0、引言
【研究意義】辣椒（CapsicumannuumL.）是冬春設施栽培的主要蔬菜之一，設施內形成的低溫、弱光及土壤鹽漬化（施肥量大且偏施化肥、蒸發旺盛、無雨水沖淋等）逆境，嚴重影響植株正常的光合作用。因此，開展低溫、弱光及鹽脅迫三重逆境下辣椒葉片的光合特性變化研究，可豐富辣椒復合逆境光合理論?！厩叭搜芯窟M展】目前有關低溫傷害的位點尚存爭議，這與低溫脅迫時所伴隨的環境條件有很大關系。低溫強光或中等光強脅迫下，光系統Ⅱ（PSⅡ）反應中心的DI蛋白被認為是光抑制的初始靶位；低溫弱光下植株則表現為光飽和光合速率和CO2飽和光合速率下降，PSⅡ光合電子傳遞量子效率和天線轉化效率降低，吸收光強用于PSⅡ光化學反應的部分減少，天線熱耗散和反應中心能量耗散比例上升。光系統Ⅰ（PSⅠ）對低溫弱光脅迫較PSⅡ更敏感，甜椒、黃瓜等在低溫弱光下光合下降的主要原因是PSⅠ發生光抑制。低溫不僅降低在葉綠體基質中進行光合作用暗反應酶的活性，也引起類囊體膜介導的光反應酶活性的降低，且光反應酶活性對低溫傷害更敏感，使類囊體膜上PSⅡ的光能傳遞效率和光能轉換效率降低，從而導致CO2同化能力降低。Kaniuga等報道，低溫導致葉綠體的希爾反應活性降低，使類囊體膜中PSⅡ的電子傳遞受抑，抑制部位主要在其氧化側。弱光下辣椒的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、光補償點（LCP）、CO2補償點（CCP）和羧化效率（CE）下降，表觀量子效率（AQY）上升，且Pn下降是非氣孔限制的結果。隨著光照強度的減弱，辣椒葉片Chla、Chlb和Chla+b的含量增加，Chla/b比值下降，葉綠素a蛋白復合體（CPI）含量降低，捕光葉綠素a/b蛋白復合體（LHCP）含量升高。弱光造成黃瓜葉綠體發育不良，排列紊亂，超微結構遭到破壞，且葉綠體數量減少，葉綠素的降解加劇，葉綠素含量降低。鹽脅迫下植物光合作用下降的原因一般認為是滲透脅迫引起的，即鹽脅迫引起水勢及氣孔導度降低，限制CO2到達光合機構，從而抑制光合作用，同時也存在活性氧傷害。鹽脅迫下，葉片Na+含量升高，引起氣孔部分關閉，氣孔導度降低，限制CO2向葉綠體的輸送，使葉綠體內CO2同化受阻，而對光合電子傳遞影響相對較小，因而更多電子傳遞到O2，導致形成，產生H2O2，造成葉綠體中H2O2的積累，從而破壞葉綠體膜結構，導致光合功能下降。
低溫弱光使甜椒葉綠體變圓，基粒片層的垛疊結構解體，部分基粒溶解，基粒數目減少。偏低溫弱光[19℃/12℃\\(晝/夜\\)，90?mol·m-2·s-1]和臨界低溫弱光[15℃/8℃（晝/夜），90?mol·m-2·s-1]下，辣椒幼苗的LCP、光飽和點（LSP）、AQY下降，CCP升高，CO2飽和點（CSP）、CO2飽和時的光合速率以及CE下降，溫度補償點（TCP）降低，光合作用啟動時間（STP）延長；偏低溫弱光下，辣椒對光與CO2的利用能力和利用效率較高，光合作用啟動時間較短?！颈狙芯壳腥朦c】目前相關研究大多集中在低溫、弱光、鹽脅迫單一逆境或低溫弱光雙重逆境等對辣椒、番茄、黃瓜、茄子等光合特性的影響，冬春季設施內典型的低溫、弱光及鹽脅迫三重逆境對蔬菜植株光合特性的影響還未見報道?！緮M解決的關鍵問題】本試驗模擬低溫、弱光及鹽脅迫三重逆境，探討三重逆境下辣椒葉片光合特性的響應機制，為辣椒設施生產中的溫、光、肥管理提供理論依據。
1、材料與方法
1.1試驗材料
