热胁迫恢复阶段辣椒种子发芽能力与幼苗期耐热性的相关性

逯明辉，吴 欣，巩振辉

(西北农林科技大学 园艺学院，陕西 杨凌 712100)

热胁迫恢复阶段辣椒种子发芽能力与幼苗期耐热性的相关性

逯明辉，吴 欣，巩振辉

(西北农林科技大学 园艺学院，陕西 杨凌 712100)

【目的】 了解热胁迫恢复阶段辣椒种子的发芽能力及其与幼苗期耐热性的相关关系，为辣椒种质资源耐热性的快速准确鉴定提供依据。【方法】 14个不同辣椒品系(R1～R11、CM334、B35和B6)的种子在40 ℃热胁迫条件下发芽处理14 d后，将未发芽种子移至25 ℃进行恢复处理，分别计算热胁迫处理阶段和恢复阶段的相对发芽率、相对发芽势和相对发芽指数，并分析其与幼苗期耐热指数的相关性。【结果】 热胁迫处理阶段，参试辣椒品系R2、R3、R8、CM334、B6和B35的种子没有发芽，而R9和R10种子的综合发芽能力(2.472 4和2.0835)显著高于其他品系；热胁迫恢复阶段，R2、R6和B35的种子表现出较强的发芽能力(综合发芽能力分别为2.290 1，1.874 4和1.575 2)，而R9、R10、B6、R8和R11种子的发芽能力(综合发芽能力分别为0.487 9，0.271 0，0.1914，0.1839和0.0235)相对较差。辣椒热胁迫处理阶段与恢复阶段的种子发芽能力之间无相关关系，并且前者与幼苗期耐热性之间也无相关关系，而后者则与幼苗期耐热性存在显著正相关。建立了根据辣椒热胁迫恢复阶段种子发芽能力预测幼苗期耐热性的最优回归方程，并将14个辣椒品系聚类为耐热、耐热性中等和热敏3个类群，其中耐热类群包括R9、R2、R10和R6等4个品系，耐热性中等类群包括R1、B35、R7、R5、R3、R4和CM334等7个品系，热敏类群包括R8、R11和B6等3个品系。【结论】 热胁迫恢复阶段的种子发芽能力可作为辣椒发芽期耐热性鉴定的指标之一，并可用来预测幼苗期的耐热性。

辣椒；耐热性；种子发芽期；热胁迫恢复阶段

随着全球气候逐渐变暖，热胁迫(Heat stress)已经成为影响农作物生产的不可忽视的逆境因素之一[1-2]，培育耐热农作物品种是解决该问题的重要途径之一，而快速准确地鉴定农作物种质资源的耐热性，则是高效培育耐热品种的基础。种子发芽期耐热性简单易测，受外界影响较小，并且与其他生长发育阶段的耐热性存在一定的相关性[3-4]，因此被越来越多地应用于农作物的耐热性鉴定[5-7]。

热胁迫后的恢复阶段在调控植物耐热性的形成中有重要作用[8-9]，而目前农作物发芽期耐热性的研究大多集中在热胁迫过程中，有关热胁迫恢复阶段的研究尚少见报道。辣椒(CapsicumannuumL.)是一种非常重要的经济作物，可广泛用于鲜食、调味、制药、色素提取等行业[10]。但是，辣椒具有“喜温不耐热”的特性，其开花期的生长适温为20～25 ℃，超过30 ℃就会发生热胁迫，引起落花落果[11]。因此，本研究以辣椒为试材，分析了热胁迫恢复阶段辣椒种子的发芽能力及其与幼苗期耐热性的关系，以期为进一步完善辣椒耐热性的鉴定体系提供依据，并为加快辣椒耐热品种的选育奠定基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究共选用了14个辣椒品系，其中R1～R11是从亚蔬-世界蔬菜中心(AVRDC-The World Vegetable Center)引进的耐热性不同的辣椒品系，CM334为辣椒基因组测序品系[10]，B35、B6分别为西北农林科技大学园艺学院辣椒课题组(以下简称本课题组)选育的耐热品系和热敏品系。

1.2 试验方法

1.2.1 辣椒发芽期耐热性的测定 选择14个辣椒品系完整、饱满、有光泽的种子，于55 ℃温汤消毒15 min，再于25 ℃浸种6 h后，将种子分别置于铺有2层润湿滤纸的培养皿内，每个培养皿50粒种子。

将培养皿随机摆放在无光照的培养箱内进行发芽试验，发芽温度设为25 ℃(对照)和40 ℃(热胁迫)。1个培养皿为1次重复，每个品系均重复3次。14 d后将40 ℃(热胁迫)未发芽的种子转移至25 ℃培养箱内进行14 d的恢复阶段发芽试验。发芽过程中，不定期给滤纸补充蒸馏水，使其始终保持湿润而无积水。

