

1.4 数据处理及分析

使用Microsoft Excel 2019进行数据处理和作图，用SPSS 20.0软件进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同浓度外源海藻糖对低温胁迫下辣椒、茄子幼苗光合参数的影响

低温胁迫5 d时，T1处理辣椒幼苗、、较CK分别下降89%、89%、88%，较CK增加8%(<0.05)；茄子幼苗、、较CK分别下降84%、47%、49%，较CK增加12%(<0.05)。经不同浓度海藻糖处理后，辣椒和茄子的、、变化呈低促高抑的趋势。T3处理，辣椒和茄子的、、均达到最大值，辣椒的、、较 T1处理分别增加83%、76%、86%，较CK减少2%(<0.05)；茄子的、、较CK分别增加81%、76%、73%，较CK减少12%(<0.05)。海藻糖浓度进一步提高后辣椒和茄子的、、出现下降趋势，保持较高水平(图1)。可见，T3处理能够有效提高低温胁迫下辣椒、茄子幼苗的光合速率。

2.2 不同浓度外源海藻糖对低温胁迫下辣椒、茄子幼苗叶片光合色素含量的影响

低温胁迫5 d时，辣椒、茄子幼苗光合色素含量降低。T1处理下辣椒、茄子幼苗叶片中的叶绿素a、叶绿素a/b值都明显降低；茄子总叶绿素含量较CK减少了19%，辣椒总叶绿素含量与CK无显著差异。

T2、T3、T4处理下，辣椒、茄子的叶绿素a、类胡萝卜素含量先升高后降低。辣椒叶绿素a含量在T3、T1处理间无显著差异(>0.05)。辣椒、茄子叶绿素a含量在T2处理下达到最高(图2-A)。在T3处理下，辣椒、茄子的叶绿素b含量较T1处理分别减少了74%、75%(图2-B)；叶绿素a/b值达到最大值，较T1处理分别提高了79%、75%，差异显著(<0.05，图2-C)。T2处理辣椒总叶绿素含量达到最高，T4处理茄子总叶绿素含量最低(图2-D)。辣椒类胡萝卜素含量在各处理间无显著差异，说明外源海藻糖对低温胁迫抑制辣椒类胡萝卜素合成的缓解能力有限；T1处理下茄子类胡萝卜素含量较CK减少了20%，T2处理达到最大值，较T1处理增加了30% (图2-E)。

2.3 不同浓度外源海藻糖对低温胁迫下辣椒、茄子幼苗抗氧化物酶活性的影响

低温胁迫5 d时，T1处理辣椒、茄子CAT活性较CK处理分别减少了25%、26%(<0.05)，POD活性与CK处理无显著差异(>0.05)；辣椒SOD活性与CK处理无显著差异(>0.05)，茄子SOD活性较CK处理减少了53% (图3)。外源海藻糖预处理后低温胁迫下3种抗氧化物酶活性呈先增后减的趋势。T3处理辣椒、茄子POD、SOD、CAT活性均达到最大值。辣椒幼苗POD、SOD、CAT活性较T1处理分别增加49%、64%、23%；茄子幼苗POD、SOD、CAT活性较T1处理分别增加21%、59%、32%。T4处理抗氧化活物酶活性明显下降，但总体仍高于T1处理。

2.4 不同浓度外源海藻糖对低温胁迫下辣椒、茄子丙二醛(MDA)含量的影响

低温胁迫5 d时，T1处理辣椒、茄子MDA含量分别较CK处理增加了3倍、8倍(<0.05)，且达到最高值(图4)。外源海藻糖预处理后，低温胁迫下辣椒、茄子MDA含量均呈“V”形曲线，分别在T3、T2处理下达到最低值，较T1处理分别降低了56%、80%(<0.05)。T4处理辣椒、茄子MDA含量逐渐升高，但仍比T1处理低。说明低温胁迫促使辣椒、茄子幼苗叶片膜脂过氧化加剧，外源海藻糖处理显著降低了叶片中MDA含量的积累。

2.5 不同浓度外源海藻糖对低温胁迫下辣椒、茄子幼苗渗透调节物质的影响

低温胁迫5 d时，T1处理辣椒和茄子的可溶性糖、脯氨酸含量明显上升。辣椒可溶性糖、脯氨酸含量较CK分别增加61%、31%；茄子可溶性糖、脯氨酸含量较CK分别增加65%、44%(<0.05)。外源海藻糖预处理后低温胁迫下辣椒、茄子幼苗叶片可溶性糖及脯氨酸含量变化均呈低促高抑的趋势。辣椒的脯氨酸、可溶性糖含量在T2处理下达到最高，较T1处理分别增加了50%、47%(<0.05)；茄子可溶性糖含量在T3处理达到最高，脯氨酸含量在T2处理达到最高，分别较T1处理增加了50%、19% (<0.05)。两者可溶性糖和脯氨酸含量在T4处理下均下降(图5)。

