王 燦，張雪廷，李 罡，李 云，趙水靈，王紹祥，袁恩平

（云南省文山州農(nóng)業(yè)科學(xué)院，云南 文山 663000）

0 引言

在作物生命活動過程中，水分起著舉足輕重的作用。水分不僅是構(gòu)成原生質(zhì)的主要成分，而且是代謝作用中的反應(yīng)底物和物質(zhì)吸收運輸?shù)娜軇?。水分的缺乏?yán)重影響了作物的生長和發(fā)育，導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)的下降[1]。研究作物在干旱逆境下的生理機(jī)制、緩解作物對水分的脅迫、提高作物的抗旱性，是國內(nèi)外研究的熱點之一[2-4]。水資源短缺是全球性環(huán)境焦點問題之一，中國人均占有水資源量(2300 m3)僅為世界人均量的1/4，即使在南方非干旱區(qū)域也常會發(fā)生季節(jié)性、階段性干旱[4-5]。辣椒(Capsicum annuumL.)作為西南邊陲特色經(jīng)濟(jì)作物之一，是邊疆地區(qū)廣大農(nóng)民增收的經(jīng)濟(jì)作物。文山州地處云南邊界，位于云南省東南部低緯度高原地區(qū)，大部分地區(qū)屬西風(fēng)帶中亞熱帶季風(fēng)氣候。全境山巒起伏，河谷溝壑縱橫，海拔618～2991.2 m，高低海拔氣候差異顯著，具有地形地貌多樣和氣候立體的特點。目前文山州辣椒種植面積占云南省辣椒種植面積的81.32%，現(xiàn)已成為云南省主要的辣椒原料生產(chǎn)基地[6]。但由于文山特殊的地理環(huán)境導(dǎo)致農(nóng)業(yè)設(shè)施發(fā)展滯后，很多地方無法滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水，部分地區(qū)農(nóng)戶仍以降雨蓄水或水車運水為主。近年來隨著工廠化育苗的發(fā)展，育苗盤育苗已成為辣椒育苗的主要方式。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分農(nóng)戶以漂浮育苗為主，與干漂育苗相比漂浮育苗節(jié)約了用水量和勞動力。但同時也存在水體污染、長時間不換水導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，致病菌影響辣椒幼苗正常生長等問題[6]。因此尋找有效的抗旱節(jié)水方法，是提高文山地區(qū)辣椒育苗產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要措施之一。李鑫等[4]研究認(rèn)為適宜濃度的吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinine)可顯著促進(jìn)辣椒的生長，提高辣椒對水分脅迫的抗逆性，當(dāng)吡咯喹啉醌濃度在200 nmol/L時其促生長及抗干旱脅迫效果最佳。馬仲煉等[7]研究表明，添加外源甜菜堿(glycine betaine，100 mmol/L)和水楊酸(salicylic acid，200 mg/L)可抑制丙二醛含量增加，提高可溶性糖、脯氨酸、保護(hù)酶等，有效緩解干旱對辣椒造成的傷害，其中甜菜堿處理的辣椒抗旱性效果更好。吳瓊[8]研究發(fā)現(xiàn)，苯肽胺酸(N-phenyl-phthalamic acid)作為一種新型植物生長調(diào)節(jié)劑主要通過對辣椒內(nèi)源激素的調(diào)控來影響植株生長發(fā)育，如促進(jìn)植株生長，增加產(chǎn)量和改善果實品質(zhì)等；通過誘導(dǎo)激活辣椒幼苗的抗氧化和滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)，抵抗低溫和干旱對辣椒生長造成的傷害。王燦等[9]在有機(jī)廢棄物育苗基質(zhì)中添加殼聚糖(chitosan)進(jìn)行干旱處理辣椒、番茄育苗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加殼聚糖的處理基質(zhì)可促進(jìn)幼苗生理代謝，提高幼苗耐逆性，在番茄幼苗中尤為顯著。

