外源NO对低温胁迫下辣椒幼苗生长和生理特性的影响

陶天龙，商 桑， 朱白婢，田丽波*，林师森

(1.海南大学园艺园林学院/热带作物种质资源保护与开发利用教育部重点实验室，海南 海口 570228；2.海南省农业科学院蔬菜研究所，海南 海口 571100)



外源NO对低温胁迫下辣椒幼苗生长和生理特性的影响

陶天龙1，商 桑1， 朱白婢2，田丽波1*，林师森1

(1.海南大学园艺园林学院/热带作物种质资源保护与开发利用教育部重点实验室，海南 海口 570228；2.海南省农业科学院蔬菜研究所，海南 海口 571100)

以辣椒幼苗作为试验材料，研究不同浓度的外源NO供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP) 对低温胁迫(10 ℃)下辣椒幼苗的生长和生理特性的影响。结果表明：0.5～0.7 mmol/L SNP处理的辣椒幼苗的株高、茎粗、鲜重、干重、蛋白质含量、可溶性糖含量、叶绿素含量等明显增加，POD活性和根系活力提高，MDA含量和脯氨酸含量明显下降。说明在低温胁迫下通过施用外源NO供体硝普钠(SNP)可以提高渗透调节物质和叶绿素含量，降低细胞膜伤害，提高防御酶活性，改善根系活力，从而降低了低温胁迫对辣椒幼苗的伤害，促进了辣椒幼苗的生长。

外源NO；低温胁迫；辣椒；形态指标；生理特性

低温是一种普遍存在的逆境因子，其导致植物的株高、茎粗、根鲜重、根干重、根冠比生长指数等生长指标降低[1]，以及植物的膜脂过氧化程度加重[2-3]，光合速率降低等一系列生理生化反应[4-5]，严重影响植物的正常生长。

辣椒(CapsicumannuumL.)属茄科辣椒属，原产于中南美洲热带地区，喜温类蔬菜。其生长最适生长温度为24～28，5～10 ℃时生长迟缓，5 ℃时完全停止生长[6]，是冬春设施栽培的主要作物[7]，但因经常遭受低温冷害的影响，造成大量的减产。

一氧化氮(Nitric oxide，NO)是一种存在于植物组织中，参与植物体内多种生理生化反应[8-9]，能诱导相关防御基因的表达的氧化还原信号分子。前人研究发现，外源一氧化氮(SNP)在提高老化种子活力[10-11]，参与环境胁迫应答，缓解盐胁迫、低温胁迫、酸雨胁迫、重金属胁迫和高温胁迫方面有着重要的作用[12-17]。吴锦程等发现外源NO能够通过调节相关酶的活性来提高枇杷叶片的抗氧化活性，缓解低温损伤[18]；杨美森等发现外源NO能够通过促进抗氧化酶活性和抗氧化剂含量的提高，降低H2O2和MDA的积累，减轻棉花光系统Ⅱ的受到的伤害，增强棉花的抗冷性[19]；肖春燕等发现低温下外源NO能够通过调节某些酶活性、相关物质的含量以及相关基因的表达来缓解低温对黄瓜幼苗的氧化伤害[20]，但NO在解决辣椒因低温胁迫而造成生长不良方面还鲜有研究。本研究通过在低温胁迫下给辣椒幼苗根际施加外源NO，研究不同浓度的外源NO对辣椒幼苗的生长和生理特性的影响，为辣椒生长期遭遇低温环境时采取的防御措施提供理论依据和技术支持，对提高辣椒的生产以及抗逆性具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试辣椒(CapsicumannuumL.) 品种为‘大韩1号’，购于儋州市红旗种子市场。外源NO供体硝普钠(SNP)由上海化工公司提供。