3 讨论与结论

光合作用是植物生长的物质基础，是一个对环境胁迫高度敏感的生理过程。低温影响植物光合作用，其引起光合速率下降的因素有气孔因素和非气孔因素，当、都下降，此时下降是主要由气孔限制造成的；如果下降、升高，的下降是由非气孔因素造成的。本试验结果显示，低温胁迫下除了外，、、均下降，说明非气孔因素是光合速率下降的主要原因，与崔波等在作物上的研究结果相同。外源海藻糖预处理后低温胁迫下辣椒、茄子光合速率显著提高，说明外源海藻糖能有效提高低温胁迫下辣椒、茄子幼苗的光合作用。此试验结果与吴雪霞等的试验结果一致。

光合色素是植物在环境胁迫时反应其光合能力的指示剂，并在一定程度上反映该植物的同化能力。前人研究发现，低温使植物光合色素含量降低，从而抑制光合速率，影响植物生长。本试验中，低温胁迫下辣椒叶绿素a含量与对照无显著差异，茄子的叶绿素a含量较对照降低；辣椒、茄子的叶绿素b含量、叶绿素a/b值与对照无显著差异。不同浓度外源海藻糖预处理后，辣椒、茄子在低温胁迫下的叶绿素a含量在T2处理下达到最大值，浓度进一步提高后叶绿素a含量逐渐下降；海藻糖处理下辣椒、茄子叶绿素b含量反而逐渐下降，在T3处理下达到最低值，浓度进一步提高后含量恢复到T1水平；叶绿素a/b值在T3处理下达到最高，浓度进一步提高后叶绿素a/b值与T1处理无显著差异，叶绿素a/b值增大可能是由于海藻糖处理下叶绿素b的降解速度比叶绿素a大所致。叶绿素a/b值增大有利于反应中心对光能的即时转换，这也是辣椒、茄子适应低温环境的表现。

植物在低温胁迫下会产生大量的活性氧，而体内的抗氧化酶起着清除活性氧的作用，防止膜脂过氧化。丙二醛是膜脂过氧化的产物之一，是细胞膜损伤的结果。本试验中，CK处理下辣椒、茄子幼苗MDA含量较低，低温胁迫导致其含量增加，外源海藻糖处理下其含量显著降低；T1处理下POD活性升高，SOD、CAT活性降低，外源海藻糖处理下其活性逐渐升高，说明外源海藻糖通过调节体内的抗氧化酶类的活性，能有效清除植物体内由于低温胁迫而产生过量的活性氧。不同浓度外源海藻糖处理结果表明，T3处理辣椒、茄子的MDA含量达到较低值；POD、SOD、CAT活性均达到最高值。说明，T3处理更能防止膜脂过氧化加剧，降低MDA含量，提高抗氧化酶活性，减轻低温对辣椒、茄子幼苗的伤害。

渗透调节物质能反映植物适应低温的能力。可溶性糖和脯氨酸是重要的渗透调节物质，其在低温胁迫下的积累是植物对自身的一种保护反应。本试验发现，正常情况下辣椒、茄子的可溶性糖、脯氨酸含量较低，低温胁迫下含量迅速增加，这与水稻、香蕉、辣椒等许多植物在低温胁迫下的响应一致。外源海藻糖预处理后，低温胁迫下可溶性糖和脯氨酸含量呈先增后减的趋势。茄子的可溶性糖含量在T3处理下达到最大值，辣椒的可溶性糖含量在T2处理下达到最大值，辣椒、茄子的脯氨酸含量在T2处理下达到最大值，出现这一结果的可能是由于海藻糖本身也是一种渗透调节物质。因此，外源喷施适宜浓度的海藻糖后，辣椒、茄子体内渗透调节物质大量积累，以此来抵御低温伤害。

综上所述，适宜浓度的外源海藻糖能够显著提高辣椒、茄子的光合速率、抗氧化酶活性、可溶性糖和脯氨酸含量，降低膜脂过化产物MDA含量，增强细胞膜稳定性，有效缓解低温对辣椒、茄子幼苗生长的伤害，有利于辣椒、茄子幼苗的正常生长，且外源喷施浓度为5～10 mmol/L的海藻糖时，缓解低温伤害效果最为显著。