辣椒種子萌發(fā)和幼苗生理特性對鹽脅迫的響應(yīng)

鄭佳秋+郭軍+梅燚

摘要：在土培條件下采用模擬鹽脅迫方法，研究6個辣椒（Capsicum annum L.）品種在鹽脅迫下萌芽期和幼苗期的生理特性。結(jié)果表明，鹽脅迫使所有供試辣椒品種萌芽期的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、苗長、胚根長、苗質(zhì)量和胚根質(zhì)量均不同程度降低；幼苗期的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性和可溶性糖含量總體表現(xiàn)為增加，過氧化氫酶（CAT）活性總體呈下降趨勢，可溶性蛋白含量不同品種表現(xiàn)不同。方差分析發(fā)現(xiàn)相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢等14個相對性狀指標均達到顯著水平，基于品種因子得分值進行系統(tǒng)聚類分析將供試辣椒品種（系）分為3類，Y08-27和S-322尖椒為耐鹽性較強的品種（系），Y148-1、Y802-1為耐鹽性中等品系，Y802-2、Y08-29屬于鹽敏感品系。

關(guān)鍵詞：辣椒；鹽脅迫；種子萌發(fā)；生理特性

中圖分類號： S641.301 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）11-0182-04

目前，世界鹽漬土地面積約10億hm2，中國鹽漬土地面積約3 460萬hm2，鹽堿化耕地760萬hm2[1]。蘇北平原擁有灘涂面積約65.3萬hm2，目前仍在不斷淤積增長，江蘇省年淤漲面積達1 334 hm2[2]，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類的生存環(huán)境帶來嚴重影響。鹽脅迫已經(jīng)成為影響植物生長和作物減產(chǎn)的主要限制因素，因此，提高作物的耐鹽性已經(jīng)成為當(dāng)前作物育種的一個主攻方向。已有研究表明，不同植物及作物種類耐鹽性各異，即便同一種作物不同品種間也存在耐鹽性差異[3]。挖掘作物種質(zhì)本身的耐鹽能力，篩選培育耐鹽品種，利用鹽漬化土壤進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)顯得尤為重要[4-5]。

辣椒（Capsicum annum L.）是一種世界性的蔬菜，是中國主要的大宗蔬菜作物之一，也是產(chǎn)值最大的蔬菜作物[6]。目前，長江流域春季蔬菜種植大面積發(fā)展，成為沿海農(nóng)業(yè)區(qū)訂單式高效農(nóng)業(yè)的典范，但由于工業(yè)污染的加劇，化肥的大量施用及設(shè)施農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，鹽漬土壤面積不斷擴大，使得辣椒栽培中經(jīng)常出現(xiàn)根系不發(fā)達、植株矮小、病害加重等現(xiàn)象，早期產(chǎn)量和總產(chǎn)量降低，嚴重影響經(jīng)濟效益。因此，挖掘辣椒物質(zhì)本身的耐鹽能力，篩選培育耐鹽品種，對充分利用沿海鹽漬土壤發(fā)展辣椒產(chǎn)業(yè)具有重要意義。為克服土壤鹽漬化，人們對辣椒在鹽堿脅迫下的生理響應(yīng)已開始研究[7]，但關(guān)于萌芽期和幼苗期2個時期耐鹽性綜合評價還鮮見報道。種子萌發(fā)期和幼苗期是大多數(shù)作物全生育期中對鹽脅迫最為敏感的時期，本試驗研究不同的辣椒品種和定向選育的品系在NaCl脅迫下種子萌發(fā)期和幼苗期的生長和生理指標變化，探討辣椒耐鹽生理機制，為篩選耐鹽種質(zhì)資源，培育耐鹽品種打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗選用的6個辣椒（Capsicum annum L.）品種（系）為Y148-1、Y802-1、Y802-2、Y08-29、Y08-27和S-322尖椒，由江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所蔬菜室提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 萌芽期鹽脅迫處理

