段曦 魏佑營 曹克友 邱紅 魏秉培 王軍偉 吳靜 魏星

摘要：以辣椒(Capsicum annuum L.)CMS三系的不育系、恢復系與相應雜交一代種幼苗為材料，研究了辣椒幼苗葉片對低溫弱光及其恢復過程的響應。結果表明：隨著低溫弱光處理時間的增加，辣椒幼苗葉片的SOD活性先降低，又升高，隨后降低；POD與APX活性先升高后降低。在常溫恢復階段SOD與APX活性先降低又升高；就POD活性來說，雜交一代種F1逐漸升高，不育系與恢復系呈現“V”字形變化趨勢。在低溫弱光處理階段，滲透調節(jié)物質Pr與可溶性糖先降低后升高；脯氨酸含量與之相反。在常溫恢復階段Pr呈現出一直降低的趨勢；可溶性糖含量先降低隨后升高；脯氨酸含量先升高又降低。F1的SOD活性、POD活性、Pr含量高于A、R；R、F1的APX活性與可溶性糖含量高于A。恢復系與雜交種的各項指標優(yōu)于不育系。

關鍵詞： 辣椒幼苗；“三系”；低溫弱光；抗氧化酶活性；滲透調節(jié)物質

中圖分類號：S641.3；S129 文獻標識碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.01.003

Effect of Low Temperature and Weak Light on Anti-oxidative Enzyme Activities and Contents of Osmotic Adjustment Substances in CMS Three-lines Hot Pepper Seedlings

DUAN Xi1,2, WEI You-ying1,2, CAO Ke-you3, QIU Hong4, WEI Bing-pei1,2, WANG Jun-wei4, WU Jing1,2, WEI Xing1,2

(1.State Key Laboratory of Crop Biology of Shandong Agriculture University，Colleye of Horticulture of Shandong Agriculture University，Taian, Shandong 271018，China;2. Colleye of Horticulture of Shandong Agriculture University，Taian, Shandong 271018，China; 3.Shandong Huasheng Agriculture Limited Liability Company, Weifang, Shandong 262500,China; 4.Shandong Shidanli Fertilizer Limited Liability Company ,Linyi, Shandong 276700,China )

Ａｂｓｔｒａｃｔ: With the CMS line，Restorer line and the correspondinghybrid ofthe hot pepper (Capsicum annuum L.) seedlings as the material, the response of the hot pepper seedling leaf to weak light of low temperature and its resume stage was studied. The results showed: Only as the increase of dealing time with the low temperature and weak light, SOD activity in the seedling leaves of the hot pepper declined, afterward increased, and then declined again; POD and APX activity first increased and then decreased. During the resume stage under normal temperature, SOD and APX activity first declined and then increased; as to the activity of POD, hybrid F1 increased gradually, the CMS line and restorer line showed changing trend in the shape of "V". During the stage of low temperatures and poor light, osmotic adjustment substances like Pr and soluble sugar first decreased and then increased, the content of proline showed reverse rule. During the resume stage under normal temperature, content of Pr declined all through; soluble sugar content first decreased and then increased; proline first increased and then decreased. The SOD ，POD activity and Pr content ofhybrid was higher than A，R; The APX activity and content of soluble sugar of R、F1 was higher than A. All indexes of the hybrid and restorer line were superior to CMS line.

Key words: hot pepper seedlings；“Three-lines”；chilling under low light；anti-oxidative enzyme activities；osmotic adjustment substances

