我国长江流域水资源丰富，但降水时空分布不均，每年6月中旬至9月高温少雨，季节性干旱频发^[1]，严重地影响蔬菜生产。据预计，未来干旱仍有加剧的趋势^[2]。提高作物抗旱性是减少干旱对农业造成的损失的最主要途径。而要提高作物的抗旱性就必须了解作物对干旱的适应机制^[3]。研究表明，植物可以通过最大限度地吸水^[4]或者积累脯氨酸、甜菜碱等渗透调节物质保持植株体内水分，提高植株抵御干旱胁迫的能力^{[5, 6]}。干旱导致活性氧积累^{[3, 7]}，当这些活性氧积累到一定程度会伤害到细胞膜，导致叶绿素、蛋白质和脂类物质的降解^[8]，由此产生的丙二醛可作为细胞膜受损伤程度的指标^[9]。干旱胁迫下产生的活性氧可通过保护酶来清除达到平衡^[10]。在这些保护酶中，超氧化物歧化酶(SOD)发挥着十分重要的作用，它将氧自由基(O^-₂)转化成H₂O₂,过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)再进一步将H₂O₂转化为水和氧气^[3]。干旱胁迫下，植物体内抗氧化酶活性和种类增加，但增加的程度因植物的种类和品种的不同而异。

辣椒不仅是人们喜爱的蔬菜还可作为新型绿色药品加以利用，栽培规模日益扩大。但由于辣椒属于浅根性植物，既不耐旱又不耐涝，干旱已成为许多地区发展辣椒生产的主要限制因子，尤其对开花结果期的辣椒造成很大危害。研究表明，干旱对辣椒的影响不仅局限在农艺性状方面，还表现在生理生化指标方面。水分胁迫抑制了辣椒的生长^[11]，随着干旱胁迫的加剧，辣椒的株高、茎粗、主根长、侧根数、生物量、组织相对含水量和叶绿素含量都呈现下降趋势^{[12, 13]}，脯氨酸含量急剧增加；质膜相对透性和丙二醛含量先降低后增加^{[14, 15]}。净光合速率、表观最大光合速率、潜在最大光合速率、表观量子效率、羧化效率、Rubisco最大羧化效率、RuBP最大再生速率、光饱和点和CO₂饱和点降低，光补偿点和CO₂补偿点上升^[16]。干旱条件下辣椒的光合色素下降幅度不大，干旱促进了同化产物向根系的优先分配，也促进了叶厚和根长的增加，但减少了辣椒叶面积和叶脉间距^{[17, 18]}。以上的研究主要侧重于苗期，而干旱对水分胁迫最敏感及需水量最大的开花结果期^{[19, 20]}的辣椒的影响的研究极少^[21]。本试验采用盆栽控水法，研究干旱胁迫对不同抗旱能力的2个辣椒品种的农艺性状、生理特性的影响，探明辣椒开花结果期对干旱胁迫的响应，对阐明辣椒开花结果期抗旱机制以及对辣椒抗旱品种的选育、品种抗旱性鉴定，实现高温伏旱区辣椒生产的高产、优质和高效具有重要的理论价值和生产指导意义。

供试材料是从30多份材料中以田间直接鉴定法(将供试材料在不同地区的旱地上种植，在自然降水造成干旱胁迫下以辣椒产量和生长状况来评价抗旱性)筛选出的抗旱性不同的两个辣椒品种：抗旱性较强的农城椒二号和抗旱性较弱的陕蔬2001。

