鞏雪峰，李 紅，宋占鋒，賀 康，許 藝，陳 鑫，閆志英，劉獨(dú)臣，嚴(yán)奉軍

(1 四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所/蔬菜種質(zhì)與品種創(chuàng)新四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610066；2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 西南地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610066；3成都市種子管理站，四川 成都610072；4中國(guó)科學(xué)院 成都生物研究所，四川 成都 610041)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于磷肥、農(nóng)藥的大量施用及污水灌溉，加之礦產(chǎn)資源的不合理開發(fā)、工業(yè)建筑垃圾亂堆亂放以及大氣沉降等原因，世界許多地方的農(nóng)業(yè)土壤都受到重金屬，如Cd、Cu、Zn、Ni、Co、Cr、Pb和As的污染[1]。中國(guó)重金屬超標(biāo)耕地高達(dá)232萬(wàn)hm2，占總耕地面積的19.4%，其中Cd污染土壤占比高達(dá)7.0%[2]。Cd是無(wú)生物功能的金屬元素，即使較低濃度都會(huì)對(duì)植物造成毒害，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)緩慢，葉片發(fā)黃失綠，產(chǎn)量降低[3]。同時(shí)，Cd毒性高、移動(dòng)性強(qiáng)，在土壤中無(wú)法被生物降解，極易被植物吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)至可食用部位，若通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體會(huì)引發(fā)多種疾病，嚴(yán)重威脅著人體健康[4]。研究表明，人體內(nèi)絕大多數(shù)Cd來(lái)源于食物，尤其是蔬菜[5]，因此有必要采取有效措施來(lái)保護(hù)蔬菜免受Cd的污染。

γ-聚谷氨酸(γ-poly glutamic acid，γ-PGA)是D-谷氨酸和L-谷氨酸通過(guò)微生物發(fā)酵后由γ-谷氨酰胺鍵連接而成的高分子聚合體，具有強(qiáng)螯合性、生物可降解性和環(huán)境友好性等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品及環(huán)保等行業(yè)，在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用相對(duì)較晚[6]。研究發(fā)現(xiàn)，γ-PGA可以促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)[7]。此外，γ-PGA可通過(guò)參與水稻幼苗的滲透調(diào)節(jié)而提高其抗旱能力[8]，可以增強(qiáng)甘藍(lán)型油菜脯氨酸積累，從而影響其對(duì)鹽和冷脅迫的耐受性[9]。Pang等[10]報(bào)道，γ-PGA可以有效緩解Cd和Pb對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的抑制，降低黃瓜幼苗對(duì)Cd和Pb的吸收?？紤]到γ-PGA的側(cè)鏈含有大量羧基，具有很強(qiáng)的金屬螯合能力，因此可能成為理想的穩(wěn)定劑[11]，在蔬菜Cd污染治理上具有廣闊的應(yīng)用前景。

辣椒(CapsicumannuumL.)是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，全國(guó)各地均有廣泛種植。但土壤Cd污染會(huì)抑制辣椒生長(zhǎng)，Cd超標(biāo)不僅降低其品質(zhì)，而且會(huì)影響人體健康[12]。目前利用γ-PGA來(lái)緩解辣椒Cd脅迫、抑制辣椒Cd吸收的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，本研究分別利用水培和盆栽的方式，分析葉片噴施γ-PGA對(duì)辣椒幼苗期生長(zhǎng)和成熟期果實(shí)產(chǎn)量等的影響；同時(shí)利用水培法模擬Cd污染條件，分析葉片噴施γ-PGA對(duì)辣椒Cd吸收的影響，以期為辣椒安全生產(chǎn)及蔬菜的Cd污染防治提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及育苗

