中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué) 2022 55 6 1189 1198 Scientia Agricultura Sinica doi 10 3864 j issn 0578 1752 2022 06 011 收稿日期 2021 06 23 接受日期 2021 09 09 基金項(xiàng)目 浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 2018C02010 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系 CARS 24 B 01 聯(lián)系方式 董桑婕 E mail dongsangjie 通信作者周艷虹 E mail yanhongzhou 開(kāi)放科學(xué) 資源服務(wù) 標(biāo)識(shí)碼 OSID 遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)和非生物脅迫抗性的 影響 董桑婕 1 姜小春 1 王羚羽 1 林銳 1 齊振宇 2 喻景權(quán) 1 周艷虹 1 1 浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院 農(nóng)業(yè)部園藝植物生長(zhǎng)發(fā)育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州 310058 2 浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站 杭州 310058 摘要 目的 研究補(bǔ)照適量遠(yuǎn)紅光 FR 對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)發(fā)育和非生物脅迫抗性的調(diào)控作用 旨在為實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中利用 精確的光環(huán)境調(diào)控手段培育壯苗提供理論依據(jù) 方法 以辣椒 博辣紅帥 品種為研究材料 將苗齡 7 d 的辣椒幼苗置于 LED 光源對(duì)照光譜 NL 紅 R 藍(lán) B 3 1 光量子通量密度 PPFD 為 150 mol m 2 s 1 及在此基礎(chǔ)上分別補(bǔ)充 10 mol m 2 s 1 遠(yuǎn) 紅光 6 FR 20 mol m 2 s 1 遠(yuǎn)紅光 13 FR 和30 mol m 2 s 1 遠(yuǎn)紅光 20 FR 的處理組光譜環(huán)境條件下培養(yǎng) 并于苗 齡 21 d 時(shí)進(jìn)行低溫和干旱處理 通過(guò)測(cè)定生物量 抗性相關(guān)基因表達(dá) 抗氧化酶活性 激素含量 葉綠素?zé)晒鈪?shù)以及葉 片相對(duì)電導(dǎo)率等 探究補(bǔ)充 6 FR 對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)和非生物脅迫抗性的影響 結(jié)果 與對(duì)照光譜相比 補(bǔ)充 6 FR 顯著提 高了辣椒幼苗株高 莖粗 干鮮重以及壯苗指數(shù) P 0 05 低溫脅迫下 相比于對(duì)照光譜組 補(bǔ)充6 FR顯著提高了辣椒 葉片冷響應(yīng)基因 CBF1 和抗氧化酶相關(guān)基因 Cu Zn SOD GR APX CAT DHAR 的表達(dá)水平 超氧化物歧化酶 SOD 抗壞血 酸過(guò)氧化物酶 APX 脫氫抗壞血酸還原酶 DHAR 過(guò)氧化氫酶 CAT 谷胱甘肽還原酶 GR 活性比對(duì)照分別增加25 2 53 6 55 8 72 7 和 33 4 抗逆相關(guān)激素脫落酸 ABA 的含量提高 69 5 同時(shí) 低溫脅迫下補(bǔ)充 6 F R 后辣椒葉片 PSII最大光化學(xué)效率 Fv Fm 較對(duì)照光譜組顯著升高 而相對(duì)電導(dǎo)率 REL 顯著降低 表明補(bǔ)充6 FR緩解了低溫下PSI I 光抑制和葉片細(xì)胞的損傷 提高了辣椒幼苗的耐冷性 此外 干旱脅迫下 相比于對(duì)照光譜組 補(bǔ)充6 FR使辣椒幼苗的抗 氧化酶 SOD GR APX CAT DHAR 活性分別增加 13 7 38 0 37 2 27 6 和 23 7 ABA 含量 和 PSII 實(shí)際光化學(xué)效率 PSII 也顯著升高 而 REL 則明顯降低 表明補(bǔ)充 6 FR 減輕了干旱脅迫引起的 PSII 光抑制和膜脂過(guò)氧化 提高了辣椒 幼苗的耐旱性 結(jié)論 補(bǔ)充 6 FR 不僅可促使辣椒壯苗的形成 還可通過(guò)增加抗氧化酶活性和 ABA 含量提高辣椒幼苗對(duì)低 溫脅迫和干旱脅迫的抗性 關(guān)鍵詞 辣椒 遠(yuǎn)紅光 壯苗指數(shù) 低溫脅迫 干旱脅迫 Effects of Supplemental Far Red Light on Growth and Abiotic Stress Tolerance of Pepper Seedlings DONG SangJie 1 JIANG XiaoChun 1 WANG LingYu 1 LIN Rui 1 QI ZhenYu 2 YU JingQuan 1 ZHOU YanHong 1 1 Department of Horticulture College of Agriculture and