Сравнительная реакция на тепловой стресс трех генотипов острого перца (Capsicum annuum L.), различающихся температурной чувствительностью

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 14203 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Поскольку в последние десятилетия глобальные температуры неуклонно повышались, изучение воздействия теплового стресса на морфофизиологические характеристики и экономическую урожайность садовых культур все больше привлекает внимание многих ученых и фермеров. Острый перец (Capsicum annuum L.) — важная овощная культура, выращиваемая в основном в открытом грунте в Южной Корее. В данном исследовании оценивалось влияние длительного теплового стресса на три генотипа острого перца, различающиеся уровнем восприимчивости к стрессу. Исследование проводилось в двух теплицах с разными температурными режимами в течение 75 дней. Растения в возрасте 48 дней выращивали в контрольных и термообработанных теплицах, где температуру поддерживали на уровне 30°С и 35°С в течение суток в течение 75 дней соответственно. Измерены морфологические, физиологические и питательные характеристики трех образцов. Все образцы острого перца смогли восстановиться после длительного воздействия теплового стресса примерно в течение месяца. Феномен восстановления наблюдался по некоторым важным морфологическим и физиологическим признакам. Например, скорость роста растений и скорость фотосинтеза значительно увеличились после 40 дней термообработки. Чувствительность к тепловому стрессу варьировала в зависимости от генотипа. Растения, которые на ранней стадии термообработки давали больше плодов, чем биомассы, восстанавливались относительно медленно, что приводило к наибольшей потере урожая. Эта ключевая морфологическая характеристика может быть использована в будущей программе разведения для адаптации к продолжительному тепловому стрессу.

Поскольку температура является одним из важных факторов окружающей среды, влияющим на процессы роста и развития растений, включая фотосинтез, транспирацию, дыхание, опыление и развитие плодов, постоянно повышающаяся температура является основным абиотическим стрессом, ограничивающим рост и развитие растений. В частности, на этапах развития репродуктивных органов (например, цветение, опыление и оплодотворение) растения были наиболее чувствительны к тепловому стрессу, что приводило к снижению урожайности плодов1,2. Из-за глобального потепления температура Земли выросла в среднем как минимум на 1,1 °C с 1880-х годов3,4. В 2021 году средняя температура на всей планете была на 0,84 °C выше среднего показателя XX века5. В Корее, согласно отчету Гринпис6, количество дней, когда температура воздуха превышала 33 °C, постоянно увеличивалось с 1980-х годов. За последние годы число дней с температурой 35 °C значительно увеличилось6. Поскольку многие метеорологи ожидали, что такие потепления будут постоянно увеличиваться в течение следующих 30 лет7,8,9, понимание потенциального воздействия теплового стресса на рост растений и урожайность фруктов будет играть ключевую роль в разработке адаптационных стратегий для компенсации этих эффектов.

Острый перец (Capsicum annuum L.) — экономически важный фруктовый овощ в Корее, поскольку он является основной пряностью в корейской кухне. В 2022 году общий объем производства острого перца в Корее составил около 92 757 тонн10. В Корее большая часть острого перца выращивается в открытом грунте на приподнятых грядках с использованием капельного орошения и мульчи. Таким образом, погодные условия (например, температура, осадки и т. д.) посевной площади напрямую влияют на урожайность этой культуры. Хотя перец хорошо адаптирован к жаркому климату, увеличение количества жарких дней (свыше 33 °C) стало серьезной проблемой для достижения устойчивого производства перца в Корее. Оптимальный температурный диапазон формирования и качества плодов составляет от 21 до 29 °С11. Когда температура превышает 32 °C, рост острого перца может замедлиться; На плодах можно наблюдать вершинную гниль цветков (BER); и могут появиться прекращения завязывания плодов с более низкой урожайностью12.

Реакции растений на тепловой стресс во многом зависят от его степени и продолжительности, а также стадии развития растения13. Тепловой стресс прямо или косвенно нарушает функции растений, что приводит к морфофизиологическим изменениям, аномальным фазам роста и метаболическим процессам14 и снижению урожайности15. Эти аномалии роста могут постоянно наблюдаться или не проявляться у растений, когда растения подвергаются тепловому стрессу, и каждое растение или генотип развиваются со своей собственной устойчивостью или механизмами управления условиями теплового стресса16. Некоторые толерантные генотипы в пределах нескольких видов сельскохозяйственных культур, напротив, имели самые высокие урожаи в условиях высоких температур17,18,19. В нескольких исследованиях сообщалось о генотипических различиях в толерантности/восприимчивости острого перца путем сравнения скорости прорастания и роста рассады20,21, роста урожая, физиологии, урожайности21, фотосинтеза20,22, длины пыльцевой трубки, а также прорастания пыльцы и стабильности мембран23,24 в периоды жары. -чувствительные и жароустойчивые генотипы. Согласно этим предыдущим исследованиям, увеличение продолжительности и температуры значительно снижало скорость прорастания, вес рассады, скорость фотосинтеза, а урожайность плодов значительно снижалась, когда температура была как минимум на 5 °C выше оптимальной температуры роста растений25 или при 42 °C21.