供試辣椒（CapsicumannuumL.）品種為‘中椒4號’（鹽敏感品種），由中國農業科學院蔬菜花卉研究所辣椒育種課題組提供。
試驗于2007年在中國農業科學院蔬菜花卉研究所玻璃溫室內進行。種子經5%NaClO消毒15min后浸種4h，然后置于鋪雙層濾紙的Φ15培養皿內，恒溫培養箱（28℃）中催芽。選擇發芽整齊一致的種子播入塑料營養缽（8cm×8cm）中，采用2﹕1（v/v）的草炭、蛭石復合基質，每立方米基質加5kg膨化雞糞和1.5kg復合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）。
1.2試驗設計
當幼苗第5片真葉展開時移入人工氣候箱，進行18℃/10℃（晝/夜）低溫，80?mol·m-2·s-1弱光和70mmol·L-1鹽的單一、雙重和三重脅迫處理（低溫、弱光、鹽脅迫3種逆境同時進行），低溫、弱光及鹽脅迫組合處理見表1，其中，鹽脅迫是在1/2濃度Hoagland營養液（EC值為1.71mS·cm-1）中加入NaCl使其濃度達到70mmol·L-1（EC值為7.50mS·cm-1），每株從距根部1.5cm處基質澆入120mL作為鹽脅迫處理，對照每株加入1/2濃度Hoagland營養液120mL（未加入NaCl）。光周期為8h/16h，空氣相對濕度保持70%—80%。隨機區組設計，3次重復，每處理小區15株，處理15d。
1.3測定方法
1.3.1葉綠素含量參照張憲政的方法略有改進。選距生長點第2片完全展開葉，用打孔器打取Φ0.4cm的葉圓片0.1g，等體積乙醇、丙酮混合液10ml浸泡，并用保鮮膜封口防止提取液揮發，浸泡至組織變白后，用UV-1700紫外/可見光分光光度計測定在663、645nm處的吸光度值（OD663，OD645），然后按公式計算葉綠素含量。
1.3.2光合氣體交換參數選距生長點第2片完全展開葉，應用LI-6400便攜式光合儀測定葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）等。葉室（2cm×3cm）內設定溫度26℃，光強為600?mol·m-2·s-1。每個處理選3株，每株讀數5次。
【表２－５略】
1.3.3葉綠素熒光參數采用LI-6400便攜式光合儀的6400-40熒光葉室測定。葉片暗適應20min后設置原初的熒光參數，關閉光化學光和遠紅光，打開測量光測定初始熒光（Fo），再打開一個飽和脈沖光測定最大熒光（Fm），然后打開光化學光（光強600?mol·m-2·s-1）照射葉片，當穩態熒光（Fs）出現后，再打開一個飽和脈沖光測定光下最大熒光（Fm’），最后關閉光化學光，打開一次遠紅外光測定光下最小熒光（Fo’），計算出可變熒光（Fv）、光系統Ⅱ（PSⅡ）最大光化學效率（Fv/Fm）、實際光化學效率（ΦPSⅡ）、光化學猝滅（qP）等參數，其中Fv=Fm-Fo；ΦPSⅡ=（Fm’-Fs）/Fm’；Fv’=Fm’-Fo’；qP=（Fm’-Fs）/（Fm’-Fo’）；天線轉化效率（Fv’/Fm’）=（Fm’-Fo’）/Fm’；光化學反應速率（Prate）=［（Fm’-Fs）/Fm’］×葉片吸收的PFD；天線熱耗散速率（Drate）=（1-Fv’/Fm’）×葉片吸收的PFD。分別于處理后1、5、9、15d，選距生長點第2片完全展開葉進行測定。
