低温弱光对不同品种辣椒幼苗生长和光合特性的影响

胡晨曦，李子恒，张云虹，张林巧，祁建波，张 瑛，周如美，张永泰，张永吉 *

（1.江苏里下河地区农业科学研究所，江苏 扬州 225007；2.扬州农科农业发展有限公司，江苏 扬州 225007）

0 引言

【研究意义】辣椒（Capsicum annuumL.）是我国种植面积最大的蔬菜，喜温喜光，对低温弱光较为敏感，温度低于 15 ℃ 或光强低于 200 μmol·m−2·s−1均会抑制其生长发育，进而导致减产[1−3]。近年来，由于雾霾天气、连阴雨天气和极端低温天气频繁出现的影响，辣椒生产中的低温弱光胁迫概率增加，产量和品质因而下降，严重制约了辣椒的高效栽培和反季节生产[4−7]。因此，解决辣椒生产中克服低温弱光逆境的关键问题有助于提高辣椒收成的产量与质量。【前人研究进展】研究表明，不同品种辣椒对低温弱光的耐性存在显著差异[6, 8]，因此选育耐低温弱光的辣椒品种是解决上述问题的重要途径。何勇等[9]的研究表明，低温弱光能显著提高辣椒幼苗的冷害指数，不同耐性品种的冷害指数存在显著差异，对低温弱光耐性较强的品种具有较低的冷害指数。高晶霞等[6]的研究表明，不同品种辣椒幼苗生长指标受低温弱光的影响存在显著差异，其中耐低温弱光品种的株高、茎粗等生长指标降幅较小，适宜在生产中示范推广。光合作用的同化积累提供了辣椒90%以上的干物质，是辣椒进行正常生长发育的基础[10]。吕晓菡和柴伟国[11]比较了低温弱光下4种不同来源辣椒幼苗光合参数和叶绿素荧光参数的差异，结果表明，耐低温弱光的辣椒材料具有更好的光合特性。王春萍等[8]的结果表明，耐低温弱光的辣椒幼苗具有较高的光化学淬灭系数、光响应曲线等参数，因此可用这些指标进行鉴定筛选。研究表明，不同品种辣椒在苗期和成株期对低温弱光的耐性表现较为一致，因此利用苗期生长和生理指标进行低温弱光的耐性鉴定不仅有较高的准确性，而且操作方便、耗时短、见效快[12, 13]。【本研究切入点】上述研究大多从生长或光合的单一角度来分析不同品种辣椒幼苗对低温弱光的响应，有关两者在低温弱光下的相互关系还有待进一步研究。【拟解决的关键问题】本研究以6个不同品种辣椒幼苗为材料，研究了低温弱光对其生长和光合特性的影响，旨在为选育耐低温弱光的辣椒品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用辣椒品种为：茄门甜椒、科技之光9号、海花3号、扬椒5号、巨无霸5号和苏椒5号，其中茄门甜椒为低温敏感品种。各品种来源见表1。供试基质为江苏兴农基质科技有限公司生产的育苗专用基质，穴盘为50孔标准穴盘。

表1 辣椒品种及来源Table 1 Pepper cultivars and sources

1.2 试验方法

试验于2021年4月在江苏省现代农业产业技术体系扬州邗江蔬菜综合示范基地进行。辣椒种子浸种催芽后播种于装好基质的穴盘中并置于育苗温室内进行育苗，其他管理同一般设施蔬菜育苗管理，当幼苗长至四叶一心时（播种后35 d），选择长势较为整齐的幼苗移入RXZ智能型人工气候箱（宁波江南仪器厂）进行试验。试验采用2因素随机区组设计，设置正常温光[CK，温度为25 ℃ /15 ℃ （昼/夜），光照强度为 300 μmol·m−2·s−1，光周期为 12 h/12 h（昼/夜）]和低温弱光 [T，温度为 15 ℃ /5 ℃（昼/夜），光照强度为 100 μmol·m−2·s−1，光周期为 12 h/12 h（昼/夜）]2个温光处理（处理 5 d）以及茄门甜椒（C1）、科技之光9号（C2）、海花3号（C3）、扬椒5号（C4）、巨无霸5号（C5）和苏椒5号（C6）6个品种处理，共12个处理，每个处理设3次重复，每个重复50株幼苗。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 冷害指数 温光处理结束后，参照王春萍等[2]的方法分别对6个低温弱光处理进行冷害指数统计，每个低温弱光处理统计150株辣椒幼苗。根据辣椒幼苗受低温弱光伤害程度将其分为5个冷害等级，0级：无明显症状；1级：植株第1、2叶叶缘失水，其他无明显冷害症状；2级：植株第1、2叶叶缘失水严重，第3叶叶缘略失水，心叶无明显冷害症状；3级：植株第1、2叶叶缘出现脱水斑，第3叶叶缘严重失水，心叶略失水；计算冷害指数，冷害指数=Σ（各级株数×级数）/（总株数×最高级别数）。

