14种辣椒对高温胁迫的生理响应及抗热性评价

胡能兵，庞丹丹，隋益虎，舒英杰，何克勤，朱小妹

(安徽科技学院 农学院，安徽 凤阳 233100)

辣椒(CapsicumannuumL.)是茄科多年生的蔬菜作物，原产中南美洲，现已成为一种世界的蔬菜。当前，我国的种植面积居世界第一，尤其在四川、重庆、湖南、江西、安徽等长江中下游地区广泛种植和消费[1-2]。辣椒喜温不耐热，超过35 ℃的高温往往会对其生长造成不可逆的生理性伤害[3-4]。以中国内陆为例，炎夏高温往往具有作用时间长、影响范围广、持续性强等特点，会严重影响全国绝大部分地区的蔬菜生产和供应[5]。上述高温胁迫问题可通过选育抗(耐)高温新品种、优化栽培措施(如覆盖遮阳网、合理疏植、勤浇水)等方式予以部分或全部解决。

目前，关于不同胁迫对植物叶绿素荧光参数的影响，前人已有些研究[6-9]。作为一种探测和分析植物光合效率的新技术，叶绿素荧光技术为研究PSⅡ及光合电子传递提供了可靠的信息依据，是研究植物逆境胁迫的理想探针[10]。为此，在前人的研究基础上，本实验拟通过设定38 ℃的高温胁迫，采用热害指标直接观察法和荧光参数分析法等两种不同的胁迫考察方式，以期综合选育出抗(耐)高温新品种。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试材料由安徽科技学院辣椒课题组选育，具体见表1。用于模拟高温逆境的仪器为广东韶关市科力实验仪器有限公司的PYX-250G-A光照培养箱。

1.2 实验方法

实验于2016年4月在安徽科技学院遗传育种实验室内进行。待辣椒进入生殖生长期，取主茎分支处叶片用于实验。首先准备42个培养瓶，装满清水，选择每个组合共随机选取21个生长健壮的叶片，重复3次。称重后均匀地分插在3个瓶中。置于光周期12 h、38 ℃高温条件下进行处理。高温处理后，每24 h观察一次并统计结果。在鉴定期间，每天检查培养瓶中水位并及时补加清水，每次观察后将培养箱中上下实验材料颠换一次，尽量减少误差。

1.3 数据测定

1.3.1 热害指数的测定

实验借鉴了辣椒离体叶片耐热性鉴定体系[11]，将热害指数分为6个等级，分级标准如下：0级—全叶青绿，无热害症状；1级—叶片失水，轻度萎蔫；3级—叶片轻度失绿，轻度萎蔫；5级—叶片总体偏黄，萎蔫，叶尖部分坏死；7级—全叶偏黄，叶尖坏死，叶缘翻卷；9级—全叶发黄，叶尖叶缘坏死焦枯，叶缘翻卷。

1.3.2 热害指数和失水率的计算方法

热害指数和失水率的计算方法见文献[11-12]。

1.3.3 叶绿素荧光参数测定

采用Yaxin-1161G叶绿素荧光仪测定叶绿素荧光参数，测定前先用叶夹使叶片暗适应30 min，接着按顺序分别取下带有夹子的待测叶片，将其进行叶绿素荧光参数分析。每个处理测定3个叶片，3次重复。测定完毕进行标记，下一次测量仍然选择同一个叶片。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2003和DPS 7.05统计软件进行相关数据的统计和分析，方差分析时用于多重比较的方法为Duncan新复极差法。

2 结果与分析

2.1 高温胁迫对辣椒热害指数的影响

由表2可知，在较短高温处理时间下(24 h)，材料11的热害指数最高，为38.1%；而同期的材料6、2仅为4.23%，为前者的1/9；且材料11与其他12份辣椒杂交组合的热害指数差异都达到显著水平，与材料13、10的差异未达到极显著水平。随着高温处理时间的延长，不同辣椒材料的热害指数分别为7.94%～39.68% (48 h)、34.39%～77.78% (72 h)、42.39%～78.31% (96 h)，品种间的差异倍数随之减小。在处理96 h，材料10、11、12之间并无显著或极显著差异，仅与材料6、1、7、2的差异达到极显著水平。