Biotechnology Zhejiang University State Agriculture Ministry Key Laboratory of Horticultural Plant Growth and Development Hangzhou 310058 2 Agricultural Experimental Station Zhejiang University Hangzhou 310058 Abstract Objective This study analyzed the effects of supplementary far red light FR on the growth and abiotic stress tolerance of pepper seedlings aiming to provide a theoretical basis on precise light environments for cultivating high quality vegetable 1190 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 55卷 seedlings Method In this study Bola Hongshuai pepper cultivar was used as the research material The 7 day old seedlings were cultivated under two LED light environments including the control spectrum NL R B 3 1 150 mol m 2 s 1 PPFD and the NL with an extra 10 mol m 2 s 1 far red light 6 FR 20 mol m 2 s 1 far red light 13 FR and 30 mol m 2 s 1 far red light 20 FR Chilling and drought were imposed when the seedlings were 21 days old Biomass resistance related gene expression antioxidant enzyme activity hormone content chlorophyll fluorescence parameters and leaf relative electrolyte leakage REL were analyzed to explore the effects of supplemental FR on growth and abiotic stress tolerance of pepper seedlings Result Compared with the control the supplementation of 6 FR was beneficial to increase the height stem thickness dry weight fresh weight and seedling indexes of pepper seedlings Moreover the supplementation of 6 FR significantly increased the expression of the cold response gene CBF1 and antioxidant enzyme related genes such as Cu Zn SOD GR APX CAT and DHAR under chilling stress The activity of SOD APX DHAR CAT and GR as well as the ABA content of pepper seedlings under low temperature increased by 25 2 53 6 55 8 72 7 33 4 and 69 5 respectively following the treatment with supplemental FR The PSII maximum photochemical efficiency Fv Fm of pepper leaves after supplementation of 6 FR under low temperature stress significantly increased compared with the control while REL decreased obviously indicating that supplementation of 6 FR alleviated the low temperature induced PSII photoinhibition and damage in leaves and enhanced the cold tolerance of pepper seedlings Under the drought stress condition compared with the control the supplementation of 6 FR improved the activity of SOD GR APX CAT and DHAR by 13 7 38 0 37 2 27 6 and 23 7 respectively The ABA content and PSII actual photochemical efficiency PSII were both increased