礦源黃腐酸對甜椒幼苗生長和耐熱性的影響

林梅桂

(福建農(nóng)林大學(xué)作物科學(xué)學(xué)院，福建福州350002)

地球表層存在著大量的腐植酸類物質(zhì)，其中，可溶于水和酸的黃腐酸(fulvic acid，F(xiàn)A)的應(yīng)用越來越廣，可應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和工業(yè)等多個領(lǐng)域，根據(jù)其來源分為生物黃腐酸和礦源黃腐酸(mineral fulvic acid，MFA).國內(nèi)外關(guān)于MFA在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用報道較多，如作為抗逆誘導(dǎo)劑、土壤改良修復(fù)劑［1］、農(nóng)藥降解劑［2］、天然有機(jī)肥料和肥料增效劑［3］等.研究表明:小麥越冬前適期噴施MFA可以提高葉片游離脯氨酸、可溶性糖和蔗糖的含量，降低細(xì)胞質(zhì)膜透性［4］;在低溫脅迫下，MFA可提高油菜幼苗超氧化物歧化酶、過氧化氫酶的活性和抗壞血酸含量，從而提高抗寒性，維護(hù)細(xì)胞的生理功能［5］.

甜椒(Capsicum frutescens L.var.grossum Bailey)具有豐富的營養(yǎng)，在我國蔬菜栽培上具有重要地位.甜椒原產(chǎn)于熱帶，屬于喜溫作物，大多數(shù)研究者偏重于甜椒抗寒性的研究［6－7］.但甜椒在生長發(fā)育的過程中，當(dāng)外界氣溫超過35℃時，其生育進(jìn)程就會受到影響.近年來，隨著氣候溫室效應(yīng)的加劇，高溫天氣日益增多，且在我國長江以南地區(qū)因夏季酷熱，使得溫室和大棚甜椒夏秋栽培的難度越來越大，即使是露地栽培也會造成產(chǎn)量銳減、品質(zhì)下降，影響甜椒種植效益的最大發(fā)揮，因此，有關(guān)甜椒耐熱性的研究也日益受到重視.目前有關(guān)MFA對甜椒抗高溫的研究尚未見報道，為了適應(yīng)夏秋茬甜椒栽培的需要，本試驗研究MFA對提高甜椒幼苗生長和抗熱性的作用，旨在為MFA在甜椒及其他茄果類蔬菜上的抗熱性應(yīng)用提供參考.

1 材料與方法

1.1 材料

MFA由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境微生物實(shí)驗室提供，為褐煤經(jīng)微生物降解后的產(chǎn)物，經(jīng)紅外光譜分析，其特征吸收峰與河南鞏縣MFA的吸收光譜［8］相符.

甜椒供試品種為“中椒105”，由福建超大現(xiàn)代種業(yè)有限公司提供，為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所育成的中早熟甜椒一代雜種，該品種抗煙草花葉病毒.

1.2 材料培養(yǎng)與處理

試驗于超大現(xiàn)代農(nóng)業(yè)集團(tuán)福州黃山高科技試驗示范農(nóng)場的智能控制溫室內(nèi)進(jìn)行.種子用高錳酸鉀1200倍液浸泡20 min，洗凈后在恒溫30℃下催芽，挑取露白種子播于盛有已消毒細(xì)砂的72孔聚乙烯塑料盤.待長出真葉后，每隔2 d用山崎研制的甜椒營養(yǎng)液(含354 mg·L－1硝酸鈣、607 mg·L－1硫酸鉀、96 mg·L－1磷酸二氫銨、185 mg·L－1硫酸鎂，其他微量元素按無土栽培通用配方配制)澆灌.

待第4片真葉完全展開時，挑取整齊一致的幼苗，移栽至直徑6 cm的方形小花盆中.移栽1周后，分別用蒸餾水(空白對照)，50、175、500和1750 mg·L－1MFA灌根，每處理60株，每株灌10 mL.甜椒在常溫(25－30℃)下生長1周后，于40℃下進(jìn)行高溫脅迫處理6 h，取樣，進(jìn)行各種生理生化指標(biāo)的測定.

1.3 基本形態(tài)指標(biāo)的測定

株高和節(jié)間長度用直尺測量;莖粗用游標(biāo)卡尺測量;鮮重用電子天平稱量，將待測植株沖洗干凈，用濾紙吸干表面水分，分為地上部、側(cè)根及整株，每組取10株進(jìn)行測量.

