低温弱光下辣椒生理生化变化规律及品种耐性鉴定研究

摘要

低温弱光是设施栽培中限制作物产量和品质的重要因素，筛选、培育耐低温弱光品种已成为国内外的育种目标。耐低温弱光性鉴定是研究植物耐性机理和筛选耐低温弱光材料的基础，而所采用鉴定指标的合理性及准确性是对育种材料耐性进行客观评价的关键。辣椒原产中南美洲热带地区，是人们广为喜爱的喜温蔬菜，亦是冬、春设施栽培的主要作物，但冬、春季温室的低温弱光抑制其生长发育，致使其产量和品质降低，制约着设施辣椒冬春季节生产效益的提高和栽培面积的扩大。目前，尚无辣椒耐低温弱光种质鉴定筛选的统一指标和方法。 本研究以12个耐低温弱光性不同的辣椒品种为试材，分别研究了在15℃/5℃(昼/夜)、100μmol·m-2·s-1PFD低温弱光(模拟节能日光温室冬春季节的实际条件)下和28℃(2/18℃(昼/夜)、100μmol·m-2·s-1PFD常温弱光下处理0d、5d、10d、15d和20d的辣椒幼苗叶片膜脂过氧化(离子渗漏率、 MDA)、酶和非酶保护系统(SOD、POD、APX、GR、AsA、GSH)、渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白)、叶绿素和类胡萝卜素(Chla、Chlb、Chla/b、ChlT、Car、Car/ChlT)、叶绿素a荧光参数(Fv/Fm、φPS Ⅱ、Fv′/Fm′、qP、NPQ、Fs、Fm、F0、Fv、Fm′、Fo′、 FV′)、淀粉、叶面积干重比(SLA)、根冠比共32个单项指标的动态变化规律，为辣椒耐低温弱光性鉴定和耐弱光性鉴定提供理论依据。以冷害指数和低温死亡率为耐低温弱光性的初选依据，以弱光下干物质积累量的变化为耐弱光性的初选依据，应用相关分析和综合隶属函数的方法，分别确立了辣椒耐低温弱光和耐弱光鉴定的指标体系和操作体系，应用该体系对供试12个辣椒品种的耐低温弱光性和耐弱光性进行了鉴定。 主要研究结果如下： 1.低温弱光和单一弱光处理使辣椒叶片的SLA升高，叶片变薄。在正常条件下，辣椒植株的根冠比逐渐减小，低温弱光和单一弱光处理使根冠比减小缓慢。 2.低温弱光和单一弱光处理后，所有辣椒品种的SOD、POD、APX、GR等保护酶活性均被激活。POD活性在20d处理期内均高于处理前，SOD、APX和GR在处理5d或10d形成活性高峰，之后下降，大部分品种在处理末期低于处理前水平；AsA含量显著降低：GSH含量总体上增加；叶片离子渗漏率和MDA含量总体升高。处理初期各种保护酶的活性增强与品种的耐低温弱光性之间没有显著相关性。低温弱光处理15d，辣椒叶片的外观伤害症状开始显现，SOD、APX活性与品种耐低温弱光性之间呈显著正相关，POD和GR活性、AsA和GSH含量均无相关性。单一弱光处理5d的APX活性与品种耐弱光性之间呈显著正相关，其它保护酶活性和非酶保护物质含量与辣椒的耐弱光性之间无相关性。 3.低温弱光和单一弱光处理后，辣椒叶片的Pro含量、可溶性糖含量升高，可溶性蛋白含量处理前期升高，后期降低，处理20d全部低于处理前水平。10个品种的Pro含量与品种的耐低温弱光性呈极显著正相关，Pro的累积表现为保护作用；耐低温弱光性较强的4＃品种和较弱的63品种中Pro含量与耐性呈负相关，Pro的累积表现为伤害性反应。 单一弱光处理5d的Pro含量与辣椒耐弱光性呈显著正相关。低温弱光处理10d的可溶性蛋白和处理20d的可溶性糖与辣椒耐低温弱光性呈显著正相关。 4.低温弱光处理使辣椒叶片的Chla、Chlb、ChlT、Car含量降低，Car/ChlT减小，Chla/Chlb增大；单一弱光处理使辣椒叶片的Chla、Chlb和ChlT含量增加，Car含量降低，Car/ChlT减小，Chla/b的变化呈降升降的趋势。低温弱光和单一弱光处理使辣椒叶片的淀粉含量大幅度下降，处理期内均显著低于处理前水平。低温弱光处理5d、15d的Chla/Chlb，处理20d的Car，处理10d、20d的Car/ChlT，处理5d、10d、20d的淀粉含量与辣椒耐低温弱光性显著相关；单一弱光处理任意时期的Car、Car/ChlT，处理5d的Chla、Chlb、ChlT，处理10d的淀粉与辣椒耐弱光性显著相关。 5.低温弱光处理使辣椒叶片的φPSⅡ、Fv′/Fm′、qP、Fm、Fo、Fv、Fm′、Fo′和Fv'均降低，NPQ和Fs增大。单一弱光处理使辣椒叶片φPS Ⅱ、qP逐渐降低，Fv′/Fm′前期降低，末期升高；Fs、Fo、Fm、Fv、Fm′、 Fo′和Fv′均显著升高。低温弱光处理15d辣椒叶片的Fm′、Fv′、Fv′/Fm′、qP、φPSⅡ、NPQ均与辣椒耐低温弱光性鉴定综合隶属函数值达极显著相关；单一弱光处理15d辣椒叶片的Fm′、Fo′、Fv′、Fs、qP和处理5d的Fm、Fo与辣椒耐弱光性极显著相关，叶绿素荧光技术可用于辣椒耐低温弱光性和耐弱光性快速、准确、大量的鉴定。 6.确立了15项指标组成的辣椒耐低温弱光性鉴定指标体系和操作体系。分别为：15℃/5℃(昼/夜)，100 μmol·m-2·s-1PFD下处理15d的SOD、APX、Chla/b、Fm′、Fv′、Fv′/Fm′、qP、φPSⅡ、NPQ，处理10d可溶性蛋白、淀粉、根冠比，处理20d的可溶性糖、Car、Car/ChlT。8项与耐低温弱光性综合隶属函数值达极显著相关，7项达显著相关。 7.确立了21项指标组成的辣椒耐弱光性鉴定指标体系和操作体系。分别为：28℃/18℃(昼/夜)，100μmol·m-2·s-1PFD下处理5d的.APX、Pro、Fm、Fo、Fv、Chla、Chlb、ChlT、Car、Car/ChiT，处理10d的MDA、淀粉、离子渗漏率，处理15d的Fm′、Fo′、Fv′、qP、φPSⅡ、NPQ、Fs、SLA。11项与辣椒耐弱光性综合隶属函数值达极显著相关，10项达显著相关。 8.改进的以单叶受低温伤害程度分级统计的冷害指数和植株低温死亡率能较准确反映辣椒品种的耐低温弱光性，可以作为辣椒耐低温弱光性鉴定简单易行的方法。单一弱光处理任意时期的辣椒叶片Car含量和Car/chlT值均与辣椒耐弱光性鉴定综合隶属函数值达显著正相关，是辣椒耐弱光性鉴定简单、稳定的理想指标。 9.由综合隶属函数值鉴定的12个辣椒试验品种耐低温弱光性由强至弱为：湘研1号、海丰12号、陇椒2号、湘辣1号、海丰23号、航椒2号、佳木斯、陇椒1号、陇椒6号、湘研16号、靖远灯笼椒、海丰7号；耐弱光性由强至弱为：湘研16号、陇椒2号、陇椒1号、靖远灯笼椒、佳木斯、陇椒6号、航椒2号、海丰7号、海丰12号、湘研1号、海丰23号、湘辣1号。

