葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗生長及生理特性的影響

孟清波，張謹(jǐn)薇，馬萬成，馮 倩，田 佳，李青云

（河北省蔬菜產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心·河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 河北保定 071000）

辣椒（Capsicum annuumL.），原產(chǎn)于中南美洲地區(qū)，屬于喜溫不耐熱作物，生長適宜的溫度為20～30 ℃，溫度過高過低都會導(dǎo)致生長發(fā)育受阻[1]。研究表明，溫度高于30 ℃時，辣椒幼苗的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量下降，生長明顯受到抑制[2-3]。當(dāng)溫度超過35 ℃時，引起植物體內(nèi)活性氧大量積累，細(xì)胞膜透性增大，酶促反應(yīng)效率降低，導(dǎo)致植物生理老化[4-5]。

沼液中富含有機質(zhì)、腐殖酸、各類氨基酸、植物生長調(diào)節(jié)劑、抗生素、鈣、鎂、鐵等礦物質(zhì)，而且還含有氮、磷、鉀等元素[6]，能滿足植物生長所需，易被吸收利用，可長久保持肥力，是一種優(yōu)質(zhì)的有機液肥[7]。研究表明，適宜濃度的沼液肥在油白菜上噴施處理能顯著提高葉片葉綠素含量，提高光合作用[8]。此外，還能促進植物生長發(fā)育，增強根系活力，能增加株高和莖粗等[9]。

筆者利用光照培養(yǎng)箱模擬高溫環(huán)境，通過對辣椒進行葉面噴施沼液肥處理，研究高溫對辣椒生長發(fā)育及生理變化的影響，從而為辣椒生產(chǎn)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試?yán)苯菲贩N為朝天椒‘辣椒王’，由河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院蔬菜栽培生理實驗室提供。供試肥料“果實樂”純秸稈沼液肥（全氮≥50 g·L-1，全磷≥2 g·L-1，全鉀≥28 g·L-1）和“果實樂”沼渣腐殖酸沖施肥（腐殖酸≥30 g·L-1，N+K2O+P2O5≥200 g·L-1）由河北省滄州市青縣耿忠生物質(zhì)能源開發(fā)有限公司提供。種子經(jīng)浸種催芽，播于50 孔穴盤中，基質(zhì)選用草炭和蛭石=2∶1（體積比）。待幼苗長至4 葉1 心時，挑選生長整齊的植株移栽到營養(yǎng)缽（10 cm×10 cm），置于日光溫室內(nèi)，然后用噴霧器進行葉面噴施清水或沼液肥處理。以噴清水為對照，隔7 d 噴1 次。植株每次澆水至透。連續(xù)噴施3 次后，移至溫度為30 ℃/20 ℃、光照強度為300 μmol·m-2·s-1、光周期為12 h/12 h、相對濕度為70%的光照培養(yǎng)箱中常溫預(yù)處理2 d。第3 天將溫度調(diào)至38 ℃/28 ℃進行高溫處理。

試驗共設(shè)4 個處理，分別為：CK（噴施清水+根施1/4Hoagland 營養(yǎng)液）、20×（加水稀釋20 倍沼液肥+根施500 倍“果實樂”沼渣腐殖酸沖施肥）、30×（加水稀釋30 倍沼液肥+根施500 倍“果實樂”沼渣腐殖酸沖施肥）、40×（加水稀釋40 倍沼液肥+根施500 倍“果實樂”沼渣腐殖酸沖施肥）。采用隨機區(qū)組設(shè)計，3 次重復(fù)，每個重復(fù)30 株幼苗。于處理后0、2、4、6、8 d 取樣。

1.2 方法

1.2.1 生物量及熱害指數(shù)的測定 用卷尺測量株高、游標(biāo)卡尺測量莖粗、分析天平稱量地上部和地下部干、鮮質(zhì)量，超純水沖洗干凈后擦干，將植株樣品于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重；株高相對生長量/cm=第n+2 天株高-第n 天株高；熱害指數(shù)的調(diào)查參照姜燕等[10]的方法。

