根区温度对成株期辣椒生理特性的影响

2019-02-21包秀霞刘湘萍杨志刚王葆生崔世茂

北方农业学报 2019年6期

廉勇，包秀霞，刘湘萍，王永，杨志刚，王葆生，崔世茂，张明

（1.内蒙古自治区农牧业科学院蔬菜研究所，内蒙古呼和浩特 010031；2.呼和浩特民族学院化学与环境学院，内蒙古呼和浩特 010051；3.内蒙古农业大学园艺与植物保护学院，内蒙古呼和浩特 010019；4.巴林右旗农业技术推广站，内蒙古巴林右旗 025150）

辣椒是我国居民日常生活中经常食用的蔬菜品种，年种植面积为146.7万hm2左右，种植面积已上升至蔬菜作物的第2 位，随着设施农业产业的蓬勃发展，保护地辣椒的占比越来越大，其产量和经济效益更是居于蔬菜作物之首。根系是植物从土壤中吸收水分和养分的主要器官，根区温度影响着根系的诸多生理功能，在冬季生产中，根区温度相较于气温对植物根系的影响更大，是影响作物生产的重要因素之一。因此，开展根区温度对辣椒生理特性影响的研究具有非常重要的理论和现实意义。

1 材料和方法

1.1 材料

试验材料为辣椒品种长金、迅驰37-74和运驰37-82。

1.2 试验设计

试验于2013年9月中旬育苗，11月下旬定植于试验田。为了调控夜间根区温度，共设置了3个温度处理，分别为高温处理（20～22℃）、中温处理（16～18℃）、低温处理（11～16℃，为越冬栽培自然地温，CK），各处理重复3次。3个温度处理均采用起垄覆膜栽培方式，采用铺设地热线+温控器的方式调控地温，温度的动态变化见图1～6。处理时间为2014年1月1日—2月28日，每天15：00 至翌日10：00 调控地温，同时记录室内气温。本试验温度处理参照任志雨[1]的研究和预备试验[2]。

图1 辣椒成株期试验温度日动态变化（2014年1月1—10日平均值）

图2 辣椒成株期试验温度日动态变化（2014年1月11—20日平均值）

图3 辣椒成株期试验温度日动态变化（2014年1月21—31日平均值）

图5 辣椒成株期试验温度日动态变化（2014年2月11—20日平均值）

图6 辣椒成株期试验温度日动态变化（2014年2月21—28日平均值）

1.3 测定项目及方法

质膜透性用电导率（EC）和丙二醛（MDA）含量来表示。电导率采用电导率仪测定，丙二醛（MDA）采用TBA分光光度法测定。保护酶活性包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）。超氧化物歧化酶（SOD）采用羟胺法测定，过氧化物酶（POD）采用比色法测定，过氧化氢酶（CAT）采用可见分光光度法测定。渗透调节物质用脯氨酸（Pro）含量来表示，脯氨酸（Pro）采用酸性茚三酮法测定。

2014年1月10—12日取样。每个处理选取1株，剪取叶片称取0.5 g，加入0.1 mol/L 磷酸盐缓冲液，pH值7.0～7.4，冰水浴条件下制备10%的组织匀浆液，离心后取上清液。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、丙二醛（MDA）、过氧化氢酶（CAT）的测定选用南京建成生物工程研究所出品的试剂盒。

1.4 数据处理

用Excel 2010和SPSS 22.0软件进行数据整理及统计，并采用One-way Anova 单因素方差分析法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 根区温度对成株期辣椒质膜透性的影响

由表1可知，随着根区温度的提高，3个辣椒品种的电导率（EC）和丙二醛（MDA）含量均呈下降趋势。长金、迅驰37-74和运驰37-82 高温、中温处理较低温（CK）处理均不同程度的降低，地上部长金、迅驰37-74 电导率在高温、中温处理与低温（CK）处理间差异达显著水平（P＜0.05）；地下部长金、运驰37-82 电导率在高温、中温处理与低温（CK）处理达到极显著差异（P＜0.01）；地下部迅驰37-74 电导率在高温处理与中温、低温（CK）处理间差异极显著（P＜0.01）。地上部和地下部长金、迅驰37-74和运驰37-82 丙二醛（MDA）含量在高温、中温与低温（CK）处理间差异达到显著（P＜0.05）和极显著水平（P＜0.01）。

