低温弱光对辣椒叶片光合特性和生理特性的影响

聂书明，杜中平，王丽慧，徐海勤

(青海省农林科学院园艺研究所/青海省蔬菜遗传与生理重点实验室，青海 西宁 810016)

低温弱光对辣椒叶片光合特性和生理特性的影响

聂书明，杜中平，王丽慧，徐海勤

(青海省农林科学院园艺研究所/青海省蔬菜遗传与生理重点实验室，青海 西宁 810016)

本文以辣椒幼苗为材料，研究了低温弱光(16 ℃/4 ℃，100 μmol·m-2·s-1)和低温(16 ℃/4 ℃，300 μmol·m-2·s-1)对辣椒叶绿素含量、光合作用、叶绿素荧光参数和生理特性的影响。结果表明，当低温弱光或低温处理时，叶片叶绿素含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、最大光化学效率(Fv/Fm)和光化学猝灭系数(qP)都降低，但叶片胞间CO2浓度(Ci)增大；随着低温弱光或低温处理时间的延长，降低越明显，且低温弱光处理下降幅度更大。不同的处理下，叶片MDA含量先降低后升高，低温弱光处理下MDA含量高于低温处理，叶片SOD和Pro含量都先升高后降低。综合分析表明，低温弱光处理对辣椒造成的伤害比低温处理更为严重。

低温弱光；辣椒；光合特性；生理特性

目前我国北方冬季设施栽培以非加温的节能日光温室为主，其保温性能有限，冬春季温室内温度较低，尤其在夜晚或连续雨雪天。喜温性的茄果类蔬菜冬春季经济效益高，但其对温度的要求较高，由于日光温室的性能特点，在冬春季生产茄果类蔬菜时常遭遇低温或低温弱光等逆境条件，以低温弱光逆境最为常见，其严重影响了冬季设施茄果类蔬菜作物的正常生长，不但降低了蔬菜的产量与品质，而且降低了蔬菜种植着的经济效益和积极性。已有研究表明，当低温弱光逆境较轻时，逆境使植物叶片气孔关闭光合作用减弱；当低温弱光逆境较严重时，光合作用碳同化的关键酶RuBP羧化酶和其他一些酶的活性明显下降，并进一步减缓光合作用产物淀粉等的运输，造成对光合作用的反馈抑制，因而显著降低了净光合速率，导致植株生长减慢，甚至停止生长[1-2]。低温弱光也使辣椒、黄瓜和番茄等活性氧代谢的平衡被破坏，造成活性氧过度积累，使植物膜脂过氧化程度和细胞膜透性增大[3-6]。耐低温品种能保持较高的色素含量，光能捕获和利用能力相对较强，分配于光合作用的量子产量较高，用于非调节性热能耗散的量子产量较低，因而光合作用能力和耐低温能力较强。

辣椒(CapsicumannuumL.)是茄科辣椒属，起源于中美洲和南美洲的热带与亚热带地区，为典型的喜温性蔬菜，不耐低温[7]。是我国栽培面积最大的蔬菜种类之一，也是我国北方冬春季设施栽培的主要蔬菜之一，北方冬季市场供应紧缺，生产效益好，但由于冬春季温室内经常遭遇低温弱光现象，严重影响了辣椒的正常生长。本文以青海省栽培面积最大的辣椒品种乐都长辣椒为材料，系统研究了辣椒在低温弱光或低温胁迫下叶绿素含量、光合作用、叶绿素荧光参数和部分生理特性的变化规律，以期探明低温弱光或低温对辣椒造成影响的原因和机理，为耐低温弱光辣椒品种的选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验采用的辣椒品种为乐都长辣椒，种子购于青海丰绿种业有限公司。

1.2 试验设计与处理

试验于2014年4-8月在青海省农林科学院京青合作示范温室基地2号温室内进行。辣椒种子于28 ℃黑暗下催芽6 d，萌发后播种于盛有育苗基质(主要成分为草炭和蛭石) 的穴盘中，待幼苗长至4 叶1心时移入盛有栽培基质(基质配方为油菜秸秆∶小麦秸秆∶锯末∶菇渣=3∶3∶2∶2)的栽培盆中(直径10 cm，高度10 cm)，在幼苗长至6片真叶时各处理选择大小一致的植株 20 株，放入人工气候箱中进行处理。低温弱光处理：温度处理为16 ℃/4 ℃(白天/黑夜，12 h/12 h)，光强PDF为100 μmol·m-2·s-1；低温处理温度为16 ℃/4 ℃(白天/黑夜，12 h/12 h)，光强PDF为300 μmol·m-2·s-1；对照(CK)温度为28 ℃/18 ℃(白天/黑夜，12 h/12 h)，光强PDF为600 μmol·m-2·s-1。其它条件常规管理。

