外源水杨酸对淹水胁迫下辣椒幼苗生长及活性氧代谢的影响

夏文荣

（德州学院 山东德州 253023）

近年来，全球气候异常，降雨量分布不均，暴雨天气出现频率增加，据国家防汛抗旱总指挥部统计，仅2020 年一年，全国因洪涝致农作物受灾719.0 万hm，直接经济损失高达2 669.8 亿元。目前，淹水胁迫已成为农业生产中经常发生的非生物胁迫之一。

辣椒在我国播种面积和产值均居蔬菜首位，辣椒和辣椒制品多达1000 余种，国际间贸易量逐年增加，辣椒已经成为最具发展潜力的农业作物之一。山东省集辣椒种植、加工、出口为一体，形成辣椒集散地，大量出口干、鲜辣椒。辣椒是浅根系作物，根系不发达，再生能力弱，不易发生不定根，多为露地栽培。山东地区雨热同季，7—8 月份容易造成涝害，正值辣椒生长盛期，辣椒田水分过多，对植株地上部分和地下部分均产生影响。淹水胁迫下一些作物植株叶片的叶绿素含量减少，叶片气孔开度下降，气孔密度增加，光合能力弱，根系缺氧，根系活力下降，植株的主要代谢和生长被抑制，进而造成叶片变黄枯萎以及果实产量和品质下降。

水杨酸（salicylic acid，SA）是一种酚类生长调节剂，在植物体内主要通过异分支酸合酶途径合成。SA 能够在植物体内的许多抗逆生理过程中起调节作用，增强植物抗性。前人研究表明，外源水杨酸在植株抵御病原菌侵染和盐碱、低温、高温、干旱等胁迫方面发挥作用。外源SA 在缓解辣椒淹水胁迫方面的研究和报道较少。笔者以辣椒为材料，采用拱棚和双套盆法模拟涝害环境，研究淹水胁迫下外源SA 对辣椒幼苗生长及活性氧代谢的影响，并利用模糊隶属函数法对不同浓度SA 处理辣椒幼苗耐涝性差异进行综合比较，以期筛选出缓解辣椒涝害最适宜的SA 浓度。

1 材料与方法

1.1 材料

供试辣椒品种为德红1 号，种子由德州市农业科学研究院提供。

1.2 试验方法

试验于2020 年3—5 月在德州市现代农业科技园进行。供试辣椒种子经催芽后于穴盘中育苗，在5 叶1 心时期取生长健壮、长势一致的幼苗移至28 cm×28 cm 营养钵中，每钵3 株，装土到距盆上沿6 cm。试验采用随机区组排列，设置7个处理，分别 为：（1）对 照（CK），未 淹 水+不 外 施 SA；（2）CK1，淹 水+ 不 外 施 SA；（ 3 ）SA0.5 ，淹 水+ 外 施 0.5 mmol · LSA；（4）SA1.0，淹 水+外 施 1.0 mmol · LSA；（5）SA1.5，淹水+外施1.5 mmol·LSA；（6）SA2.0，淹水+ 外 施 2.0 mmol · LSA；（7）SA2.5 ：淹水+外施2.5 mmol·LSA。每个处理10 钵，3 次重复，共210 钵。当辣椒幼苗长至6 叶1 心时，分别用0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mmol·LSA 进行全株叶面喷施至叶面有液体下滴，每天喷1 次，连续喷3 d。3 d后进行淹水处理，以水面保持在土壤表面1.0 cm 为淹水状态，每天补水保持淹水状态，淹水处理7 d，于淹水处理后（第8 天）9：00 取样进行各项指标的测定。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 农艺性状指标测定及方法 各处理随机选取5 株辣椒苗进行农艺性状指标测定。用直尺测量辣椒幼苗根长、株高；分别剪取植株的地上部与地下部，用去离子水冲洗后擦干水分，使用天平测定鲜质量后于105 ℃烘箱杀青30 min，75 ℃烘干至恒质量，测定干质量，计算根冠比（植株地下部与地上部干质量比值）。

1.3.2 生理生化指标 参照高俊凤等的方法测定叶绿素含量和类胡萝卜素含量。参照李合生的方法测定活性氧产生速率、过氧化氢含量、丙二醛含量、电解质渗漏率、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量。采用试剂盒法测定超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽还原酶（GR）等抗氧化酶活性。

1.4 数据处理

使用Excel 2010 和SPSS19.0 软件处理数据，差异显著性用Duncan 法进行多重比较。隶属函数值计算参考张晓丽等的方法。某一性状测定值减去该性状最小值与该性状的极差值的比值即为该性状的隶属函数值。计算公式为：

（X）=（X–）/（–）；

（X）=1–（X–）/（–）。

公式中，X为某一指标的测定值；为所有处理中该指标的最大值；为所有处理中该指标的最小值。计算各指标的隶属函数值，以其平均值综合评价不同处理辣椒幼苗耐涝性，平均值越大，外源SA 对辣椒淹水胁迫缓解能力越强。