2.2 根区温度对成株期辣椒保护酶活性的影响

由表2可知，随着温度的增加，3个品种的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性增加。地上部长金和运驰37-82 超氧化物歧化酶（SOD）在不同处理间存在显著差异（P＜0.05）；迅驰37-74 超氧化物歧化酶（SOD）中温与高温、低温（CK）处理间存在显著差异（P＜0.05）。地下部迅驰37-74、运驰37-82 超氧化物歧化酶（SOD）在高温、中温与低温（CK）处理间存在极显著差异（P＜0.01）；长金超氧化物歧化酶（SOD）含量在高温、中温、低温（CK）处理间存在极显著差异（P＜0.01）。过氧化氢酶（CAT）含量地上部、地下部迅驰37-74、运驰37-82在高温、中温处理与低温（CK）处理间差异极显著（P＜0.01）；长金过氧化氢酶（CAT）含量地上部高温、中温、低温（CK）处理间差异极显著（P＜0.01），地下部高温与中温、低温（CK）处理间差异极显著（P＜0.01）。3个品种地上部和地下部过氧化物酶（POD）含量在3个处理间均存在极显著差异（P＜0.01）。在中温和高温条件下超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）含量基本上达到正常水平。

表1 不同根区温度处理成株期辣椒质膜透性

表2 不同根区温度处理成株期辣椒保护酶活性 U/mg

2.3 根区温度对成株期辣椒渗透调节物质的影响

由表3可知，总体上看，随着根区温度的下降，脯氨酸（Pro）含量逐渐提高。地上部3个品种脯氨酸含量各处理间无显著差异（P＞0.05）；地下部3个品种高温、中温处理与低温（CK）处理间差异极显著（P＜0.01），运驰37-82 高温、中温、低温（CK）处理间差异显著（P＜0.05）。

2.4 成株期辣椒地上部、地下部生理生化指标间的关系

由表4可知，地上部电导率（EC）与地下部电导率（EC）、丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）间呈正相关；地上部的丙二醛（MDA）与地下部电导率（EC）、丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）间呈正相关；地上部超氧化物歧化酶（SOD）与地下部超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）间呈正相关，其中与过氧化物酶（POD）极显著正相关（r=1.000）；地上部过氧化物酶（POD）与地下部超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）间呈正相关，其中与地下部过氧化物酶（POD）呈极显著正相关（r=1.000）；地上部过氧化氢酶（CAT）与地下部3种保护酶（SOD、POD、CAT）呈正相关；地上部脯氨酸（Pro）与地下部过氧化氢酶（CAT）呈正相关。

表3 不同根区温度处理成株期辣椒脯氨酸含量 μg/g

表4 成株期辣椒地上部、地下部生理生化指标间的相关性

3 讨论与结论

3.1 根区温度与活性氧代谢的关系

周峰[3]研究表明，大多数植物耐冷性的强弱与电导率呈负相关。因此，电解质外渗透率可作为抗冷性鉴定的生理指标。马德华等[4]研究发现，丙二醛含量与黄瓜各品种耐低温性呈显著负相关。本试验对不同根区温度下成株期辣椒活性氧代谢之间的关系进行了研究，发现伴随着根区温度的升高，丙二醛（MDA）和电导率（EC）值逐渐减小，中温、高温与低温处理间差异显著或极显著，表明中温处理（16～18℃）能保证辣椒越冬栽培。

3.2 根区温度与保护性酶的关系

许勇等[5]研究显示，野生材料和冷敏西瓜在低温条件下，幼苗叶片超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性降低，但仍保持一定活性。也有研究表明，持续低温条件能降低植物保护酶的活性[6-9]。本试验结果显示，随着根区温度的上升，3个品种的保护酶活性增加。高温、中温处理下3个供试品种地下部超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）极显著高于低温（CK）处理（P＜0.01）；过氧化氢酶（CAT）高温、中温处理迅驰37-74、运驰37-82 极显著高于低温（CK）处理（P＜0.01）；长金高温处理极显著高于中温、低温（CK）处理（P＜0.01）。高温、中温处理下地上部过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性极显著高于低温（CK）处理（P＜0.01）。这表明，中温及更高温度条件下，植株具备较强的活性氧清除能力。

3.3 根区温度与渗透调节物质的关系

侯锋等[10]研究表明，耐寒性强品种的脯氨酸（Pro）含量较高。脯氨酸（Pro）既能维持细胞的膨压，又能使细胞具有很高的水势[11-12]。脯氨酸（Pro）是植物从胁迫条件恢复正常过程中作为氮源、碳源及还原剂的有效物质[13-15]。本试验结果显示，地上部脯氨酸（Pro）在高温、中温、低温处理间含量差异不明显，而地下部低温处理脯氨酸（Pro）含量显著高于中温、高温处理。这说明，根部低温在延长条件下，根部细胞有了主动调节能力。