以胚根长0.2 cm作为萌芽标志，每天记录辣椒参试品系的发芽数，并分别计算热处理阶段和热恢复阶段在第14天时的发芽率、发芽指数以及第7天的发芽势。以25 ℃下的发芽能力指标为对照，参考董志刚等[12]的方法，计算热胁迫阶段和恢复阶段的相对发芽率、相对发芽指数和相对发芽势。

1.2.2 辣椒幼苗期耐热性的测定 14个辣椒品系种子的浸种催芽方法同上，催芽温度为25 ℃。出芽后播种于50孔塑料穴盘中，每穴1株。待幼苗长至5～6片真叶时，置于40 ℃(14 h，07:00-21:00)/30 ℃(10 h，22:00-06:00)的光照培养箱中进行热胁迫处理，光照强度设为20 000 lx，光照时间12 h(08:00-20:00)。试验过程中，不定期给育苗基质补充水分，使其始终保持湿润状态。10株为1个重复，每个品系均重复3次。

热胁迫处理5 d后，分别观察14个辣椒品系叶片的热害症状，并按照李锡香等[13]的方法进行分级和热害指数计算。

1.2.3 数据处理 利用DPS 7.05数据分析软件对14个辣椒品系种子发芽期和幼苗期耐热性的差异显著性及其相关性进行分析。其中种子相对发芽率、相对发芽指数和相对发芽势经反正弦转换后进行方差分析，多重比较采用新复极差法。

采用模糊数学的隶属函数法分别对14个辣椒品系在热胁迫阶段、热胁迫恢复阶段的综合发芽能力进行评价[14]；幼苗期耐热性用耐热指数表示，其数值等于1减去热害指数。辣椒的综合耐热性用上述3个阶段耐热能力的总和表示。采用DPS 7.05软件的最短距离法, 利用综合耐热性进行聚类分析，确定14个辣椒品系的耐热类群。

参照程智慧等[6]的方法，采用逐步回归法建立利用辣椒发芽期耐热性预测幼苗期耐热性的最优回归方程。

2 结果与分析

2.1 热胁迫阶段不同辣椒品系的发芽能力

由表1可知，40 ℃热胁迫处理期间，14个辣椒品系表现出不同的发芽能力，其中R2、R3、R8、CM334、B6和B35没有发芽，其发芽能力无法区分；而R9和R10的相对发芽率、相对发芽势、相对发芽指数均显著高于其他品系(P<0.05)，综合发芽能力也高于其他品系。

表1 热胁迫阶段不同辣椒品系种子发芽能力的比较Table 1 Comparison of seed germination abilities of different pepper lines during heat-stress

注：表中数据用“平均数±标准差”的形式表示，同列数据后标不同小写字母表示在α=0.05水平上差异显著。下同。

Note:The data are shown as “average±standard deviation”.Different lowercase letter in each column mean significant difference atα=0.05 level.The same below.

2.2 热胁迫恢复阶段不同辣椒品系的发芽能力

将热胁迫条件下未发芽的辣椒种子移至25 ℃培养箱进行热胁迫恢复阶段的发芽试验。表2显示，在此阶段R2和R6表现出很强的恢复发芽能力，其相对发芽势显著高于其他品系(P<0.05)；B35尽管相对发芽势较低(5.80%)，但其最终的相对发芽率显著高于除R2以外的其他品系(P<0.05)，达到97.58%，也表现出较强的恢复发芽能力；而R8、R9、R10、R11和B6的恢复发芽能力则比较差。

表2 热胁迫恢复阶段不同辣椒品系种子发芽能力的比较Table 2 Comparison of seed germination abilities of different pepper lines during recovery period after heat-stress

续表2 Continued table 2

2.3 不同辣椒品系幼苗期的耐热性

热胁迫条件下，14个辣椒品系的幼苗表现出不同的耐热性(表3)，其中B6、R11和R8的热害指数显著高于除CM334、R4和R9外的其他8个品系(P<0.05)，而R6和R2的热害指数显著低于除R1、R5、R3和R10外的其他8个品系(P<0.05)。