供試?yán)苯?CapsicumannuumL.)品種川騰6號(hào)，為四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝所自育品種；γ-PGA由中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所閆志英研究員課題組提供。試驗(yàn)于四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所光照溫室進(jìn)行，培養(yǎng)條件如下：平均溫度25 ℃/18 ℃(晝/夜)，相對(duì)濕度60%，采用T5全光譜熒光燈(上海鼎鐸)為光源，光照強(qiáng)度300 μmol/(m2·s)，光周期16 h/8 h(晝/夜)。供試?yán)苯酚酌绶?批進(jìn)行培育，選取飽滿的辣椒種子，用體積分?jǐn)?shù)10% H2O2消毒10 min，28 ℃黑暗中催芽，待根長(zhǎng)至2～3 cm后移至裝有改良Hoagland’s營(yíng)養(yǎng)液[13]的試管(50 mL)中，待辣椒幼苗長(zhǎng)至6葉1心時(shí)完成育苗工作。

1.2 試驗(yàn)處理

1.2.1 γ-PGA對(duì)辣椒生長(zhǎng)及果實(shí)產(chǎn)量的影響 選取第1批長(zhǎng)勢(shì)一致的6葉1心供試?yán)苯酚酌?，一部分移栽至裝有20 L改良Hoagland’s營(yíng)養(yǎng)液的水培箱(長(zhǎng)×寬×高=44 cm×24.3 cm×29.8 cm)中培養(yǎng)，營(yíng)養(yǎng)液每7 d更換1次，每箱栽培辣椒8株，幼苗自移栽后每隔10 d取樣測(cè)定植株鮮質(zhì)量，共測(cè)6次。其余幼苗移栽至裝有基質(zhì)的塑料花盆(外徑×高=17.3 cm×10.3 cm)中，基質(zhì)由珍珠巖/腐殖土按質(zhì)量比1∶4組配而成，經(jīng)高溫滅菌后稱質(zhì)量，使每盆質(zhì)量保持一致，每盆栽辣椒1株, 并用改良Hoagland’s營(yíng)養(yǎng)液澆灌；至果實(shí)成熟后測(cè)定果實(shí)結(jié)果數(shù)量、單果質(zhì)量、產(chǎn)量、果實(shí)長(zhǎng)度等指標(biāo)。水培和盆栽苗自移栽后，各栽培方式的1/2幼苗于葉面噴施蒸餾水(對(duì)照)，另外1/2幼苗葉面噴施0.1 g/L的γ-PGA，每隔5 d噴施1次，以葉面和葉背滴水為宜(約10 mL/株)，每處理重復(fù)3次。對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定γ-PGA對(duì)辣椒的作用后進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

1.2.2 γ-PGA對(duì)鎘脅迫辣椒生理特性的影響 選取第2批長(zhǎng)勢(shì)一致的6葉1心供試?yán)苯酚酌?，移栽至水培箱中? d后對(duì)1/2幼苗葉面噴施0.1 g/L的γ-PGA，另外1/2幼苗噴施蒸餾水作為對(duì)照，每5 d噴施1次，共噴施2次，噴施方式同上。第2次噴施完成后，以CdCl2·2.5H2O形式向改良Hoagland’s營(yíng)養(yǎng)液中加入Cd進(jìn)行Cd脅迫試驗(yàn)。試驗(yàn)共6個(gè)處理：加入不含Cd的營(yíng)養(yǎng)液(Cd0)；加入不含Cd的營(yíng)養(yǎng)液，但葉面噴施0.1 g/L γ-PGA(Cd0+PGA)；加入含5 mg/L Cd的營(yíng)養(yǎng)液(Cd5)；加入含5 mg/L Cd的營(yíng)養(yǎng)液，同時(shí)葉面噴施0.1 g/L γ-PGA(Cd5+PGA)；加入含10 mg/L Cd的營(yíng)養(yǎng)液(Cd10)；加入含10 mg/L Cd的營(yíng)養(yǎng)液，同時(shí)葉面噴施0.1 g/L γ-PGA(Cd10+PGA)。每個(gè)處理重復(fù)3次，每7 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液。Cd脅迫試驗(yàn)5 d后進(jìn)行辣椒生長(zhǎng)及生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 幼苗生長(zhǎng)及果實(shí)產(chǎn)量 將第1批供試幼苗的水培辣椒按1.2.1節(jié)所設(shè)定的間隔周期小心取出，紙巾拭去根部表面的水分，用電子天平測(cè)定植株鮮質(zhì)量；第1批供試幼苗的盆栽辣椒待果實(shí)成熟后，用游標(biāo)卡尺測(cè)定果實(shí)長(zhǎng)度，電子天平測(cè)定果實(shí)單果質(zhì)量，記錄每株植株結(jié)果數(shù)量及收果時(shí)間(d)，單株產(chǎn)量=平均單果質(zhì)量×單株結(jié)果數(shù)。對(duì)第2批供試水培辣椒，用毫米刻度尺測(cè)定株高，并計(jì)算生長(zhǎng)速率：植株生長(zhǎng)速率=(鎘處理后株高-鎘處理前株高)/鎘處理時(shí)間。