1.4 生理生化指標(biāo)的測定

分別取距生長點(diǎn)第二片完全展開葉測定各種生理生化指標(biāo).丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量參照李合生［9］的方法測定;相對電導(dǎo)率參照 Lutts et al［10］的方法測定;H2O2含量參照 Verma et al［11］的方法測定發(fā)生速率參照鄭炳松［12］的方法測定;可溶性蛋白含量參照鄒琦［13］的考馬斯亮藍(lán)G250染色法測定;抗氧化酶液參照李忠光等［14］和Kuk et al［15］的方法提取;超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性參照 Mishra et al［16］和 Dhindsa et al［17］的方法測定;過氧化氫酶(catalase，CAT)活性參照李合生［9］的方法測定;過氧化物酶(peroxidase，POD)活性參照Tatiana et al［18］的方法測定.測定時每處理重復(fù)3次，每重復(fù)測定3次.

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2003軟件對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，計算平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差，并繪制圖表;利用SPSS 13.0軟件Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較和差異顯著性分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 MFA對甜椒幼苗生長的影響

2.1.1 對幼苗地上部與地下部生長的影響 由圖1可知，適宜含量的MFA對甜椒幼苗的生長有明顯的促進(jìn)作用，隨著MFA含量的升高，這種促進(jìn)效果也更加顯著.其中，500 mg·L－1MFA處理與對照相比，顯著促進(jìn)根部和地上部的生長，株高增高12.22%，全株鮮重增加24.90%，莖重和側(cè)根鮮重分別增加19.21%和48.87%，提高根莖比.其他含量處理與對照的差異不顯著.

2.1.2 對幼苗子葉上第一和第二節(jié)間生長的影響 子葉上第一和第二節(jié)間是甜椒幼苗生長最旺盛的部分，是極易受到高溫傷害的部位.圖2表明，500 mg·L－1MFA處理可顯著提高第二節(jié)間的長度、直徑和鮮重，分別比對照增加28.46%、8.19%和48.19%，而第一節(jié)間的直徑和鮮重也分別比對照增加7.73%和15.43%，但第一節(jié)間的長度沒有差異.通過對第一和第二節(jié)間生長的促進(jìn)，從而提高地上部的生長勢，增強(qiáng)抗高溫傷害的能力.

圖1 MFA對甜椒幼苗地上部和地下部生長的影響Fig.1 The effect of MFA on the growing of over ground and underground sweet pepper seedlings

圖2 MFA對甜椒幼苗子葉上第一和第二節(jié)間長度、直徑和節(jié)間鮮重的影響Fig.2 The effect of MFA on the length，diameter and fresh weight of the first and second internode of sweet pepper seedlings

2.2 MFA對甜椒幼苗葉片細(xì)胞質(zhì)膜的影響

高溫逆境會對植物的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生損傷，使膜透性增加，胞內(nèi)電解質(zhì)外滲［19］，提高相對電導(dǎo)率.由圖3可知，在高溫脅迫下，MFA處理后甜椒幼苗葉片的相對電導(dǎo)率顯著低于對照，50、175、500和1750 mg·L－1MFA 處理的相對電導(dǎo)率分別由對照的78.56%降低至52.37%、49.12%、43.70%和60.38%.表明適宜含量的MFA可有效減緩高溫脅迫對甜椒幼苗葉片細(xì)胞質(zhì)膜的傷害.

MDA含量的增加是膜脂過氧化和膜損傷加劇的表現(xiàn)，其含量的高低可反映細(xì)胞膜脂過氧化的程度.由圖3可知，在高溫脅迫下，MFA處理可顯著降低甜椒幼苗葉片的MDA含量，但隨著MFA含量的增加呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，其中以500 mg·L－1MFA處理的效果最好，MDA含量比對照降低29.74%.表明適宜含量的MFA處理可減緩甜椒幼苗葉片的膜質(zhì)過氧化程度.

圖3 MFA對甜椒幼苗葉片細(xì)胞相對電導(dǎo)率和MDA含量的影響Fig.3 The effect of MFA on the relative conductivity and MDA accumulation in the leaf cells of sweet pepper seedlings

2.3MFA對甜椒幼苗葉片產(chǎn)生速率和H2O2含量的影響

由圖4可知，高溫脅迫下，MFA處理可顯著降低甜椒幼苗葉片中的產(chǎn)生速率，且不同含量處理產(chǎn)生的效果不同.50、175、500和1750 mg·L－1MFA處理的產(chǎn)生速率分別比照降低28.05%、38.36%、39.30% 和 12.80%，差異均達(dá)顯著水平，但 175、500 mg·L－1處理間的差異不顯著，而 1750 mg·L－1處理的產(chǎn)生速率有增高的趨勢.可見，MFA處理能夠有效控制高溫脅迫下甜椒幼苗葉片中的產(chǎn)生速率，從而減少對細(xì)胞的傷害.