试验于2009年3月至9月和2010年3月至9月两年在西南大学实验基地进行，选择子粒饱满、大小一致的辣椒种子，播种于温室中的塑料营养钵中(基质为草炭土 ∶ 蛭石=2 ∶ 1)，常规育苗法进行管理。幼苗长到四叶一心时移栽于遮雨网室中的塑料盆中(盆高34cm，直径26cm)，盆中所用基质为草炭土、自然土壤和蛭石按1 ∶ 3 ∶ 1比例混合而成的混合物，基质提前用多菌灵和敌百虫杀菌灭虫，每盆装基质14.0 kg，使其达9成满，施氮磷钾复合肥20 g。定植后进行常规田间管理。开花结果前期(平均每株开花数20个)选择长势一致的植株进行干旱处理，设置4个水平，分别为对照(CK)、轻度干旱(LD)、中度干旱(MD)和重度干旱(SD)，其土壤相对含水量分别为80%、60%、40%和20%。每处理种植60盆，每盆定植2株。每天18:00采用称重补水法保证土壤含水量，每隔6d于9:00—10:00进行取样，共取样5次。

分别于干旱处理的植株达到设定土壤含水量的第0、6、12、18、24天用直尺测定10株株高(生长点到植株茎基部的长度)，记录分枝数，用LI-3100叶面积仪测定植株顶部向下数第4—5片长势一致的功能叶的叶面积，采摘商品成熟果称重。取测定过叶面积的植株顶部向下数第2—4片叶混合，测定各项生理指标^[22]。叶片相对含水量(RWC)采用称重法^[23]；细胞膜相对电导率测定采用Vieira Santos等^[24]的方法；叶绿素含量采用丙酮乙醇混合液提取法测定，游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法测定，可溶性糖采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白采用考马斯亮蓝比色法测定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法测定，POD活性采用愈创木酚比色法测定，CAT活性采用紫外吸收法测定，SOD活性采用NBT光还原比色法测定^[25]。每指标测定4个重复。

为消除材料间的差异，采用鲁守平等^[26]、祁旭升等^[27]等的方法计算抗旱系数(抗旱系数=干旱胁迫下的测定值/对照下测定值)。采用Excel2003和SPSS19.0软件对数据进行计算、统计分析和作图。

图 1表明，随着土壤含水量的降低和干旱胁迫时间的延长，辣椒株高、分枝数、叶面积相比于对照下降幅度均加大，干旱胁迫明显限制了辣椒植株的生长。在同一土壤含水量、相同胁迫时间，抗旱性差的陕蔬2001的株高、分枝数和叶面积下降幅度比抗旱性强的农城椒二号大。差异显著性分析表明在干旱胁迫的第12、18、24天株高、分枝数和叶面积抗旱系数都达到极显著差异。株高、分枝数和叶面积抗旱系数与干旱胁迫程度和干旱胁迫时间成正相关。

图 1 干旱胁迫下辣椒开花结果期生长指标抗旱系数的变化趋势 SLD、SMD、SSD分别表示陕蔬2001在LD、MD和SD胁迫下的抗旱系数；NLD、NMD、NSD分别表示农城椒二号在LD、MD和SD胁迫下的抗旱系数 Fig. 1 The variation trend of drought resistance coefficient of growth index under drought stress of hot pepper during blossom and fruit period

图选项

图 2表明，随着干旱胁迫时间的延长，辣椒单株产量、叶片相对含水量和叶面积抗旱系数的下降幅度变大，同一材料重度干旱胁迫下的下降幅度最大、中度干旱胁迫下次之，轻度干旱胁迫下下降幅度最小。相同土壤含水量和同一干旱胁迫时间，辣椒单株产量、叶片相对含水量和叶面积抗旱系数这3个指标都表现出抗旱性弱的陕蔬2001比抗旱性强的农城椒二号下降幅度大，下降幅度与干旱胁迫程度成正相关，与材料的抗旱性成负相关。

图 2 开花结果期辣椒产量、叶片相对含水量和叶绿素含量抗旱系数的变化趋势 Fig. 2 The variation trend of drought resistance coefficient of fruit yield,leaf relative water content (RWC) and the content of chlorophyll of pepper under drought stress during blossom and fruit period