1.2.2 葉綠素含量、根系活力、光合和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定 根系活力參照鄭堅等[11]的方法；葉綠素含量參照李合生[12]的方法；用FMS-2 型便攜式熒光儀測定葉片初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、PSII 的光化學(xué)效率（Fv/Fm）[13]；用Li-6400 光合儀測定葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci），測定時設(shè)定光強為500 μmol·m-2·s-1。

1.2.3 抗氧化酶相關(guān)指標(biāo)的測定 超氧物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）活性參照李合生[12]的方法；過氧化氫酶（CAT）活性參照郭允娜等[14]的方法；超氧陰離子（O-2）參照吳雪霞等[15]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 23.0 統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析，用Microsoft Excel 2010 軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗生長和熱害指數(shù)的影響

由圖1 可知，葉面噴施沼液肥明顯緩解了高溫脅迫對生長造成的抑制作用。具體表現(xiàn)為脅迫8 d，與對照噴清水相比，噴施30×濃度沼液肥處理株高相對生長量增長82.5%，差異顯著。其中高溫脅迫前4 d 株高增長趨勢明顯，后期生長量逐漸平緩。

圖1 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗株高相對生長量的影響

由圖2 可知，在莖粗方面，噴施20×濃度處理顯著高于對照，差異顯著，具體表現(xiàn)為脅迫8 d，莖粗相比對照噴清水增加了16.37%。其次為30×濃度處理，莖粗增加了10.32%。

由表1 可知，30×處理下辣椒幼苗熱害指數(shù)最低為6.7，明顯低于對照噴清水處理，鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別比對照高12.45%和20.98%。20×處理的熱害指數(shù)比對照低了33.3%，幼苗鮮質(zhì)量、干質(zhì)量最高，分別比CK 高32.13%和40.74%，說明葉面噴施適宜濃度的沼液肥，能增加干物質(zhì)積累，提高植株抗性，進而緩解高溫脅迫對辣椒幼苗生長造成的抑制作用（圖3）。

圖2 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗莖粗的影響

表1 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗干鮮質(zhì)量和熱害指數(shù)的影響

圖3 高溫脅迫下對照和葉面噴施沼液肥處理的辣椒幼苗葉片

2.2 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗葉片葉綠素含量的影響

在高溫脅迫8 d，與對照噴清水處理相比，20×處理對高溫脅迫下辣椒幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量均顯著增加（表2）。分別比對照高27.38%、49.13%和14.87%，差異顯著。說明葉面噴施適宜濃度的沼液肥，有利于葉片光合色素的積累。

表2 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗葉綠素含量的影響

2.3 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗根系活力的影響

由表3 可知，在高溫脅迫8 d，噴施20×濃度處理下幼苗根系活力顯著高于對照噴清水處理，葉面噴施適宜濃度的沼液肥使辣椒根系活力在高溫脅迫8 d 后維持在223.27 μg·g-1·h-1，較對照處理相比高出18.4%，且差異顯著（圖4）。

表3 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗根系活力的影響

圖4 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗根系活力的影響

2.4 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗葉片MDA、O-2產(chǎn)生速率的影響

在高溫脅迫8 d 后，辣椒葉片中MDA 含量與O-2產(chǎn)生速率與對照噴清水相比有所降低（表4）。其中20×濃度處理能顯著抑制過氧化物的產(chǎn)生和積累，具體表現(xiàn)為MDA 含量相比CK 下降15.82%，O-2產(chǎn)生速率相比CK 下降14.03%，兩者差異顯著。

表4 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗葉片MDA、O-2產(chǎn)生速率的影響

2.5 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗葉片抗氧化酶活性影響

高溫脅迫下葉片抗氧化酶活性呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢（圖5～7），高溫脅迫8 d 30×處理下SOD活性較CK 處理差異顯著，提高17.3%，使幼苗在高溫脅迫下仍維持較高的抗氧化酶活性及滲透調(diào)節(jié)水平。20×處理下POD 和CAT 酶活性較對照噴清水處理分別提高46.2%和63.1%，差異顯著。說明葉面噴施適宜濃度的沼液肥能夠調(diào)節(jié)葉片抗氧化酶的活性，緩解高溫對植株的傷害。

