低溫弱光對設施番茄苗期營養物質和干物質分配的影響

　　摘要

　　本試驗以PAR(光合有效輻射) 800 μmol·m-2·s-1，溫度25 ℃為對照(CK)，設置6個處理[L1T1(PAR 200 μmol·m-2·s-1，4 ℃)、L1T2(PAR 200 μmol·m-2·s-1，6 ℃)、L1T3(PAR 200 μmol·m-2·s-1，8 ℃)、L2T1(PAR 400 μmol·m-2·s-1，4 ℃)、L2T2(PAR 400 μmol·m-2·s-1，6 ℃) 和L2T3(PAR 400 μmol·m-2·s-1，8 ℃)]，分別處理6、12、24、48和72 h，以研究低溫弱光雙重脅迫對番茄苗期干物質分配以及不同器官的可溶性糖、可溶性蛋白和游離氨基酸含量的影響.結果表明：低溫弱光雙重脅迫使地下部分干物質分配比例減小，而對地上部分干物質分配比例無顯著影響，地下部分的干物質分配比例隨時間的變化與地上部分相反;低溫弱光脅迫顯著降低了番茄莖和葉片的可溶性糖、可溶性蛋白和游離氨基酸的含量;根的可溶性糖含量隨脅迫時間的變化趨勢與地上部分不一致，但根、莖、葉片的可溶性糖含量均以L2T3處理72 h含量最高，分別為94.88、77.09和41.62 mg·g-1;根的可溶性蛋白含量隨脅迫時間的變化趨勢與地上部分不一致，莖和葉片的可溶性蛋白含量均以L2T3處理12 h最高，以L1T1處理72 h 最低;不同器官的游離氨基酸含量隨脅迫時間的變化趨勢與可溶性蛋白相反;弱光對番茄干物質和營養物質含量的影響小于低溫.研究證實苗期番茄在低溫弱光脅迫前期，干物質和營養物質先向地上部分分配，脅迫24 h后則更多地向根系積累.

　　關鍵詞

　　低溫弱光;干物質;可溶性糖;蛋白質;氨基酸

　　0 引言

　　番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)是重要的設施作物[1].如何優化調控設施小氣候以改善中國設施番茄生產產量低、品質差的現狀是生產部門亟待解決的關鍵問題.溫度和光照強度顯著影響設施番茄的生長發育狀況[2-4].近年來低溫霧霾天氣顯著增加，設施內低溫弱光災害為設施番茄的生產帶來極大的安全隱患.植物在低溫或弱光脅迫下會出現光合速率降低、氣孔關閉[5]、抗氧化酶活性改變[6]、水分利用效率提高[7]等一系列變化.

　　溫度和光照是影響作物干物質分配的重要因素.溫度直接改變作物的庫強度，進而對植物體干物質的產量和分配產生重要影響[8].

　　Walker等[9]的研究證實，低溫2 ℃處理3 d，番茄的干物質積累量顯著降低.Kawasaki等[10]進一步研究發現，根區溫度16.6 ℃保持7 d，番茄根系的干物質量顯著高于5.8 ℃處理.光作為重要的環境因子，對植物生長及其干物質分配具有極其重要的作用.El-Gizawy等[11]研究表明，番茄植株的株高、葉面積以及干物質含量在弱光脅迫下均有不同程度的降低，說明弱光抑制作物生長.但也有學者認為弱光條件下植物葉面積增加，株高伸長，而總生物量分配變化并不顯著[12-14].

　　糖、氨基酸、蛋白質等營養物質是影響作物發育進程和果實品質形成的物質基礎.Yu等[15]研究發現，桃樹木質部中的可溶性糖含量隨著低溫量的累積而增加，這與對番茄的研究是一致的[16].Ou等[17]進一步研究證實，在弱光條件下，隨低溫脅迫時間的延長，辣椒的葉綠素含量下降，根系活力降低，可溶性糖和脯氨酸含量則呈先升高后降低的趨勢.植物體內總代謝水平的高低與蛋白質關系密切，而蛋白質含量的多少又直接或間接地受到溫度和光照等環境因子的影響.Yan等[18]認為水稻幼苗在6 ℃低溫處理下相對電解質滲漏增強，蛋白質降解增加.也有學者認為，溫度的變化會引起植物體內蛋白質組分的改變[19]，如Lee 等[20]發現低溫誘導水稻產生了新的冷應激蛋白(cold-stress-responsive proteins).對于蛋白質含量對光照的響應方面，有研究指出遮光降低了水稻籽粒的蛋白含量[21]，而頡建明等[22]則發現，在15 ℃/5 ℃(晝/夜)、100 μmol·m-2·s-1處理5 d時，海豐7號辣椒的可溶性蛋白含量比處理前增加了107.20%，但隨脅迫時間的延長，可溶性蛋白含量反而下降.游離氨基酸是細胞內重要的滲透調節物質.植物在感測低溫后，一方面質膜組成等會發生改變，另一方面游離氨基酸和脯氨酸等滲透調節物質含量也有所增加[17，23-24].也有研究顯示，弱光同樣會引起蘇氨酸等大多數氨基酸含量的增加[25].

