褪黑素调控辣椒幼苗响应盐胁迫下的叶片生理特性

摘    要：为探究褪黑素对盐胁迫下辣椒叶片生长的调控效应，以天线1712和航椒4号2个辣椒品种幼苗为试验材料，设置不同浓度（10、50、100 μmol·L^-1）褪黑素喷施处理，对盐胁迫下（200 mmol·L^-1 NaCl）辣椒苗叶片光合参数，叶绿素含量，PSⅡ光能转换效率，钠、钾离子含量等进行了测定，结合主成分分析研究了褪黑素处理对盐胁迫下辣椒幼苗叶片生理特性的影响。结果表明，3个浓度褪黑素处理显著缓解了盐胁迫对辣椒幼苗的不利影响，提高了盐胁迫下辣椒幼苗的净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率、叶绿素含量和PSⅡ光能转换效率；降低了盐胁迫下幼苗的钠离子含量、丙二醛含量、电解质渗透率、过氧化氢含量，提高了钾离子含量和脯氨酸含量，50 μmol·L^-1褪黑素处理缓解效果最为显著。由此可以得出，外源褪黑素可以减缓盐胁迫对辣椒幼苗产生的伤害，提高辣椒幼苗的抗盐性，50 μmol·L^-1褪黑素处理为调控盐胁迫下辣椒幼苗叶片生长的最适浓度。

关键词：辣椒幼苗；褪黑素；盐胁迫；光合特性

中图分类号：S641.3 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）05-084-07

Melatonin regulates physiological characteristics of pepper seedlings in response to salt stress

CHEN Nan ZHANG Wei ZHANG Xiaoming

（1.Wushan County Productivity Promotion Center， Wushan 741300， Gansu， China; 2.Wushan Agricultural Technology Extension Center， Wushan 741300， Gansu， China; 3.Wushan County Agricultural and Rural Bureau， Wushan 741300， Gansu， China）

Abstract： In order to explore the regulatory effect of melatonin on pepper leaf growth under salt stress， pepper seedlings of Tian Xian 1712 and Hang Jiao 4 were used as experimental materials， and different concentrations（10， 50， 100 μmol·L^-1）of melatonin spraying treatment were set， the photosynthetic parameters， chlorophyll content， PSⅡ light energy conversion efficiency， sodium and potassium ion content of pepper seedlings under salt stress（200 mmol·L^-1 NaCl）were measured. Combined with principal component analysis， the effects of melatonin treatment on physiological characteristics of pepper seedling leaves under salt stress were studied. The results showed that the three concentrations of melatonin significantly alleviated the adverse effects of salt stress on pepper seedlings， and increased the net photosynthetic rate， stomatal conductance， intercellular carbon dioxide concentration， transpiration rate， chlorophyll content and PSⅡ light energy conversion efficiency of pepper seedlings under salt stress；It decreased the content of sodium ion and increased the content of potassium ion under salt stress： The malondialdehyde content， electrolyte leakage rate， hydrogen peroxide content and proline content were reduced. 50 μmol·L^-1 melatonin treatment had the most significant alleviating effect. It can be concluded that exogenous melatonin can slow down the damage of salt stress on pepper seedlings and improve the salt resistance of pepper seedlings， 50 μmol·L^-1 melatonin treatment was the optimal concentration to regulate the leaf growth of pepper seedlings under salt stress.

Key words： Pepper seedlings; Melatonin; Salt stress; Photosynthetic characteristics

园艺作物是人体营养中碳水化合物、矿物质、微量营养素、蛋白质、维生素、脂肪、纤维、有机酸、色素和抗氧化剂的主要来源[1]。盐胁迫抑制植物生长发育，是对园艺作物最具破坏性的非生物威胁之一[2]。据联合国粮农组织统计，全球范围内，4500万hm2耕种土地（占世界总灌溉面积的19.5%）已经受到盐胁迫的破坏。盐胁迫下植物体内离子稳态被破坏，引起钠离子含量升高，钾离子含量降低[3-4]；植物体内活性氧累积，造成氧化胁迫，导致细胞膜受损，表现为丙二醛含量和电解质渗透率升高[5-6]。此外，盐胁迫引起的渗透势改变也会导致脯氨酸含量升高[7]。光合作用是盐胁迫下受影响最严重的过程之一[8]。盐分通过降低叶绿素和类胡萝卜素含量，扭曲叶绿素、质体超微结构和PSII系统，降低气孔导度，从而阻碍光合作用、蒸腾作用和气体交换[9]。

褪黑素（N-乙酰-5-甲氧基色胺，MT）于1958年首次被鉴定，是一种具有吲哚结构的低分子激素，存在于从原核生物到真核生物，从动物到植物的所有领域[10-11]。在植物中，褪黑素与生长、生根和光合作用过程有关，在植物对干旱、高温、盐碱等胁迫的反应中起着重要作用[12]。褪黑素可以通过两种途径提高植物对盐胁迫的耐受性：一是通过直接清除活性氧等过程；另一种是通过间接加工，通过提高抗氧化酶活性、光合效率、代谢物含量和调节应激相关转录因子[13]。前人研究表明，褪黑素在盐胁迫下维持Na+/K+稳态方面也起着重要作用。外源MT可提高盐胁迫下水稻或玉米的K+/Na+比值，并可促进苹果中MdNHX1/MdAKT1和油菜中SOS2/NHX1的表达[14-16]。