while REL was decreased significantly The results showed that the supplementation of 6 FR reduced the degree of PSII photoinhibition and membrane lipid peroxidation caused by drought stress and improved the drought tolerance of pepper seedlings Conclusion The study found that supplementation of 6 FR could not only improve the quality of pepper seedlings but also enhance the resistance of pepper seedlings to low temperature and drought stresses by improving antioxidant defense and ABA homeostasis Key words pepper Capsicum annuum L far red light seedling index low temperature stress drought stress 0 引言 研究意義 光是維持植物生長(zhǎng)所必須的環(huán)境因 子 它既能為植物提供光合作用所需能量 也能作為 一種環(huán)境信號(hào)調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育 其中 光質(zhì)作為 光環(huán)境的重要特性對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要 1 3 近 年來(lái) 利用全人工光照的植物工廠育苗技術(shù)實(shí)現(xiàn)了作 物的大規(guī)模 標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)質(zhì)育苗生產(chǎn) 極大地提高了作 物的產(chǎn)量 品質(zhì)以及生產(chǎn)力 4 其中 發(fā)光二極管 LED 作為補(bǔ)光光源不僅具有壽命長(zhǎng) 耗能低的特 點(diǎn) 還可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定的功能光譜進(jìn)行組合 以滿(mǎn)足作 物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)光的需求 5 7 因此 基于植物需求的 LED光源光譜構(gòu)成的優(yōu)化對(duì)于提高蔬菜作物生產(chǎn)效 率具有重要意義 前人研究進(jìn)展 植物通過(guò)光受體 光敏色素感知生長(zhǎng)環(huán)境中動(dòng)態(tài)變化的紅光 R 和遠(yuǎn) 紅光 FR 光質(zhì)信號(hào) 從而調(diào)控植物形態(tài)建成 逆境 抗性等生理過(guò)程 在番茄中已發(fā)現(xiàn)有5種光敏色素 PHYA PHYB1 PHYB2 PHYE和PHYF 參與 光質(zhì)信號(hào)調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程 其中 FR受體PHYA 和R受體PHYB1 B2最為重要 8 目前 利用光譜成 分中R和FR比值 R FR 的變化來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)施作物生 長(zhǎng)發(fā)育的研究備受關(guān)注 研究表明 高比例R FR會(huì) 導(dǎo)致植株節(jié)間距變小 植株矮化 低比例R FR會(huì)導(dǎo) 致植物節(jié)間伸長(zhǎng) 株高增加 葉面積增加 葉綠素含 量降低 9 11 此外 光質(zhì)對(duì)植物的抗逆生理也起到調(diào) 控作用 12 張曉梅等 13 的研究結(jié)果顯示 與其他單色 光處理相比 R可以顯著降低干旱條件下黃瓜的失水 率 同時(shí)增加SOD CAT以及G POD的活性 從而 提高黃瓜的干旱抗性 在低溫脅迫響應(yīng)過(guò)程中 R可 以提高草莓葉片可溶性糖含量 抑制丙二醛的積累 藍(lán)光 B 有助于脯氨酸和可溶性蛋白的增加 因此 適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充R B有利于草莓植株抗寒性的提高 14 而在番茄中 低比例R FR會(huì)促進(jìn)ABA和JA的生物 合成 并激活CBF信號(hào)通路 從而提高番茄的低溫抗 性 15 辣椒是我國(guó)設(shè)施栽培的主要蔬菜種類(lèi) 與番茄 同屬于茄科 不耐低溫和旱澇 尤其對(duì)苗期的溫度和 水分管理的要求較高 然而光質(zhì)對(duì)其生長(zhǎng)和逆境適應(yīng) 性的調(diào)控作用尚不清晰 本研究切入點(diǎn) 盡管已有 大量研究揭示紅藍(lán)光對(duì)植株生物量 產(chǎn)量以及品質(zhì)的 調(diào)控作用 16 17 但關(guān)于光質(zhì)信號(hào)調(diào)控植物非生物逆境 抗性方面的研究卻較少 光質(zhì)調(diào)控作物生長(zhǎng) 抗性平衡 的作用機(jī)制是目前亟待解決的重要科學(xué)問(wèn)題 這對(duì)于 