图选项

图 3表明，SOD、POD和CAT活性与土壤含水量、胁迫时间和材料抗旱性有关。重度胁迫比中度胁迫比轻度胁迫下SOD活性的相对值增加幅度大；抗旱性弱的材料SOD相对值保持在较低水平，在胁迫的第6天达到最大值，然后下降。抗旱性强的材料SOD相对值在胁迫的第12天达到最大值。POD活性相对值随干旱胁迫时间延长而逐渐增大，第18天时达最大值，然后下降；增加幅度与抗旱性成正比，且在干旱胁迫的第12、18、24天其差异达极显著水平。CAT活性相对值随干旱胁迫时间延长而逐渐增大，第12天时达最大值，然后下降；且在干旱胁迫的第6、18天其差异达显著水平，第12天差异达极显著水平；CAT活性相对值的上升与下降与材料的抗旱性呈负相关。

图 3 开花结果期辣椒叶片SOD、POD和CAT活性相对值的变化趋势 Fig. 3 The variation trend of relative value of SOD,POD and CAT activity of pepper leaf under drought stress during blossom and fruit period

图选项

图 4可看出，干旱胁迫下，辣椒叶片MDA的抗旱系数呈增加趋势，且总体表现出增加趋势与材料抗旱性呈负相关，与干旱胁迫程度成正相关。随着干旱胁迫时间的延长和土壤含水量的降低，细胞膜透性相对值增大，抗旱性强的材料比抗旱性弱的材料增加幅度小。而脯氨酸含量相对值增大，抗旱性强的材料比抗旱性弱的材料增加幅度大。可溶性蛋白相对值的变化表现出先上升后下降，抗旱性强的材料增加幅度低于抗旱性弱的材料。抗旱性强的材料在干旱胁迫的第12天可溶性蛋白相对值达最大然后下降，抗旱性弱的材料在干旱胁迫的第18天达最大再下降。可溶性糖含量的相对值在轻度和中度干旱胁迫下呈上升趋势，在重度干旱胁迫下0—18d呈上升趋势，18—24d呈下降趋势，且抗旱性强的材料上升速度大于抗旱性弱的材料。

选取干旱胁迫时间最长(24d)的各指标抗旱系数分析各指标与产量之间的相关性(表 1)。相关分析表明，干旱胁迫下，产量与株高、分枝数和叶片叶绿素含量的抗旱系数呈极显著正相关，与叶面积、相对含水量抗旱系数呈显著正相关；与细胞膜透性抗旱系数呈极显著负相关，与CAT 活性和可溶性蛋白抗旱系数呈显著负相关；与其他指标相关程度不显著。因此，干旱胁迫下，要提高辣椒产量，就要提高株高、分枝数、叶绿素含量、叶面积和相对含水量的抗旱系数，降低细胞膜透性、CAT 活性和可溶性蛋白抗旱系数。

图 4 开花结果期辣椒叶片渗透调节物质及丙二醛相对值的变化趋势 Fig. 4 The variation trend of relative value of osmotic regulation substances and MDA content of pepper leaf under drought stress during blossom and fruit period

图选项

主成分分析是研究如何通过少数几个主成分来揭示多个变量间的内部结构的一种多元统计方法，即从原始变量中导出少数几个主成分，使它们尽可能多地保留原始变量的信息，且彼此间互不相关。以干旱胁迫时间最长(24d)的各指标抗旱系数为基础进行主成分分析，计算出各主成分的特征向量和贡献率(表 2)，并根据各向量的绝对值将不同性状指标划分到不同的主成分之中。同一指标在各因子中的最大绝对值所在位置即为其所属主成分。从表 2 可以看出，主成分分析特征值中2个主成分的累计贡献率达到95.607%，可以用这2个主成分对辣椒抗旱性进行概括分析。

