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农业论文:不同辣椒品种耐低钾能力差异研究

来源:985论文网 添加时间:2020-06-03 15:27
不同辣椒品种耐低钾能力差异研究
 
摘  要:对48个辣椒品种苗期耐低钾特性进行鉴定,并筛选耐低钾种质资源,利用获得的不同类型辣椒材料研究耐低钾特性与体内保护酶系统的关系。结果表明,在5个钾不同处理浓度下,0.01mmol/L适宜作胁迫浓度,2.50mmol/L适宜作对照浓度;以植株生物量相对值为筛选指标,可鉴定供试品种的耐低钾特性。研究发现,供试的辣椒品种耐低钾能力存在较大变异,筛选出5个耐低钾特性较强的品种。另外,对不同耐低钾类型品种的叶片保护酶系统分析发现,耐低钾特性与胞内保护酶系统活性存在一定联系。
关键词:辣椒;种质资源;低钾胁迫;筛选指标;品种鉴定  
 
前言
辣椒(Capsicum annuumL.) 属茄科(Solanaceae)辣椒属(Capsicum)作物,营养价值丰富,深受消费者喜爱。如今我国做为世界第一辣椒种植国、出口国和消费国,但在辣椒生产中施肥过量及其比例失衡已经成为其产业发展的制约因素,而我国钾资源又十分贫乏,化肥施用量已经超过了经济意义上的最优施用量,长期过量施肥非但不会提高蔬菜产量反而会抑制蔬菜生长,同时也造成了严重的经济损失。通过此次大田实验,在不影响辣椒产量的前提下,采用同一施肥方式对现有的 14 种辣椒品种进行处理,后期通过对其测量数据进行处理和作图分析,讨论不同辣椒品种耐低钾能力差异。以期为辣椒种植提供依据,实现钾肥减施增效,提高经济效益。
许多研究表明,耐低钾品种的植株的钾素含量和积累量要高于不耐低钾品种。钾效率反映了植株吸收利用土壤中钾素的能力,而钾体内利用效率反映了高效利用进入体内(尤其是转运到地上部中)钾的能力。钾素利用效率可能主要是受细胞质的临界钾浓度以及植株的光合效率的影响。钾素利用效率越高,说明其合成蛋白质等生物分子所需的钾素阈值就越低,钾素在体内循环反复利用的效率也就越高。
钾素是植物体内主要的矿质元素之一,被誉为植物的 “品质 ”元素,调节植物碳 、氮代谢过程,促进氮 、磷素的吸收,与蔬菜品质息息相关。但我国钾资源却十分贫乏,钾资源保有储量仅占世界储量的 2.6% ,有些菜农为了提高产量、盲目、过量投入钾肥,导致钾肥供给不足与生产中钾肥施用过量、利用率低的矛盾十分突出。有研究表明,长期过量施肥非但不会提高蔬菜产量反而会抑制蔬菜生长,导致作物徒长或在结果盛期落花落果、产量、品质下降、肥料利用率低、环境污染、生态平衡破坏等一系列问题,同时也造成了严重的经济损失。
为了筛选获得更多的耐低钾种质材料,本研究对河北省审定和推广的48个辣椒品种耐低钾特性进行分析,研究各品种在低钾胁迫条件下的具体表现,筛选耐低钾种质材料,为相关基因克隆、生理机制研究及耐低钾品种培育提供资源材料和理论依据。
1材料和方法
1.1供试材料
试验于2019年5月至2019年11月进行,选用14 个常规辣椒品种为试验材料,设 2 个钾素水平处理,分别为不施钾肥处理(简称低氮, +CK )和施钾肥处理(3000 kg/hm² ,简称正常钾,+K)。每个处理采用随机区组设计,3次重复。施钾处理按 7:3 的比例分2次施用,磷肥过磷酸钙300 kg/hm² ,氮肥尿素360 kg/hm² 。
通过测定其土壤呼吸、植株含钾量、叶绿素含量、干湿重等,后期通过对其测量数据处理和作图分析,讨论不同辣椒品种耐低钾能力差异,筛选出耐低钾的品种。
 
