呂曉菡，傅鴻妃，吳根良，陳建瑛

(杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 蔬菜研究所， 浙江 杭州 310024)

辣椒(CapsicumannuumL．)是茄科辣椒屬，起源于中美洲和南美洲的熱帶與亞熱帶地區(qū)，為典型的喜溫性蔬菜，不耐低溫，是我國栽培面積最大的蔬菜種類之一[1-2]。杭椒類辣椒是杭州及周邊地區(qū)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)辣椒品種，在全國負(fù)有盛名，一道“杭椒牛柳”已成為其金招牌。目前，杭椒類辣椒早就不再局限于江浙滬地區(qū)，在湖北、安徽、海南、福建、山東等多個(gè)省市及地區(qū)均有大規(guī)模種植。據(jù)統(tǒng)計(jì)，杭椒類辣椒品種種子每年銷售已突破5 000 kg，種植面積達(dá)1萬hm2以上，而且種植區(qū)域和面積還在不斷擴(kuò)大。杭椒類辣椒的最大優(yōu)勢(shì)在于品質(zhì)好，種植效益高，特別是早春設(shè)施栽培，春節(jié)前后杭州市場(chǎng)辣椒的市場(chǎng)成交價(jià)超過10元·kg-1。然而，由于目前設(shè)施栽培大多以非加溫的日光溫室和塑料大棚為主，冬季和早春時(shí)節(jié)，江浙滬地區(qū)容易出現(xiàn)連陰雨天氣。大量研究表明，當(dāng)?shù)蜏厝豕饽婢齿^輕時(shí)，植物葉片氣孔關(guān)閉，光合作用減弱；當(dāng)?shù)蜏厝豕饽婢齿^嚴(yán)重時(shí)，光合作用碳同化關(guān)鍵酶RuBP羧化酶和其他一些酶的活性明顯下降，并進(jìn)一步減緩光合作用產(chǎn)物淀粉等的運(yùn)輸，造成對(duì)光合作用的反饋抑制，顯著降低凈光合速率，導(dǎo)致植株生長減慢，甚至停止生長[3-5]。因此，低溫弱光脅迫一直是早春設(shè)施杭椒類辣椒生產(chǎn)中一種較為普遍的逆境，對(duì)其生產(chǎn)造成很大的限制。

光合作用是對(duì)低溫弱光反應(yīng)最敏感的生理過程之一。朱為民等[6]提出可將光合特性作為番茄設(shè)施專用品種選育的指標(biāo)，王可玢等[7]提出葉綠素a熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方法是鑒定番茄抗冷性的一個(gè)快速、靈敏和可靠的方法。近年來，有關(guān)低溫弱光對(duì)辣椒光合速率的影響已有諸多報(bào)道，但對(duì)低溫弱光下辣椒不同世代光合特性的差異卻鮮有報(bào)道。本研究以杭椒類辣椒為材料，從植株光合特性入手，研究低溫弱光下辣椒親本與子代光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的差異，以期初步獲得探索杭椒類辣椒耐低溫弱光遺傳機(jī)理的新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

選取杭椒類辣椒7份，分別為杭椒12號(hào)、杭椒2731、杭椒206、杭二♀-1-1-后-后、03-11-2-后-7-1-1、吉林2015、杭椒73-1-1。其親緣關(guān)系如圖1所示，其中，杭二♀-1-1-后-后、03-11-2-后-7-1-1為母本，吉林2015、杭椒73-1-1為父本，杭椒12號(hào)、杭椒2731、杭椒206為雜交F1代。供試?yán)苯贩N質(zhì)于2016年8月中下旬在杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院蔬菜所試驗(yàn)基地內(nèi)開始栽培。先將各辣椒種質(zhì)進(jìn)行穴盤育苗，然后移植入設(shè)施大棚內(nèi)繼續(xù)栽培備用。

圖1 供試?yán)苯返挠H緣關(guān)系

1.2 試驗(yàn)方法

低溫處理：用溫濕度儀每隔2 h測(cè)定棚內(nèi)的溫度，由于試驗(yàn)于2016年12月至翌年1月進(jìn)行，葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定前的15 d棚內(nèi)晝夜平均溫度始終低于或接近于5 ℃/3 ℃(晝溫/夜溫)。