辣椒(Capsicum annuum L.)是中國冬春季設施栽培的主要蔬菜，栽培期間經常遭受不同程度的低溫弱光脅迫，對辣椒的生長、光合作用、碳和氮代謝、酶活性和干物質積累產生不同程度的影響 [1]，進行低溫弱光處理及恢復過程對辣椒影響的研究，具有重要的意義 。有關低溫弱光脅迫后恢復過程對辣椒生理生化指標影響的報道很少，大量研究均集中于短期極端低溫及中、高光強下低溫對辣椒抗氧化酶系統的影響 [2-3]。本試驗研究了低溫弱光處理與恢復過程對CMS三系辣椒幼苗抗氧化酶活性、滲透調節(jié)物質的影響，旨在探討低溫弱光脅迫與恢復過程辣椒幼苗抗氧化酶系統在防御活性氧對細胞傷害中的作用，明確滲透調節(jié)物質對辣椒低溫弱光脅迫及恢復過程產生的影響，研究不育系、恢復系與雜交種之間耐低溫弱光性的關系，為辣椒等蔬菜作物的栽培與抗逆育種提供理論依據。

1材料和方法

1．1材料和處理

試驗材料為經多代自交選育的辣椒CMS三系中的不育系（A）、恢復系（R）和相應雜交一代種（F1），試驗用種子由山東農業(yè)大學園藝科學與工程學院辣椒育種課題組提供。于2007年5月在山東農業(yè)大學蔬菜試驗站溫室內播種育苗，育苗基質為體積各占1/3的園土、有機肥和蔬菜專用育苗基質，育苗期間按常規(guī)管理。待辣椒幼苗長至6片真葉時放入RZX型人工智能氣候箱(寧波江南儀器制造廠制造)進行抗冷指數測定試驗。先于晝夜溫度15 ℃／10 ℃環(huán)境下預處理1 d，再置于2 ℃下處理3 d，觀察其受害癥狀，計算抗冷指數。同一批待辣椒幼苗長至8～9片真葉時放入RZX型人工智能氣候箱(寧波江南儀器制造廠制造)進行處理。試驗設兩個處理：處理I(CK)，光照培養(yǎng)箱中光強400 μmol·m-2·s-1，27 ℃/18 ℃培養(yǎng)；處理Ⅱ(T1)，光照培養(yǎng)箱光強30 μmol·m-2·s-1，10 ℃／5 ℃處理；各處理光周期均為12 h／12 h，空氣相對濕度保持在75%～80% ，土壤濕度與對照一致。處理10 d后，處理Ⅱ植株均移入處理I的光照培養(yǎng)箱恢復培養(yǎng)6 d，每處理12株，3次重復。分別于處理前低溫弱光處理1，5，10 d，恢復處理3，6 d，測定相關指標。

1.2測定方法

抗氧化酶活性的測定：稱取0.5 g葉片鮮樣，用pH 值7.8、0.05 mol·L-1的磷酸緩沖液冰浴研磨，勻漿于0～4 ℃ ，10 500 r·min-1離心15 min，上清液供SOD、POD、APX活性與Pr含量的測定。超氧物歧化酶(SOD)活性采用抑制NBT光還原比色法測定（趙世杰等 1998）；抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性采用Dalton等的提取及測定方法測定 [4]；過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚氧化比色法測定 [5]；蛋白質(Pr)含量采用G-250方法測定 [6-7]。脯氨酸(Pro)采用酸性茚三酮比色法測定 [6-7]；可溶性糖采用蒽酮比色法 [6-7] 。

2結果與分析

2.1 低溫弱光脅迫及恢復過程對辣椒幼苗SOD活性的影響

低溫弱光脅迫下，SOD活性總的變化趨勢是先降低再升高，然后又降低；常溫恢復階段SOD活性先降低又升高（圖1）。雜交種（F1）一直保持著較高的SOD活性，高于不育系(A)與恢復系（R），低溫弱光處理 1 d時各材料出現不同程度的降低，A, F1,R分別為原來的85.5%，85.2%，75.4%；隨著低溫脅迫時間的延長，從第5天開始各品種SOD活性均降低，第10天時SOD活性A＞F1＞R。當恢復3 d時，各材料SOD活性降到最低，隨后SOD活性開始逐漸恢復。因此低溫弱光的解除并沒有使傷害得到立即的解除，脅迫對活性氧代謝系統產生了較大的影響，活性氧大量積累，破壞了膜結構，使植物在恢復過程中遭受了一定的傷害。在恢復過程中，葉片中SOD活性均可恢復甚至超出對照水平，其中雜交種F1得到了較快的恢復。綜合比較雜交種維持了較高的SOD水平，具有較大的活性氧清除能力。