雖然有關(guān)辣椒抗旱試驗的研究很多，但在小米辣(Capsicum frutescensL.)中卻鮮有報道。本研究以云南文山地區(qū)特色小米辣為研究對象，以提高小米辣抗逆性、節(jié)約需水量和肥料施用量、提高小米辣幼苗品質(zhì)為目的，為云南文山地區(qū)實現(xiàn)小米辣工廠育苗栽培優(yōu)質(zhì)、高效、集約化、降低育苗成本等問題提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試品種 辣椒品種為‘小米辣M240’，由文山州農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.1.2 供試材料 有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合劑“礦物之星”由日本群馬長石公司提供，是一種天然礦物質(zhì)（石礦粉中提?。┖透乘釓?fù)合的制劑，其主要礦質(zhì)成分見表1。育苗基質(zhì)為‘湘正農(nóng)科’牌商品育苗基質(zhì)，由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)湘暉農(nóng)業(yè)技術(shù)研究所研制，主要成分為草炭土。

表1 復(fù)合劑主要礦質(zhì)組成成分及pH

1.2 方法

1.2.1 盆栽試驗及樣品采集 試驗于2020年5—12月在文山州農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜分子育種試驗室進(jìn)行。根據(jù)上一步預(yù)試驗結(jié)果將該有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合劑按0、15、30、45、60 g/L 5個濃度梯度與育苗基質(zhì)混勻后裝入72孔育苗盤中，分別用CK、A、B、C、D表示，每盤為一次重復(fù)，每個處理各3次重復(fù)，并將發(fā)芽整齊一致的小米辣種子播種于苗盤中，進(jìn)行常規(guī)管理，根據(jù)試驗用土田間持水量15%～25%進(jìn)行干旱處理5天（期間土壤水分檢測儀監(jiān)測）。干旱育苗結(jié)束后采用5點取樣法選取植株，將5～7片真葉時期的植株整株拔出抖落附著的土壤基質(zhì)低溫保存用于測定生理代謝指標(biāo)。

1.2.2 測定項目 脯氨酸(Pro)采用磺基水楊酸法測定[10]、丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸法測定[11]、葉綠素采用紫外分光光度法測定[12]、根系活力采用TTC法測定[13]、可溶性糖含量采用蒽酮比色法[14]、蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-520染色法測定[15]、類胡蘿卜素含量測定參照張麗霞[16]方法采用紫外分光光度法測定。超氧化物歧化酶(SOD)采用氮藍(lán)四唑法測定[17]、過氧化氫酶(CAT)采用紫外吸收法測定[18]、過氧化物酶(POD)采用愈創(chuàng)木酚法測定[19]，酶活力由云南晶亞科技有限公司代測。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理 原始數(shù)據(jù)整理采用word2003軟件，數(shù)據(jù)差異顯著性分析使用DPS 7.05（Duncan新復(fù)極差法，P<0.05），作圖使用Excel 2003。

2 結(jié)果與分析

2.1 對小米辣幼苗干旱處理下葉綠素、類胡蘿卜素含量及根系活力的影響

各處理葉綠素含量差異顯著，A處理葉綠素含量為2.16 mg/g，顯著高于其他處理，比CK處理1.97 mg/g提高9.64%，最低的是D處理1.01 mg/g。類胡蘿卜素含量比較中，A處理含量為0.37 mg/g，顯著高于其他處理，比CK提高15.63%，其次是CK處理0.32 mg/g，最低的是D處理0.23 mg/g。根系活力比較中同樣以A處理最高6.94 μg/(h·g)，顯著高于其他處理，比CK處理提高68.86%，其次是CK處理與B處理，最低的是D處理。表明A處理對小米辣幼苗葉片葉綠素、類胡蘿卜素含量及根系活力有顯著促進(jìn)作用，D處理則表現(xiàn)為抑制作用。

表2 對小米辣幼苗葉綠素、類胡蘿卜素含量及根系活力的影響

2.2 對小米辣幼苗干旱處理下丙二醛含量的影響

小米辣葉片丙二醛含量整體呈先下降后上升趨勢（圖1），A處理小米辣葉片丙二醛含量最低為46.65 nmol/g顯著低于CK處理52.68 nmol/g，最高的是D處理達(dá)60.49 nmol/g，顯著高于其他處理。在根系中，丙二醛含量情況同葉片中相似先下降后上升，D處理含量最高12.65 nmol/g，最低的是A處理和B處理分別是6.04 nmol/g和6.30 nmol/g，兩者無顯著差異，但均顯著低于CK 7.69 nmol/g。表明A處理顯著降低了小米辣葉片及根系中丙二醛的含量。