弱光處理：在光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定前15 d，用遮陽網(wǎng)對(duì)大棚進(jìn)行適當(dāng)覆蓋，并用光照測(cè)定儀測(cè)定光照強(qiáng)度，使棚內(nèi)的光照強(qiáng)度始終在1 000 lx以下。

1.3 光合參數(shù)的測(cè)定

光合參數(shù)的測(cè)定參照文獻(xiàn)[8]的方法。低溫弱光處理10 d后，選取不同處理植株功能葉(從基部向上數(shù)第5葉或第6葉)，利用便攜式LI-6400光合儀(美國LI-COR公司)，通過控光進(jìn)行光響應(yīng)曲線測(cè)定。每個(gè)材料每處理下測(cè)定重復(fù)3～4片葉，取平均值。在CO2濃度400 μmol·mol-1下，葉室光合有效輻射(PAR)設(shè)置梯度為0、20、50、100、200、500、1 000、1 500、2 000 μmol m-2·s-1，測(cè)定凈光合速率(net photosynthesis rate，Pn)、氣孔導(dǎo)度(stomatal conductance，Gs)、胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration，Ci)和蒸騰速率(transpiration rate，Tr)等參數(shù)。

1.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定參照文獻(xiàn)[9]的方法。低溫處理10 d后，在不同低溫弱光處理下，采用便攜式LI-6400光合儀進(jìn)行光強(qiáng)響應(yīng)曲線、快速動(dòng)力學(xué)曲線的測(cè)定，所有指標(biāo)均重復(fù)3～5次，取平均值。選取不同處理植株功能葉(從基部向上數(shù)第5葉或第6葉)測(cè)定。測(cè)定前幼苗先暗適應(yīng)1 h，然后關(guān)閉便攜式LI-6400光合儀的內(nèi)置光源，測(cè)定初始熒光(initial fluorescence，F(xiàn)o)、最大熒光(maximal fluorescence，F(xiàn)m)、PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel SAS統(tǒng)計(jì)軟件，運(yùn)用方差分析處理和分析數(shù)據(jù)，采用單因素方差分析(one-way ANOVA)比較不同處理之間的差異性，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同世代辣椒材料光合參數(shù)的差異

由表1可見，在相同的低溫弱光逆境下，不論是不同世代間，還是親本間、F1代間，辣椒植株的光補(bǔ)償點(diǎn)(light compensation point，LCP)、光飽和點(diǎn)(light saturation point，LSP)、光飽和時(shí)光合速率等指標(biāo)均出現(xiàn)明顯差異。這可以初步說明，低溫弱光脅迫可以通過直接影響光合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和活性來影響辣椒幼苗光合作用，在同一低溫弱光逆境下，不同基因型的辣椒材料對(duì)逆境的耐受性有明顯差異。另外，從表1中還可以發(fā)現(xiàn)，3個(gè)F1代的LCP、LSP、光飽和時(shí)光合速率指標(biāo)大致居于父母本指標(biāo)之間，其中，杭椒12號(hào)和杭椒206與其母本杭二♀-1-1-后-后、03-11-2-后-7-1-1更為接近。

表1 低溫弱光下辣椒植株的光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)和光飽和時(shí)光合速率

注：測(cè)定時(shí)CO2濃度為(400 ± 10)μmol·mol-1，溫度(10 ± 1)℃；表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

逆境脅迫導(dǎo)致植物光合速率降低的原因包括氣孔和非氣孔因素。由圖2可知，在低溫弱光脅迫下，隨著PAR的降低，葉片的Pn、Gs和Tr均減小，同時(shí)Ci逐漸增大，說明弱光下辣椒光合作用的主要限制因素是非氣孔因素，如RuBP羧化酶受限制、無機(jī)磷限制、光化學(xué)機(jī)構(gòu)受到破壞和光合產(chǎn)物運(yùn)輸減慢等原因減緩了光合作用，阻礙了光能對(duì)CO2的利用，造成細(xì)胞間隙CO2積累[10-11]。另外，對(duì)低溫弱光下不同世代辣椒材料Pn、Ci、Gs、Tr變化進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，隨著PAR的不斷變化，3個(gè)F1代的Pn、Ci、Gs、Tr值始終居于其父母本之間或接近于其中一方(圖2)。這說明，在低溫弱光下，杭椒類辣椒對(duì)光的吸收能力可以在世代間穩(wěn)定遺傳。