保障作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)具有重要意義 擬解決的關(guān)鍵問(wèn) 題 本研究旨在探討辣椒苗期適宜的LED光譜構(gòu)成 6期 董桑婕等 遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)和非生物脅迫抗性的影響 1191 以期利用光質(zhì)調(diào)控的方法提高辣椒幼苗的壯苗指數(shù) 并增強(qiáng)其對(duì)低溫和干旱脅迫的抗性 為保障辣椒的優(yōu) 質(zhì)高產(chǎn)奠定基礎(chǔ) 1 材料與方法 試驗(yàn)于2019 2020年在浙江大學(xué)蔬菜研究所 進(jìn)行 1 1 試驗(yàn)材料與處理 供試?yán)苯菲贩N為 博辣紅帥 Capsicum annuum L Bola Hongshuai 將辣椒種子置于150 mL錐形瓶 55 溫水浸泡20 min 然后放在200 r min的搖床上 28 催芽4 d左右 其間每天更換2次水 催芽結(jié)束 后選取出芽長(zhǎng)度基本一致的種子 播種于50孔穴盤(pán) 中 每周澆3次Hoagland營(yíng)養(yǎng)液 光質(zhì)處理 待辣椒子葉伸展 將7 d苗齡幼苗置于 光質(zhì)生長(zhǎng)室進(jìn)行不同光質(zhì)處理 調(diào)節(jié)光源和幼苗之間的 距離使光量子通量密度 PPFD 保持在150 mol m 2 s 1 設(shè)置如下 對(duì)照 不補(bǔ)光 NL R B 3 1 具體光 譜圖見(jiàn)圖1 補(bǔ)充10 mol m 2 s 1 遠(yuǎn)紅光 6 FR 補(bǔ) 充20 mol m 2 s 1 遠(yuǎn)紅光 13 FR 補(bǔ)充30 mol m 2 s 1 遠(yuǎn)紅光 20 FR 其中 R B和FR的主波長(zhǎng)分別 為660 450和730 nm 幼苗生長(zhǎng)光周期為8 00 20 00 溫度為25 相對(duì)濕度為70 試驗(yàn)共3個(gè)處理組 每 個(gè)處理組設(shè)3次重復(fù) 每50株為一個(gè)重復(fù) 共150株 相對(duì)光譜功率 Relati ve sp ect r al en erg y P 圖 1 試驗(yàn)所用 LED 燈的相對(duì)光譜曲線(xiàn) Fig 1 Relative spectral curve of the LED lamp used in the test 低溫處理 將苗齡為21 d的辣椒幼苗移至12孔 穴盤(pán) 3 4 中 緩苗3 d后于人工氣候箱 浙江求 是 內(nèi)進(jìn)行低溫和光質(zhì)共處理 溫度處理分別為25 和6 光環(huán)境條件分別為自然光 NL 和補(bǔ)充6 FR 光周期為12 h 環(huán)境濕度為85 低溫處理至幼苗出 現(xiàn)明顯的脅迫表型 7 d 試驗(yàn)共3個(gè)處理組 每個(gè) 處理組設(shè)3次重復(fù) 每12株為一個(gè)重復(fù) 共36株 干旱處理 在光環(huán)境條件分別為NL和補(bǔ)充6 FR 的情況下 將苗齡為21 d的辣椒幼苗移至12孔穴盤(pán) 3 4 中 緩苗3 d后對(duì)每組光質(zhì)處理的辣椒幼苗 進(jìn)行平均分組 分為正常澆水 Control 和干旱脅迫 Drought 于干旱脅迫處理前澆透水 之后正常澆 水的處理組每2 3 d澆水一次 干旱脅迫的處理組不 再澆水 直至幼苗出現(xiàn)明顯的脅迫表型 7 d 處理 7 d后 對(duì)照組和處理組的基質(zhì)絕對(duì)含水量分別為35 和10 干旱處理試驗(yàn)共3個(gè)處理組 每個(gè)處理組設(shè) 3次重復(fù) 每12株為一個(gè)重復(fù) 共36株 1 2 測(cè)量項(xiàng)目及方法 1 2 1 生物量測(cè)定 幼苗期不同光質(zhì)處理21 d后測(cè) 定各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo) 包括株高 莖粗 第一節(jié)間距 下 胚軸長(zhǎng)度 葉片數(shù) 鮮重 干重 對(duì)每個(gè)處理稱(chēng)量鮮 重后 用105 殺青30 min 然后在65 下烘干至恒 重 計(jì)算幼苗壯苗指數(shù) 計(jì)算公式為 壯苗指數(shù) 莖粗 株高 地下部干重 地上部干重 全株干重 1 2 2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)分析 低溫和干旱處理7 d 后 將辣椒植株進(jìn)行30 min暗處理 選取相同葉位的功 能葉 使用Imaging PAM葉綠素?zé)晒鈨x IMAGMAX1 Heinz Walz Effeltrich Germay 測(cè)定PSII最大光化 學(xué)效率 Fv Fm 和PSII實(shí)際光化學(xué)效率 PSII 具體方法參考JIANG等 18 1 2 3 相對(duì)電導(dǎo)率 REL 測(cè)定 低溫和干旱處理7 d 后 測(cè)定辣椒葉片的相對(duì)電導(dǎo)率 具體方法參考 ZHANG等 19 1 2 4 抗氧化酶活性測(cè)定 低溫處理1 d和干旱處理 3 d后 精確稱(chēng)取0 5 g葉樣 測(cè)定根據(jù)XIA等 20 的具 體方法 1 2 5 ABA含量的測(cè)定 低溫處理1 d和干旱處理3 d 1192 