1.2 试验方法

1.2.1 试验处理 选取籽粒饱满，整齐健康的辣椒种子，经55 ℃温汤消毒15 min，恒温培养箱(25 ℃)中催芽，待种子60 %发芽后选取芽长势一致的播种于50孔穴盘中，放置于园艺园林学院实验教学基地大棚中培养。待幼苗4叶1心时进行SNP处理。试验分为5个处理。处理1(对照)：0 mmol/L SNP；处理2：0.2 mmol/L SNP；处理3：0.5 mmol/L SNP；处理4：0.7 mmol/L SNP；处理5：1.0 mmol/L SNP。每个处理20株，重复3次。分别用不同浓度的SNP溶液进行根际处理，对照只浇蒸馏水，低温胁迫10 d后，取出幼苗测定各种生理生态指标。

1.2.2 测定方法 取完整植株, 用去清水快速冲洗掉培养基质和杂质。每一重复取10株分别测定各种形态指标。用钢直尺直接测量幼苗株高(从生长点到根茎结合处)；茎粗采用五十分度格游标卡尺测量茎粗(根茎结合处)；用电子天平称量鲜重；将鲜样置于105 ℃烘箱中杀青10 min，再在80 ℃下烘干24 h至恒重，用万分之一的电子天平称量干重；含水量=(鲜重-干重)/鲜重；壮苗指数=(茎粗 /株高 + 根干重 /地上部干重)×全株干重。

采用丙酮乙醇混合液法[14]叶绿素含量；TTC(红四氮唑)法测定辣椒根系活力[15]；采用酸性水合茚三酮法[16]；采用考马斯亮蓝法[17]测定蛋白质含量。参考张志良的硫代巴比妥酸比色法[5]测定MDA含量；参考张志良的硫代巴比妥酸比色法[5]测定可溶性糖含量；参考高凤俊的愈创木酚法[6]测定POD活性。

1.3 数据分析方法

使用 Microsoft Excel 2013 进行数据统计与分析；使用Dps7.05软件进行方差分析，采用邓肯新复极差法，大小写英文字母分别表示极显著和显著水平。

2 结果与分析

2.1 外源NO对辣椒幼苗生长的影响

由表1可知，与对照组相比，0.2～0.7 mmol/L处理提高了除含水量和壮苗指数外的所有指标，株高、鲜重和地上部干重均达到显著水平；1.0 mmol/L处理只提高了株高，其他指标均降低；0.5～0.7 mmol/L处理下所有的指标均提高，其中株高、茎粗、鲜重、干重、地上部干重与对照组比较差异达到显著水平，含水量和壮苗指数达到极显著水平；此外，0.5 mmol/L处理较0.7 mmol/L处理的含水量高，壮苗指数无显著差异。

综上所述，不同浓度的SNP对低温胁迫下辣椒幼苗的形态生长影响不同，但以0.5 和0.7 mmol/L处理SNP处理可显著缓解低温胁迫对辣椒幼苗的生长抑制。

表1 外源NO对低温胁迫下辣椒幼苗生长的影响

注：采用Duncan新复极差法进行差异显著性多重比较，小写和大写英文字母分别表示材料间在0.05和0.01水平存在显著性差异。下同。 Note:Multiple comparisons using Duncan’s new multiple range method, lowercase and capital letters means significantly different among materials at 0.05 and 0.01 levels, respectively. The same as below.

图1 外源 NO 对低温胁迫辣椒幼苗MDA含量的影响Fig.1 Effect of exogenous NO on MDA content in pepper seedlings under low temperature stress

2.2 外源 NO 对低温胁迫下辣椒幼苗生理特性的影响

2.2.1 外源 NO 对低温胁迫下辣椒幼苗丙二醛含量的影响 由图1可知，低温胁迫下施用不同浓度的SNP对辣椒幼苗MDA含量的影响不同。SNP处理后的MDA含量均比对照组低，且都达到了显著水平。此外0.5 和0.7 mmol/L处理的MDA含量最低，分别为0.061和0.059 mmol/L，且二者之间无显著性差异。