1.3 测定方法

1.3.1 叶绿素含量测定 分别取各处理辣椒第4或5片功能叶使用CCM-200 plus 叶绿素测定仪进行叶绿素相对含量的测定。每处理 10 次重复。

1.3.2 光合参数测定 采用ECA-PB0402光合测定仪测定各处理幼苗的第4或5片功能叶净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和细胞间隙CO2浓度(Ci) 。测定前各处理均在对照条件下恢复15 min，测定时光强为600 μmol·m-2·s-1，温度为26 ℃，CO2浓度为360 μmol·mol-1，每处理 5 次重复。

1.3.3 叶绿素荧光参数测定 选择与光合作用测定相同的辣椒叶片，测定各处理的初始荧光 (Fo)、最大荧光 (Fm)、PSⅡ的最大量子产率(Fv/Fm)和光化学猝灭系数(qP)。测定前辣椒叶片经过暗适应30 min，每处理5次重复。

1.3.4 辣椒叶片MDA、SOD和Pro含量的测定 采用MDA、SOD和Pro含量都采用南京建成生物科技有限公司的试剂盒进行测定。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2013软件进行数据处理，采用DPS 6.55软件的Duncan法进行方差分析与差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对辣椒叶片叶绿素含量的的影响

由图1得出，随着处理时间的延长，辣椒叶片叶绿素含量呈现明显下降趋势，且随着处理时间的延长，低温处理叶绿素含量下降更明显，在处理第6、12、18天时，低温弱光处理和低温处理分别比第6、12、18天的对照下降了7.7 %、13.7 %、41.3 %和23.5 %、30.4 %、38.7 %。

2.2 不同处理对辣椒叶片光合参数的的影响

从图2可看出，随着处理时间的延长，辣椒叶片净光合速率(Pn) 和蒸腾速率(Tr) 明显下降，低温弱光处理下降的更快，在处理18 d时，低温处理和低温弱光处理下的Pn和Tr分别为对照38.4 %、35.2 %和58.9 %、46.9 %。与Pn和Tr变化趋势相反，辣椒叶片胞间CO2浓度(Ci) 随着处理时间的延长逐渐升高，在处理第6天时，低温弱光处理的辣椒叶片Ci迅速增加，而低温处理下辣椒叶片的Ci缓慢增加，到处理第18天时，低温弱光和低温处理下辣椒叶片的Ci都快速增加，分别比对照增加了20.2 %和17.5 %。

图1 不同处理对辣椒叶片叶绿素含量的影响Fig.1 Effects of different treatments on the concentrations of chlorophyll in pepper leaves

图2 不同处理对辣椒叶片Pn、Tr和Ci的影响Fig.2 Effects of different treatments on Pn，Tr and Ci in pepper leaves

2.3 不同处理对辣椒叶片叶绿素荧光参数的的影响

从图3得知，随着处理时间的延长，最小荧光Fo逐渐下降，且从处理第6天开始，低温弱光处理下辣椒的叶片Fo下降的更明显，到处理18 d时，低温弱光和低温处理下辣椒叶片的Fo分别比对照降低了30.5 %和24.8 %。随着处理时间的延长，辣椒叶片的Fm都呈现下降趋势，从低温处理第6天开始，辣椒叶片的Fm迅速下降，到处理第18天时，低温弱光和低温处理下辣椒叶片的Fm分别比对照降低了21.3 %和23.7 %。随着处理时间的延长，辣椒叶片的Fv/Fm缓慢下降，低温弱光处理下降的更明显，到处理第18天时，低温弱光和低温处理下辣椒叶片的Fv/Fm分别为对照的81.7 %和73.5 %。在不同的处理下，辣椒叶片的qP也缓慢下降，且低温弱光处理下降的更明显，在处理第6、12、18天时，低温弱光处理和低温处理分别比第6、12、18天在的对照下降了18.6 %、20.7 %、33.7 %和8.8 %、13.4 %、26.9 %。

图3 不同处理对辣椒叶片Fo、Fm、Fv/Fm和qP的影响Fig.3 Effects of on different treatments on Fo, Fm, Fv/Fm and qP in pepper leaves

图4 不同处理对辣椒叶片MDA、SOD和Pro的影响Fig.4 Effects of different treatments on MDA，SOD and Pro in pepper leaves

2.4 不同处理对辣椒叶片MDA、SOD和Pro含量的影响

从图4可看出，随着处理时间的延长，辣椒叶片的MDA含量先降低后升高，从处理第6天开始到18 d，MDA含量一直升高，且低温弱光处理MDA的含量高于低温处理，到处理第18天时，低温弱光和低温处理下辣椒叶片的MDA含量分别比对照增加了26.8 %和43.7 %。随着处理时间的延长，辣椒叶片的SOD含量先升高后降低，从处理第6天开始到18 d，SOD含量一直降低，且低温处理下SOD的含量高于低温弱光处理，到处理第18天时，低温弱光和低温处理下辣椒叶片的SOD含量分别比对照降低了8.2 %和16.0 %。在不同处理下，辣椒叶片的Pro含量先升高后降低，从处理第6天开始，Pro含量迅速降低，且低温处理Pro的含量高于低温弱光处理，到处理第18天时，低温弱光和低温处理下辣椒叶片的Pro含量分别比对照降低了22.4 %和16.9 %。