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 55卷 后 精確稱(chēng)取0 1 g的葉片于液氮中冷凍 具體測(cè)定參 考王峰 21 的方法 1 2 6 總 RNA 提取和實(shí)時(shí)熒光定量 PCR RT qPCR 分析 低溫處理6 h后 取RNA樣存于 80 中待用 具體參考JIANG等 18 的方法 使用辣椒泛素連接蛋白 基因UBI 3作為內(nèi)參基因 基因相對(duì)表達(dá)量的計(jì)算采 用LIVAK等 22 的方法 引物見(jiàn)表1 1 3 統(tǒng)計(jì)分析 試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì) 隨機(jī)取樣 進(jìn)行3次重 復(fù) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS20進(jìn)行ANOVA分析 不同 處理之間差異采用Tukey檢測(cè) 不同的字母表示顯著 性差異 P 0 05 表 1 實(shí)時(shí)熒光定量 PCR 引物 Table 1 Primers used for real time quantitative PCR 基因名稱(chēng) Gene name 正向引物 5 3 Forward primer 反向引物 5 3 Reverse primer UBI 3 TGTCCATCTGCTCTCTGTTG CACCCCAAGCACAATAAGAC CBF1 CCGGCTTCCTCTGACACTAA GTAATCCCGGCATGCAGAAG Cu Zu SOD ATGGAGATGCTCCAACCACA CCAAGATCACCAGCATGACG APX TCTGTGAAGCGGTGAAGTCT GTGGCACACCTTGTTTAGCA CAT AAGCAGGCTGGGGAGAGATA CATGAGTGACTCGGGGATCG GR CTTGTTGATGCGCAGACAGA CAAACTGCTCCTTGGTTGCT DHAR GAGGTGAACCCAGAAGGGAA CCCACAGAGGCAAATTCAGG 2 結(jié)果 2 1 補(bǔ)充不同比例 FR 對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)及生物量的影響 由圖2和表2可發(fā)現(xiàn) 與對(duì)照光譜相比 補(bǔ)充6 FR顯著提高了辣椒幼苗的株高 莖粗 干 鮮重以及壯 苗指數(shù) P 0 05 且對(duì)辣椒幼苗的第一節(jié)間距和下 胚軸長(zhǎng)度沒(méi)有顯著影響 其中 總鮮重和總干重分別較 對(duì)照組增加了26 2 和20 7 壯苗指數(shù)較對(duì)照組增加 41 5 而補(bǔ)充13 FR以及20 FR則易造成幼苗的 株高 節(jié)間距 下胚軸增長(zhǎng) 產(chǎn)生幼苗徒長(zhǎng)現(xiàn)象 對(duì)于 辣椒壯苗的形成具有抑制作用 因此 在辣椒幼苗期補(bǔ) 充6 FR能夠在不影響辣椒幼苗下胚軸長(zhǎng)度的情況提 高幼苗的生物量和壯苗指數(shù) 有利于壯苗的培育 NL 6 FR 4 cm 圖 2 補(bǔ)充 6 FR 對(duì)辣椒幼苗表型的影響 Fig 2 Effects of 6 FR supplementation on the phenotype of pepper seedlings 表 2 補(bǔ)充 FR 對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)和生物量的影響 Table 2 Effects of supplemental FR on the growth and biomass of pepper seedlings 處理 Treatment 株高 Plant height cm 莖粗 Stem thickness mm 第一節(jié) 間距 First internode length cm 下胚軸 長(zhǎng)度 Hypocotyl length cm 葉片數(shù) Leaf number 地上部鮮重 Aboveground FW g 地下部鮮重 Underground FW g 總鮮重 Total FW g 地上部干重 Aboveground DW g 地下部干重 Underground DW g 總干重 Total DW g 壯苗 指數(shù) Seedling index 自然光NL 9 88d 2 13bc 3 45c 3 10c 5 83a 1 72b 0 52b 2 21b 0 186bc 0 053bc 0 246b 0 118b 6 FR 11 37c 2 53a 3 33c 3 13c 6 00a 2 25a 0 65a 2 79a 0 223a 0 076a 0 297a 0 167a 13 FR 13 85b 2 28b 3 90b 3 40b 5 67a 1 72b 0 43c 2 19b 0 192b 0 061b 0 238b 0 110bc 20 FR 15 31a 1 96c 4 31a 3 90a 5 50a 1 65b 0 41c 0 173c 0 361b 0 047c 0 224b 0 096c 不同小寫(xiě)字母代表顯著性差異 P 0 05 下同 Different lowercase letters indicate significant differences P 0 05 The same as below 6期 董桑婕等 遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)和非生物脅迫抗性的影響 