1.2.1耐低钾筛选体系研究方法
选取整齐一致、无病虫害的辣椒种子,除去表面杂菌和灰尘,蒸馏水催芽。出芽一致的材料播种于铺有蛭石的小花盆内,每品种3盆,每盆4粒;出苗后间苗,每盆留2株幼苗。采用Hoagland营养液于幼苗三叶期开始进行钾不同浓度的处理,分别为0,0.01,0.10,1.00,2.50mmol/L,所需钾源为KCl,其余元素参照Hoag-land营养液配方。将试验材料置于遮雨棚内,期间补充营养液和水,植株在6~7叶期进行收获。
试验材料收获时,清理植株,测定株高、叶绿素含量、地上部鲜质量、根系鲜质量;将收获植株装入纸袋中,105℃杀青30min,80℃烘干,待重量恒定后,进行地上部干质量、根系干质量的测定。
1.2.2植株叶片保护酶活性的测定方法
辣椒种子25℃催芽48h,播于石英砂中,28℃生长3d,移入水培营养液中。6d后进行不同低钾、适钾浓度处理,7d更换1次营养液。待植株生长30d后,取叶片进行保护酶活性测定,其中,超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用NBT光还原法,过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚法,过氧化氢酶(CAT)活性测定采用高锰酸钾滴定法[16]。
2结果与分析
2.1辣椒品种资源苗期耐低钾筛选体系的确定
分析6个辣椒品种在不同钾浓度处理下的具体表现,对各测定项目进行方差分析发现,地上部鲜质量、干质量,根系鲜质量、干质量在处理浓度间和品种间均存在极显著差异,故认为这些项目可作为初选指标进行品种资源的耐低钾特性鉴定(表2)。而株高、叶绿素含量、根冠比则没有能够在处理浓度间和品种间同时显示出显著的差异,故认为不适宜作为筛选指标进行辣椒资源材料的耐低钾特性分析。进一步分析6个品种在5个钾浓度处理下的植株生物量(地上部鲜质量、干质量,根系鲜质量、干质量)发现,品种生物量在不同钾浓度处理下的变异系数明显不同,且以0.01mmol/L处理下的品种生物量变异系数为最大,以2.50mmol/L处理下的生物量变异系数最小(图1)。由此确立以0.01mmol/L的KCl作为辣椒品种资源苗期耐低钾鉴定的胁迫浓度,在该浓度处理下,不同辣椒品种的耐低钾筛选指标存在较大的遗传变异,即各个品种的耐低钾特性能够被区分开来。同时,以2.50mmol/L的KCl作为苗期鉴定的适钾浓度较为适宜,因为在该浓度处理下,不同品种的耐低钾筛选指标差异最小,即该处理浓度可以满足不同类型辣椒生长发育所需,各个品种均能够较好的生长。
表2辣椒苗期耐低钾指标方差分析
变异来源 地上部
鲜质量 根系
鲜质量 地上部
干质量 根系
干质量 植株
高度 叶绿素含量 根冠
比值
浓度间 1.74x10-6** 2.45x10-7** 1.32x10-6** 1.29x10-5** 1,10x10-9** 0.20 0.61
品种间 4.70x10-4** 1.0x10-3** 7.90x10-3** 1.20x10-3** 0,18 0.18 0.01*
图1钾素不同处理浓度下的辣椒植株生物量变异系数
 
2.2辣椒推广品种耐低钾特性鉴定及优异资源的筛选
通过分析供试辣椒品种资源在低钾(0.01mmol/LKCl)、适钾(2.50mmol/LKCl)处理下的植株生物量发现,在低钾处理条件下,各品种的生物量均有不同程度的下降,地上部干质量相对值(低钾处理值/适钾处理值)平均为0.82,根系干质量相对值平均为0.77,说明缺钾胁迫明显影响了辣椒植株的生长发育。但对于不同品种而言,其生物量下降的程度明显不同,地上部干质量相对值分布范围为0.49~0.99,其最大差异可达2.02倍;根系干质量相对值分布为0.33~1.00,其最大差异可达3.06倍,说明供试品种在耐低钾特性上存在较大的遗传差异,可以从中选择出耐低钾类型材料。进一步分析供试辣椒品种资源在低钾、适钾条件下的生物量表现,结合植株的生长情况,筛选出5个耐低钾特性较好的辣椒品种,其地上部干质量相对值、根系干质量相对值均在0.90以上,说明低钾胁迫条件对品种植株生长发育的影响较小,预示出品种能够利用自身的各种耐低钾生理生化及分子机制,来抵御外界环境中低钾胁迫的影响。这5个耐低钾类型品种分别为:v1辣椒1号、v4辣椒2号、v7辣椒3号、v10辣椒4号、v7辣椒5号。
2.3低钾胁迫对不同类型辣椒品种叶片保护酶系统的影响
通过分析耐低钾特性不同的辣椒品种(v1辣椒1号、v7辣椒3号、v4辣椒2号为耐低钾类型;v2辣椒4号v2辣椒6号、v3辣椒6号为不耐低钾类型)在2种钾浓度处理下(0.01,2.50mmol/L)的叶片保护酶活性发现,与正常供钾条件相比,供试品种在低钾胁迫条件下的过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性均有不同程度的提高,其活性提高程度分别为42%,38%,36%。说明辣椒植株可以利用细胞内的保护酶系统(如POD、SOD、CAT),来减缓由于环境低钾胁迫所造成的体内活性氧的增加,从而减轻活性氧对植株细胞的进一步伤害。
进一步分析2种类型辣椒品种在低钾胁迫条件下的保护酶活性增加程度可知,低钾条件下,耐低钾类型品种(v1辣椒1号、v7辣椒3号、v4辣椒2号)的POD、SOD、CAT活性均比不耐低钾类型辣椒要高得多,且这种差异达到了显著水平(表3)。由此说明,辣椒耐低钾特性与胞内保护酶活性存在一定相关性,保护酶系统可能是辣椒耐低钾胁迫的生理生化机制之一。表3低钾胁迫下辣椒植株叶片保护酶活性差异表现
 