1.3.4形態指標處理后15d，從營養缽中輕輕取出辣椒幼苗植株，清水沖洗干凈后，置入電熱恒溫鼓風干燥箱，105℃殺青30min，80℃烘干至恒重后（約需4h）稱量地上部、根干重。
1.4統計分析
所有數據均采用SAS軟件Duncan’s新復極差法進行多重比較及差異顯著性分析，表中圖表數據均為3次重復的平均值。
2、結果
2.1低溫、弱光及鹽脅迫下辣椒葉片葉綠素含量的變化
從表2可知，與對照相比，弱光、弱光和鹽脅迫處理提高了辣椒葉片Chla、Chlb、Chl（a+b）含量，降低了Chla/b比值，隨著處理時間的延長，Chla、Chlb、Chl（a+b）含量呈逐漸升高趨勢，Chla/b比值呈下降趨勢。如弱光鹽脅迫處理后1、5、9、15d，Chla含量分別比對照增加了1.99%、11.51%、22.18%、35.45%，Chla/b比值分別降低了0.71%、1.49%、4.38%、6.88%；其它處理呈相反的變化趨勢，即隨著處理時間的延長，對Chla、Chlb、Chl（a+b）含量的抑制作用逐漸增強，低溫鹽脅迫處理的抑制作用最大，處理后15d，Chla、Chlb、Chl（a＋b）含量分別比對照降低了22.16%、33.84%、25.16%。
2.2低溫、弱光及鹽脅迫下辣椒葉片光合作用參數的變化
與對照相比，低溫、弱光、鹽脅迫單一及復合逆境均降低了辣椒葉片的Pn，且復合逆境的抑制效果大于單一逆境（表3）。如處理后9d，單一逆境的Pn比對照降低了42.84%—50.09%，復合逆境的Pn降低了56.92%—65.24%。隨著弱光、弱光鹽脅迫、低溫弱光及鹽脅迫處理時間的延長，Pn呈先降低后升高的趨勢，分別于處理后5、9、9d達最低值；其它逆境的Pn呈相同的變化趨勢，即隨處理時間的延長，Pn呈逐漸降低趨勢。
隨著處理時間的延長，單一及復合逆境的Gs均呈逐漸降低的趨勢。弱光、弱光鹽脅迫處理的Gs降低幅度較小，低溫鹽脅迫處理的Gs降低幅度較大，處理后15d分別比對照降低了44.83%、61.24%、83.69%。Tr呈相同的變化趨勢。
低溫、弱光、低溫弱光處理增加了辣椒葉片胞間CO2濃度，其它處理則降低了胞間CO2濃度。隨著處理時間的延長，弱光處理的胞間CO2濃度呈先升高后降低的變化趨勢；低溫、低溫弱光處理的胞間CO2濃度隨處理時間的延長呈逐漸升高的趨勢。隨著處理時間的延長，鹽脅迫、弱光鹽脅迫、低溫弱光及鹽脅迫處理的胞間CO2濃度呈先降低后升高的變化趨勢。
2.3低溫、弱光及鹽脅迫對辣椒葉片葉綠素熒光參數的影響
與對照相比，單一及復合逆境的辣椒葉片PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm）均有所降低，且隨處理時間的延長，Fv/Fm呈持續下降趨勢（表4）。弱光、弱光鹽脅迫處理的Fv/Fm降低幅度較??；低溫鹽脅迫處理對Fv/Fm影響最大，處理后1、5、9、15d，分別比對照降低了3.78%、5.98%、9.87%、16.69%。PSⅡ光合電子傳遞量子效率（ΦPSⅡ）呈相似的變化趨勢。
與對照相比，單一及復合逆境均降低了辣椒葉片Prate，提高了Drate。弱光、弱光和鹽脅迫處理的Prate降低幅度較小，處理后1、5、9、15d，分別比對照降低了6.22%—9.94%、11.39%—19.48%、16.37%—24.17%、24.23%—26.63%；低溫鹽脅迫處理對Prate影響最大，處理后15d比對照降低了45.44%。弱光、弱光和鹽脅迫處理的Drate升高幅度較小，低溫鹽脅迫處理的Drate升高幅度最大，處理后15d比對照升高了46.33%。