1193 2 2 補(bǔ)充 6 FR 對(duì)辣椒幼苗低溫抗性的影響 2 2 1 對(duì)辣椒幼苗低溫脅迫相關(guān)基因表達(dá)的影響 研究表明 冷響應(yīng)基因CBFs顯著受低溫脅迫誘導(dǎo) 表達(dá) 從而在提高植物的低溫脅迫抗性中發(fā)揮重要 作用 23 本試驗(yàn)結(jié)果顯示 低溫處理6 h后 在對(duì)照 光譜條件下低溫顯著誘導(dǎo)了冷響應(yīng)基因CBF1及抗氧 化酶相關(guān)基因Cu Zn SOD GR APX CAT DHAR 的表達(dá) 而在補(bǔ)充6 FR條件下低溫對(duì)這些基因表達(dá) 水平的誘導(dǎo)效果更加顯著 圖3 2 2 2 對(duì)低溫脅迫下辣椒幼苗抗氧化酶活性及 ABA 含量的影響 與低溫脅迫相關(guān)基因表達(dá)結(jié)果相一 致 補(bǔ)充6 FR能顯著提高抗氧化酶SOD APX DHAR CAT和GR的活性 與低溫對(duì)照光譜組相 比 它們的活性分別增加約25 2 53 6 55 8 72 7 和33 4 圖4 P 0 05 此外 與植物 抗逆密切相關(guān)的內(nèi)源激素ABA也在低溫伴隨補(bǔ)充 c c b a 0 50 100 150 200 250 NL 6 FR 相對(duì)表達(dá)量 Relati ve express ion CBF1 d c b a 0 2 4 6 8 10 12 NL 6 FR Cu Zn SOD c bc b a 0 5 10 15 NL 6 FR GR c bc ab a 0 2 4 6 8 NL 6 FR APX c bc b a 0 1 2 3 4 5 6 NL 6 FR CAT c bc b a 0 1 2 3 4 NL 6 FR DHAR 相對(duì)表達(dá)量 Rel a tiv e express ion 相對(duì)表達(dá)量 Relati ve express ion 相對(duì)表達(dá)量 Rel a tiv e express ion 相對(duì)表達(dá)量 Relati ve express ion 相對(duì)表達(dá)量 Rel a tiv e express ion 25 6 圖 3 補(bǔ)充 6 FR 對(duì)低溫脅迫下辣椒幼苗 CBF1 及抗氧化酶相關(guān)基因表達(dá)的影響 Fig 3 Effects of 6 FR supplementation on the expression of CBF1 and antioxidant enzyme related genes in pepper seedlings under low temperature stress c c b a 0 02 0 04 0 06 0 08 NL 6 FR c c b a 0 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 NL 6 FR c c b a 0 2 4 6 8 10 NL 6 FR c c b a 0 2 4 6 8 10 NL 6 FR 酶活性 Act ivi ty mol mi n 1 mg 1 prot ei n SOD GR APX CAT DHAR ABA 0 10 0 酶活性 Act ivi ty mol mi n 1 mg 1 prot ei n 酶活性 Act ivi ty mol mi n 1 mg 1 prot ei n 酶活性 Act ivi ty mol mi n 1 mg 1 prot ei n 25 6 c c b a 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 NL 6 FR 酶活性 Act ivi ty mol mi n 1 mg 1 prot ei n c c b a 0 100 200 300 400 500 NL 6 FR 含量 Cont ent n g g 1 圖 4 補(bǔ)充 6 FR 對(duì)低溫脅迫下辣椒幼苗抗氧化酶活性和 ABA 含量的影響 Fig 4 Effects of 6 FR supplementation on antioxidant enzyme activity and ABA content in pepper seedlings under low temperature stress 1194 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 55卷 6 FR條件下被誘導(dǎo)出更高的積累水平 圖4 比低溫對(duì)照光譜組高69 5 而在常溫條件下 補(bǔ) 充6 FR則不能引起這些參數(shù)的顯著變化 2 2 3 對(duì)低溫脅迫下辣椒幼苗表型 Fv Fm和 REL的 影響 低溫耦合正常光譜下生長(zhǎng)的辣椒幼苗葉片萎焉 且邊緣卷曲 表現(xiàn)出明顯的冷害癥狀 而補(bǔ)充6 FR 的辣椒幼苗的冷害癥狀則明顯得到緩解 圖5 A B 進(jìn)一步分析辣椒植株葉片的Fv Fm與REL發(fā)現(xiàn) 補(bǔ) 充6 FR不僅能有效抑制低溫脅迫引起的辣椒葉片 Fv Fm的下降 還能顯著抑制低溫脅迫引起REL的升 高 圖5 C D 以上結(jié)果表明 適當(dāng)補(bǔ)充FR能有 效提高辣椒幼苗對(duì)低溫脅迫的耐受性 25 1 NL 6 FR 0 NL 6 FR NL 6 FR 25 6cm 6 25 6 A B a a c b 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 