將辣椒種子用5% NaClO消毒 5 min，蒸餾水沖洗5次，分別置于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿50粒，然后加入蒸餾水（對照）和150 mmol/L NaCl溶液各7 mL，于28 ℃培養(yǎng)箱中發(fā)芽，重復(fù)3次。每天記錄發(fā)芽數(shù)（以胚根長達1/2種子長作為萌芽標志）補充等量蒸餾水和NaCl溶液，計算培養(yǎng)7 d的發(fā)芽勢和14 d的發(fā)芽率，測定苗長、胚根長、苗鮮質(zhì)量、胚根鮮質(zhì)量。

1.2.2 幼苗期鹽脅迫處理

供試的辣椒種子經(jīng)催芽后于穴盤中育苗，育苗基質(zhì)為體積比1 ∶1的過篩菜園土和黑土混合物。試驗在兩面通風(fēng)能防雨的塑料大棚（晝溫20～25 ℃、夜溫10～15 ℃）中進行。四葉一心時，將長勢一致的幼苗移至含鹽量0.5 g/kg的營養(yǎng)缽（0.1m×0.1m）中進行鹽脅迫處理。以正常灌施1/2 Hoagland營養(yǎng)液為對照；脅迫處理在營養(yǎng)液中加分析純NaCl使其濃度達150 mol/L，每5 d灌施1次，每次灌施量為基質(zhì)持水量的2倍，處理15 d采取生長點下第3張展開真葉進行滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及抗氧化酶活性測定，重復(fù)3次。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 生長指標

發(fā)芽指數(shù)Gi=∑（Gt/Dt），式中：Gt為t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)；相對鹽害率=[（對照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率）/對照發(fā)芽率]×100%；將辣椒幼苗從培養(yǎng)皿中取出，用去離子水沖洗，再用吸水紙吸干后稱鮮質(zhì)量。

1.3.2 抗氧化酶活性

POD活性參考Kochba等的方法[8]測定吸光度D470 nm；CAT活性采用葉凡等的方法[9]測定；SOD活性測定采用氮藍四唑（NBT）光還原法[10]；抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性測定參照Nakano等的方法[11]。

1.3.3 可溶性蛋白和可溶性糖含量

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法[12]測定；可溶性糖含量用蒽酮法[10]測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

由公式RV=（Xs/Xc）×100%計算各生理指標的相對值，其中Xs為鹽脅迫下測定指標平均值，Xc是所測指標在對照下的平均值。

采用Excel進行數(shù)據(jù)整理，用DPS 7.05軟件進行單因素方差分析和顯著性測驗分析（Duncans多重比較法），采用SPSS 19.0進行因子分析和系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對辣椒種子萌芽期生長指標的影響

由表1可見，6個供試辣椒品種在鹽脅迫下的苗長、胚根長、苗質(zhì)量和胚根質(zhì)量、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均較對照下降，品種間降幅存在差異。鹽脅迫下Y802-1的發(fā)芽率最低，是對照的63.04%，而Y08-29和Y08-27的發(fā)芽率最高，是對照的77.08%、77.55%，鹽害率均小于23.00%；Y802-2的發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均最低，分別為對照的30.95%和47.03%，而Y148-1的發(fā)芽指數(shù)占對照值最高，為對照的75.56%，鹽害率達到37.50%；Y802-2和Y08-29的苗長和胚根長明顯低于對照，僅為對照的34.00%以下，Y08-27的苗質(zhì)量和胚根質(zhì)量僅為對照的13.00%以下，而Y802-1的苗長和胚根長均為對照的44.00%以上，S-322尖椒的苗質(zhì)量和胚根質(zhì)量均達到對照的17.00%以上。可見，很難用單一性狀指標評價辣椒不同品種的耐鹽性，需要將這些性狀指標綜合分析。