從表5可知，正常生長條件下的辣椒幼苗吸收光能中有42.2%—43.3%用于光化學反應，39.0%—39.5%用于天線耗散，17.4%—18.3%為PSⅡ反應中心的過剩光能。與對照相比，單一及復合逆境均增加了辣椒幼苗的天線耗散和過剩光能比率。其中，低溫鹽脅迫處理的天線耗散增加最為明顯，處理后15d其比率增加至57.8%；以非光化學反應的形式在反應中心耗散的部分增加較為明顯的是低溫處理，處理后9d其比率增加至21.6%。
2.4低溫、弱光及鹽脅迫對辣椒幼苗干物質積累的影響
與對照相比，單一及復合逆境均抑制了辣椒幼苗的干物質積累，且復合逆境的抑制效果大于單一逆境（表6）。如單一逆境的根干重、地上部干重分別比對照降低了35.79%—47.61%、22.53%—31.34%；復合逆境的根干重、地上部干重降低了55.69%—65.31%、33.23%—49.59%。弱光處理對辣椒幼苗的干物質積累影響較小，低溫鹽脅迫、低溫弱光及鹽脅迫處理對辣椒幼苗干物質積累的抑制作用較大，總干重分別比對照降低了26.26%、45.48%、52.59%。
3、討論
葉綠素是光合作用的物質基礎，是光合作用的光敏化劑。葉綠素包括Chla和Chlb兩類，其中絕大部分Chla分子和全部Chlb分子主要起捕捉和轉遞光能的作用，少數特殊狀態的Chla分子有將光能轉換為電能的作用。不同逆境對植株葉綠素含量影響有所差異。低溫處理導致辣椒、黃瓜的葉綠素含量下降，低溫不但影響葉綠素的合成，更造成葉綠素降解加劇，一般認為低溫下葉綠素含量降低不是因為合成系統受阻，而是由于原有葉綠素受到破壞所致。
弱光處理提高了辣椒葉片葉綠素含量，降低了黃瓜葉片葉綠素含量，這可能是由于光照強度和處理時間不同所致,也可能與幼苗和成株對弱光的反應存在差異有關。鹽脅迫、低溫弱光均導致黃瓜、辣椒葉綠素含量的降低。弱光、弱光鹽脅迫處理提高了辣椒葉片Chla、Chlb、Chl（a+b）含量，降低了Chla/b比值，隨著處理時間的延長，Chla、Chlb、Chl（a+b）含量呈逐漸升高趨勢，Chla/b比值呈下降趨勢（表2），說明在弱光條件下，葉綠素（特別是Chlb）含量增加可能是一種保護性反應，增加捕光色素復合體中天線色素的比例，以更有效地捕獲有限的光能，表現為脅迫后期（處理后9—15d）辣椒葉片Pn呈升高趨勢（表3）。其它處理呈相反的變化趨勢，低溫鹽脅迫處理的Chla、Chlb、Chl（a+b）含量最低，處理后15d分別比對照降低了22.16%、33.84%、25.16%。光合作用是植物生物產量的主要決定因素之一。
各逆境均導致辣椒幼苗葉片Pn的下降（表3），從而使幼苗干物質積累減少（表6）。導致Pn降低即有氣孔因素也有非氣孔因素。低溫、低溫弱光處理導致辣椒幼苗Pn下降的同時，Ci上升，說明Pn的下降不是因為Gs下降使CO2供應減少所致，而是由于非氣孔因素（葉肉細胞使氣孔擴散的阻抗增加、CO2溶解度下降、Rubisco酶對CO2的親和力降低、RuBP再生能力下降或光合機構關鍵成分的穩定性因逆境脅迫而降低等）阻礙了CO2的利用，從而造成細胞間隙CO2積累；弱光處理的辣椒Pn下降同時，Ci先上升后下降，說明Pn下降由非氣孔因素逐漸轉變為氣孔因素占主導地位；鹽脅迫、弱光鹽脅迫、低溫弱光及鹽脅迫處理導致辣椒Pn下降的同時，Ci先降低后升高，表明Pn下降由氣孔因素逐漸轉變為非氣孔因素占主導地位；低溫鹽脅迫處理導致辣椒Pn下降的同時，Ci下降，引起Pn下降的主要是氣孔因素。與對照相比，弱光處理的辣椒幼苗地上部干物質積累下降幅度相對較低，原因可能是植株為了彌補光照不足，采用向上生長的策略以獲取足夠的光能，以使植物體內的光合產物及養分更多地用于地上部生長；相反，鹽脅迫處理的辣椒幼苗地下部干物質積累下降幅度較低，原因可能是在鹽脅迫下，為保持一定的根系活力，植株只有通過增加根系功能單位來彌補，光合產物相對較多地分配到根系。