1.3.2 葉綠素含量 第2批供試各處理水培辣椒自頂向下取第3～4片成熟葉片，去除葉脈后剪碎混勻，取0.20 g鮮葉，放入50 mL離心管中，加入20 mL體積分?jǐn)?shù)80%丙酮，密封后于室溫下避光浸提24 h，其間搖動(dòng)3～4次，待葉片完全變白后取上清液，用紫外分光光度計(jì)測(cè)定645和663 nm的吸光度值，計(jì)算葉綠素含量[14]。

1.3.3 抗氧化物酶活性 逆境脅迫條件下，植物為減少活性氧(ROS)代謝導(dǎo)致的傷害，其自身抗氧化物酶系統(tǒng)中的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)、過(guò)氧化物酶(peroxidase,POD)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase,GPX)等均會(huì)有所響應(yīng)。但在噴施γ-PGA緩解逆境脅迫的相關(guān)研究中，主要是圍繞SOD、POD、CAT這3種酶進(jìn)行分析和研究[15]。因此，本研究也僅分析SOD、POD和CAT活性的變化。第2批供試各處理水培辣椒自頂向下取第2～3片幼嫩葉片，稱取0.1 g鮮樣分別標(biāo)記，液氮速凍后于-80 ℃超低溫冰箱保存，用于酶活性測(cè)定。SOD、POD和CAT酶活性均采用蘇州科銘生物試劑盒測(cè)定，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù) 采用便攜式光合系統(tǒng)(LI-6400 XT，美國(guó))配以葉綠素?zé)晒馊~室，測(cè)定第2批供試水培辣椒成熟葉片最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)、電子傳遞速率(ETR)、光化學(xué)淬滅(qP)和非光化學(xué)淬滅(NPQ)，光照強(qiáng)度設(shè)定為300 μmol/(m2·s)，氣溫25 ℃。

1.3.5 Cd及礦質(zhì)元素含量 植物樣品中的礦質(zhì)元素及Cd含量參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定。將Cd10和Cd10+PGA處理辣椒幼苗樣品分別標(biāo)記后,裝入牛皮紙袋烘干并粉碎，稱取粉碎的植株樣品0.5 g于消化管中，加入20 mL混合酸(硝酸與高氯酸體積比為4∶1)，過(guò)夜后在消解爐上高溫消解，加去離子水定容至50 mL，過(guò)濾后用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(iCAP6300，美國(guó))測(cè)定植物樣品中的Fe、Mn、Zn及Cd含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3次取平均值。利用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)圖表處理，用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件中的Duncan’s進(jìn)行新復(fù)極差法多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 γ-PGA 對(duì)辣椒幼苗生物量、果實(shí)形態(tài)及產(chǎn)量的影響

