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高温高湿是作物生长过程中经常遇到的逆境,高温高湿造成的伤害已成为辣椒(Capsicum annuum L.)夏季栽培和保护地栽培的主要限制因子。如何提高辣椒耐高温高湿性是目前辣椒育种的重要内容之一,正确理解辣椒的耐逆机制是耐逆育种的基础。本文从植物个体耐高温高湿的整体性角度出发,以C(591)、D(590)、E(592)、F(51-4-2-1-4-1)、G(512-14-1)、H(114-1-1-1-1-1)、I(597)、J(115-5-5-12-9-1-2)、K(43-5-1-1-1)、W(99-5-1-1-2)10个辣椒品种(系)为试验材料,通过人工模拟高温高湿双重逆境胁迫和自然条件下的高温高湿双重逆境胁迫,从维持光合能力、膜脂过氧化程度、渗透调节能力、抗氧化相关酶活性、抗氧化剂、内源激素、逆境生长潜能7个方面研究10个不同辣椒品种(系)在芽期、苗期、现蕾期等3个生长发育时期的耐高温高湿性,以及从分子生物学方面对辣椒耐高温高湿性进行了初步研究,以期理解辣椒耐逆机制和建立辣椒耐高温高湿评价体系,为辣椒耐逆育种打下一定基础。主要得出了如下结论:
1.芽期辣椒耐高温高湿性鉴定评价
以C、D、E、F、G、H、I、J、K、W10个辣椒品种(系)种子为试验材料,以28℃/18℃(d/n)、RH80%为对照;以40℃/30℃(d/n)、RH80%,选取正常发芽的种子进行30℃淹水15h为高温高湿处理。对照发芽种子在28℃/18℃(d/n)、RH80%,处理发芽种子在40℃/30℃(d/n)、RH80%条件下无光照培养10d,调查处理和对照组辣椒种子发芽情况。试验结果表明:
(1)根据不同品种(系)D值可知,辣椒芽期的耐高温高湿强弱为:J>I>C>E>G>K>W>H>F>D。
(2)建立了芽期辣椒耐高温高湿性鉴定评价最优回归方程:D=(47.139-0.445X5-2.186X8-5.528X11-6.522X16-3.612X17-1.485X20+5.373X23)*10-2式中:X5、X8、X11、X16、X17、X20、X23分别代表种子干重,电解质外渗率和以苗长、苗鲜重、苗干重、发芽指数、平均发芽天数为指标的耐逆系数。
2.苗期辣椒耐高温高湿性鉴定评价
以10个品种(系)4~6片叶期辣椒植株为试验材料,以28℃/18℃(d/n)、RH75%为对照,以40℃/30℃(d/n)、RH90%为高温高湿处理,光照强度为20000LX。测定相关形态、生理生化指标,利用30个指标性状的耐逆系数通过相关分析等手段对10个辣椒品种(系)进行了苗期耐高温高湿性研究。
结果表明:
(1)10个供试辣椒品种(系)苗期耐逆水平分为四级:极不耐高温高湿--D、K 2个品种(系);不耐高温高湿-E、F 2个品种(系);中度耐高温高湿-C、H、J、W4个品种(系);极耐高温高湿-I、G 2个品种(系)。
(2)建立了鉴定评价苗期辣椒耐高温高湿最优回归方程:D=(-1521.864+11.298X2.-0.299X6-0.432X14+0.314X17+5.337X20+0.670X21+3.436X24+0.190X26)×10-3。式中:X2、X6、X14、X17、X20、X21、X24、X26分别代表以叶绿素b、类黄酮、多酚氧化酶、丙二醛、谷胱甘肽还原酶、超氧化物歧化酶、净光合速率、细胞间隙C02浓度为指标的耐逆系数。
(3)I品种(系)的7个综合指标中,综合指标CI(1)的U(1)为0.738,综合指标CI(3)的U(3)最大,综合指标CI(4)的U(4)最小。而G品种(系)的U(1)与C品种(系)的U(2)值最大,均为1.00,说明辣椒品种(系)不同其耐高温高湿机制也不尽相同。在30个指标中,叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、抗坏血酸、多酚氧化酶、超氧化物歧化酶、脱氢抗坏血酸还原酶、净光合速率、赤霉素等9个指标与辣椒苗期耐高温高湿性关联度较大。