2.2.2 外源 NO 对低温胁迫下辣椒幼苗可溶性糖含量的影响 由图2可知，施用SNP可以提高低温胁迫下辣椒幼苗可溶性糖的含量，4个处理后的可溶性糖含量分别比对照组提高了32.5 %、38.6 %、76.5 %、8.3 %，并且其含量都与对照组具有显著性差异。由此可知，0.7 mmol/LSNP处理对低温胁迫下辣椒幼苗的可溶性含量影响最佳，且过高浓度的SNP处理可能会抑制可溶性糖的产生。

2.2.3 外源 NO 对低温胁迫下辣椒幼苗叶绿素含量的影响 由图3可知，施用SNP可以提高低温胁迫下辣椒幼苗叶片叶绿素的含量，4个处理后的叶片叶绿素含量分别比对照组提高了25.2 %、57.0 %、48.7 %、25.25，并且其含量都与对照差异达到了显著水平。由此可知，0.5 mmol/L SNP处理对低温胁迫下辣椒幼苗叶片内的叶绿素含量影响最佳，且过高浓度的SNP处理可能会抑制叶片叶绿素的产生。

图2 外源 NO 对低温胁迫辣椒幼苗可溶性糖含量的影响Fig.2 Effect of exogenous NO on soluble sugar content of pepper seedlings under low temperature stress

图3 外源 NO 对低温胁迫辣椒幼苗叶片叶绿素含量的影响Fig.3 Effect of exogenous NO on chlorophyll content in leaves of pepper seedlings under low temperature stress

2.2.4 外源 NO 对低温胁迫下辣椒幼苗根系活力的影响 由图4可知，施用SNP可以提高低温胁迫下辣椒幼苗的根系活力，4个处理后的辣椒幼苗根系活力分别比对照组提高了6.3 %、50 %、187.5 %、43.8 %，并且其含量都与对照差异达到了显著水平。由此可知，0.7 mmol/LSNP处理对低温胁迫下辣椒幼苗的根系活力影响最佳，且过低过高高浓度的SNP处理可能会抑制辣椒幼苗的根系活力。

2.2.5 外源 NO 对低温胁迫下辣椒幼苗脯氨酸含量的影响 由图5可知，施用SNP可以提高低温胁迫下辣椒幼苗体内的脯氨酸的含量，4个处理后的辣椒幼苗体内的脯氨酸含量分别比对照组提高了325 %、450 %、700 %、300 %，并且其含量都与对照差异达到了显著水平。由此可知，0.7 mmol/LSNP处理对低温胁迫下辣椒幼苗体内的脯氨酸含量影响最佳，且过低过高浓度的SNP处理对辣椒幼苗体内的脯氨酸含量的增加不利。

图4 外源 NO 对低温胁迫下辣椒幼苗根系活力的影响Fig.4 Effect of exogenous NO on root activity of pepper seedlings under low temperature stress

图5 外源 NO 对低温胁迫下辣椒幼苗体内的脯氨酸含量的影响Fig.5 Effect of exogenous NO on proline content in pepper seedlings under low temperature stress

图6 外源 NO 对低温胁迫下辣椒幼苗体内蛋白质含量的影响Fig.6 Effect of exogenous NO on the protein content of pepper seedlings under low temperature stress

2.2.6 外源 NO 对低温胁迫下辣椒幼苗蛋白质含量的影响 由图6可知，施用SNP可以提高低温胁迫下辣椒幼苗体内的蛋白质含量，4个处理后的辣椒幼苗体内的蛋白质含量分别比对照组提高了51.8 %、54.1 %、54.2 %、42.6 %，并且其含量都与对照差异达到了显著水平。由此可知，0.5和0.7 mmol/LSNP处理对低温胁迫下辣椒幼苗体内的蛋白质含量影响最佳。

2.2.7 外源 NO 对低温胁迫下辣椒幼苗POD活性的影响 由图7可知，施用SNP可以提高低温胁迫下辣椒幼苗的POD活性，4个处理后的辣椒幼苗的POD活性分别比对照组提高了56.5 %、95.9 %、86.6 %、38.7 %，并且其含量都与对照差异达到了显著水平。由此可知，0.5 和0.7 mmol/LSNP处理对低温胁迫下辣椒幼苗的POD活性影响最佳，且过高浓度的SNP处理可能会抑制辣椒幼苗POD活性。