由圖1可知，在整個(gè)水培期間，施用0.1 g/L γ-PGA的辣椒幼苗整株鮮質(zhì)量均高于對(duì)照，且這種促進(jìn)效果隨著水培時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)；尤其是在水培60 d時(shí)，施用0.1 g/L γ-PGA的辣椒幼苗鮮質(zhì)量較對(duì)照增加了11.94%。由表1可知，葉片噴施0.1 g/L γ-PGA可以顯著提高辣椒的單株結(jié)果數(shù)、單株產(chǎn)量及收果時(shí)長(zhǎng)，分別較對(duì)照增加了13.48%，15.94%和19.23%；噴施0.1 g/L γ-PGA后單果質(zhì)量和果實(shí)長(zhǎng)度雖也有所增加，但與對(duì)照差異均不顯著。可見(jiàn)施用γ-PGA能促進(jìn)辣椒的生長(zhǎng)，提高果實(shí)產(chǎn)量。

圖1 γ-PGA對(duì)辣椒幼苗鮮質(zhì)量的影響Fig.1 Effects of γ-PGA on fresh weight of pepper seedlings

表1 γ-PGA對(duì)辣椒果實(shí)形態(tài)及產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of γ-PGA on morphology and yield of pepper fruits

2.2 γ-PGA對(duì)Cd脅迫辣椒幼苗生長(zhǎng)速率的影響

γ-PGA對(duì)Cd脅迫辣椒幼苗生長(zhǎng)速率的影響結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖柱上標(biāo)不同小寫字母表示處理間差異達(dá)到5%顯著水平，下同Different lowercase letters indicate significant difference at 5% level.The same below圖2 γ-PGA對(duì)Cd脅迫辣椒幼苗生長(zhǎng)速率的影響Fig.2 Effects of γ-PGA on growth rate of pepper seedlings under different Cd stress

圖2表明，Cd脅迫顯著抑制了辣椒幼苗地上部的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，且Cd質(zhì)量濃度越高，辣椒幼苗的生長(zhǎng)速率降低越明顯。當(dāng)Cd質(zhì)量濃度為10 mg/L時(shí)，辣椒幼苗的生長(zhǎng)速率僅為未添加Cd處理的21.63%(P<0.05)。γ-PGA能夠不同程度地促進(jìn)Cd脅迫辣椒的生長(zhǎng)，而且這種促進(jìn)效果隨Cd質(zhì)量濃度增大而越發(fā)明顯。當(dāng)水培液中不添加Cd時(shí)，施用γ-PGA后辣椒的生長(zhǎng)速率最大，較未添加γ-PGA處理增加了38.46%(P<0.05)；當(dāng)Cd質(zhì)量濃度分別為5和10 mg/L時(shí)，噴施γ-PGA處理辣椒幼苗的生長(zhǎng)速率較未添加γ-PGA處理分別提高56.04%和68.89%。

2.3 γ-PGA對(duì)Cd脅迫辣椒幼苗葉綠素含量的影響

圖3顯示，Cd脅迫可以不同程度地降低辣椒葉片的葉綠素含量，在高質(zhì)量濃度(10 mg/L )Cd脅迫下，辣椒幼苗的葉綠素a和b含量顯著低于無(wú)Cd處理。正常生長(zhǎng)狀態(tài)下，葉片噴施0.1 g/L γ-PGA可顯著增加辣椒葉片的葉綠素b含量。在較低質(zhì)量濃度(5 mg/L)Cd脅迫條件下，施用γ-PGA后辣椒葉片的葉綠素含量與未添加γ-PGA處理相比差異不顯著，且接近正常水平。而在高質(zhì)量濃度(10 mg/L) Cd脅迫下，與未添加γ-PGA處理相比，施用γ-PGA后葉綠素a和葉綠素b含量顯著提高了35.46%和20.77%，而且能夠恢復(fù)到正常生長(zhǎng)水平。

圖3 γ-PGA對(duì)Cd脅迫辣椒葉片葉綠素含量的影響Fig.3 Effects of γ-PGA on chlorophyll contents of pepper seedlings under Cd stress