2 结果与分析

2.1 喷施不同浓度SA处理对辣椒幼苗农艺性状的影响

从表1 可知，淹水胁迫7 d 后，与CK 和CK1相比，辣椒幼苗不同处理农艺性状差异显著。淹水胁迫下，辣椒幼苗根长、株高、鲜质量及干质量均显著低于不淹水的正常对照，而喷施外源SA 后，农艺性状指标下降幅度减小；其中喷施1.5 mmol·LSA处理的农艺性状最好，根长、株高、鲜质量和干质量比淹水对照分别提高66.37%、14.55%、56.35%和93.75%；SA2.0 处理农艺性状次之，且与SA1.5 处理差异不显著；SA0.5 处理最差，根长、株高、鲜质量和干质量仅比CK1 分别提高25.71%、9.54%、30.16%和37.50%。同时，CK1 植株根冠比增大，喷施SA预处理后，辣椒植株的根冠比均显著小于淹水对照，表明喷施SA 预处理均能有效增加植株地上部生物量。与CK 相比，CK1 根冠比增幅最大，达到49.26%；SA 处理中SA0.5 增幅最大，上升34.56%，SA2.0 处理增幅最小，仅上升11.76%。

表1 SA 处理对辣椒幼苗农艺性状的影响

2.2 SA处理对辣椒幼苗叶绿素和类胡萝卜素含量的影响

从表2 可知，在淹水胁迫下，各处理辣椒幼苗叶绿素和类胡萝卜素含量均显著低于CK，CK1 辣椒幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量分别比CK 下降18.65%、24.87%、20.42%和36.84%。SA0.5 处理辣椒幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均显著低于其他4 个SA 处理，其他4 个SA处理间辣椒幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均无显著差异，所有SA处理均显著高于CK1。

表2 SA 处理对辣椒幼苗叶绿素和类胡萝卜素含量影响

2.3 SA处理对辣椒幼苗叶片膜脂过氧化物含量和电解质渗漏率的影响

从表3 可以看出，淹水胁迫使辣椒幼苗叶片中膜脂过氧化物含量和电解质渗漏率均显著升高，而SA处理可显著降低超氧阴离子（O）产生速率、过氧化氢（HO）含量、丙二醛（MDA）含量和电解质渗漏率。SA1.5 处理O产生速率降幅最大，比淹水对照（CK1）下降43.95%，且与SA2.0、SA2.5 处理差异不显著。SA2.5 处理HO含量和电解质渗漏率降幅最大，分别比CK1 降低51.14%和36.75%，但与SA1.5、SA2.0 处理无显著差异。SA2.0 处理MDA 含量降幅最大，比淹水对照下降33.72%，SA1.5 处理降幅次之，但二者差异不显著。

表3 SA 处理对辣椒幼苗膜质过氧化产物含量和电解质渗漏率的影响

2.4 SA处理对辣椒幼苗渗透调节物质含量的影响

从表4 可以看出，淹水胁迫下，辣椒幼苗叶片中渗透调节物质含量显著升高，游离脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量相对CK 分别升高30.67%、61.22%和50.29%。SA 处理显著提高了淹水胁迫下辣椒幼苗叶片中渗透调节物质含量。SA2.5 处理辣椒幼苗叶片中游离脯氨酸含量升幅最大，分别比CK1 和CK 升高37.83%和80.11%，但与SA1.5 处理无显著差异；SA1.0 处理叶片中可溶性糖和可溶性蛋白含量升幅最大，分别比淹水对照升高36.74%和46.47%，但其可溶性糖含量与SA1.5 处理无显著差异。SA1.5 处理游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量比CK1 提高了37.37%、32.51%和20.12%。

表4 SA 处理对辣椒幼苗渗透调节物质含量的影响

2.5 SA处理对辣椒幼苗抗氧化系统的影响

从表5 可以看出，CK 处理辣椒叶片SOD、POD、CAT 和GR 正常生长下均保持一定的活性。淹水胁迫下，除GR 外，CK1 其他抗氧化酶活性均显著低于CK，SA 处理则显著提高了辣椒幼苗抗氧化酶活性，均显著高于CK 和CK1。在所有SA 处理中，SA2.0 处理辣椒幼苗SOD 和CAT 活性最高，分别比CK1 升高83.22%和56.39%，但与SA1.5 处理相比，二者无显著差异；SA1.5 处理POD 和GR活性最高，分别比淹水对照升高81.76%和87.84%，CAT、SOD 活性分别升高55.47%和83.02%，且显著高于其他处理；SA0.5 处理辣椒各抗氧化酶活性增幅最小，CAT、POD、SOD 和GR 活性分别比CK1 升高35.58%、49.66%、72.92%和11.70%。