圖1 不同處理對干旱小米辣丙二醛含量的影響

2.3 對小米辣幼苗干旱處理下脯氨酸含量的影響

不同處理對小米辣葉片和根系中脯氨酸含量有顯著影響（圖2），其中A、B處理的葉片脯氨酸含量最低分別是14.84、15.25 μg/g，顯著低于CK處理21.30 μg/g。在根系中，D處理脯氨酸含量最高為25.41 μg/g，顯著高于其他處理，最低的是C處理僅11.31 μg/g，A、B處理 17.38、16.09 μg/g與 CK 處理 15.99 μg/g無顯著差異。

圖2 不同處理對干旱小米辣脯氨酸含量的影響

2.4 對小米辣幼苗干旱處理下可溶性糖含量的影響

在小米辣葉片可溶性糖含量比較中，A處理最高為26.76 mg/g，比CK處理24.05 mg/g提高11.27%；最低的是B處理23.94 mg/g，但與CK、C、D處理無顯著差異。在根系中，A處理最高為6.47 mg/g，顯著高于其他處理（C處理除外），較CK提高9.85%；最低的是D處理4.22 mg/g，顯著低于其他處理，比CK降低了28.35%（圖3）。

圖3 不同處理對干旱小米辣可溶性糖含量的影響

2.5 對小米辣幼苗干旱處理下可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白含量比較中（圖4），A處理葉片、根系可溶性蛋白含量均顯著高于其他處理，分別為38.53、8.74 mg/g，較CK處理提高39.85%和22.41%，其余處理均顯著低于A處理，表明A處理下的有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合劑添加濃度可顯著促進(jìn)小米辣葉片及根系可溶性蛋白含量。

圖4 不同處理對干旱小米辣可溶性蛋白含量的影響

2.6 對小米辣幼苗干旱處理下抗氧化酶的影響

由圖5可知，在干旱脅迫下，隨基質(zhì)中有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合劑添加濃度的增加，小米辣葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性呈先上升后下降趨勢，A處理SOD活性最高為815.03 U/g，顯著高于其他處理，其次是B處理657.90 U/g，最低的是D處理491.49 U/g。小米辣葉片過氧化氫酶(CAT)活性比較中，隨基質(zhì)中有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合劑添加濃度的增加呈先下降后上升趨勢。C、D處理顯著高于CK、A、B處理，D處理達(dá)到最大值127.94 μmol/(min·g)顯著高于其他處理，最低的是B處理僅45.25 μmol/(min·g)。在小米辣葉片過氧化物酶(POD)比較中，CK處理顯著高于其他處理為588.72△OD470/(min·g)，A、B處理均顯著高于C、D處理，正好與過氧化氫酶(CAT)情況相反，其中最低的是C處理[47.50△OD470/(min·g)]，但與D處理[63.92△OD470/(min·g)]無顯著差異。

圖5 不同處理對干旱小米辣抗氧化酶的影響

3 結(jié)論

在干旱逆境下，適宜濃度的有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合劑對小米辣幼苗光合作用、根系活力、可溶性蛋白、超氧化物歧化酶等有一定促進(jìn)作用，可有效緩解逆境傷害，尤其是15 g/L時效果最佳。這為小米辣育苗期間提高耐旱能力提供了新的思路。但具體抗旱分子機(jī)理研究存在空白。