3 讨 论

逆境胁迫下植物叶片叶绿素含量的高低不仅直接影响着植物的光合同化过程，而且也是衡量植物耐逆性的重要指标之一[8]。本研究表明，随着低温和低温弱光处理时间的延长，辣椒叶片叶绿素含量呈现明显下降趋势，且随着处理时间的延长，低温处理下叶绿素含量下降更明显。逆境胁迫导致植物光合速率降低的原因包括气孔和非气孔因素[9-11]，本文在低温弱光胁迫下，辣椒叶片净光合速率明显降低，辣椒叶片Pn和Tr下降，且低温弱光处理下降的更快，而Ci升高，表明辣椒幼苗叶片光合速率下降的原因主要是非气孔因素，如RuBP羧化受限制、无机磷限制、光化学机构受到破坏和光合产物运输减慢等原因减缓了整个光合作用途径的运行，从而阻碍了光能对CO2的利用，结果造成细胞间隙CO2积累[12-13]。这与低温弱光导致黄瓜和番茄等光合速率降低的研究结果相一致[2-3]。本研究Fo、Fm、Fv/Fm和qP在低温或低温弱光胁迫下都呈现下降趋势，且从低温处理第6天开始，下降速度加快，表明刚开始逆境时可能造成天线的热耗散增加且发生了部分光抑制，随着逆境处理时间的延长，Fv/Fm迅速下降，逆境可能使叶片部分光合机构遭受破坏，导致最大光化学效率下降，进一步使Pn下降，且使Pn不能恢复。

MDA是膜脂过氧化主要产物之一，是反映细胞膜伤害程度的重要指标。本研究中，低温或低温弱光胁迫前6 d均导致辣椒叶片中MDA含量的降低，SOD和Pro的含量都升高，表明刚开始遭遇逆境胁迫时，辣椒叶片细胞中的各种保护机制迅速启动，如抗冷基因、抗冷信号途径启动或加强、活性氧清除的各种膜(如SOD)和参透调节物质(如Pro)含量增加，这些都有利于辣椒抵御各种逆境胁迫。当低温或低温弱光胁迫时间进一步延长时，MDA的含量迅速增加，SOD和Pro的含量都降低，可能由于辣椒细胞中的活性氧含量继续增加，已超过SOD等抗氧化酶的清除能力，导致膜脂过氧化(MDA含量的增加)，导致膜系统或其他细胞器官的损伤，最终导致辣椒的保护机制被严重破坏，而失去抵御逆境的能力。

4 结 论

综上所述，在低温或低温弱光处理后，辣椒叶片叶绿素含量降低，Pn和Tr下降，Ci浓度上升，引起Pn下降的原因是非气孔因素。Fo、Fm、Fv/Fm和qP都下降。随着低温或低温弱光胁迫时间的延长，MDA的含量先降低后升高，SOD和Pro的含量都先升高后降低。各项数据结果表明，低温弱光处理对辣椒幼苗的伤害程度大于低温对辣椒的伤害。

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(责任编辑 陈 虹)

Effects of Photosynthesis Characteristics and Physiological Characteristics of Pepper Seedlings under Low Temperature and Weak Light Stress

NIE Shu-ming, DU Zhong-ping, WANG Li-hui, XU Hai-qin

(Qinghai Key of Vegetable Genetics and Physiology of Research Institute of Horticulture, Qinghai Academy of Agriculture and Forestry, Qinghai Xiling 810016,China)

Taken pepper seedlings as tested materials, the effects of low temperature and weak light(16 ℃/4 ℃，100 μmol·m-2·s-1) and low temperature (16 ℃/4 ℃，300 μmol·m-2·s-1) stress on the chlorophyll content，gas exchange parameters，chlorophyll fluorescence parameters and physiological characteristics of pepper seedlings leaves were studied．The results showed that total chlorophyll (Chl T) content, photosynthetic rate(Pn), transpiration rate(Tr), initial fluorescence(Fo), maximum fluorescence (Fm), the maximum photochemical efficiency (Fv/Fm) and photochemical quenching coefficient(qP) of pepper seedling leaves were declined，but intercellular CO2concentration(Ci) was increased under low temperature and weak light or low temperature stress．With the extension of processing time, the reduction of various indexs of low temperature and weak light were more serious than that of low temperature stress. Under different treatments, the MDA contents of pepper leaves were decreased firstly and then increased, MDA contents under low temperature and weak light were higher than that under low temperature stress, and SOD and Pro contents of leaves pepper were firstly increased and then decreased. Comprehensive analysis showed that the damage of pepper seedling by low temperature and weak light treatment were more serious than that by low temperature treatment.

Low temperature and weak light；Pepper；Photosynthesis characteristics；Physiological characteristics

1001-4829(2016)10-2319-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.10.012

2015-09-10

青海大学中青年科研基金项目“低温弱光胁迫对辣椒光合荧光特性及生理特性的影响研究”(2013-QNY-7)

聂书明(1981-)，男，甘肃两当人，副研究员，硕士，主要从事蔬菜生理与栽培工作，E-mail：nieshuming@163.com。

S63

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