2.2 鹽脅迫對辣椒幼苗SOD、POD、CAT和APX活性的影響

SOD、POD、CAT和APX是植物體內(nèi)酶促防御系統(tǒng)中主要的保護酶[13]，與非酶促系統(tǒng)協(xié)同作用，可清除植物體內(nèi)的超氧陰離子自由基，減輕自由基對植物細胞膜的傷害。如圖1所示，鹽脅迫下供試品種除Y802-2表現(xiàn)為SOD、POD活性下降，分別為對照的17.82%和77.92%外，其他品種的SOD、POD和APX活性均表現(xiàn)為上升。除Y148-1和Y802-2的CAT活性表現(xiàn)為增加外，分別為對照的108.00%和133.33%，其他品種CAT活性總體呈下降趨勢，其中 Y08-27 下降幅度最大，為對照的46.54%。

2.3 鹽脅迫對辣椒幼苗可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

可溶性糖和可溶性蛋白在植物逆境時可通過主動積累來降低滲透勢，是植物細胞中的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。由圖2可知，鹽脅迫后，所有供試品種（系）可溶性糖含量均表現(xiàn)為增加，其中Y08-27、S-322尖椒增加幅度最大，分別為對照的170.43%和196.02%?？扇苄缘鞍缀勘憩F(xiàn)不一，因品種（系）而異，Y148-1、Y802-1和S-322尖椒表現(xiàn)為增加，Y802-1增加幅度最大，為對照的211.43%，而Y802-2、Y08-29和Y08-27表現(xiàn)為下降趨勢，其中Y08-27下降幅度最大，為對照的64.71%。

2.4 因子分析

為消除不同品種間固有的生物學(xué)特性差異，分析中采用相對值來衡量辣椒品種的耐鹽性（表2）。方差分析結(jié)果表明，14個相對性狀指標均達到顯著水平，作為耐鹽評價的指標進行因子分析。計算14個相對性狀間相關(guān)系數(shù)矩陣與相應(yīng)的特征向量矩陣，將特征值按大小次序排列，可知前4個特征值累計貢獻率已達93.78%，進一步對因子載荷矩陣進行旋轉(zhuǎn)達到使結(jié)構(gòu)簡化的目的，但在方差極大旋轉(zhuǎn)過程中，由于各品種的內(nèi)在因素之間始終存在著錯綜復(fù)雜的聯(lián)系，需要引入斜交因子解，使主因子生物學(xué)意義更加明顯，從表3可知，第1主因子是相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽指數(shù)載荷值較大，故稱為萌芽因子；第2主因子是相對苗量、相對胚根質(zhì)量載荷值較大，故稱為生物量因子；第3主因子是相對POD活性、相對CAT活性載荷值較大，稱為酶促防御因子；第4主因子是相對可溶性蛋白含量和相對可溶性糖含量載荷值較大，稱為滲透調(diào)節(jié)因子。

2.5 供試辣椒品種（系）耐鹽性比較

根據(jù)Promax斜交旋轉(zhuǎn)后品種斜交因子得分值，計算品種間的平方Euclidean距離，用離差平方和法（ward氏法）可將6個參試材料分為3類。從圖3可知，第1類有Y08-27和S-322尖椒，總體特征是鹽脅迫下相對發(fā)芽率下降22.45%～27.08%，相對發(fā)芽勢下降27.41%～35.08%，相對發(fā)芽指數(shù)下降27.41%～35.08%，苗質(zhì)量下降74.32%～87.22%，胚根質(zhì)量下降82.76%～94.05%，鹽害率為22.40%～27.10%，可溶性糖含量增加70.43%～96.02%，除CAT活性下降外，其余抗氧化酶活性整體增加，各生長和生理指標受鹽脅迫的影響程度在3個類群中最小，屬于耐鹽性較強的一類。

第2類有Y802-2和Y08-29，總體特征是鹽脅迫下相對發(fā)芽率下降22.92%，相對發(fā)芽勢下降20.00%～69.05%，相對發(fā)芽指數(shù)下降37.06%～52.97%，苗質(zhì)量下降 74.46%～85.79%，胚根質(zhì)量下降83.33%～89.47%，鹽害率22.90%～27.10%，可溶性糖含量增加8.28%～22.10%，相對APX活性增加3.45%～50.00%，其余抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量均有降低的表現(xiàn)，降低幅度各異。各生長和生理指標受鹽脅迫的影響程度在3個類群中最大，屬于鹽敏感性品種（系）。