表1 不同辣椒材料

表2 高温不同时间处理对辣椒热害指数的影响

2.2高温胁迫对辣椒失水率的影响

失水率是另一个直观反映高温胁迫对植物伤害的影响因素，失水率的高低表明不同材料的辣椒种质应对高温胁迫和保持水分的能力。由表3可知，失水率高的材料分别为品种10、11、12、13，而失水率低的材料为品种1、2等。方差分析结果表明，品种10、11、12、13与品种1、2在高温处理24 h差异达到显著水平，但该4种材料之间无显著性差异；高温处理96 h，品种8、10、11与品种1、2、7差异达到显著水平，而品种8与品种1、2、7的差异达到极显著水平。

表3 高温不同时间处理对辣椒失水率的影响

2.3 利用热害指标的辣椒组合综合评分

为充分了解14种辣椒对高温的持续抵抗能力，本实验选取最后两个时间段进行综合评分。由于热害指数和失水率的数值越高，材料对高温的抵抗能力越差，因而其隶属度越小，其中热害指标数值最小的隶属度为1，数值最大的隶属度为0。采用模糊综合评判法计算上述2个指标的隶属函数值；在权重赋值上，热害指数更直观地反映了辣椒材料受伤害程度，这种伤害在短时间内可能无法通过复水予以恢复，而失水率仅表现为叶片质量的减轻，无法确定叶片受伤害的程度，因而将热害指数权重确定为0.3，失水率权重设定为0.2。由表4可知，品种2的综合评分最高，在2个不同时间段的4次评分指标中，有2次的隶属度为1，还有1次是0.99；接下来依次是品种7、1、6；而不耐高温的分别是品种10、11和13、12。

2.4 高温胁迫对辣椒叶绿素荧光参数Fo的影响

由表5可知，随着处理时间的延长，14种辣椒材料的Fo变化趋势分为三类，具体为：11份辣椒材料随着处理时间的延长呈缓慢上升的趋势，说明高温胁迫会导致PSⅡ反应中心被持续破坏；而材料2、9则表现为先升后降再升的趋势，其中在24～48 h，Fo急速上升，而在48～72 h则急速下降，表明尽管高温胁迫会短时间内破坏PSⅡ反应中心，但通过天线色素热耗能的增加，其Fo会降低，使其逐步适应高温胁迫。

2.5 高温胁迫对辣椒叶绿素荧光参数Fv/Fm的影响

在植物正常生理条件下，其潜在的PSⅡ光化学效率Fv/Fm变化很小，而逆境条件下该参数则会明显降低。由表6可知，14份辣椒材料随着胁迫时间的增加，呈现缓慢下降的趋势。当高温处理24 h，只有品种3、4间的Fv/Fm表现为显著性差异，但未达到极显著水平；而当处理时间达到96 h，品种6与品种4、10之间差异达到显著性水平，与品种11、8的Fv/Fm差异达到极显著水平。为了更好地区分不同辣椒的耐热性能，实验比较了24～96 h植物Fv/Fm的下降幅度，其中，6号材料在高温胁迫4 d后的降幅最低，仅为6.92%，其次为2号、13号和1号材料。位居后4位的不耐高温材料分别为11、5、10和8。上述结论说明，本实验的高温逆境胁迫下，植物的PSⅡ反应中心被持续破坏，从而导致其潜在的PSⅡ光化学效率降低。随着处理时间的延长，不同辣椒种质对高温胁迫的响应存在差异，表现为各种质的Fv/Fm之间的差异更为显著，这也为利用该参数对耐热辣椒种质的筛选提供了条件。