1.3.2 生长指标 温光处理结束后，每个处理设3个重复，每个重复随机选取10株幼苗，测定株高、茎粗和叶面积等指标，并将地上和地下部分开，于105 ℃杀青10 min后75 ℃烘干至恒重，测定各部分干重。

1.3.3 光合参数 温光处理结束后，每个处理在生长指标选取的辣椒幼苗之外设3个重复，每个重复随机选取10株幼苗，选取辣椒幼苗生长点下方第1片功能叶，参考董乔等[14]的方法采用便携式光合速率测定仪LI-6400（美国LI-COR公司）测定叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和胞间二氧化碳浓度（Ci）等光合参数。光合仪参数设定光强为 1000 μmol·m−2·s−1，胞间 CO2浓度为 380 μmol·mol−1，温度为 25 ℃，相对湿度为 75%。

1.3.4 叶绿素荧光参数 温光处理结束后，在光合参数测定完成后，选择与光合参数测定相同的辣椒叶片（设3个重复，每重复10株幼苗），参考王振华等[15]的方法采用便携式叶绿素荧光仪PAM-2500（德国WALZ公司）测定叶绿素荧光参数。测量前先将叶片暗适应30 min，开启测量光测得初始荧光产量（Fo），再由饱和脉冲光测得最大荧光产量（Fm）。然后打开光化学光，强度为 300 μmol·m−2·s−1，测定实际荧光产量（F'）、光适应下的最大荧光产量（Fm'）和光适应下的最小荧光产量（Fo'），并按如下公式计算最大光化学效率（Fv/Fm）=（Fm−Fo）/Fm，实际光化学效率（ΦPSII）=（Fm'−F'）/Fm'，电子传递速率（ETR）=ΦPSII×PAR×0.5×0.84（PAR为光合有效辐射），光化学淬灭系数（qP）=（Fm'−F'）/（Fm'−Fo'），非光化学淬灭系数（NPQ）=Fm/Fm'−1。

1.3.5 叶绿素含量 温光处理结束后，在光合参数和叶绿素荧光参数测定完成后，选择与光合参数和叶绿素荧光参数测定相同的辣椒叶片（取3个重复，每重复10株幼苗）。参考巩雪峰等[16]的方法测定叶片叶绿素含量。取0.2 g鲜叶，加入20 mL体积分数80%的丙酮，密封后于室温下避光浸提24 h，取上清液，用分光光度计分别测定645 nm和663 nm的吸光值A645和A663，并按如下公式计算叶绿素含量：叶绿素a含量（mg·g−1）=（12.71 A663−2.59 A645）V/1000m，叶绿素 b含量（mg·g−1）=（22.88 A645−4.67 A663）V/1000m，总叶绿素含量（mg·g−1）=叶绿素a含量+叶绿素b含量，其中V为提取液体积（mL），m为叶片鲜重（g）。

1.4 数据处理

采用 Excel 2010 对数据进行处理，SPSS 19.0 对数据进行方差分析和差异显著性检验，并采用SigmaPlot12.5 作图。

2 结果与分析

2.1 低温弱光对不同品种辣椒幼苗生长指标的影响

与正常温光（CK）相比较，低温弱光（T）显著降低了不同品种辣椒幼苗的生长指标，且不同品种的降低幅度存在显著差异，降低幅度表现为：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1（表2）。低温弱光下，不同品种辣椒幼苗株高分别降低23.88%（C1）、12.50%（C2）、20.68%（C3）、9.50%（C4）、18.11%（C5）和14.15%（C6），茎粗 分别降 低19.45%（C1）、10.58%（C2）、17.61%（C3）、8.27%（C4）、14.31%（C5）和12.26%（C6），叶面积分别降低15.44%（C1）、9.49%（C2）、13.86%（C3）、8.53%（C4）、10.86%（C5）和9.92%（C6），地上部干重分 别 降 低18.87%（C1）、10.13%（C2）、15.36%（C3）、7.05%（C4）、13.19%（C5）和11.49%（C6），地下部干重分别降低22.27%（C1）、10.32%（C2）、19.26%（C3）、8.03%（C4）、14.34%（C5）和11.31%（C6），植株干重分别降低19.29%（C1）、10.16%（C2）、15.83%（C3）、7.18%（C4）、13.34%（C5）和11.47%（C6）。此外，温光处理和品种对辣椒幼苗株高和地下部干重存在显著的互作效应，说明低温弱光下扬椒5号能维持较高的株高和地下部干重。以上结果表明，低温弱光抑制了不同品种辣椒幼苗的生长，但扬椒5号受到的抑制作用要小于其他品种。

