制干辣椒类胡萝卜素对干旱、盐及其双重胁迫的响应机制

Carotenoid is a very important commercial character of Dried-Orientation Pepper, its composition and content are highly related with the environmental factors. Drought and salt are the most common abiotic stresses in Xinjiang province, and are the main factors that hindering the development of Dried-Orientation Pepper. This project is designed to research the horn pepper “Honglong 13”. In this study, different irrigation amounts, salt concentrations and their combinations are set in the fruiting period. The carotenoid’s components and contents are analyzed by HPLC, fruits appearance and qualities are analyzed to reflect the response differences to drought, salt and their combination. Plastid structures, biomass allocation, photosynthetic parameters are compared to research the carotenoids responding mechanisms to different stresses from the point of source alocation. The contents of ABA, osmotic adjustment substance, sodium ion, active oxygen and redox are analyzed to clarify the physiological and biochemical mechanisms of carotenoids to different stresses, and the expression and difference of genes related with carotenoid metabolism are analyzed by RT-PCR and RNA-Seq, which will explain the carotenoids adaptation mechanism to drought and salt from the transcriptional level. Those above analysis will clarify the abiotic factors regulation to carotenoid at different aspects and levels, which will provide a theoretical guidance for high quality and efficient cultivation of Dried-Orientation Pepper.

类胡萝卜素是制干辣椒重要的经济性状，其组分和含量与环境关系密切。干旱和盐碱是新疆最常见的非生物胁迫，已成为阻碍新疆制干辣椒发展的主要环境因素。本项目以红龙13号板椒为材料，在结果期设置不同灌水量和盐浓度进行单一及双重胁迫。利用高效液相色谱分析类胡萝卜素的组分、含量，结合果实外观及品质分析，阐明干旱、盐及双重胁迫的影响差异。通过对质体结构观察，生物量分配，光合参数对比，从物质分配角度探索类胡萝卜素响应不同胁迫的机制；分析胁迫下辣椒ABA，渗透调剂物质，离子含量、分布，氧化还原等指标，阐明类胡萝卜素响应不同胁迫的生理生化机制；利用RT-PCR分析类胡萝卜素合成、降解相关基因的表达量，筛选差异基因，从转录水平阐明类胡萝卜素对不同胁迫的响应机制。综合以上实现多方面、分层次系统阐明干旱、盐及其双重胁迫对类胡萝卜素代谢的调控机理，为制干辣椒的优质、高效栽培提供理论指导。

辣椒果实颜色主要取决于类胡萝卜素的种类和含量。温度、干旱、光照等均能影响类胡萝卜素的含量。项目以干旱和盐胁迫为出发点，以类胡萝卜素为研究内容，从生理、生化、基因、转录等多方面阐明干旱、盐对类胡萝卜素的调控机理，结果表明：.（1）土壤相对含水量为75%-85%(W1)、65%-75%(W2)及其与盐互作(W1S1)、(W1S2、W2S1、W2S2)有利于辣椒地上部和根系生长。含水量为55%-65%(W3)、45%-55%(W4)及其与盐的互作(W3S2、W3S3、W4S2、W4S3)使地上、地下生长受到抑制。盐胁迫对辣椒生长的抑制作用更显著；轻度水分胁迫时，干旱、盐互做效应不显著，中等和严重水分胁迫下，干旱、盐互做显著。.（2）单盐(S3)、单旱(W2、W4)及盐旱双重胁迫(W2S3、W4S3)下，辣椒抗氧化酶活性、游离脯氨酸含量均升高以缓解伤害。干旱胁迫（W2）下氧化还原酶活性、可溶性蛋白含量达到最大，抗旱性得到进一步增强；单盐(S3)及盐旱双重胁迫(W2S3、W4S3)下，氧化还原酶活性、可溶性蛋白含量有所下降，体内保护系统遭到不可逆的破坏。.（3）单盐(S3)及盐旱双重胁迫(W2S3、W4S3)使辣椒叶片叶绿素含量降低，光合能力下降，适度干旱(W2)可促进光合色素含量并提高光合速率。且盐对光合的抑制作用显著大于干旱。.（4）干旱、盐胁迫下果肉中辣椒素含量变化较小，胎座辣椒素变化较大；除红熟期W1 处理外，各胁迫使不同发育期果实的椒素含量显著下降；转录分析表明：差异基因数目遵循水分胁迫< 单盐胁迫< 双重胁迫的规律；干旱、盐胁迫主要影响苯丙烷代谢途径，其次是苯丙氨酸途径；含盐胁迫对辣椒素的影响显著。.（5）单盐(S3)及盐旱双重胁迫(W2S3)、(W4S3)均使辣椒叶片中玉米黄素等下游物质含量增多；适度的干旱胁迫(W2)使上游物质含量显著增加。各成熟期果实含量最多的为β-胡萝卜素，随着果实发育β-胡萝卜素含量增加，各时期含量最低的为新黄质。随着果实发育越来越多的类胡萝卜素组分含量被干旱、盐胁迫提升，在W4S3胁迫下升至最高。由此可知，盐胁迫可使辣椒果实大部分类胡萝卜素组分都有显著提高。