目录

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声明

前言

第一章文献综述

1.1低温弱光与植物的生长发育

1.2低温弱光与植物的光合作用

1.3低温光抑制

1.4低温与植物的膜系统

1.5低温与植物的渗调物质

第二章研究思路与方法

2.1试验材料与处理

2.2技术路线

2.3研究方法

第三章低温弱光下辣椒生长的变化及其与品种耐性间的关系

3.1低温下不同辣椒品种冷害指数及幼苗死亡率

3.2单一弱光对辣椒幼苗生长量的影响

3.3低温弱光下辣椒叶片SLA的变化及其与品种耐性间的关系

3.4低温弱光下辣椒根冠比的变化及其与品种耐性间的关系

第四章低温弱光下辣椒叶片膜脂过氧化和保护系统的变化及其与品种耐性间的关系

4.1低温弱光下辣椒叶片SOD活性的变化及其与品种耐性间的关系

4.2低温弱光下辣椒叶片POD活性的变化及其与品种耐性间的关系

4.3低温弱光下辣椒叶片APX活性的变化及其与品种耐性间的关系

4.4低温弱光下辣椒叶片GR活性的变化及其与品种耐性间的关系

4.5低温弱光下辣椒叶片AsA含量的变化及其与品种耐性间的关系

4.6低温弱光下辣椒叶片GSH含量的变化及其与品种耐性间的关系

4.7低温弱光下辣椒叶片离子渗漏率的变化及其与品种耐性间的关系

4.8低温弱光下辣椒叶片MDA含量的变化及其与品种耐性间的关系

第五章低温弱光下辣椒叶片渗透调节物质的变化及其与品种耐性间的关系

5.1低温弱光下辣椒叶片Pro含量的变化及其与品种耐性间的关系

5.2低温弱光下辣椒叶片可溶性糖含量的变化及其与品种耐性间的关系

5.3低温弱光下辣椒叶片可溶性蛋白含量的变化及其与品种耐性间的关系

第六章低温弱光下辣椒叶片光合色素和淀粉含量的变化及其与品种耐性间的关系

6.1低温弱光下辣椒叶片光合色素含量的变化及其与品种耐性间的关系

6.2低温弱光下辣椒叶片叶淀粉含量的变化及其与品种耐性间的关系

第七章低温弱光下辣椒叶片叶绿素a荧光参数的变化及其与品种耐性间的关系

7.1低温弱光下辣椒叶片PSⅡ光化学效率的变化及其与品种耐性的关系

7.2低温弱光下辣椒叶片叶绿素a荧光猝灭的变化及其与品种耐性的关系

7.3低温弱光下辣椒叶片暗适应荧光参数的变化及其与品种耐性的关系

7.4低温弱光下辣椒叶片光下荧光参数的变化及其与品种耐性的关系

第八章辣椒耐低温弱光性综合鉴定

8.1辣椒耐低温弱光性鉴定指标初选及其综合属函数值计算

8.2辣椒耐低温弱光性鉴定初选指标综合隶属函数值与初选指标的相关性分析及优化指标的确定

8.3辣椒耐低温弱光性综合鉴定指标体系和操作体系的确立

8.4试验品种综合鉴定及单项鉴定指标在综合鉴定中作用的评估

8.5冷害指数和死亡率在辣椒耐低温弱光性鉴定中的准确性评估

第九章结论与讨论

9.1结论

9.2讨论

致谢

参考文献

作者简介

攻读博士学位期间的科研成果和发表论文

导师简介