表2 低温弱光对不同品种辣椒幼苗生长指标的影响Table 2 Effects of low temperature and reduced light on growth of pepper seedlings

2.2 低温弱光对不同品种辣椒幼苗冷害指数的影响

辣椒幼苗受低温弱光的伤害程度可以用冷害指数来表示。6个品种辣椒幼苗均受到了低温弱光的伤害，冷害指数表现为：0.237（C4）＜0.289（C2）＜0.311（C6）＜0.347（C5） ＜0.427（C3） ＜0.452（C1）（图1），说明低温弱光对茄门甜椒的伤害最大，对扬椒5号的伤害最小。

图1 低温弱光对不同品种辣椒幼苗冷害指数的影响Fig.1 Effect of treatment on cold injury index of pepper seedlings

2.3 低温弱光对不同品种辣椒幼苗叶片光合参数的影响

与正常温光（CK）相比较，低温弱光（T）显著降低了不同品种辣椒幼苗叶片Pn、Gs和Tr，提高了Ci，且不同品种的降低（提高）幅度存在显著差异，降低（提高）幅度表现为：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1（图2）。低温弱光下，不同品种辣椒幼苗叶片Pn分别降低27.39%（C1）、13.74%（C2）、25.59%（C3）、9.43%（C4）、19.33%（C5）和15.60%（C6），Gs分别降低25.19%（C1）、9.97%（C2）、23.51%（C3）、7.84%（C4）、16.31%（C5）和12.42%（C6），Tr分别降低18.15%（C1）、9.19%（C2）、16.10%（C3）、8.51%（C4）、13.12%（C5）和11.49%（C6），Ci分别提高18.28%（C1）、8.41%（C2）、15.68%（C3）、7.22%（C4）、13.08%（C5）和11.21%（C6）。以上结果表明，不同品种辣椒幼苗叶片的光合能力在低温弱光下均有所降低，而扬椒5号在低温弱光下能维持叶片较强的光合能力。

图2 低温弱光对不同品种辣椒幼苗叶片光合参数的影响Fig.2 Effects of treatment on leaf photosynthetic parameters of pepper seedlings

2.4 低温弱光对不同品种辣椒幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

与正常温光（CK）相比较，低温弱光（T）显著降低了不同品种辣椒幼苗叶片Fv/Fm、ΦPSII、ETR和qP，提高了NPQ，且不同品种的降低（提高）幅度存在显著差异，降低（提高）幅度表现为：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1（图3）。低温弱光下，不同品种辣椒幼苗叶片Fv/Fm分别降低28.73%（C1）、11.03%（C2）、26.34%（C3）、9.22%（C4）、18.14%（C5）和15.87%（C6），ΦPSII分 别 降 低25.54%（C1）、10.55%（C2）、23.52%（C3）、8.50%（C4）、17.75%（C5）和13.43%（C6），ETR分别降低22.29%（C1）、11.43%（C2）、17.06%（C3）、10.57%（C4）、14.19%（C5）和13.04%（C6），qP分别降低21.06%（C1）、9.65%（C2）、17.72%（C3）、9.14%（C4）、15.53%（C5）和12.43%（C6），NPQ分别提高20.35%（C1）、10.50%（C2）、17.27%（C3）、9.34%（C4）、14.76%（C5）和11.99%（C6）。以上结果表明，低温弱光降低了不同品种辣椒幼苗叶片的光能利用率，而扬椒5号在低温弱光下能维持叶片较强的光能利用率。

图3 低温弱光对不同品种辣椒幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响Fig.3 Effects of treatment on leaf chlorophyll fluorescence parameters of pepper seedlings

2.5 低温弱光对不同品种辣椒幼苗叶片叶绿素含量的影响

与正常温光（CK）相比较，低温弱光（T）显著降低了不同品种辣椒幼苗叶片叶绿素含量，且不同品种的降低幅度存在显著差异，降低幅度表现为：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1（图4）。低温弱光下，不同品种辣椒幼苗叶片叶绿素a含量分 别 降 低28.36%（C1）、12.78%（C2）、25.13%（C3）、10.89%（C4）、19.67%（C5）和 16.63%（C6），叶绿素b含量分别降低34.98%（C1）、15.66%（C2）、28.69%（C3）、12.50%（C4）、23.27%（C5）和19.03%（C6），总叶绿素含量分别降低29.96%（C1）、13.49%（C2）、25.99%（C3）、11.29%（C4）、20.55%（C5）和17.22%（C6）。此外，不同品种辣椒幼苗叶片叶绿素a/b在低温弱光下略有上升，但差异不显著。以上结果表明，不同品种辣椒幼苗叶片的叶绿素含量在低温弱光下均有所降低，而扬椒5号在低温弱光下能维持叶片较高的叶绿素含量，有利于维持叶片较强的光合特性。