3.现蕾期辣椒耐高温高湿性鉴定评价以10个品种(系)10~14片叶期辣椒植株为试验材料,以27℃/18℃(d/n)、RH80%为对照,以37℃/28℃(d/n)、RH95%为高温高湿处理,光照强度为20000LX。测定相关形态、生理生化指标,对10个辣椒品种(系)进行了现蕾期耐高温高湿研究。
结果表明:
(1)10个供试辣椒品种(系)现蕾期耐逆水平划分为四类:极耐高温高湿--I、E 2品种(系);中度耐高温高湿-H、G、K3品种(系);不耐高温高湿--F、D、J、W 4品种(系),极不耐高温高湿类型--C品种(系)。
(2)建立了鉴定评价现蕾期辣椒耐高温高湿最优回归方程:D=(-1271.50+2.79X7+1.74X9-7.73X11+14.07X21-0.44X24)×10-5。式中:X7、X9、X11、X21、X24分别代表以类胡萝卜素、谷胱甘肽、类黄酮、过氧化氢酶、气孔导度含量为指标的耐逆系数。
(3)试验结果还表明,利用主成分分析、聚类分析、隶属函数分析、以及灰色关联度分析等方法所得结果具有较好的一致性。
4.不同生长发育时期辣椒受损程度及其对逆境反应敏感性对10个辣椒品种(系)不同生长发育时期受损程度进行了比较,结果表明,苗期受损最大,芽期最小,现蕾期居中。同时也表明了,辣椒不同品种(系)对高温高湿最敏感的时期是苗期,相对而言,芽期对高温高湿逆境不敏感。高温高湿双重胁迫对不同品种(系)各生长发育时期(芽期、苗期、现蕾期)所产生的影响程度不同。
5.辣椒芽期、苗期、现蕾期耐高温高湿性相关分析分析10个供试的C、D、E、F、G、H、I、J、K、W辣椒品种(系)芽期、苗期、现蕾期耐高温高湿相关性,结果表明,辣椒芽期耐高温高湿性与苗期耐高温高湿性呈正相关,r=0.612,决定系数r2=0.375,p=0.060;芽期耐高温高湿性与现蕾期耐高温高湿性、苗期耐高温高湿性与现蕾期耐高温高湿性都呈正相关,相关系数分别为0.265、0.166,但都没有达到显著水平。
6.辣椒整体耐高温高湿性的评价综合分析,10个辣椒品种(系)整体耐高温高湿水平分为四级:极耐高温高湿~I、F2品种(系);中度耐高温高湿--E、J、G3品种(系);不耐高温高湿--H、W 2品种(系);极不耐高温高湿--C、D、K3品种(系)。
7.辣椒整体耐高温高湿性的评价原则对辣椒整体耐高温高湿性的评价必须遵循下列原则:(1)形态性状、生理生化性状、发育性状和产量性状兼顾的多指标评价原则;(2)耐高温高湿性贡献的不等值原则;(3)分阶段评价与综合评价相结合的原则;(4)定性分析和定量评价相结合的原则;(5)研究的环境条件或模拟的环境条件与自然条件接近的原则。
8.辣椒整体耐高温高湿性的判别标准判别辣椒整体耐高温高湿性最基本的标准包括以下方面:(1)高温高湿逆境条件下,辣椒生活史完成情况及程度;(2)高温高湿逆境条件下辣椒的受损程度;(3)辣椒对高温高湿逆境的忍耐程度和阈值。
9.辣椒耐高温高湿评价指标筛选的原则筛选辣椒整体耐高温高湿的评价指标,应注意以下几点:(1)必须选择与辣椒耐高温高湿性紧密相关的因子;(2)因子具有较高的综合性、独立性、可采集性;(3)兼顾各层次、各阶段的特点,选择适宜的评价指标。
10.利用cDNA-AFLP技术分析不同耐热湿性辣椒叶片表达差异采用cDNA-AFLP技术分析高度耐热耐湿品种(系)--I品种和热湿敏感品种(系)--D品种(系)在高温高湿和正常条件下基因表达的差异。结果表明,87.94%的条带在4个样品中是一致的,只有12.06%的条带在4个样品中表现出差异。