NL 6 FR c c a b 10 20 30 40 50 60 70 80 NL 6 FR 25 6 0 C D 圖 5 補(bǔ)充 6 FR 對(duì)低溫脅迫下辣椒幼苗表型 Fv Fm 及 REL 的影響 Fig 5 Effects of 6 FR supplementation on plant phenotype Fv Fm and REL in pepper seedlings under low temperature stress 2 3 補(bǔ)充 6 FR 對(duì)辣椒幼苗干旱抗性的影響 2 3 1 對(duì)干旱脅迫下辣椒幼苗抗氧化酶活性和 ABA 含量的影響 為了探明補(bǔ)充6 FR對(duì)辣椒幼苗干旱 脅迫抗性的調(diào)控作用 本試驗(yàn)對(duì)辣椒幼苗進(jìn)行了干旱 和光質(zhì)共同處理7 d 由圖6可見(jiàn) 在正常供水條件 下 補(bǔ)充6 FR對(duì)辣椒幼苗的抗氧化酶活性沒(méi)有顯 著影響 但在干旱條件下 與正常光譜組相比 補(bǔ)照 6 FR后辣椒葉片中SOD GR APX CAT和DHAR 的活性分別增加約13 7 38 0 37 2 27 6 和 23 7 表明補(bǔ)充6 FR顯著增強(qiáng)了辣椒葉片中抗氧 化酶的活性 圖6 P 0 05 此外 ABA作為 參與調(diào)控植物干旱脅迫抗性的重要激素 在干旱條件 下 補(bǔ)照6 FR也能顯著增加其在辣椒葉片中的積 累 圖6 2 3 2 對(duì)干旱脅迫下辣椒幼苗表型 PSII及REL的 影響 進(jìn)一步分析干旱脅迫7 d后植株的抗性 與正 常光譜組相比 補(bǔ)照6 FR能顯著緩解干旱脅迫引起 的辣椒葉片干枯卷曲等干旱癥狀 表現(xiàn)出更強(qiáng)的干旱 脅迫抗性 圖7 A B 同時(shí) 干旱脅迫下 補(bǔ)充 6 FR的辣椒葉片 PSII 顯著高于正常光譜組對(duì)照 而 REL則顯著低于正常光譜組對(duì)照 圖7 C D 因 此 適當(dāng)補(bǔ)充FR能有效提高辣椒植株耐旱性 6期 董桑婕等 遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)和非生物脅迫抗性的影響 1195 cc b 100 200 300 400 NL 6 FR 含量 Cont en t n g g 1 c c b a 0 2 4 6 NL 6 FR c c b a 0 1 0 2 0 3 0 4 NL 6 FR c c b a 0 05 0 15 NL 6 FR c c b a 0 2 4 6 8 10 NL 6 FR SOD APXGR c c b a 0 05 0 15 NL 6 FR CAT DHAR ABA 酶活性 Acti vit y mol min 1 mg 1 p r otein 對(duì)照 Control干旱 Drought 0 10 0 10 0 0 0 0 酶活性 Acti vit y mol min 1 mg 1 p r otein 酶活性 Acti vit y mol min 1 mg 1 p r otein 酶活性 Ac ti vi t y mol min 1 m g 1 prot ein 酶活性 Ac ti vi t y mol min 1 m g 1 prot ein a 圖 6 補(bǔ)充 6 FR 對(duì)干旱脅迫下辣椒幼苗抗氧化酶活性和 ABA 含量的影響 Fig 6 Effects of 6 FR supplementation on antioxidant enzyme activity and ABA content in pepper seedlings under drought stress 對(duì)照 Control NL 6 FR 干旱 Drought NL 6 FR 0 NL 6 FR 對(duì)照 Control 1 6 cm 干旱 Drought A B c c a b 0 10 20 30 40 50 60 NL 6 FR 相對(duì)電導(dǎo)率 REL 對(duì)照 Control干旱 Drought a a c b 0 0 2 0 4 0 6 0 8 NL 6 FR PSII 實(shí)際光化學(xué)效率 PSII C D 圖 7 補(bǔ)充 6 FR 對(duì)干旱脅迫下辣椒幼苗表型 PSII及 REL 的影響 Fig 7 Effects of 6 FR supplementation on plant phenotype PSII and REL in pepper seedlings under drought stress 1196 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 55卷 3 討論 3 1 FR 補(bǔ)光影響辣椒生長(zhǎng) 近年來(lái) 隨著光生物學(xué)的不斷發(fā)展 不可見(jiàn)光中 FR對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)節(jié)作用逐漸被揭示 它已被證 明可以參與調(diào)控植物去黃化 伸長(zhǎng)生長(zhǎng) 光周期和開(kāi) 花等光形態(tài)建成 還能調(diào)節(jié)植物株高 節(jié)間長(zhǎng)度 冠 層幅度等植株形態(tài)建成 24 26 此外 在自然界環(huán)境中 由于冠層樹(shù)木的相互遮擋 冠層下層的R FR比例較 低 低R FR通過(guò)調(diào)節(jié)避蔭植物體內(nèi)激素水平來(lái)誘導(dǎo) 