养殖废弃物生物有机肥对辣椒抗寒性的影响

张建，许锦鹏，蒋细旺

（1.江汉大学生命科学学院，武汉，430056；2.武汉市第二中学）

辣椒（Capsicum annuumL.）在我国的种植范围遍布南北，因其味道鲜美，深受人们喜欢，目前已经成为我国栽培面积最大的蔬菜之一。辣椒是一种喜温作物，生长的最适温度为24～27℃，在低于12℃或高于30℃时生长发育缓慢，5℃时生长就完全停止。南方春早熟、秋延后及北方越冬设施栽培的辣椒，在生长期间经常受到不同程度的低温胁迫，低温成为冬春季辣椒生长的主要限制因素。辣椒遭受冷害之后，生长势、光合作用、呼吸作用、干物质积累及酶活性均会受到不同程度的影响，严重时整株死亡，周年生产受到限制，生产损失巨大[1]。

目前，关于提高蔬菜抗寒性方面的研究，大多数都集中在通过喷施某些植物生长调节剂及其他的化学制剂如脱落酸[2]、表油菜素内酯[3]、水杨酸[4]、多效唑[5]、甜菜碱[6]、5-氨基乙酰丙酸[7]、壳聚糖[8]等，来增强蔬菜对低温胁迫的抵抗力方面。关于生物有机肥对蔬菜作物抗寒性的影响研究报道较少。

事实上，生物有机肥可以提高肥效、改善农产品品质，而其提高植物抗寒性的作用也已经在油菜[9]、苇状羊茅[10]、茶叶[11]，水曲柳[12]等上得到证实，但有关养殖废弃物生物有机肥对提高辣椒抗寒性的影响，尚未见报道。为此，本试验以辣椒品种超越五号为试材，探讨了施用养殖废弃物生物有机肥对低温胁迫下的辣椒叶片中细胞膜透性、渗透调节物质含量、抗氧化酶活性的影响，以期为生产实践中减缓低温胁迫对辣椒的伤害提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试辣椒品种为超越五号，由武汉市农科院提供；养殖废弃物生物有机肥 （N 0.87%，P2O50.64%，K2O 1.35%），由武汉江大高新农业发展有限公司提供；复合肥用俄罗斯阿康复合肥（16-16-16）。

1.2 试验方法

试验于2014年2～11月在江汉大学生命科学学院园艺试验基地进行。采用基质盆栽，基质为普通棕壤土，含有机质11.24 g/kg，碱解氮58.42 mg/kg，有效磷21.22 mg/kg，速效钾 115.19 mg/kg，pH值6.22。每盆装基质10 kg，每盆种植1株。

试验共设计6个处理，M1：复合肥（无机肥料）22 g/株；M2：生物有机肥 100 g/株；M3：生物有机肥200 g/株；M4：生物有机肥 400 g/株；M5：生物有机肥800 g/株；CK：空白处理，每个处理3次重复，肥料均作为基肥施入，常规栽培管理。移栽60 d之后，选择生长势一致的植株移入人工气候室内，光强1 400 μmol·m-2·s-1， 光周期为 12 h， 湿度维持在70%，昼/夜温度为15℃/5℃，共处理10 d。每个处理10株。

1.3 指标测定方法

试验采用电导仪法测定膜透性[13]，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[13]，采用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量[13]；测定超氧化物歧化酶（SOD）采用NBT光还原法并稍作修改[14]，测定脯氨酸（PRO）含量采用酸性水合茚三酮法[14]，丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸法[15]，过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定参照张志良等[15]的方法略作修改。

1.4 数据处理与分析

试验数据用Excel 2003处理并绘制图表，采用SPSS 19.0软件进行差异显著性分析（Duncan氏新复极差法，P=0.05），并对各指标作相关分析。根据所测数据，首先分别求出处理和对照各项指标的平均值，参考前人的方法[16]，将原始数据进行标准化转换，求得各指标性状的抗寒系数，并进行简单的相关分析，得出各指标的相关系数矩阵[17]。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫下不同施肥处理对超越五号叶片细胞膜透性的影响

图1 低温胁迫下不同肥料用量处理对辣椒叶片细胞膜透性的影响

图2 低温胁迫下不同肥料用量处理对辣椒叶片可溶性糖含量的影响

图3 低温胁迫下不同肥料用量处理对辣椒叶片可溶性蛋白含量的影响

从图1可知，经低温胁迫后，与对照相比，各处理的电解质渗透率均显著降低。其中M5和M4两个处理电解质渗透率分别比对照组下降了58.12%和45.34%，均达到了显著差异水平，说明施肥可以显著降低低温胁迫过程中辣椒叶片的电解质渗透率。M2～M5处理电解质渗透率均低于M1处理，其中M5处理与M1处理的电解质渗透率相差39.54%，两者间达到了显著差异水平，说明生物有机肥比无机肥（复合肥）在降低电解质渗透率方面的作用更强。且在M2～M5处理内，随着生物有机肥施用量的增加，叶片电解质渗透率下降，M5处理比M2处理电解质渗透率下降30.10%，两者间也达到了显著差异水平，说明在适宜的施肥量范围内，生物有机肥的用量跟电解质渗透率呈负相关。