圖2 不同辣椒幼苗在低溫弱光下 Pn、Ci、Gs、Tr的變化

2.2 辣椒幼苗Fo、Fm、Fv/Fm的比較

基礎(chǔ)熒光Fo表示PSⅡ反應(yīng)中心全部開放，即原初電子受體Q全部氧化時(shí)的熒光水平，最大熒光Fm是PS反應(yīng)中心完全關(guān)閉時(shí)的熒光產(chǎn)量，反映了通過PSⅡ的電子傳遞情況[12-13]。由圖3可知，低溫弱光下，3個(gè)F1代的Fo、Fm值都較接近于其親本，推測(cè)在低溫弱光下，杭椒類辣椒植株P(guān)SⅡ反應(yīng)中心的電子傳遞能力可以在世代間穩(wěn)定遺傳。

圖3 不同辣椒幼苗在低溫弱光下的Fo、Fm和Fv/Fm

最大光化學(xué)效率Fv/Fm指PSⅡ最大光化學(xué)效率(PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率)，它的變化代表PSⅡ光化學(xué)效率的變化，其值越低證明其發(fā)生光抑制的程度越高。由圖3可知，3個(gè)F1代中，杭椒2731最大光化學(xué)效率最高，4個(gè)親本材料中杭椒73-1-1的最大光化學(xué)效率最高，而杭椒73-1-1正是F1代杭椒2731的父本，這充分說明在低溫弱光下，杭椒類辣椒植株的光能利用率和光合潛能可以在世代間穩(wěn)定遺傳。另外，母本同為杭二♀-1-1-后-后的F1代杭椒12號(hào)和杭椒2731的Fv/Fm值差異較大，而二者的父本(吉林2015、杭椒73-1-1)則差異較小。父本(杭椒73-1-1)相同的F1代，母本(杭二♀-1-1-后-后)Fv/Fm值低的F1代杭椒2731的Fv/Fm反而比母本(03-11-2-后-7-1-1)Fv/Fm值較高。說明F1代的光能利用率和光合潛能并不是簡單地遺傳自親本的其中一方，而可能是父母本效應(yīng)互作的結(jié)果。

3 討論

低溫弱光一直是制約越冬早春杭椒保護(hù)地生產(chǎn)的關(guān)鍵因子，因此，探索杭椒類辣椒耐低溫弱光能力能否在世代間穩(wěn)定遺傳及其遺傳機(jī)理，是選育耐低溫弱光杭椒新品種的關(guān)鍵。光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)是鑒定植株耐低溫弱光能力的重要指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，低溫弱光脅迫導(dǎo)致杭椒類辣椒植株光合速率下降的因素是非氣孔因素，可能是RuBP羧化受限制、光化學(xué)機(jī)構(gòu)受到破壞等原因減緩了整個(gè)光合作用途徑的運(yùn)行，結(jié)果造成胞間CO2積累。另外，杭椒F1代植株的光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)均接近于其親本，說明杭椒類辣椒植株在低溫弱光下對(duì)光的吸收能力、電子傳遞能力及光能利用能力均可以被穩(wěn)定地遺傳給下一代，表明杭椒類辣椒

對(duì)低溫弱光的耐受能力是可以在世代間穩(wěn)定遺傳的，親本耐低溫弱光能力強(qiáng)，通常其F1代也具有較高的耐低溫弱光能力。另外，F(xiàn)1代的耐低溫弱光能力并不是簡單的遺傳自親本的其中一方，或者是父母本效應(yīng)的簡單疊加，而可能是一個(gè)復(fù)雜的父母本效應(yīng)互作的結(jié)果，可能與父母本的特殊配合力有關(guān)，具體機(jī)理還需要繼續(xù)研究。

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