据前人报道，在一些园艺作物中，褪黑素处理改善了盐胁迫下植物光合作用和其他相关机制。在西瓜中，褪黑素（50～500 μmol·L-1）的预处理提高了净光合速率、叶绿素含量和气孔功能[17]；黄瓜的光系统II活性和叶绿素含量也有所增加[18]；在番茄中也有类似的观察结果[19]。辣椒（Capsicum annuum L.）作为园艺作物，在中国蔬菜设施栽培中占有重要地位[20]，它富含维生素B、胡萝卜素以及钙、铁等矿物质，是人们日常生活中不可或缺的蔬菜[21]。辣椒的生长发育对高温、盐分和干旱胁迫十分敏感[22]，土壤盐渍化将导致辣椒根系不发达、植株矮小、病害加重，进而降低果实的产量，严重影响了辣椒的经济效益[23]。褪黑素可以缓解盐胁迫对大多数作物的不利影响，然而目前关于褪黑素提高辣椒盐胁迫耐受能力的相关研究还未见报道。因此，笔者以天线1712和航椒4号两个品种辣椒幼苗为材料，进行了褪黑素对盐胁迫下辣椒幼苗生理特性影响的探究试验，以期为利用褪黑素提高辣椒等园艺作物耐盐性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试辣椒品种是天线1712和航椒4号，种子由天水绿鹏农业科技有限公司提供。试验于2021年9月在天水市农业科学研究院进行。挑选籽粒饱满、大小均匀和无杂质的种子进行催芽，种子催芽后播种在小花盆中（直径×高=15 cm×12 cm），每盆播种1粒，每个品种播种32盆，育苗基质为V_蛭石∶V_草炭=1∶1，定植后60 d进行处理，每个处理设置3个生物学重复。

1.2 方法

参照张俊峰[24]的方法进行褪黑素喷施，参照刘微等[25]的结果进行盐胁迫浓度设置。试验共设计5个处理，分别为CK：清水对照；T1：200 mmol·L^-1 NaCl；T2：10 μmol·L^-1 MT+200 mmol·L^-1 NaCl；T3：50 μmol·L^-1 MT+200 mmol·L^-1 NaCl；T4：100 μmol·L^-1 MT+200 mmol·L^-1 NaCl，各处理随机选择已播种的5盆辣椒进行试验。处理时首先在夜晚避光条件下对辣椒幼苗进行不同浓度褪黑素喷洒，直至叶片表面有小水珠落下，为避免褪黑素液体挥发，用袋子罩住营养钵，连续喷施5 d，用清水喷施对照组辣椒幼苗。第6天开始对T1～T4进行盐胁迫处理，每次浇灌100 mL的NaCl（200 mmol·L^-1）溶液，每3 d浇灌1次处理液，连续处理15 d，最后1次处理完成后第5天测定光合指标，取功能叶片（从上向下完全展开的第3～4片叶）置于液氮中，贮藏于低温冰箱，后续进行其他指标测定。

1.3 测定项目与方法

采用TARGAS-1（美国PP systems）便携式光合仪测定光合参数，主要测定参数为净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）、胞间二氧化碳浓度（C_i）。叶绿素含量测定方法参考刘微等[25]的报道，采用95%提取辣椒幼苗叶绿素，利用分光光度法测定665、649 nm处吸光值，计算叶绿素a、叶绿素b含量，叶绿素总含量=叶绿素（a+b）。采用叶绿素荧光仪（北京Yaxin-1161G）测定PSⅡ光能转换效率，测定前利用暗适应夹子将叶片暗处理15 min，然后进行测定。叶片钠钾离子含量测定参考偶春等[26]的报道，测定前将叶片置于120 ℃烘箱中处理30 min，研磨为粉末采用硝酸－高氯酸混合液（V_浓硝酸∶V_浓高氯酸＝5∶1）消煮处理，利用原子吸收分光光度计测定钠钾离子含量。采用硫代巴比妥酸法[27]测定丙二醛含量，采用电导法[27]测定电解质渗透率，采用酸性茚三酮法[27]测定脯氨酸含量。过氧化氢含量测定参考张俊峰[24]和Fya等[28]方法，新鲜样品用2 mL冷丙酮均质，并在6000 r·min^-1和4 ℃下离心20 min。1 mL上清液与0.1 mL 5% TiSO4（溶解于98% H₂SO₄）和0.2 mL NH₄OH溶液混合，然后在3000 r·min^-1下离心，并丢弃上清液。沉淀物用5 mL 2 mol·L^-1 H₂SO₄，在415 nm处读取吸光度值。