2.2 低温胁迫下不同施肥处理对超越五号叶片渗透调节物质和丙二醛（MDA）含量的影响

从图2～4可知，与对照相比，经过低温胁迫之后，各处理均不同程度提高了叶片中可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸的含量，其中M5处理的可溶性糖含量达到对照的3.9倍，可溶性蛋白含量达到对照的4.9倍，脯氨酸含量达到对照的3.1倍，差异均达到显著水平，说明施肥可以显著提高叶片中可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的含量，促进可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸的反馈抑制作用，保证叶片可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸向植物的其他组织器官运输[18]。

M2～M5处理的可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸的含量均高于M1处理，其中M5处理比M1处理的可溶性糖含量高出1.4倍，可溶性蛋白含量高出1.6倍，脯氨酸含量高出1.0倍，且差异均达到显著水平，说明比起施用无机肥料，生物有机肥在提高经低温胁迫后辣椒叶片中可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸含量方面的效果更好。在M2～M5处理内，随着生物有机肥施用量的提高，叶片中可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸的含量也随之提高，说明生物有机肥用量与叶片中可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸的含量呈正相关。

从图5可知，不同施肥处理下，辣椒叶片中丙二醛含量在经低温胁迫后均比对照降低，其中M5处理的丙二醛含量仅占对照的49.47%，差异达显著水平，说明施肥处理可以有效降低辣椒叶片中丙二醛的含量。M2～M5处理丙二醛的含量均低于M1处理，其中M5处理的丙二醛含量占M1处理的62.13%，差异达显著水平，说明低温胁迫下生物有机肥在降低辣椒叶片丙二醛含量方面的作用要优于无机肥。在M2～M5处理内，随着生物有机肥施用量的增加，辣椒叶片中的丙二醛含量降低，说明两者间呈正相关。

图4 低温胁迫下不同肥料用量处理对辣椒叶片脯氨酸（Pro）含量影响

图5 低温胁迫下不同肥料用量处理对辣椒叶片丙二醛（MDA）含量影响

图6 低温胁迫下不同肥料用量处理对辣椒叶片过氧化物酶活性的影响

图7 低温胁迫下不同肥料用量处理对辣椒叶片超氧化物歧化酶活性的影响

2.3 低温胁迫下不同施肥处理对超越五号叶片SOD、POD活性的影响

从图6、7可以看出，经低温胁迫处理的辣椒叶片的POD及SOD活性均比对照辣椒叶片显著提高，其中M5处理的POD活性是对照的2.8倍，SOD活性是对照的2.4倍，差异均达显著水平，说明施肥处理可显著提高低温胁迫下辣椒叶片的POD及SOD活性。M2～M5处理的POD及SOD活性均高于M1处理，其中M5处理的POD活性达到M1处理的1.5倍，SOD活性达到M1处理的1.4倍，从侧面反映出生物有机肥在提高辣椒叶片POD及SOD活性方面的性能要优于无机肥。M2～M5处理下，POD及SOD活性均随着施肥量的增加而提高，说明两者间存在正相关关系。

2.4 低温胁迫下不同施肥处理下超越五号叶片各生理生化指标的相关分析

通过对辣椒叶片各生理生化指标进行相关分析，可以进一步明确各个指标间的协同变异程度。从表1可知，质膜透性与可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、POD和SOD活性呈极显著负相关，与丙二醛含量呈显著正相关；可溶性糖含量与可溶性蛋白含量、脯氨酸含量呈极显著正相关，与丙二醛含量呈显著负相关；可溶性蛋白含量与丙二醛含量呈极显著负相关，与SOD活性呈极显著正相关；脯氨酸含量与SOD活性呈极显著正相关，与丙二醛含量呈显著负相关；丙二醛含量与SOD活性呈极显著负相关，与POD活性呈显著负相关。

3 讨论与结论

植物的细胞膜系统对低温胁迫十分敏感，当植株受到低温胁迫时，首先受到伤害的就是细胞膜的功能与结构，植株的相对电导率的变化可以显示膜系统受到伤害的程度，对低温胁迫起到重要的指示作用[19]。植株在低温胁迫下，受到的伤害越严重，细胞膜透性就越大，细胞内电解质外渗也越多，测到的相对电导率也就越高，相对电导率的大小反映了植株抗寒性的大小。本试验中低温胁迫下，施肥处理的辣椒叶片电解质渗透率均小于对照，说明施肥处理可以在低温胁迫下保护细胞膜结构，并且生物有机肥在维持膜结构方面的作用比无机肥更理想。