属类别 品种名称 POD活性 CAT活性 SOD活性
耐低钾型 v1辣椒1号 412.12a 55.46a 324.24a
v7辣椒3号 388.65a 50.65a 312.41a
v4辣椒2号 395.12a 48.45a 298.54b
不耐 v2v10辣椒4号 324.53b 39.10b 212.54c
低钾 v2辣椒6号 298.45b 32.65b 202.32c
 
3讨论
在生产实践中常会看到同一肥力条件下,不同作物或同一作物不同品种产量性状差异非常明显。这种差异就是不同基因型对环境适应性差异具体表现,这为优良基因型的发掘利用提供了启示[17]。我国有丰富的辣椒遗传资源,要选育耐低钾优良品种,首先应该在一定选择压力下,对现有种质资源进行广泛筛选,寻找耐低钾的优异基因型。随后可以利用这些优异材料进行钾高效基因挖掘、连锁标记筛选或QTL定位分析,甚至可以直接用于育种实践。本研究对72份辣椒品种资源的耐低钾特性进行分析发现,供试材料在耐低钾性状上存在较大的遗传差异,说明这些辣椒品种中存在耐低钾优异类型,可以从中筛选出钾素利用效率高、对低钾胁迫耐受力较强的种质材料。
与植物耐低氮、低磷的种质资源筛选研究相比,耐低钾筛选研究开展较少。台德卫等[5]以全球水稻分子育种计划提供的117份种质为材料,通过比较2种钾浓度处理的苗期根茎性状发现,以地下部干质量、地上部干质量、苗高等5个性状的相对指数平均值为标准,结合稻苗生长情况,筛选出9个耐低钾水稻材料。李见云等[18]研究了黄淮麦区广泛种植的28个小麦品种在2个钾水平的干物质积累、钾素积累、钾素利用的差异,获得了6个耐低钾小麦材料。姜存仓等[19]从86个棉花品种中,筛选出6个苗期耐低钾材料。王伟等[20]研究辣椒品种九农15(钾高效类型)与GD8521(钾低效类型)发现,在不同钾浓度处理下,钾高效类型的相对干物重显著高于低效类型;王晓光等[21]研究发现,在低钾条件下,钾高效、低效型品种的地上部干质量和地下部干质量均比对照下降,但其下降幅度不同,高效类型下降7.4%,6.0%,而低效类型则下降19.3%,18.0%。本研究通过分析供试辣椒在低钾、适钾处理下的植株生物重变化发现,各品种的生物重也均有下降,其中,地上部干质量平均下降18%,地下部干质量平均下降23%。
同时,本研究通过比7248个辣椒品种在低钾、适钾处理下的植株生物重变化情况,筛选出5个耐低钾品种资源,不仅丰富了辣椒钾高效种质数量,有效缓解了钾高效种质严重缺乏,同时为钾效率基因定位、相关基因克隆及耐低钾品种培育提供了资源。另外,笔者所在课题组[22-24]曾对上述48个辣椒品种资源的耐低磷特性进行分析,并从中筛选出一些耐低磷品种材料;更为重要的是,课题组已利用这些耐低磷材料构建了低磷胁迫诱导条件下的SSH文库,并克隆了3个磷高效相关基因(GmPTF1、GmPHR1、GmPAP4);目前这些基因均已用于耐低磷转基因育种,并取得较好结果。因此有理由相信,本研究所获得5个耐低钾品种也必将在改善植物钾素营养方面发挥重要作用。
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