4 討論

試驗表明，干旱脅迫下，該有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合劑添加濃度與小米辣生理代謝呈顯著相關(guān)，其中A處理15 g/L下對小米辣幼苗葉片葉綠素、類胡蘿卜素含量、根系活力及可溶性蛋白含量有顯著促進(jìn)作用，D處理則表現(xiàn)為抑制作用。分析原因可能是該有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合劑中存在腐殖酸，提高了小米辣幼苗生長質(zhì)量，研究表明腐殖酸對植物根系具有刺激作用促使植物根系活性提高，同時促進(jìn)根系中質(zhì)子泵（H+-ATP酶）編碼基因亞型MHA2的表達(dá)提高質(zhì)子泵活性，增強(qiáng)抗逆性，增加作物產(chǎn)量和提高品質(zhì)[20]。但該有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合劑存在大量礦物質(zhì)，增加其施用濃度的同時也大大增加了根系中鹽離子的濃度，再加上水分的減少導(dǎo)致基質(zhì)中EC值過高抑制了根系的生長。研究表明，作物受到逆境脅迫時會產(chǎn)生不同代謝反應(yīng)機(jī)制抵御逆境和緩解逆境帶來的傷害，如干旱時植株通過調(diào)節(jié)氣孔關(guān)閉、分泌脫落酸和脯氨酸等來傳遞逆境信號、提高溶質(zhì)濃度降低水勢來避免水分的流失[21]。研究中A處理15 g/L下小米辣育苗葉片及根系MDA含量最低，分別較CK下降了11.45%和21.46%，表明該處理可減輕干旱對小米辣幼苗的傷害。丙二醛是逆境下組織或器官膜脂過氧化的終產(chǎn)物之一，在一定程度上反映了植物受逆境脅迫傷害的大小[22]。張磊等[23]研究表明，干旱處理下對馬鈴薯施用腐殖酸或黃腐酸能顯著增加其葉片內(nèi)游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量，提高細(xì)胞的持水能力，增強(qiáng)抗旱性。通過施用外源腐殖酸可提高蘋果幼苗中游離脯氨酸含量、內(nèi)源甜菜堿含量、可溶性糖含量，減輕干旱對蘋果幼苗的有害影響，提高蘋果砧木對根系的耐受性[24-25]。

植物在逆境下會激活抗氧化酶系統(tǒng)和誘導(dǎo)生成新的逆境蛋白，如SOD、CAT、POD、谷胱甘肽等，以此來提高作物抵御逆境的能力[26]。試驗表明，有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合劑濃度在15 g/L下，SOD比CK提高了48.68%，但在CAT和POD中則顯著低于對照。這可能是由于作物存在多種抵御干旱脅迫逆境的途徑或生理機(jī)制。刑嘉韻等[27]研究表明對水稻施用稻殼碳和腐殖酸復(fù)合劑可增強(qiáng)水稻超氧化物歧化酶活性。Vasconcelosa等[28]研究發(fā)現(xiàn)，對干旱脅迫下玉米和大豆施用3種不同組分腐殖酸的生物刺激素后發(fā)現(xiàn)，1號生物刺激素處理（主要成分為腐殖酸、富里酸等）可提高2種作物的超氧化物歧化酶和抗壞血酸過氧化物酶的活性，但過氧化氫酶的活性卻沒有增強(qiáng)。由此表明，不同的腐殖酸對干旱脅迫下不同植物的抗氧化代謝調(diào)節(jié)可能有差異，其機(jī)理還有待研究。

此外，有研究表明，微量元素可促進(jìn)植物生長，增加抗逆性。董衛(wèi)華[29]等研究表明，Na2SeO3能夠提高寧夏枸杞幼苗中營養(yǎng)物質(zhì)的積累，降低幼苗MDA含量及其電解質(zhì)滲透率，從而增強(qiáng)寧夏枸杞的抗逆性。同時礦物質(zhì)元素也可通過影響微生物群落多樣性來間接影響植物生長，在缺少氮素情況下，對小麥根際微生物的多樣性、群落結(jié)構(gòu)和代謝功能產(chǎn)生了顯著影響，一些特定種類的細(xì)菌在小麥根際土壤中富集可能有利于土壤中氮素的周轉(zhuǎn)并提高小麥應(yīng)對缺氮脅迫的抗逆性，進(jìn)而促進(jìn)小麥的生長[30]。下一步試驗將對小米辣育苗中根際微生物群落多樣性進(jìn)行分析，明確影響小米辣根際微生物群落多樣性的主效因子，為生產(chǎn)實踐中改善小米辣育苗根際環(huán)境促進(jìn)小米辣逆境生長提供理論依據(jù)。