图4 低温弱光对不同品种辣椒幼苗叶片叶绿素含量的影响Fig.4 Effect of treatment on chlorophyll content in leaves of pepper seedlings

2.6 冷害指数和生长指标与光合和叶绿素荧光参数的相关性分析

由表3可知，低温弱光下Pn、Gs、Tr、ΦPSII和ETR与冷害指数呈显著负相关，与株高、茎粗、叶面积和植株干重呈显著正相关，Ci和NPQ与株高、茎粗和植株干重呈显著负相关，Fv/Fm和qP与冷害指数呈显著负相关，与株高、茎粗和植株干重呈显著正相关，表明叶片维持较强的光合特性能缓解幼苗受低温弱光的伤害程度，有利于维持幼苗良好的生长状况。

表3 低温弱光下冷害指数和生长指标与光合参数和叶绿素荧光参数的相关性分析Table 3 Correlations among cold injury, plant growth, photosynthesis, and chlorophyll fluorescence of pepper seedlings under treatment

3 讨论与结论

本研究结果表明，与正常温光相比较，低温弱光显著降低了不同品种辣椒幼苗株高、茎粗、叶面积和植株干重等生长指标，从而抑制了辣椒幼苗的生长，这与前人在辣椒[17]、番茄[18, 19]和黄瓜[20]上的研究结果相类似。同时，各品种生长指标的降低幅度表现不同，表现为：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1，这与冷害指数的表现相一致，说明扬椒5号在低温弱光条件下受到的伤害较轻并能维持幼苗良好的生长状况。

叶片的光合作用是维持植物生长发育的基础，因此低温弱光下其光合能力的大小能够反映辣椒幼苗耐性的强弱[21, 22]。本研究结果表明，与正常温光相比较，低温弱光显著降低了不同品种辣椒幼苗叶片Pn、Gs和Tr，从而降低了叶片的光合能力。同时，低温弱光显著提高了叶片Ci，说明光合作用的抑制是非气孔因素造成的[23]。不同品种的降低幅度存在显著差异，表现为：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1，说明扬椒5号在低温弱光下能维持叶片较强的光合能力。植物叶片对光能的利用效率通常情况下可以用叶绿素荧光参数的变化来表示[24]。本研究结果表明，与正常温光相比较，低温弱光显著降低了不同品种辣椒幼苗叶片Fv/Fm、ΦPSII、ETR和qP，且不同品种的降低幅度存在显著差异，表现为：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1，说明扬椒5号在低温弱光下能维持叶片较强的光能利用率。PSII所吸收的光能中热耗散的部分通常用NPQ来表示，而低温弱光下扬椒5号的NPQ要小于其他品种，从而进一步说明了扬椒5号在低温弱光下能维持叶片较强的光能利用率。

叶绿素是植物吸收利用光能、进行光合作用的重要基础[25]。本研究结果表明，与正常温光相比较，低温弱光显著降低了不同品种辣椒幼苗叶片叶绿素含量，且不同品种的降低幅度存在显著差异，表现为：C4＜C2＜C6＜C5＜C3＜C1，说明扬椒5号在低温弱光下能维持叶片较高的叶绿素含量，有利于维持叶片较强的光合特性。此外，相关分析表明，低温弱光下Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、ΦPSII、ETR和qP与冷害指数呈显著负相关，与植株干重呈显著正相关，说明叶片维持较强的光合特性能缓解幼苗受低温弱光的伤害程度，有利于维持幼苗良好的生长状况。

研究表明，不同品种辣椒在苗期和成株期对低温弱光的耐性表现较为一致[12, 13]。此外，前人在黄瓜[26]和甜瓜[27]上也取得了类似的结果。因此，开展不同品种辣椒幼苗对低温弱光耐性的鉴定是选育耐低温弱光辣椒品种的一个重要途径。本研究结果表明，对低温弱光耐性较强的辣椒品种具有更好的幼苗生长状况以及较强的叶片光合性能，因此可用这些指标来进行鉴定筛选。本研究结果能为选育耐低温弱光的辣椒品种提供理论依据。

综上所述，低温弱光抑制了不同品种辣椒幼苗生长和光合特性，而扬椒5号能通过维持叶片较强的光合特性来缓解低温弱光对其生长的抑制，因此具有较强的耐性，可作为耐低温弱光品种进行推广。