决定第一主成分大小的主要是单株产量、株高、叶面积、分枝数、可溶性蛋白、可溶性糖、细胞膜透性和叶片相对含水量、MDA、叶绿素，它们反映了原始数据信息量的66.457%，这些指标主要与生长和渗透调节作用相关，因此可把第一主成分称为“生长和渗透调节因子”；第二主成分主要包括POD、SOD、CAT、脯氨酸。它们反映了原始数据29.150%的信息量，这些指标主要与清除脂质过氧化产物、抗衰老有关，可称为“抗氧化因子”。因此辣椒抗旱性评价指标体系可以生长和渗透调节因子的抗干旱胁迫系数为主要鉴选指标，以抗氧化因子的抗干旱胁迫系数为次要鉴选指标。

对辣椒苗期的研究认为，干旱胁迫抑制了辣椒的生长^[11]，随着干旱胁迫的加剧，辣椒的株高、茎粗、主根长、侧根数、生物量、组织相对含水量和叶绿素含量都呈现下降趋势^{[12, 13]}，脯氨酸含量急剧增加；质膜相对透性和丙二醛含量先降低后增加^{[14, 15]}。本研究表明，干旱抑制了辣椒的生长，干旱胁迫使辣椒的株高、分枝数、叶面积、产量等生长指标的抗旱系数呈下降趋势，且抗旱性弱的材料较抗旱性强的材料下降幅度大。随着土壤含水量的下降和干旱时间的延长，抑制作用越明显。主成分分析也表明生长因子是评价抗旱性的首选因子。这与前人提出的植株生长量的变化是对干旱胁迫最直观的反映相一致。

植物在遭受干旱胁迫后会通过积累一些可溶性物质来进行渗透调节，这是其适应干旱胁迫的重要生理机制。这些渗透调节物质包括可溶性糖、游离氨基酸、脯氨酸等，而且抗旱性越强，积累量越大^{[28, 29, 30, 31]}，但严重干旱时则可能会下降^{[32, 33]}。本研究中，可溶性糖和可溶性蛋白的结果与此相同，而脯氨酸在干旱胁迫下基本上一直呈上升趋势，也许是干旱胁迫时间较短，这与苗期研究结果一致。对辣椒苗期的研究认为，干旱胁迫下质膜相对透性和丙二醛含量先降低后增加^{[14, 15]}。本研究中，干旱胁迫下细胞膜透性和丙二醛含量的相对值一直呈上升趋势，是本研究中采用抗旱系数来进行研究，消除了材料间的差异，结果更为可靠。

本研究主成分分析中，可溶性糖、可溶性蛋白和细胞膜透性等“渗透调节因子”可作为抗旱性鉴定的主要鉴选指标。这与前人研究提出将干旱胁迫条件下叶片积累的可溶性有机渗透调节物质作为抗旱品种综合筛选时的参考指标，干旱胁迫下有机渗透调节物质的积累可以作为作物耐旱的生理指标^{[34, 35]}相一致。

在环境胁迫下，植株体内会产生破坏植物分子的物质，如O^{- ·}₂、H₂O₂等，使膜脂过氧化作用加剧，引起膜脂过氧化产物(MDA)的增加，同时产生清除这些活性氧的保护酶系统，如POD、SOD和CAT等，清除体内产生的活性氧。本研究表明，干旱胁迫下，叶片的SOD、POD、CAT活性先升高后降低。而MDA含量一直升高，说明干旱胁迫初期对保护酶系统活性升高有诱导作用，而长时间干旱胁迫时叶片3种酶活性受到抑制。3种酶相比，干旱胁迫使POD的活性提高幅度较大，其次是CAT和SOD，表明POD对干旱胁迫反映更敏感，是干旱胁迫的主要保护酶。同一干旱胁迫下，农城椒2号的3种酶的活性显著高于陕蔬2001，表明干旱胁迫下农城椒2号叶片抗氧化能力较强，其叶片内MDA含量显著低于陕蔬2001，是农城椒2号抗旱性强于陕蔬2001的生理原因。因此，较强的生长势和渗透调节能力以及抗氧化能力是辣椒抗干旱的主要原因。