2.6 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗光合作用的影響

由表5 可知，與對照噴清水相比，噴施沼液肥可以顯著促進高溫脅迫下辣椒幼苗葉片光合速率提高，顯著降低胞間CO2濃度。其中，葉面噴施沼液肥20×處理的光合速率和氣孔導(dǎo)度較對照處理分別提高75.8%、14.3%，胞間CO2濃度較對照下降22.5%，蒸騰速率與對照差異不明顯。

2.7 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

圖5 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗葉片SOD 活性的影響

圖6 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗葉片POD 活性的影響

圖7 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗葉片CAT 活性的影響

表5 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗光合參數(shù)的影響

圖8 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗葉片PSII最大光化學(xué)效率的影響

圖9 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗葉片F(xiàn)o的影響

圖10 葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗葉片F(xiàn)m活性的影響

隨著高溫脅迫時間的延長，各處理的Fv/Fm、Fo、Fm呈現(xiàn)下降趨勢。由圖8～10 可知，高溫脅迫2 d 時葉面噴沼液葉面肥20×和30×濃度能顯著提高Fv/Fm，較對照處理分別提高1.2%和1.4%，脅迫8 d 時，葉面噴沼液葉面肥30×濃度相比其他處理使辣椒幼苗葉片F(xiàn)v/Fm達到最高，比對照高1.5%。同樣在高溫脅迫8 d 時，噴沼液葉面肥20×濃度能顯著提高Fo，比對照高6.07%。可見追施適宜濃度沼液肥對辣椒葉片的光能轉(zhuǎn)換效率有一定促進作用。但對Fm基本沒有顯著影響。

3 討論與結(jié)論

受到高溫逆境時，會引起植物體發(fā)生一系列的傷害，比如膜系統(tǒng)破壞、細(xì)胞質(zhì)膜透性增大、活性氧的迅速積累等[16-17]，也會造成植物光合器官受損，導(dǎo)致光合速率降低，嚴(yán)重影響植物生產(chǎn)[18-19]。試驗結(jié)果表明，噴施適宜濃度的沼液葉面肥處理顯著提高了高溫脅迫下葉片F(xiàn)o，有效緩解高溫脅迫對PSⅡ反應(yīng)中心活性的傷害，增強辣椒幼苗對高溫逆境的適應(yīng)。這與張永平等[20]的研究結(jié)果一致。

同時，噴施適宜濃度沼液葉面肥可以促進葉綠素含量的增加并提高高溫脅迫條件下辣椒幼苗光合作用，緩解高溫對辣椒幼苗生長造成的抑制作用，促進其生物量的增加。試驗中氣孔導(dǎo)度升高的同時蒸騰速率加快，與吳韓英等[21]研究結(jié)果一致。高溫對光合作用的抑制與活性氧（ROS）的迅速積累有直接關(guān)系，由于電子傳遞受阻，植物體內(nèi)的活性氧大量產(chǎn)生，從而破壞生物大分子，造成細(xì)胞損傷、甚至死亡[22]。本試驗中，沼液肥通過降低超氧陰離子產(chǎn)生速率和丙二醛含量緩解高溫對辣椒幼苗生物膜的傷害。SOD、POD、以及CAT 作為一種植物體內(nèi)普遍存在的、活性較高的重要酶[16]，其活性與植物代謝強度及抗逆性有著密切的關(guān)系[23]。噴施適宜濃度沼液肥有利于緩解高溫處理后辣椒葉片中SOD、POD、CAT 活性的降低，并呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，這與馬寶鵬等[17]、徐劍鋒[24]的研究結(jié)果一致。同時減少植物細(xì)胞受到的活性氧傷害，有效地降低活性氧積累造成的蛋白質(zhì)變性、細(xì)胞死亡，在一定程度上緩解高溫氧化傷害對生物膜的損傷。

綜上所述，高溫脅迫下，葉片噴施適宜濃度的沼液肥顯著促進了辣椒幼苗的生長，增加了生物量、葉綠素含量、根系活力以及光合速率，提高光能轉(zhuǎn)換效率，促進抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，降低過氧化物對細(xì)胞造成的傷害，進而增強辣椒植株抗高溫脅迫的能力。然而，這些研究只是停留在對生理方面淺層的研究，關(guān)于沼渣沼液肥誘導(dǎo)植物抗逆性的作用途徑和分子機制，仍需再作進一步探討。