表4 高温胁迫下不同辣椒的综合评分

表5 高温不同时间处理对辣椒Fo的影响

表6 高温不同时间处理对辣椒Fv/Fm的影响

3 讨论

3.1 高温胁迫对辣椒热害指标的影响

辣椒是喜温不耐热的蔬菜作物，研究表明，辣椒适宜的温度范围是白天25 ℃、夜间18 ℃左右[13]。而超过35 ℃的高温会导致辣椒生长发育出现一系列的障碍，如植株形态矮小，叶片颜色变淡，畸形花和畸形果、病果等增多的现象[14]。潘宝贵等[15]研究表明，40 ℃的高温胁迫处理12 h对所有品种净光合速率(Pn)均产生明显的抑制，而耐热品种叶绿素总量变化幅度小于热敏品种；韩笑冰等[16]则从辣椒花粉发育及生活力方面阐述了热胁迫的影响，表明高温胁迫下花粉、花药发育过程出现异常，花粉萌发率下降，花粉管伸长停滞。

随着全球化的“温室效应”越发地严重，除了可以优化栽培措施外，选育耐热新品种是防治或减轻高温胁迫的有效途径。本实验以14个辣椒杂交组合进行热害指标的筛选，分别采用72和96 h的热害指数和失水率为参考指标，通过运用隶属度分析的方法得出1、2、6、7是较优的组合。

值得一提的是，之前多位研究者在运用隶属度或隶属函数对作物进行综合评价时，只是将不同评价指标处理后的隶属度进行了简单的相加，从而得出该作物的排名[17-18]。然而，笔者对上述排名方法提出异议。由于育种目标的不同(产量、品质或者抗逆性等)，各入选的指标参数应赋予不同的权重，从而不同指标的隶属度与权重乘积相加，才是其应得的分数和排名。本例中，通过伤害等级计算的热害指数为最直接明了的一项影响因素，故赋予权重为0.3，在抗高温育种中要高于权重为0.2的失水率指标。

3.2 高温胁迫对辣椒叶片叶绿素荧光参数的影响

叶绿体对光能的吸收主要有3个用途：光合作用、热耗散的形式流失和以叶绿素荧光的形式重新发射出来。由于PSⅡ对于环境因素变化的敏感性，叶绿素荧光动力学技术被广泛应用于植物对环境胁迫的响应[19]。本实验通过测定高温胁迫下，辣椒叶片叶绿素荧光参数的变化，力图寻找判断辣椒种质的抗(耐)高温性能的更为经济方便的方法。在上述叶绿素荧光参数中，初始荧光(Fo)是指不参与PSⅡ反应中心光化学反应的光能辐射部分，Fo的增加表明PSⅡ反应中心受到破坏或者可逆性失活[20]；而PSⅡ原初光能转化效率(Fv/Fm)则反映了PSⅡ反应中心内光能转换效率的高低，代表光合机构把吸收的光能用于化学反应的最大效率[21]。

诸多研究表明，高温胁迫会对植物的叶绿素荧光参数产生影响，会使初始荧光参数Fo上升，但种质类型不同、胁迫时间不同会有不同的结果，而对Fv/Fm影响的报道较为一致，即胁迫会使荧光参数Fv/Fm下降。为更好地对辣椒的耐热性进行比较，本实验以24和96 h之间的Fv/Fm下降幅度作为标准进行排名，得出最优的杂交组合为6、2、13、1。

高温处理会显著提高辣椒的热害指数和失水率，这两个热害指标会随着高温处理时间的增加而增加，对其隶属度分析表明耐高温的杂交组合依次为：1、2、6和7；高温对不同辣椒的Fo影响不一致，而对Fv/Fm的影响表现为随着时间的延长都会降低，通过Fv/Fm分析得出的耐高温辣椒杂交组合依次为：6、2、13、1。此外，通过热害指标和荧光参数Fv/Fm分析得出的不耐高温的组合分别为：11、12、13、14和8、10、5、11。上述两种评定方法中，排列前4位的共同杂交组合是3个，相同的比例达到75%，一方面说明入选的杂交组合2、6、1可作为耐高温组合进行育种研究，另一方面则表明两种方法具有较为密切的相关性和准确预测程度，任何一种都可用于抗高温育种的实际应用。