3 讨 论

温度是影响植物幼苗生长发育的关键因素。许多研究表明低温会阻碍植物幼苗的生长。邹志荣等研究表明低温胁迫下辣椒幼苗叶绿素含量降低，可溶性糖含量和脯氨酸含量增加，过氧化物酶(POD)活性降低[3, 21]；余继华等研究表明低温弱光条件下下辣椒幼苗的茎粗，根鲜重，根干重等生长指标都降低[1]。而NO作为一种植物生长调节的信号分子在提高植物的抗寒性方面越来越受到人们的关注。

3.1 外源NO对低温胁迫下辣椒幼苗生长指标的影响

通过观察植物的生长指标，能够有效地判断低温胁迫下以及在这种胁迫下施加外源NO的辣椒幼苗的生长状况。樊怀福等研究发现低温胁迫下在黄瓜幼苗叶面喷施外源NO供体SNP能够显著缓解低温胁迫对幼苗生长的抑制作用，提高植物鲜重，干重等，且以0.1 mmol/LSNP效果最好[22]。在本实验中，在低温下施加SNP显著提高了辣椒幼苗的茎粗，株高，鲜重，干重等，且以0.5和0.7 mmol/L浓度效果最好。通过本实验和樊怀福的研究成果比较表明，外源NO能够有效缓解低温对植物幼苗生长的抑制作用，但不同的植物物种所适用的浓度范围可能有差异。

图7 外源 NO 对低温胁迫下辣椒幼苗POD活性的影响Fig.7 Effect of exogenous NO on peroxidase activity of pepper seedlings under low temperature stress

3.2 外源NO对低温胁迫下辣椒幼苗脯氨酸含量，可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响

脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白是重要的渗透调节物质，其通过调节渗透浓度，促进蛋白质的形成，提高植物的抗寒性[23]。杨美森等发现，低温胁迫下采用0.1 mmol/L的SNP处理的棉花幼苗叶片中的脯氨酸含量和可溶性蛋白含量明显高于对照组，缓解了低温带来的伤害[19]；莫亿伟等发现利用0.04 mmol/L的SNP喷施柱花草植株，也可以明显提高植株叶片的脯氨酸含量和可溶性糖含量，提高植物对低温的抗性[24]。在本实验中，在低温胁迫下SNP处理组的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量明显比对照组高，且0.5和0.7 mmol/L提高的最多。说明低温下施加适宜浓度的SNP能够有效提高植物体内的渗透调节物质，提高植物的抗寒性，且不同植株所适用的浓度范围不同。

3.3 外源NO对低温胁迫下辣椒幼苗叶片叶绿素的影响

叶绿素是一类与光合作用有关的起着吸收、传递和光能转化作用的重要色素。在低温胁迫下，植物叶片中的叶绿素含量明显下降，可能是因为低温降低了在叶绿素生物合成过程中起催化作用的酶的活性，使得光合作用效率降低。樊怀福等发现黄瓜幼苗喷施0.1 mmol/L的SNP能够有效提高叶片的叶绿素含量和光合速率[22]，这与本实验的实验结果一致，可能是由于低温环境造成叶片内叶绿素结构破坏，叶绿素含量减少，而NO能够促进叶绿素的合成，提高叶绿素含量，提高植株的抗冷能力。

3.4 外源NO对低温胁迫下辣椒幼苗丙二醛含量的影响

丙二醛(MDA)是膜脂过氧化作用的主要产之一，对质膜有一定的毒害作用，其含量与植物抗寒性呈负相关[25]。吴锦程等研究表明外源NO(SNP)处理能够明显降低低温胁迫下枇杷幼果细胞内MDA含量，缓解低温环境对枇杷幼果的膜质过氧化的损伤，这与本实验的实验结果一致。