2.2低溫弱光脅迫及恢復過程對辣椒幼苗POD與APX活性的影響

由圖2可知，低溫弱光脅迫下POD活性呈現出先升高再降低的變化趨勢；常溫恢復階段雜交種F1呈現出逐漸升高的趨勢，不育系A與恢復系R呈現出“V”字形變化趨勢。F1在處理1 d時POD活性達到最大，POD活性是處理前的3倍，然后呈現出降低的趨勢，一直到脅迫結束。不育系(A)與恢復系（R）在處理第5天達到最大值，活性大小分別是處理前的1.75倍和1.77倍。整個處理過程中恢復系R活性保持較穩(wěn)定。恢復6 d結束時，雜交種的POD活性高于不育系與恢復系?？购贩N的POD活性高于不抗寒品種，較高的POD活性，清除自由基的能力較強，抵御低溫弱光傷害的能力較強，因此F1優(yōu)于A與R。

抗壞血酸過氧化物酶(APX)清除H2O2，維持體內的活性氧代謝平衡，但APX與H2O2的親和力較弱。處理過程中APX活性與POD活性具有相似的變化規(guī)律(圖3)。在低溫弱光處理與恢復階段各材料總的變化趨勢是先升高，然后降低，最后升高，只是各處理材料出現極值的時間不一致。在處理第1天時恢復系（R）達到最大值，為處理前的3.14倍；在處理第5天，不育系(A)達到最大值，為處理前的1.3倍；第10天，雜交種F達到極值，為處理前的3倍?？傮w從APX活性來看，R優(yōu)于F1，F1優(yōu)于A。

2.3低溫弱光脅迫及恢復過程對辣椒幼苗Pr與可溶性糖含量的影響

植物對逆境反應的結果，必然會在蛋白質含量和組成上有所體現，表明植物對逆境的抵抗和耐受能力，低溫弱光對Pr的含量水平帶來了一定的影響?？扇苄缘鞍缀靠偟淖兓厔菔窍冉档陀稚撸缓笥殖霈F降低的趨勢，各處理材料表現出相似的規(guī)律。在處理第一天蛋白質含量略有下降，隨后出現含量上升的趨勢，到處理第10天達到最大值，A, F1,R分別為處理前的1.16，1.63，1.36倍。在恢復處理階段，F含量呈現出逐漸降低的趨勢，A與R呈現先上升又下降的趨勢。低溫弱光影響蛋白質含量增加表明有新的蛋白質合成，由圖4可知，F中蛋白質含量高于A，R ，表明其適應能力明顯高于A，R。

植物在受到逆境傷害的時候，自身會產生一些滲透調節(jié)物質來適應逆境，物質含量高低與快慢均可反映植物本身對逆境的適應能力。由圖5可知，低溫脅迫時可溶性糖含量先降低再升高，恢復階段也呈現以上的趨勢。R在第5天時達到最大值，A, F1在第10天達到極值，分別是處理前的3.86，4.37，5倍，可溶性糖含量R＞F1＞A。R,F在低溫弱光處理結束以及恢復6天后仍保持較高的含量，這說明R與F1抗冷性高于A。

2.4強光對低溫弱光脅迫后辣椒幼苗脯氨酸含量的影響

脯氨酸在植物抗冷中發(fā)揮著重要的作用，低溫弱光處理階段脯氨酸含量先升高后降低，在恢復階段趨勢一樣（圖6）。隨著處理時間的延長，脯氨酸含量逐漸降低，A與R均保持了較高的脯氨酸含量。在低溫弱光處理1 d時達到第1個峰值，A、F1、R含量分別為處理前的2.67，1.45，1.36倍，隨后逐漸降低，在恢復處理第3天時，達到第2個峰值，含量分別為處理前的3.11，1.81，2.29倍。游離脯氨酸隨著低溫脅迫時間的延長而快速增加，耐冷性強的品種脯氨酸含量增加程度快而且多，脯氨酸含量升高有助于提高植株的抗冷性。