表3 幼苗期不同辣椒品系耐热性的比较Table 3 Comparison of heat-tolerances of pepper seedlings %

2.4 辣椒发芽期与幼苗期耐热性的相关性

为了明确辣椒发芽期耐热性与幼苗期耐热性之间的关系，对其耐热指数、相对发芽率、相对发芽势和相对发芽指数等指标间的相关性进行了分析。由表4可知，不论是在热胁迫处理阶段还是在热胁迫恢复阶段，每一阶段辣椒种子的相对发芽率、相对发芽势和相对发芽指数两两之间均表现出显著或极显著的相关性(P<0.05或P<0.01)，但2个阶段之间辣椒种子的发芽能力并无明显相关性；辣椒幼苗期的耐热指数与热胁迫恢复阶段辣椒种子的相对发芽率、相对发芽势和相对发芽指数均表现出显著正相关关系(P<0.05或P<0.01)，但与热胁迫处理阶段的3个发芽能力指标均无明显相关性。

表4 辣椒种子发芽期与幼苗期耐热性的相关性Table 4 Correlations between heat-tolerances of seeds in germination stage and seedlings of peppers

注：表中HTI表示耐热指数，RGR表示相对发芽率，RGV表示相对发芽势，RGI表示相对发芽指数。

Note:HTI,RGR,RGV,and RGI are heat-tolerance index,relative germination rate,relative germination vigor,and relative germination index,respectively.

根据表4的相关性分析结果，以14个辣椒品系幼苗期的耐热指数为依变量(y)，热胁迫恢复阶段的相对发芽率(x1)、相对发芽势(x2)、相对发芽指数(x3)和综合发芽能力(x4)为自变量，采用逐步回归的方法建立辣椒幼苗期耐热性与热胁迫恢复阶段发芽期耐热性的最优回归方程，以期利用后者对前者进行预测。剔除不显著的自变量后，最终得到的最优回归方程为：

y=39.69+27.74x4，(R2=0.505 0，P=0.004 4)。

2.5 不同辣椒品系耐热性的综合评价

将热胁迫处理阶段、热胁迫恢复阶段的发芽能力和幼苗期的耐热指数相加后，得到了14个辣椒品系的综合耐热性见表5。由表5可知，引进品系R9的耐热性最强，本课题组选育的热敏品系B6的耐热性最差，而耐热品系B35表现为耐热性中等。

表5 供试14个辣椒品系的综合耐热性Table 5 Integrated heat-tolerances of 14 pepper lines

聚类分析结果(图1)表明，当欧氏距离取0.339 6时，14个辣椒品系的综合耐热性可分为3个类群：第1类为耐热类群，包括R9、R2、R10和R6共4个品系，其综合耐热性均在2.800 0以上；第2类为耐热性中等类群，包括R1、B35、R7、R5、R3、R4和CM334 7个品系，其综合耐热性为1.000 0～2.800 0；第3类为热敏类群，包括R8、R11和B6 3个品系，其综合耐热性均在1.000 0以下。

图1 14个辣椒品系综合耐热性的聚类结果图中虚线表示辣椒耐热性分类的临界欧氏距离值

3 讨 论

植物耐热性的形成需要热激蛋白(Heat shock proteins，HSPs)的参与[15]。研究发现，热胁迫条件下，HSPs的缺失使植物种子胚根的伸长受阻[16]，而HSPs基因的诱导表达受到脱落酸和乙烯等因子的调控，这种调控发生在热胁迫后的恢复阶段而不是热胁迫期间[8-9]。因此认为，热胁迫恢复阶段对于调控植物耐热性的形成也有重要作用，植物在恢复阶段的生长指标也常用来进行耐热性的鉴定[17]。

通过比较表1和表2数据可以发现，在热胁迫处理阶段发芽较差的R2、R6和B35，在热胁迫恢复阶段却表现出了较强的发芽能力；在处理阶段发芽较好的R9和R10，在恢复阶段的发芽则较差；而B6和R8在2个阶段的发芽能力都比较差。这说明辣椒种子在热胁迫处理阶段和恢复阶段的发芽能力可能由不同的基因位点或QTL控制，R2、R6、B35和R9、R10各拥有一个基因位点，而B6、R8当中一个位点也没有，这样通过杂交转育就有可能获得在2个阶段都具有较强发芽能力的辣椒品系用于耐热品种的选育。Guan等[18]也认为，可以将去除盐胁迫和碱胁迫后的种子发芽能力，作为花苜蓿耐盐和耐碱品种选育的标准。

王冬梅[3]和孟令波[4]研究发现，番茄和黄瓜的发芽期耐热性与幼苗期耐热性存在显著正相关。本研究结果也表明，辣椒幼苗期耐热指数与热胁迫恢复阶段的种子发芽能力呈显著正相关，但与热胁迫处理阶段的种子发芽能力并无显著相关关系。这表明辣椒幼苗期耐热性与热胁迫处理阶段的发芽期耐热性不是由相同基因位点控制的，而幼苗期耐热性与热胁迫恢复阶段的发芽期耐热性是否由相同的基因位点或QTL控制，还需要进一步研究。