　　迄今為止，低溫和弱光雙重脅迫對設施番茄器官營養物質及干物質分配的影響仍不清楚.本項目擬通過人工環境控制試驗，研究設施番茄各器官營養物質包括器官可溶性糖和蔗糖、游離氨基酸和可溶性蛋白含量、干物質在各器官的分配比例對低溫弱光的響應規律，試圖揭示低溫弱光雙重脅迫對番茄植株生理的影響機理.研究結果可為設施番茄生產環境調控決策提供理論依據.

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗設計

　　試驗于2017年4—5月在南京信息工程大學Venlo試驗溫室(TPG-2009 Australian)內進行(118°43′E，30°12′N).供試番茄品種為“齊達利”(Lycopersicon esculentum Mill.，cv.‘Zadari’)，前期育苗在玻璃溫室中進行，待番茄苗高5 cm時，選取生長健壯的幼苗定植于塑料花盆中，每盆2株.花盆直徑25.4 cm，深19.0 cm，每盆裝土約5 kg，并施0.78 g 尿素、 0.64 g Ca(H2PO4)2·H2O 和 1.11 g KCl.供試土壤含有機質1.45%、全氮0.12%、全磷0.10%、有效氮80.5 μg·g-1、有效磷27.6 μg·g-1、有效鉀125.2 μg·g-1，pH值 6.75.緩苗3 d后，將花盆移入人工氣候箱中進行處理.試驗設置低溫弱光雙因素處理，溫度分別設置為4、6和8 ℃ 3個水平，光合有效輻射(Photosynthetically Active Radiation，PAR)設置為200和400 μmol·m-2·s-1 2個水平，共6個處理，即L1T1(PAR 200 μmol·m-2·s-1，4 ℃)、L1T2(PAR 200 μmol·m-2·s-1，6 ℃)、L1T3(PAR 200 μmol·m-2·s-1，8 ℃)、L2T1(PAR 400 μmol·m-2·s-1，4 ℃)、L2T2(PAR 400 μmol·m-2·s-1，6 ℃) 和L2T3(PAR 400 μmol·m-2·s-1，8 ℃)，并以PAR 800 μmol·m-2·s-1、溫度25 ℃為對照(CK).每個處理重復3次.分別在處理6、12、24、48和72 h 后取樣測定.人工氣候箱中，每天的光合有效輻射時間為12 h，濕度為75%，溫度誤差為±0.5 ℃.

　　1.2 干物質分配比例的測定

　　將各處理番茄植株的不同器官(根、莖、葉)洗凈分別放置，105 ℃殺青5 min后置于85 ℃烘箱中烘干至恒重，用精度為0.01 g的電子天平測定各器官干質量.地上和地下部分干物質分配比例的計算公式為

　　Pir=Wr/Wt，(1)

　　Pisa=(Wst+Wi)/Wt，(2)

　　式中：Pir、Pisa分別為地下和地上的干物質分配比例;Wr、Wst、Wi分別為單株根、莖、葉的干質量，單位為g/株;Wt為單株總干物質質量，單位為g/株.

　　1.3 器官可溶性糖含量的測定

　　可溶性糖的測定方法采用硫酸-蒽酮比色法[26].取0.05 g磨碎的組織干樣于離心管中加5～6 mL水，沸水浴30 min，然后離心10 min(4 000轉/min)，去上清液倒入25 mL容量瓶中，重復3次，定容至25 mL，制得提取液.吸取提取液 0.1 mL，加 3.0 mL蒽酮試劑，90 ℃水浴30 min，620 nm波長下比色.

　　1.4 器官游離氨基酸含量的測定

　　游離氨基酸的測定方法采用茚三酮顯色法[26].將0.05 g組織樣品經5 mL 10%乙酸研磨提取，定容至100 mL并過濾.取濾液1 mL，加入蒸餾水1 mL、水合茚三酮3 mL、抗壞血酸0.1 mL，混勻后置于沸水浴15 min，搖動冷卻至溶液呈藍紫色，用60%乙醇定容至20 mL，于570 nm下比色.