2.4 γ-PGA對(duì)Cd脅迫辣椒幼苗葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>

由表2可知，隨著Cd脅迫的加重，葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm、qP、ΦPSⅡ和ETR均逐漸下降，而NPQ則顯著上升,γ-PGA處理對(duì)正常生長(zhǎng)辣椒的熒光參數(shù)無(wú)明顯影響。低質(zhì)量濃度Cd(5 mg/L)脅迫下，與未施用γ-PGA相比，γ-PGA處理辣椒葉片ETR顯著增加，NPQ顯著降低，其他熒光參數(shù)無(wú)顯著變化。10 mg/L Cd脅迫使辣椒葉片的光化學(xué)效率受到顯著抑制，施用γ-PGA則能使之得到有效緩解，除Fv/Fm無(wú)顯著變化外，qP、ΦPSⅡ及ETR均顯著升高(P<0.05)，分別較未施用γ-PGA處理增加了9.52%，13.89%和13.16%；NPQ則顯著降低6.90%(P<0.05)；但總體來(lái)看，各熒光參數(shù)仍顯著低于正常生長(zhǎng)幼苗。

表2 γ-PGA對(duì)Cd脅迫辣椒葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慣able 2 Effects of γ-PGA on chlorophyll fluorescence characteristics of pepper seedlings under Cd stress

2.5 γ-PGA對(duì)Cd脅迫辣椒抗氧化酶活性的影響

由表3可以看出，Cd脅迫顯著降低了辣椒葉片的抗氧化酶活性，且脅迫程度越強(qiáng)酶活性下降越明顯，尤其是當(dāng)Cd質(zhì)量濃度為10 mg/L時(shí)，SOD、POD、CAT活性較未脅迫處理(Cd0)分別降低了22.65%，24.60%和34.45%。

表3 γ-PGA對(duì)Cd脅迫辣椒抗氧化酶活性的影響Table 3 Effects of γ-PGA on antioxidant enzyme activities of pepper seedlings under Cd stress

表3顯示，施用γ-PGA可以有效緩解Cd的抑制作用。未受Cd脅迫時(shí)，施用γ-PGA可以顯著增強(qiáng)SOD和POD活性，但CAT活性升高不顯著；當(dāng)Cd質(zhì)量濃度為5 mg/L時(shí)，γ-PGA處理后辣椒葉片的SOD、POD、CAT活性分別較未噴施γ-PGA處理顯著升高了17.38%，15.72%和13.29%，SOD活性甚至提高到了正常生長(zhǎng)水平；高質(zhì)量濃度Cd(10 mg/L)脅迫下，僅CAT活性較未添加γ-PGA處理顯著提高了23.90%(P<0.05)。說(shuō)明γ-PGA處理對(duì)低水平Cd脅迫下的抗氧化酶活性有明顯促進(jìn)作用，但Cd脅迫程度加重時(shí)，這種促進(jìn)效果有所減弱。

2.6 γ-PGA對(duì)Cd脅迫辣椒幼苗Cd及營(yíng)養(yǎng)元素含量的影響

由表4可知，當(dāng)Cd質(zhì)量濃度為10 mg/L時(shí)，γ-PGA處理后辣椒植株的Fe、Mn和Zn含量分別顯著增加了24.04%，82.95%和45.68%；葉面噴施γ-PGA可以顯著抑制辣椒植株對(duì)Cd的吸收，施用γ-PGA處理辣椒的Cd含量較未施處理顯著降低了19.05%。

表4 γ-PGA對(duì)Cd脅迫辣椒養(yǎng)分元素及Cd含量的影響Table 4 Effects of γ-PGA on nutrient elements and Cd contents of pepper seedlings under Cd stress mg/kg