植物在遭遇逆境時，其體內(nèi)活性氧產(chǎn)生與清除的平衡首先被打破，累積的活性氧可加劇膜脂過氧化和膜蛋白的聚合，從而引起細(xì)胞質(zhì)膜的傷害及生理生化變化，這些傷害與H2O2的產(chǎn)生有關(guān)［20－21］.由圖4可知，50、175和500 mg·L－1MFA處理顯著降低甜椒幼苗葉片中H2O2的含量，分別比對照降低21.92%、41.72%和36.76%，而1750 mg·L－1MFA處理增加H2O2含量.表明低含量的MFA處理可有效降低高溫脅迫下甜椒幼苗葉片因H2O2累積而引起的質(zhì)膜傷害.

圖4MFA對甜椒幼苗葉片產(chǎn)生速率和H2O2累積的影響Fig.4The effect of MFA on the accumulation of active oxygenand H2O2in the leaf cells of sweet pepper seedlings

2.4 MFA對甜椒幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

由圖5可知，在高溫脅迫下，隨著MFA含量的增大，甜椒幼苗葉片的CAT活性表現(xiàn)出不同的變化趨勢.50、175和500 mg·L－1MFA 處理的 CAT活性分別比對照提高60.77%、87.61%和74.49%，差異均達(dá)顯著水平.

由圖5可知，在高溫脅迫下，不同含量MFA處理均可有效提高甜椒幼苗葉片的POD活性，50、175、500 和1750 mg·L－1處理的 POD 活性分別比對照提高26.04%、72.85%、122.08%和39.29%，差異均達(dá)顯著水平.但從趨勢上看，隨著MFA含量的增大，POD活性逐步提高，但當(dāng)MFA含量達(dá)到1750 mg·L－1時，POD活性提高的程度呈現(xiàn)下降的趨勢.可見，在高溫脅迫下，MFA處理可提高甜椒幼苗葉片的POD活性，但不同含量處理的效果不一樣.

由圖5可知:在高溫脅迫下，50、175和500 mg·L－1MFA處理的甜椒幼苗葉片的SOD活性分別比對照提高40.62%、34.87%和16.27%，差異均達(dá)顯著水平;而1750 mg·L－1處理的SOD活性與對照間的差異不顯著.表明在高溫脅迫下，適宜含量的MFA處理可有效提高甜椒幼苗葉片中的SOD活性，以實(shí)現(xiàn)對和HO的清除，MFA含量太高時，SOD活性反而會降低.22

圖5 MFA對甜椒幼苗葉片CAT、POD和SOD活性的影響Fig.5 The effect of MFA on the activity of CAT，POD and SOD in the leaf cells of sweet pepper seedlings

3 結(jié)論與討論

3.1 MFA促進(jìn)甜椒幼苗生長的調(diào)控

大量研究表明，MFA對植物的生長具有顯著的促進(jìn)作用［22－23，5］.本試驗結(jié)果表明:MFA可促進(jìn)甜椒幼苗地上部和根系的生長，其中以500 mg·L－1MFA處理的效果最明顯，株高和全株鮮重分別比對照提高12.22%和24.90%;MFA處理可極顯著地增加側(cè)根和莖的鮮重，提高根莖比，側(cè)根鮮重比對照增加48.87%，達(dá)到極顯著水平，側(cè)根的發(fā)達(dá)表明植物的根系活力較強(qiáng).高麗紅等［24］認(rèn)為，較高的根系活力可保證根系對水分和養(yǎng)分的吸收，有利于維持地上部細(xì)胞分裂素和赤霉素的合成能力，通過激素水平調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)、核酸代謝以緩解地上部受到的傷害.根系活力一般與植物的耐熱性呈正相關(guān)［25］.本試驗中，MFA提高甜椒幼苗側(cè)根的鮮重相應(yīng)地提高根系活力，從而減緩地上部的高溫傷害;MFA對莖部生長的影響主要通過調(diào)控子葉上第一和第二節(jié)間的生長實(shí)現(xiàn)，由于施藥時正處于第二節(jié)間伸長時期，500 mg·L－1MFA處理顯著地促進(jìn)第二節(jié)間的生長，從而增加株高和莖重，增強(qiáng)地上部的生長勢，提高植株抗高溫傷害的能力.