由于种子发芽能力简单易测，本研究建立了根据辣椒热胁迫恢复阶段的发芽期耐热性预测幼苗期耐热性的最优线性方程。从该方程可以看出，尽管相对发芽率、相对发芽势和相对发芽指数都与幼苗期耐热性呈显著正相关，但根据热胁迫恢复阶段种子的综合发芽能力建立的方程为最优方程，这说明此最优方程能够全面反映辣椒发芽期在热胁迫恢复阶段的耐热性，可以用来预测幼苗期耐热性。

根据辣椒发芽期(包括热胁迫处理阶段和恢复阶段)和幼苗期的综合耐热性，将14个辣椒品系聚类为耐热、耐热性中等和热敏3个类群。其中本课题组选育的热敏品系B6依然属于热敏类群，从亚蔬-世界蔬菜中心引进的耐热品系R2、R9、R10和R6仍旧属于耐热类群，这说明聚类结果可靠。本课题组选育的耐热品系B35被归到了耐热性中等类群，因此今后就可以用R2、R9、R10和R6代替B35进行辣椒耐热性的相关研究。基因组已经测序的辣椒品系CM334[10]属于耐热性中等类群，这样就可以将CM334与耐热品系或热敏品系进行杂交获得分离后代，并对其耐热基因池和热敏基因池进行测序，对控制辣椒耐热性的基因位点或QTL进行精细定位和克隆，从而为辣椒耐热机制的阐明和耐热品种的选育奠定基础。

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Correlation between seed germination ability during heat-stress recovery period and seedling heat-tolerance of pepper

LU Ming-hui,WU Xin,GONG Zhen-hui

(CollegeofHorticulture,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 This study investigated the germination ability of pepper seeds during heat-stress recovery period and its correlation with heat-tolerance of pepper seedlings to provide basis for measuring the thermo-tolerance of pepper germplams rapidly and accurately.【Method】 The seeds of 14 pepper lines (R1-R11,CM334,B35 and B6) were germinated under heat-stress at 40 ℃ for 14 d,and then the ungerminated seeds were transferred to 25 ℃ for recovering germination.The relative germination rate, relative germination vigor and relative germination index of pepper seeds during heat-stress period and recovery period were calculated respectively,and their correlations with heat-tolerance of seedlings were analyzed.【Result】 During heat-stress,the seeds of pepper lines R2,R3,R8,CM334,B6 and B35 did not germinate, and the integrated seed germination abilities of R9 (2.472 4) and R10 (2.083 5) were significantly higher than those of other lines.During recovery period,the seeds of R2,R6 and B35 presented higher germinating abilities of 2.290 1,1.874 4 and 1.575 2,respectively,while R9,R10,B6,R8 and R11 had poor abilities of 0.487 9,0.271 0,0.191 4,0.183 9 and 0.023 5,respectively.No correlation in the germination abilities of pepper seeds was found between heat-stress period and recovery period.In addition,the former did not show correlations with heat-tolerance of seedlings while the latter had significantly positive relationship.An optimal regressive equitation was also developed to forecast the heat-tolerance of pepper seedlings based on seed germination ability during recovery period after heat-stress.The 14 pepper lines were clustered into 3 groups:heat-tolerant group included 4 lines (R9,R2,R10 and R6),medium heat-tolerant group included 7 lines (R1,B35,R7,R5,R3,R4 and CM334),and heat-sensitive group included 3 lines (R8,R11 and B6). 【Conclusion】 The seed germination ability of heat recovery period can be used as one of measuring indexes for heat-tolerance in germination stage and as a prediction of heat-tolerance of pepper seedlings.

pepper;heat-tolerance;seed germination stage;recovery period after heat-stress

时间:2015-09-09 15:41

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.10.016

2014-03-26

国家自然科学基金项目(31000906)；“十二五”农村领域国家科技计划课题(2013BAD01B04-14)；陕西省农业科技攻关项目(2014K01-14-01)

逯明辉(1977-)，男，山西临汾人，讲师，硕士生导师，主要从事蔬菜生物技术与逆境生理研究。 E-mail：lmhdick@nwsuaf.edu.cn

巩振辉(1957-)，男，陕西礼泉人，教授，博士生导师，主要从事蔬菜生物技术与种质资源创新研究。 E-mail：zhgong@nwsuaf.edu.cn

S641.301；Q945.78

A

1671-9387(2015)10-0123-06

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150909.1541.032.html