3 討 論

γ-PGA作為一種新型生物肥料增效劑，可促進(jìn)植物生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收，這已經(jīng)在菠菜[16]和番茄[7]等蔬菜作物上得到了證實(shí)。盡管目前對(duì)γ-PGA促進(jìn)植物生長(zhǎng)的機(jī)制還不清楚，但已有研究發(fā)現(xiàn)，該過(guò)程主要通過(guò)影響植物氮代謝來(lái)完成[17]。研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)季節(jié)葉施PGA肥可促進(jìn)生姜植株生長(zhǎng)，提高植株鮮質(zhì)量以及鮮姜莖塊產(chǎn)量[18]；葉面噴施0.1～0.3 mg/L γ-PGA可有效提高溫州蜜柑的產(chǎn)量和品質(zhì)[19]。本研究表明，葉面施用0.1 g/L γ-PGA不僅增加了水培辣椒幼苗的鮮質(zhì)量，而且明顯提高了盆栽辣椒果實(shí)數(shù)量和產(chǎn)量，大大延長(zhǎng)了收果時(shí)間。因此，γ-PGA對(duì)辣椒植株生長(zhǎng)及產(chǎn)量有明顯的促進(jìn)作用，這與上述研究結(jié)果[18-19]一致。

葉綠素參與了植物光合作用中光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換，對(duì)植物生長(zhǎng)起重要作用。Cd進(jìn)入植物體后能夠抑制葉綠素合成相關(guān)酶的活性或直接破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，致使葉綠素合成降速或分解加快，進(jìn)而抑制植物的光合作用[20]。本試驗(yàn)中，在Cd脅迫下辣椒幼苗地上部生長(zhǎng)速率明顯受到抑制，葉片葉綠素含量下降，尤其是在10 mg/L Cd脅迫下，辣椒幼苗地上部生長(zhǎng)速率下降了近80%，葉綠素含量降低了約25%；施用γ-PGA后，葉綠素含量升高，生長(zhǎng)速率顯著增加，說(shuō)明γ-PGA能夠有效緩解Cd脅迫對(duì)辣椒葉片葉綠素合成的抑制作用?？赡苁铅?PGA具有生物可降解性，極易分解形成谷氨酸，可作為氮源供植物直接吸收利用，而氮素是葉綠素的主要成分，能夠促進(jìn)葉綠素的合成以及光能的捕獲，進(jìn)而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)[21]。

Cd對(duì)植物光合系統(tǒng)具有破壞作用，尤其是光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)較光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)更易受到Cd的毒害[22]。葉綠素?zé)晒夥从沉斯夂献饔眠^(guò)程中PSⅡ?qū)饽艿奈?、傳遞、耗散和分配情況，可了解Cd脅迫對(duì)植物PSⅡ光化學(xué)活性的影響[23]。本研究表明，在5 和10 mg/L Cd脅迫下，辣椒幼苗Fv/Fm、qP、ΦPSⅡ和ETR均有不同程度降低，而NPQ顯著升高，這與賴秋羽等[24]在番茄上的研究結(jié)果相似，即Cd脅迫會(huì)導(dǎo)致辣椒葉片PSⅡ活性中心遭到破壞，電子傳遞受阻，熱耗散增加，且脅迫越嚴(yán)重抑制效果越明顯。本研究中，經(jīng)0.1 g/L γ-PGA處理后，辣椒幼苗葉片F(xiàn)v/Fm、qP、ΦPSⅡ和ETR較單一Cd脅迫處理均有不同程度升高，同時(shí)伴隨著NPQ的降低，說(shuō)明γ-PGA對(duì)Cd脅迫辣椒葉片PSⅡ反應(yīng)中心具有一定的保護(hù)作用，能夠緩解Cd對(duì)PSⅡ原初光化學(xué)活性的抑制作用，提高光合電子傳遞速率，降低熱耗散，使得PSⅡ天線色素吸收的光能更多更有效地用于光化學(xué)反應(yīng)，維持了PSⅡ的正常功能，進(jìn)而提高了Cd脅迫辣椒植株的生長(zhǎng)速率[25]。