3.2 高溫脅迫下MFA對甜椒幼苗葉片細(xì)胞質(zhì)膜傷害的調(diào)控

細(xì)胞膜是細(xì)胞與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的主要通道，對維持細(xì)胞的微環(huán)境和正常代謝起重要作用，其主要組成成分是蛋白質(zhì)和脂類.由于細(xì)胞膜系統(tǒng)較為敏感，在高溫脅迫下會首先受到傷害［26］，細(xì)胞膜損傷會導(dǎo)致膜透性增大，電解質(zhì)外滲，提高電解質(zhì)滲透率.電解質(zhì)滲透率越高，則葉片受損越嚴(yán)重.此外，高溫對細(xì)胞膜的傷害還表現(xiàn)在膜脂過氧化上，最后造成脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA的積累.在逆境下，MDA在細(xì)胞中的積累常引起細(xì)胞膜功能紊亂，MDA含量的增加是高溫脅迫下植物細(xì)胞受損傷的直接原因，是反應(yīng)質(zhì)膜傷害程度的重要指標(biāo).本試驗結(jié)果表明，在高溫脅迫下，不同含量MFA處理均顯著降低甜椒幼苗葉片相對電導(dǎo)率和MDA的累積，保護(hù)質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，降低細(xì)胞質(zhì)膜透性，減少細(xì)胞電解質(zhì)的外滲，維護(hù)質(zhì)膜的熱穩(wěn)定，提高甜椒的抗高溫脅迫能力，從而減輕高溫脅迫對幼苗的傷害.不同含量MFA處理對質(zhì)膜熱穩(wěn)定的保護(hù)效果不同，其中以500 mg·L－1MFA的處理效果最好.

3.3高溫脅迫下MFA對甜椒幼苗葉片細(xì)胞和H2O2的調(diào)控

本試驗中，在高溫脅迫下不同含量MFA處理對甜椒幼苗葉片抗氧化酶活性的誘導(dǎo)程度是不同的.隨著MFA含量的增大，CAT和POD的活性顯著增加，但當(dāng)MFA含量達(dá)到1750 mg·L－1時，這兩種酶的活性開始下降，這也直接導(dǎo)致和H2O2含量的上升，其中，H2O2含量顯著高于對照，造成對細(xì)胞脂膜的傷害.另外，從SOD活性隨著MFA含量的變化來看，低含量時活性高，高含量時活性低，SOD活性呈逐漸下降的趨勢.表明在高溫脅迫下，低含量MFA主要通過誘導(dǎo)CAT和SOD的活性來清除和H2O2，而較高含量的MFA可同時誘導(dǎo)SOD、CAT和POD的活性，通過三者協(xié)調(diào)來有效清除和H2O2，維持細(xì)胞內(nèi)代謝和質(zhì)膜的熱穩(wěn)定;但當(dāng)MFA含量達(dá)到一定時，則對抗氧化酶的誘導(dǎo)不起作用.

綜上所述，適宜含量的MFA處理對甜椒幼苗的生長具有顯著的促進(jìn)作用.與對照相比，500 mg·L－1MFA處理提高幼苗的株高和鮮重，促進(jìn)側(cè)根和子葉上節(jié)間的生長，提高根莖比和根系活力，有利于營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、合成和運(yùn)輸，對培育壯苗起重要作用.同時在高溫脅迫下，MFA處理對甜椒幼苗的耐熱性有顯著的誘導(dǎo)效應(yīng)，顯著提高SOD、CAT和POD的活性，從而更加有效地清除植株體內(nèi)的H2O2，以減輕高溫脅迫造成的傷害，表現(xiàn)出相對電導(dǎo)率和MDA含量的下降.從不同含量MFA處理下甜椒幼苗所表現(xiàn)出耐熱性的生理生化指標(biāo)上看，為了保證MFA的應(yīng)用效果，可以初步確定MFA的適宜含量為175－500 mg·L－1.

從MFA對甜椒幼苗生長及耐熱性的調(diào)控在外部形態(tài)和代謝水平上的總體表現(xiàn)來看，不同含量MFA的調(diào)控效果并不相同，本試驗以500 mg·L－1的處理效果較好，但生產(chǎn)上的最適含量還需要進(jìn)一步篩選.同時，由于品種的抗熱性不同，在高溫脅迫下其活性氧代謝的表現(xiàn)也不相同，MFA在不同品種上的應(yīng)用效果還需進(jìn)一步驗證.

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