游离脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖是细胞内最有效、最重要的有机渗透调节物质，对细胞的渗透调节起着举足轻重的作用。脯氨酸能以游离态在植物体内广泛存在，并且可在逆境条件下大量积累，其本身的水合能力较强，所以在逆境状态下，可以保持细胞的持水性能，稳定生物大分子结构，此外，脯氨酸还在降低细胞酸性、增加细胞液浓度等方面起着重要的作用[20]，同时，脯氨酸可以作为酶和细胞结构的保护剂，防止活性氧对膜脂和蛋白质的过氧化作用，因而脯氨酸含量的增加，可以降低低温胁迫对细胞的伤害，提高植株的抗寒性[21]。本试验中，经过施肥处理后，辣椒叶片中的脯氨酸含量显著高于对照，并且经生物有机肥处理的辣椒叶片脯氨酸含量均比经无机肥处理的高，说明生物有机肥处理更加有益于辣椒在低温胁迫下产生脯氨酸来抵御低温逆境的影响。

Bois等[22]研究表明，植株体内的可溶性蛋白含量与抗寒性存在明显的正相关关系。可溶性蛋白作为重要的膜渗透调节物质，其含量增加直接促进细胞束缚水含量的提高、加强细胞的保水力、降低细胞液的冰点、有效防止低温对细胞的损伤。碳水化合物作为植物体内重要的贮藏物质，为植物的生长发育提供能量基础。

可溶性糖不仅是植物体内主要的膜渗透调节物质，也直接影响某些有机溶剂的合成，对于逆境中植物的渗透调节有十分重要的意义。在低温胁迫下，淀粉水解酶的活性被激发出来，淀粉水解速度加快，可溶性糖含量增高，细胞液的浓度也随之升高，冰点下降，同时也保护脱水的蛋白质[23]。因此，可溶性糖与抗寒性之间也同样具有正相关关系，可溶性糖对低温胁迫下的植株具有很好的保护作用。由本试验结果可知，在低温胁迫下，生物有机肥比无机肥更能促进辣椒叶片中可溶性蛋白和可溶性糖的产生，以保护植株细胞的正常活动，维护植株的生长。这可能是因为施用生物有机肥后，土壤结构得到改良、有益菌落迅速增加，促进了植株对养分的吸收，有利于植株体内可溶性蛋白和可溶性糖的快速合成运转。

表1 各生理生化指标间的相关系数

MDA能够使细胞正常功能紊乱、有害活性物质积累、加重细胞膜过氧化程度，它是细胞膜过氧化最重要的产物之一，反映了膜的过氧化程度[24]。通过测定MDA含量可以了解细胞膜的过氧化程度、膜系统的受损害程度及植株抗寒性[25]。MDA含量越高，说明植物组织的抵抗能力越弱，细胞膜受伤害的程度也越高。由试验结果可知，在低温胁迫中，生物有机肥同无机肥均可以在一定程度上减少叶片细胞膜受MDA的毒害作用，从而保证辣椒在低温下正常生长，并且经生物有机肥处理后，植株抵抗MDA毒害的能力显著强于无机肥。这可能是因为生物有机肥中的养分均衡且全面，可促进辣椒植株发育，植株机体营养物质积累较多，在细胞受到MDA毒害时，自我恢复能力较强，最终表现出受伤害程度较低。

当植株受到低温胁迫时，体内自由基、过氧化物产生和消除的平衡就会被打破，SOD、POD等是膜脂过氧化的酶促防御系统中重要的抗氧化酶，在清除ROS的过程中起着十分重要的作用[26]。通过酶促降解超氧化物阴离子自由基产生的H2O2和O2-，维持活性氧代谢的平衡，保护细胞膜结构，在一定程度上缓解或抵御逆境胁迫，可以有效减少低温胁迫下产生的有害物质对植株的伤害，表现出一定的抗逆性[27]，其中SOD是最主要的细胞膜抗氧化物质，SOD活性的高低是判断植物抗性强弱的主要指标。从试验结果可知，施用生物有机肥更能增强辣椒叶片中的POD和SOD的活性，减轻植株体内的氧化作用，平衡植株体内活性氧代谢。这可能是因为生物有机肥料中富含的大量生物活性成分被植株利用之后，植株的光合作用增强、植株发育健壮、植株体内的多种酶活性被引发，集中表现为植株体内POD和SOD活性的增强。

抗寒性是一个受多基因控制、多因素影响的复杂数量性状[28]，利用单一指标鉴定植物的抗寒性有很多局限性，而且指标间还有着一定的相关性，因此采用单一指标很难既准确又全面地反映植物实际的抗寒性能力的强弱，只有利用多个指标进行综合评价，才能兼顾准确与全面[29]。本试验通过对超越五号在低温胁迫下相关生理生化指标进行测定，结合相关分析，得知辣椒叶片的各个抗寒性指标之间都存在一定的相关性，使得反映出来的信息发生了重叠，除此之外，各个单项指标变化幅度的不一致性，也使得用单项指标来评价辣椒的抗寒性存在片面性，因此，在评价辣椒的抗寒性时，需要结合多个指标进行。

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