3結論與討論

近年來，活性氧學說被引入了低溫傷害的研究中,低溫環(huán)境中活性氧的毒害是植物受到低溫傷害的重要原因之一 [8]。Asada K（1989）認為細胞內的活性氧主要由SOD、抗壞血酸等清除，其中SOD的作用幾乎占 90%以上，它催化歧化為 H2O2，而多種酶（如POD和CAT）又參與了H2O2的清除, 維持體內的活性氧代謝平衡，保護膜結構，從而使植物能在一定程度上忍耐、減緩或抵抗逆境的脅迫 。低溫與弱光協同對植物帶來了嚴重的傷害，加劇了光抑制；當低溫脅迫時間過長或者接近于致死溫度時，植物體內抗氧化酶活性下降；低溫脅迫下，植物品種保護酶活性的強弱直接關系到抵御低溫弱光傷害的能力。滲透調節(jié)是植物適應低溫弱光脅迫的基本特征之一。在低溫弱光脅迫下，細胞內積累一些物質，如脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等，調節(jié)細胞內的滲透勢，維持水分平衡，物質含量高低與快慢均可反映植物本身對逆境的適應能力。

本試驗中，隨著低溫弱光脅迫時間的增加，辣椒幼苗葉片的SOD活性先降低，表明辣椒幼苗對低溫弱光逆境的內在反應。隨后SOD、POD與APX活性升高，表明植株為避免遭受低溫弱光逆境的傷害也作出了一定的適應性反應，減緩氧自由基帶來的危害，部分未能清除的活性氧引起膜脂過氧化(MDA含量增加)，導致膜系統損傷，這與前人的研究結果是一致的。隨著脅迫時間的增加SOD、POD與APX活性逐漸降低，植物細胞內的活性氧已經反過來影響到了抗氧化酶的活性。活性氧能夠引起膜系統的脂質過氧化而使膜受損傷，造成丙二醛積累，MDA的積累能對膜和細胞造成進一步的傷害 [9-10]。

在恢復階段，植物并沒有隨著低溫弱光逆境的結束而結束毒害，相反卻表現出進一步受傷害的狀況?；謴吞幚? d，SOD、POD與APX活性表現出下降趨勢 ，因此，低溫弱光逆境的消除并沒有使傷害得到立即減緩，而是持續(xù)了一定的時間；恢復6 d后，辣椒幼苗得到一定程度的恢復，此時植株葉片的保護酶活性得到一定恢復，傷害減輕。在培育耐低溫弱光品種過程中，我們既要考慮選育耐低溫弱光的品種，也要關注品種低溫弱光脅迫后的恢復過程。在低溫弱光脅迫過程中，脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖均有所增加，雜交種含量高于不育系與恢復系，葉片中可溶性蛋白增加尤為顯著，可能與低溫脅迫蛋白合成有關。

由本試驗結果可知，雜交種F1的SOD活性、POD活性、Pr含量高于不育系A、恢復系R；恢復系R、雜交種F1的APX活性與可溶性糖高于不育系A，恢復系與雜交種的各項指標優(yōu)于不育系。我們初步可知恢復系與雜交種的耐低溫弱光性關系較大，通過選擇相應的恢復系與不育系雜交，選育出耐低溫弱光、抗逆性強的雜交一代?；謴拖蹬c雜交種究竟相關性如何，有待于我們進一步進行多樣本試驗驗證。本試驗僅對苗期的抗氧化酶活性與滲透調節(jié)物質含量進行了分析，其它指標的規(guī)律如何未知有待繼續(xù)研究。

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收稿日期：2011-10-08；修訂日期：2011-11-09

基金項目：山東省自然科學基金項目（Y2007D27）

作者簡介：段曦（1982-），女，山東濟