第3類有Y148-1和Y802-1，總體特征是鹽脅迫下相對發(fā)芽率下降36.96%～37.50%，相對發(fā)芽勢下降 23.81%～44.44%，相對發(fā)芽指數(shù)下降24.43%～41.52%，苗質(zhì)量下降77.25%～86.73%，胚根質(zhì)量下降89.83%～98.06%，鹽害率35.41%～37.50%，抗氧化酶活性和可溶性糖、可溶性蛋白含量整體表現(xiàn)為增加，各生長和生理指標受鹽脅迫的影響程度介于第1類群和第2類群之間，屬于耐鹽性中等品種（系）。

3 討論

種子萌發(fā)期是作物生育期中對鹽脅迫最為敏感的時期之一，許多研究都表明種子萌發(fā)期耐鹽性可以反映出該品種其他時期的耐鹽性[14]。本研究采用土培模擬鹽脅迫的方法對辣椒萌芽期和幼苗期進行鹽脅迫試驗，結(jié)果表明，在鹽脅迫下所有供試辣椒品種（系）萌芽期的發(fā)芽率、發(fā)芽勢等6個性狀指標均比對照下降，下降幅度品種間存在差異，說明辣椒品種（系）間對鹽脅迫的耐受水平和生長降低幅度不同。

抗氧化防御系統(tǒng)是在自由基傷害學(xué)說的基礎(chǔ)上建立的。到目前為止，已確定它由一些能清除活性氧的酶系統(tǒng)和抗氧化物質(zhì)組成，如SOD、POD、CAT、APX[15]等，并且它們協(xié)同作用共同抵抗鹽脅迫誘導(dǎo)的氧化傷害，單一的抗氧化酶不足以防御這種氧化脅迫。在保護酶系統(tǒng)中SOD處于核心地位[16]，催化細胞中多余的 O-2[KG-*2]·。轉(zhuǎn)化成H2O2和O2[17-18]。POD是細胞膜中清除H2O2的酶，CAT是過氧化物體中清除H2O2的酶。APX是另一酶保護系統(tǒng)即抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)的關(guān)鍵酶[19]。本試驗研究表明，鹽脅迫下耐鹽性較強的品種（系）SOD、POD和APX能維持較高的活性，能有效地清除活性氧使之保持較低水平，從而減少鹽脅迫對膜結(jié)構(gòu)和功能的傷害。

可溶性糖和可溶性蛋白這些小分子物質(zhì)在正常情況下含量很低，只有在鹽脅迫等逆境條件下合成反應(yīng)才會被激活，在植物體內(nèi)逐漸積累，以調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的滲透勢、維持水分平衡，還可以保護細胞內(nèi)許多重要代謝活動所需的酶類活性，與植物的抗逆性關(guān)系密切，因植物的種類、器官和組織的不同所占的比例不同。鹽脅迫下植物體內(nèi)可溶性糖積累[20]，許多植物都表現(xiàn)為可溶性糖含量的增加[21-22]，本試驗研究結(jié)果表明鹽脅迫下所有供試辣椒品種（系）可溶性糖含量增加，這與前人研究結(jié)果相一致，可溶性蛋白含量變化存在品種差異，總體表現(xiàn)為耐鹽性較強的品種（系）可溶性蛋白含量呈增加趨勢。

植物的耐鹽機理，是植株水平到細胞水平、分子水平，是涉及多策略、多層次、多環(huán)節(jié)、多基因的復(fù)雜機制[23]，本試驗從辣椒種子萌芽期和幼苗期的生長和生理指標的變化綜合評價耐鹽性，以品種因子得分值為綜合變量進行系統(tǒng)聚類分析將供試辣椒品種（系）分為3類，Y08-27和S-322尖椒為耐鹽性較強的品種（系），Y148-1、Y802-1為耐鹽性中等品系，Y802-2、Y08-29屬于鹽敏感品系。

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