3.5 外源NO对低温胁迫下辣椒幼苗POD活性的影响

低温胁迫下会促进植物体内活性氧的产生，活性氧过度积累会损伤细胞膜系统，而过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等一些酶类协调配合可以清除过剩的活性氧自由基，提高植物的抗寒性[26-27]。本研究发现，在低温胁迫下SNP处理组的PDD活性明显比对照组高，且0.5 和0.7 mmol/L处理的POD活性最高。

综上所述，在低温胁迫下，适宜浓度的外源NO可以显著增加辣椒幼苗的株高、茎粗、鲜重、干重等形态指标，使可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等渗透调节物质含量增加，叶绿素含量增加，丙二醛和脯氨酸含量下降，POD活性和根系活力提高，说明外源NO能够缓解低温胁迫对辣椒幼苗造成的伤害，提高辣椒幼苗的抗寒性。

[1]郁继华，张国斌. 低温弱光对辣椒幼苗生长指标的影响[A]. 中国园艺学会第七届青年学术讨论会[C]. 中国山东:2006.5.

[2]马德华，卢育华，庞金安. 低温对黄瓜幼苗膜脂过氧化的影响[J]. 园艺学报, 1998(1):62-65.

[3]邹志荣，陆帼一. 低温对辣椒幼苗膜脂过氧化和保护酶系统变化的影响[J]. 西北农业学报, 1994(3):51-56.

[4]张志刚，尚庆茂. 低温、弱光及盐胁迫下辣椒叶片的光合特性[J]. 中国农业科学, 2010(1):128-136.

[5]Chong X U, Wang P W, Hou L G, et al. Effects of Low Temperature Stress during Booting Stage on Yield and Photosynthetic Characteristics of Cultivated Rice in Northeast of China[J]. Journal of Jilin Agricultural Sciences, 2015.

[6]熊先军，刘明月. 辣椒抗寒性生理生化研究进展[J]. 辣椒杂志, 2003(2):9-12.

[7]戴雄泽，刘志敏. 初论我国辣椒产业的现状及发展趋势[J]. 辣椒杂志, 2005(4):4-9.

[8]于秀针，张彩虹，姜鲁艳，等. 外源NO对低温胁迫下番茄种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 北方园艺, 2014(22):5-8.

[9]Chen Y P, Wang X M, Yang Z J, et al. Effects of Nitric Oxide on Seed Germination and Physiological Reaction of Maize Seedlings Under Low Temperature Stress[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2012(5):672-677.

[10]何毓琦，汪晓峰. 一氧化氮对家榆种子老化的影响及其作用机制研究[J]. 西北植物学报, 2015(4):766-772.

[11]王凤华，陈双臣，李春花，等. 外源一氧化氮供体对NaCl胁迫下甘蓝种子萌发的影响[J]. 种子, 2010(2):13-16.

[12]张黛静，姜丽娜，邵 云，等. NO在小麦生长发育与环境胁迫响应中的作用研究进展[J]. 麦类作物学报, 2009(2):356-360.

[13]徐洪雷. 一氧化氮对黄瓜盐胁迫及低温胁迫缓解作用的研究[D]. 东北农业大学, 2006.

[14]刘建福，王明元，杨 晨，等. 外源NO对酸雨胁迫下龙眼幼苗生理特性的影响[J]. 应用生态学报, 2013(8):151-156.

[15]叶丽萍，钟凤林，沈 立，等. 外源NO对重金属胁迫下植物光合作用的缓解效应研究进展[J]. 中国园艺文摘, 2015(3):1-4.

[16]刘招龙，郭团玉，孙益林. 外源一氧化氮供体对高温胁迫下梨叶片膜脂过氧化的影响[J]. 中国农学通报, 2006(11):189-191.

[17]Honglei X U, Guangjian Y U. Alleviating effect of nitric oxide on cucumber seedling against low temperature stress[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2007, 38(5):606-608.