表5 SA 处理对辣椒幼苗抗氧化系统的影响

2.6 不同处理辣椒幼苗耐涝性差异综合比较

根冠比、O产生速率、HO含量、MDA 含量和电解质渗漏率等指标采用反隶属函数值法计算函数值，其他指标均采用隶属函数值法计算函数值。不同处理的18 个指标加权值和总加权值大小。从表6 中可以看出，综合总加权值评价出的抗涝性强弱 顺 序 为 ：SA1.5＞SA2.0＞SA1.0＞SA2.5＞SA0.5＞CK1，其中SA1.5 处理和SA2.0 处理两者总综合加权值得分接近，差异不显著。

表6 综合指标的加权隶属函数值

3 讨论与结论

辣椒幼苗在淹水胁迫后，会产生一系列生理生化反应，影响其农艺性状，同时植物会通过改变自身的生长和形态特征来适应逆境条件。淹水胁迫下植物生长发育受到影响，主要是由淹水产生的低氧环境导致光合作用减弱，叶绿素降解，细胞内正常的电子传递链被阻断，细胞膜脂过氧化加剧、保护酶等系统遭到损害，引起细胞结构和功能的破坏。笔者研究表明，淹水胁迫下，辣椒幼苗根长、株高、整株鲜质量及干质量均显著低于CK，叶绿素含量和胡萝卜素含量显著下降，O产生速率和丙二醛含量等显著升高，表明淹水胁迫对辣椒幼苗生长有显著影响，与前人研究结果一致。

抗氧化酶活性的变化是植物对非生物胁迫的响应方式之一。植株在正常条件下生长，体内细胞活性氧的产生和清除处于动态平衡状态，活性氧水平较低，非生物胁迫条件下会破坏活性氧的动态平衡，从而产生过多的自由基，所积累的活性氧可引发或加剧细胞膜脂过氧化，从而引起膜的渗漏，进而细胞的正常生理功能受到伤害。淹水胁迫时活性氧产生速率快速升高，为维持细胞膜的稳定，保护细胞免受膜脂过氧化作用伤害，植株活性氧清除系统加快清除活性氧。为适应淹水胁迫，植物会调节相应的代谢机制从而维持正常的生命活动。淹水胁迫下，细胞能主动积累可溶性糖、可溶性蛋白及游离脯氨酸等有机渗透调节物质，来调节细胞渗透势，维持体内水分平衡，保护植物组织内各种酶类和细胞膜结构的正常功能。SA 作为一种广泛存在的植物内源性信号分子，参与调节植物许多生理过程。前人研究结果表明，外施SA 可以提高植物叶片SOD、POD、CAT 等抗氧化酶的活性，缓解胁迫对植物造成的伤害，提高植物的抗逆性。SA 可诱导淹水桔梗、棉花植株生理特性发生改变，HO含量上升，显著提高叶片POD 和CAT等抗氧化酶活性，增加脯氨酸积累，降低MDA 含量，保护细胞膜结构完整性，提高叶片光合效率及根系活力，提高植物体内的ATP 含量，为各种物质代谢的正常进行提供充足的能量，诱导多种与非生物胁迫反应相关基因表达，从而缓解植株水涝造成的伤害。笔者试验表明，淹水胁迫下，外源SA可有效地阻止辣椒幼苗植株体内MDA 积累，促进脯氨酸的积累，缓解淹水胁迫对辣椒幼苗造成的膜脂过氧化，增强辣椒幼苗的抗涝性。淹水胁迫下喷施SA 可提高活性氧清除系统中SOD 和POD 的活性，提高可溶性糖、可溶性蛋白质的含量，降低电解质渗漏率和MDA 含量，从而增强辣椒幼苗耐淹水胁迫的能力。

不同浓度SA 处理对淹水辣椒造成伤害的缓解程度不同。喷施1.5 mmol·LSA 和2.0 mmol·LSA后，淹水条件下辣椒叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖、可溶性蛋白含量增加，CAT、POD、SOD 和GR 酶活性升高，O产生速率、HO含量、MDA 含量和电解质渗漏率降低，农艺性状显著优于其他处理，表明淹水胁迫前喷施SA 能够在胁迫发生前引起细胞预响应并在淹水发生初期迅速开启应答反应机制，进行一系列生理生化变化以适应淹水胁迫。通过综合指标总加权值比较评价出抗涝性强弱顺序依次为：SA1.5、SA2.0、SA1.0、SA2.5、SA0.5、CK1，其中SA1.5 处理和SA2.0 处理两者综合总加权值得分相近。

4 结论

笔者以德红1 号辣椒为试材，叶面喷施不同浓度SA 溶液，研究淹水胁迫对辣椒幼苗生长和活性氧代谢的影响。结果表明，淹水胁迫下，SA 处理辣椒幼苗农艺性状改善，叶绿素、类胡萝卜素、膜脂过氧化物、渗透调节物质含量增加，抗氧化酶活性增强，综合比较淹水胁迫下不同浓度SA 对辣椒幼苗生长及活性氧代谢的影响，以1.5 mmol·LSA 处理效果最好，但其对辣椒产量及品质等的影响还有待进一步研究。