逆境脅迫通常會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧包括超氧陰離子、羥自由基和過(guò)氧化氫的明顯增加，而較高濃度的活性氧會(huì)損傷細(xì)胞膜系統(tǒng)，造成氧化脅迫，進(jìn)而阻礙植物生長(zhǎng)甚至導(dǎo)致死亡[26]。SOD、POD和CAT是植物體內(nèi)ROS清除系統(tǒng)的重要保護(hù)酶，在其協(xié)同作用下能夠有效清除植物體內(nèi)的活性氧自由基。研究表明，Cd脅迫會(huì)導(dǎo)致Cd2+直接取代這些酶活性中心的金屬元素或與酶的半胱氨酸殘基結(jié)合，從而抑制酶活性[4,27]。本研究表明，Cd脅迫條件下,辣椒幼苗SOD、POD和CAT活性隨Cd質(zhì)量濃度的提高而顯著下降。而張菊平等[28]的研究結(jié)果卻表明，辣椒抗氧化酶活性隨著Cd質(zhì)量濃度的增加先升高后降低。這可能是辣椒品種不同所致。葉面施用γ-PGA后，不同質(zhì)量濃度Cd脅迫處理辣椒的SOD、POD和CAT活性均有不同程度升高，尤其是在Cd質(zhì)量濃度為5 mg/L時(shí)，抗氧化酶活性升高最為顯著。表明外源γ-PGA可以增強(qiáng)Cd脅迫辣椒幼苗SOD、POD和CAT的活性水平，使幼苗能更及時(shí)地清除活性氧自由基，減輕細(xì)胞的氧化脅迫，維持細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能。

作為植物生長(zhǎng)的非必需元素，當(dāng)Cd2+進(jìn)入植物體內(nèi)后，可取代金屬離子，如Zn2+、Mg2+和Fe2+等在金屬蛋白中的結(jié)合位點(diǎn)，干擾植物的離子平衡[29]。γ-PGA為一種高分子聚合物，其分子側(cè)鏈含有大量的羧基，電離產(chǎn)生的陰離子附著在高分子鏈上，對(duì)Ca、Mg、Cu、Zn等陽(yáng)離子狀態(tài)的礦質(zhì)養(yǎng)分具有較強(qiáng)的吸附和活化作用，有助于提高養(yǎng)分有效性[30-31]。本研究表明，在10 mg/L Cd脅迫下，葉面施用γ-PGA能顯著增加辣椒幼苗體內(nèi)的Fe、Mn、Zn含量，這與黃巧義等[21]在菜心上的研究結(jié)果相似。Pang等[10]發(fā)現(xiàn)，施用不同濃度γ-PGA能抑制黃瓜對(duì)重金屬Cd和Pb的吸收。本研究中，葉面噴施γ-PGA后，辣椒植株Cd含量顯著降低，可能是Cd在植物體內(nèi)的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)并無(wú)專用的運(yùn)輸?shù)鞍?，而是與Ca、Mg、Fe等其他陽(yáng)離子狀態(tài)的金屬離子競(jìng)爭(zhēng)同一陽(yáng)離子通道[32]，施用γ-PGA提高了辣椒植株體內(nèi)Fe、Mn、Zn等有益礦質(zhì)元素含量，因而對(duì)Cd形成競(jìng)爭(zhēng)作用，從而抑制辣椒對(duì)Cd的吸收。

4 結(jié) 論

γ-PGA可促進(jìn)辣椒幼苗生長(zhǎng)，提高植株鮮質(zhì)量和單株收果數(shù)及果實(shí)產(chǎn)量，延長(zhǎng)收果時(shí)間。不同程度Cd脅迫導(dǎo)致辣椒幼苗代謝紊亂，生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，葉面施用γ-PGA可提高Cd脅迫辣椒幼苗葉綠素含量及光能利用率，以及抗氧化酶活性和 Fe、Mn、Zn等有益礦質(zhì)元素含量，減少辣椒對(duì)有害元素Cd的吸收，從而有效緩解Cd脅迫對(duì)辣椒幼苗造成的傷害，促進(jìn)辣椒幼苗生長(zhǎng)，而且脅迫程度越嚴(yán)重，這種緩解效應(yīng)越顯著。