莖和葉快速伸長(zhǎng) 以獲得更好的可利用光 27 FR誘 導(dǎo)的這些生理效應(yīng)部分或全部依賴(lài)于細(xì)胞擴(kuò)張 是包 括赤霉素 生長(zhǎng)素 油菜素內(nèi)酯和乙烯在內(nèi)的多種植 物激素的共同作用 28 辣椒是我國(guó)設(shè)施生產(chǎn)中最為重 要的蔬菜作物之一 光源波長(zhǎng)組成中FR比例的變化 對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和抗逆性的影響尚不清晰 本研究發(fā)現(xiàn) 在150 mol m 2 s 1 紅藍(lán)光基礎(chǔ)上補(bǔ)充10 mol m 2 s 1 遠(yuǎn)紅光 R FR 3 能在不顯著改變下胚軸長(zhǎng)度的情 況下增加辣椒幼苗的干鮮重 提高壯苗指數(shù) 促進(jìn)壯 苗的形成 這與LI等 17 研究認(rèn)為補(bǔ)充FR可以顯著促 進(jìn)作物干 鮮重 葉長(zhǎng)和葉寬增加的結(jié)論基本一致 另 外 在本試驗(yàn)中補(bǔ)充13 FR和20 FR會(huì)導(dǎo)致幼苗 第一節(jié)間距顯著增加 莖粗降低 壯苗指數(shù)顯著減小 不利于其生長(zhǎng) 這表明在苗期進(jìn)行過(guò)量的FR處理會(huì) 導(dǎo)致植株徒長(zhǎng) 在實(shí)際生產(chǎn)中利用補(bǔ)照適量FR的方 式提高辣椒幼苗質(zhì)量是一種具有一定可行性的環(huán)境 調(diào)控手段 已有研究表明 在菊花生殖生長(zhǎng)階段 低 比例的FR R FR 2 5 處理顯著促進(jìn)菊花株高 莖 粗 葉面積 葉片數(shù) 總干重 花干物質(zhì)分配指數(shù)等 的增加 而增加FR成分使R FR降至0 5時(shí) 則顯 著增加植株的節(jié)間長(zhǎng)度 且不利于花干物質(zhì)分配 29 該結(jié)論與本試驗(yàn)研究結(jié)果相似 但本研究主要集中于 辣椒幼苗期的生物量以及形態(tài)指標(biāo)等方面 考慮到不 同發(fā)育階段植株對(duì)于光調(diào)控的響應(yīng)可能存在差異 30 可以進(jìn)一步研究補(bǔ)充FR對(duì)辣椒整個(gè)發(fā)育進(jìn)程的影響 變化 3 2 FR 補(bǔ)光 影響辣椒抗逆性 FR不僅對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有調(diào)控作用 在植物 的逆境抗性中也發(fā)揮著重要作用 在低溫脅迫中 FR 激活光受體PHYA 從而誘導(dǎo)ABA依賴(lài)的JA信號(hào)轉(zhuǎn) 導(dǎo) 進(jìn)而激活番茄CBF途徑 提高番茄植株的低溫抗 性 15 干旱脅迫下 在棉花進(jìn)入黑暗前補(bǔ)照30 min遠(yuǎn) 紅光 會(huì)導(dǎo)致其氣孔阻力增大 蒸騰速率降低 進(jìn)而 促進(jìn)植株抗旱性 31 在對(duì)病原菌抗性的調(diào)控中 FR 激活PHYA參與植物晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié) 進(jìn)而調(diào)控病原 相關(guān)分子模式誘導(dǎo)的免疫反應(yīng) 32 與番茄中的研究結(jié) 果一致 本研究發(fā)現(xiàn) 補(bǔ)充6 FR也可以激活辣椒中 的CBF抗冷途徑 提高辣椒葉片的ABA含量以及抗 氧化酶的活性 從而緩解光系統(tǒng)中光抑制的發(fā)生以及 葉片細(xì)胞的損傷 增強(qiáng)辣椒幼苗的低溫脅迫抗性 前 人研究表明 在番茄中 FR借助HY5和PIF4等光信 號(hào)轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄激活下游激素信號(hào)相關(guān)基因 從而調(diào) 節(jié)番茄體內(nèi)激素水平 增強(qiáng)低溫脅迫抗性 21 這一調(diào) 控機(jī)制是否也存在于辣椒中還有待進(jìn)一步探究 此外 本研究還發(fā)現(xiàn) 與低溫脅迫相似 在干旱脅迫中 補(bǔ) 充6 FR也能有效增強(qiáng)辣椒葉片抗氧化酶的活性以 及ABA的含量 從而緩解光抑制的發(fā)生以及葉片細(xì) 胞的損傷 增強(qiáng)辣椒幼苗對(duì)干旱脅迫的抗性 這表明 在不同的逆境脅迫中 FR對(duì)于加強(qiáng)有害活性氧的清除 以及ABA的積累可能具有普適性 4 結(jié)論 在紅藍(lán)組合光基礎(chǔ)上補(bǔ)充6 遠(yuǎn)紅光 FR 可 以有效提高辣椒幼苗的生物量及壯苗指數(shù) 促進(jìn)壯苗 的形成 另外 補(bǔ)充6 FR可通過(guò)增強(qiáng)抗氧化酶活性 和ABA的含量提高辣椒幼苗的低溫脅迫和干旱脅迫 抗性 參考文獻(xiàn) References 1 JIAO Y L LAU O S DENG X W Light regulated transcriptional networks in higher plants Nature Reviews Genetics 2007 8 3 217 230 doi 10 1038 nrg2049 2 YAVARI N TRIPATHI R WU B S MACPHERSON S SINGH J LEFSRUD M The effect of light quality on plant phys