[18]吴锦程，陈建琴，梁 杰，等. 外源一氧化氮对低温胁迫下枇杷叶片AsA-GSH循环的影响[J]. 应用生态学报, 2009(6):135-140.

[19]杨美森，王雅芳，干秀霞，等. 外源一氧化氮对冷害胁迫下棉花幼苗生长、抗氧化系统和光合特性的影响[J]. 中国农业科学, 2012(15):3058-3067.

[20]肖春燕. 低温胁迫下NO调控黄瓜幼苗光合碳同化机理研究[D]. 石河子大学, 2014.

[21]王 慧，周小梅. 低温胁迫对辣椒相关生理生化指标的影响[J]. 山西农业科学, 2015(2):152-154.

[22]樊怀福，杜长霞，朱祝军. 外源NO对低温胁迫下黄瓜幼苗生长、叶片膜脂过氧化和光合作用的影响[J]. 浙江农业学报, 2011(3):538-542.

[23]董绪兵，毕焕改，刘业霞，等. 黄瓜幼苗干旱-低温交叉适应与渗透调节的关系[J]. 中国农业科学, 2011(2):335-340.

[24]莫亿伟，钱善勤，陈泰林. 水杨酸和硝普钠处理增强柱花草抗寒性[J]. 草业科学, 2010(11):81-85.

[25]高京草，王慧霞，李西选. 可溶性蛋白、丙二醛含量与枣树枝条抗寒性的关系研究[J]. 北方园艺, 2010(23):18-20.

[26]赵俊杰，荆树科，欧行奇，等. 低温处理对不同品种小麦叶POD活性的影响[J]. 安徽农业科学, 2010, 38:19-28.

[27]梁艳荣，胡晓红，张颍力，等. 植物过氧化物酶生理功能研究进展[J]. 内蒙古农业大学学报：自然科学版, 2003,24:110-113.

(责任编辑 陈 虹)

Effects of Exogenous NO on Growth and Physiological Characteristics of Pepper Seedlings under Low Temperature Stress

TAO Tian-long1, SHANG Sang1, ZHU Bai-bi2, TIAN Li-bo1*, LIN Shi-sen1

(1.Key Laboratory of Protection and Developmental Utilization of Tropical Crop Germplasm Resources/Hainan University, Hainan Haikou 570228, China; 2.Vegetable Research Institute of Hainan Academy of Agricultural Sciences, Hainan Haikou 571100, China)

Taken pepper seedlings as experimental materials, the effects of different concentrations of exogenous NO donor sodium nitroprusside (SNP) on the growth and physiological characteristics of pepper seedlings under low temperature stress(10 ℃) were studied. The results showed that the plant height, stem diameter, fresh weight, dry weight, protein content, soluble sugar and chlorophyll of pepper seedlings increased significantly, the activity of their POD and roots increased, but MDA content and proline decreased significantly with the treatment of 0.5-0.7 mmol/L SNP. The result indicated that the exogenous NO donor sodium nitroprusside (SNP) could improve the osmotic regulation substances and chlorophyll content, reduce the damage of cell membrane, increase the activity of defense enzymes and improve the root activity under low temperature stress, which reduced the harm of pepper seedlings under low temperature stress and promote the growth of pepper seedlings.

Exogenous NO; Low temperature stress; Pepper; Morphological index; Physiological index

1001-4829(2016)11-2573-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.11.011

2015-11-20

海南省自然科学基金项目(311029)；国家自然科学基金项目(31460517)；国家科技支撑计划项目子课题“南方蔬菜优质高效生产关键技术研究与示范”(2014BAD05B04)；海南大学中西部计划学科建设项目(ZXBJH-XK008)

陶天龙(1992-)，男，甘肃泾川人，学士，主要从事蔬菜遗传育种研究，E-mail：t374470211@qq.com，*为通讯作者：田丽波，副教授，主要从事设施蔬菜遗传育种研究，E-mail：faiy7play@163.com。

S641.3

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