　　1.5 器官可溶性蛋白含量的測定

　　可溶性蛋白的測定方法采用考馬斯亮藍比色法測定[26].取0.5 g組織樣品加5 mL pH值7.8的磷酸緩沖液，冰浴研磨后冷凍離心20 min制得酶液.取20 μL酶液加入3 mL考馬斯亮蘭G-250反應液放置 2 min 后在595 nm 下比色.

　　1.6 數據分析

　　試驗數據運用Excel 2010繪圖，SPSS16.0進行相關統計分析，Duncan檢驗(α=0.05)進行多重比較.

　　2 結果與分析

　　2.1 低溫弱光對番茄干物質分配比例的影響

　　圖1a為不同處理下的番茄地下部分干物質分配比例，可以看出，番茄地下部分干物質分配比例經不同低溫弱光處理后，均隨脅迫時間的延長呈先減小后增加的趨勢.除L2T3處理外，其他處理的地下部分干物質分配比例均在低溫弱光處理24 h降到最低，而L2T3處理的地下干物質分配比例在處理6 h即降到最低值，只有CK的87.47%.所有處理中，以L1T1處理24 h的地下部分干物質分配比例最小，只有CK的67.25%;其次是L2T1處理24 h，為CK的67.08%;以L2T3處理72 h的地下部分干物質分配比例最高，為0.18，且顯著高于CK.在相同溫度處理下，L1(PAR為200 μmol·m-2·s-1)光照處理地下部分干物質分配比例總體小于L2(PAR為400 μmol·m-2·s-1)光照處理.相同光照條件下地下部分干物質分配比例總體隨溫度升高而增加.

　　圖1b為不同處理下的番茄地上部分干物質分配比例，可以看出，與地下部分干物質分配比例相反，經不同低溫弱光處理后的番茄地上部分干物質分配比例，均隨脅迫時間的延長呈先升高后降低的趨勢.不同低溫弱光處理的地上部分干物質分配比例均在處理后24 h達到最大.但在試驗脅迫時間內，各處理的地上部分干物質比例與CK均無顯著差異.與地下部分干物質分配比例相似，在相同溫度處理下，L2光照處理地上部分干物質分配比例總體大于L1光照處理.相同光照條件下地上部分干物質分配比例總體隨溫度升高而增加.

　　2.2 低溫弱光對番茄器官可溶性糖含量的影響

　　表1為各處理對番茄不同器官可溶性糖含量(質量分數)的影響，可以看出，隨著處理時間的延長，不同低溫弱光處理下番茄根的可溶性糖含量均不斷增加.在處理的6～24 h，不同低溫弱光處理的根可溶性糖含量均顯著低于CK.處理持續72 h，L1T3、L2T1、L2T2和L2T3處理的根可溶性糖含量顯著高于CK，而L1T1和L1T2處理的根可溶性糖含量仍顯著低于CK，分別只有CK的53.49%和98.90%.所有處理中，以L2T3處理72 h的根可溶性糖含量最高，為94.88 mg·g-1，以L1T1處理6 h的根可溶性糖含量最低，較CK顯著低85.55%(表1).

　　處理6～72 h，不同低溫弱光處理均顯著降低了番茄莖的可溶性糖含量(表1).與根的可溶性糖含量變化不同，經過低溫弱光處理后，L1T1、L1T2、L2T1和L2T2處理的莖可溶性糖含量則隨脅迫時間的持續呈先增加后降低的趨勢(表1)，且均在處理持續24 h達到最大值，但較CK顯著低31.06%～77.45%.L1T3和L2T3處理的莖可溶性糖含量隨脅迫時間的持續不斷增加.所有處理中，以L2T3處理72 h的莖可溶性糖含量最高，為77.09 mg·g-1，以L1T1處理48 h的莖可溶性糖含量最低，只有CK的7.50%(表1).

　　葉片可溶性糖含量在不同低溫弱光處理下的變化較為復雜，由表1 可以看出，L1T1、L1T2、L2T1和L2T2處理的葉片可溶性糖含量隨著脅迫時間的持續呈先增加后降低的趨勢，且均在處理的12 h達到最大值.處理持續72 h，L1T1、L1T2、L2T1和L2T2處理的葉片可溶性糖含量達到最小值，分別較CK低77.43%、72.09%、41.38%和15.72%.L1T3和L2T3處理的葉片可溶性糖含量隨處理時間的延長不斷增加，其中L2T3處理的葉片可溶性糖含量在處理6～12 h后與CK無顯著差異，而在處理24～72 h后顯著低于CK.所有處理中，以L2T3處理72 h的葉片可溶性糖含量最高，為41.62 mg·g-1，以L1T1處理72 h的葉片可溶性糖含量最低，只有9.55 mg·g-1(表1).

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