光抑制是高等植物光合作用過程中普遍存在的現象，發生光抑制時多余的光能不僅使Fv/Fm下降，而且對葉片的光合機構造成不同程度的傷害。Fv/Fm被認為是反映光抑制程度的可靠指標，表示PSⅡ原初光能的轉化效率。楊廣東等研究表明，弱光條件下，黃瓜葉片的PSⅡ、Fv/Fm變化不大，說明適當遮陰有利于提高PSⅡ的光化學效率，減輕光抑制。鹽脅迫處理明顯降低了黃瓜葉片ΦPSⅡ，對Fv/Fm影響不大。
任華中等對低溫弱光下番茄的研究表明，參試2個品種的Fv/Fm均不同程度的增加，表明低溫弱光沒有使番茄的PSⅡ光化學活性受到抑制，可能是參試品種對低溫弱光有一定的適應能力。低溫鹽脅迫處理導致辣椒幼苗Fv/Fm較大幅度的下降，其他處理（特別是弱光）對Fv/Fm的影響較小，說明低溫鹽脅迫導致的光抑制較嚴重，造成了光合機構的損傷，其他處理的Fv/Fm輕微下降可能是一種光保護機制，它們所引起的光合作用下降更多的是由于暗反應的下降引起的。
各逆境處理均導致天線耗散和過剩光能比率的增加（表5），其中，低溫鹽脅迫、低溫弱光及鹽脅迫處理的天線耗散增加最為明顯，處理后15d其比率增加至57.8%、55.0%；以非光化學反應的形式在反應中心耗散的部分增加較為明顯的是低溫處理，處理后9d其比率增加至21.6%。這種變化充分反映了植物對逆境的一種適應能力，激發能天線熱耗散增加可減少PSⅡ和電子傳遞鏈的過分還原，與葉黃素的運行狀況及葉黃素庫的大小相關，是植物防止過剩光能導致光合機構光破壞的保護性機制。
單一臨界低溫（15℃/8℃）下，黃瓜葉片葉綠素含量、葉綠素熒光量子產額、光合速率顯著降低；臨界低溫弱光（300?mol·m-2·s-1）下，葉綠素熒光量子產額呈先升高后降低的變化趨勢，葉綠素含量降低速度變慢，RuBp羧化酶活性顯著降低后又有回升。
劉玉梅在亞適溫較弱光照（18℃/10℃，270?mol·m-2·s-1）下黃瓜上獲得相同試驗結果。低溫下茄子幼苗貯存過程中，弱光在一定程度上抑制了與葉綠素、光合作用相關酶活性的降低，保持了茄子幼苗正常的光合能力。說明弱光在一定程度上降低了低溫的作用，使葉綠素含量下降速度變慢和葉綠素熒光量子產額升高，從而使葉綠素得以保護并使光系統Ⅱ活性升高。本試驗結果表明，弱光在葉綠素含量降低及Pn、Fv/Fm、ΦPSⅡ下降等方面減弱了低溫鹽脅迫復合逆境的作用，降低了辣椒對低溫鹽脅迫復合逆境的敏感性。
4、結論
低溫、弱光及鹽脅迫三重逆境下辣椒葉片光合特性的響應機制與單一或雙重逆境下有所差異。低溫、弱光和鹽脅迫單一、雙重或三重逆境下辣椒葉片凈光合速率均降低，各逆境導致辣椒葉片凈光合速率下降的限制因子是不同的。低溫鹽脅迫對辣椒葉片光合參數、葉綠素熒光參數影響最大，其次為低溫弱光及鹽脅迫，影響較小的是弱光處理。
參考文獻：
[1]張國斌,郁繼華.低溫弱光對辣椒幼苗光合特性與光合作用啟動時間的影響.西北植物學報,2006,26\\(9\\):1770-1775.
