低溫脅迫下番茄植株光合及呼吸代謝特性的研究.pdf

1、番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)原產(chǎn)于南美洲，是一種世界性的蔬菜作物，在我國大面積栽培，在生產(chǎn)上常常受到低溫影響而使植株的生長發(fā)育遲緩和果實品質(zhì)下降。特別是在北方露地和設(shè)施早春栽培中番茄苗期經(jīng)常遇到低溫，給番茄生產(chǎn)造成很大的不良影響。
　　番茄冷害已經(jīng)成為當(dāng)今關(guān)注的一個話題，現(xiàn)今已經(jīng)有很多學(xué)者對番茄低溫逆境生理及其機制方面做了大量的研究，但是對低溫脅迫后光合代謝和呼吸代謝產(chǎn)物變化研究還不夠深入，因

2、此有必要對低溫、光合、呼吸三者進(jìn)行深入研究。
　　本研究以番茄為試材，對18份不同來源的番茄品種（系）材料進(jìn)行苗期的抗冷性鑒定，在8℃/5℃（晝/夜）低溫脅迫5d后測定各項生理生化指標(biāo)，篩選出強耐冷型品種‘正旺’和冷敏感型品種‘秀光’，并且利用指標(biāo)之間的增幅、降幅百分率差異性分析來作為鑒定番茄低溫傷害和耐冷能力的方法，同時對與番茄低溫傷害有關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。利用‘正旺’和‘秀光’四葉一心時的功能葉片為試材，再經(jīng)過不同溫度(2

3、5℃/15℃、20℃/12℃、15℃/9℃、12℃/6℃)不同時間(0d、2d、4d、6d、8d、l0d)處理后測定光合作用、光呼吸及呼吸作用等與低溫有關(guān)的指標(biāo)，觀察各指標(biāo)與番茄耐冷性的關(guān)系，利用相關(guān)的光呼吸和暗呼吸抑制劑（光呼吸抑制劑:硫酸氫鈉，呼吸抑制劑:魚藤酮）噴施在番茄葉面上，測定與低溫相關(guān)指標(biāo)。利用透射電鏡12℃/6℃處理0d、2d、4d、6d、8d、10d后觀察光合作用代謝部分中葉綠體和呼吸作用中線粒體結(jié)構(gòu)變化，深入研究了不

4、同耐冷性番茄品種在低溫下的光合及呼吸代謝變化規(guī)律，探討低溫脅迫下番茄光合及呼吸代謝的共同響應(yīng)及其功能，了解低溫脅迫中光呼吸、暗呼吸與植株低溫傷害的關(guān)系及其影響機制，初步闡明低溫脅迫下植株體內(nèi)活性氧產(chǎn)生機制。研究結(jié)果可豐富設(shè)施蔬菜作物及植物逆境生理理論，可為番茄耐冷性栽培提供有益的材料，可為番茄耐冷性品種選育提供有用的生理生化指標(biāo)，可為通過植株管理和栽培措施提高番茄植株耐冷性提供理論依據(jù)，有利于蔬菜尤其是設(shè)施蔬菜可持續(xù)優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)和周年

5、供應(yīng)，具有重要的理論價值和生產(chǎn)實際意義，通過本試驗研究得出以下主要結(jié)果:
　　利用番茄苗期冷害指數(shù)鑒定出三類不同耐冷型材料:冷害指數(shù)小于0.15的6、4、7、10號為強耐冷型，其中6號番茄正旺最耐冷;冷害指數(shù)大于2.0的17、12號材料為冷敏感型，其中12號秀光最不耐冷;冷害指數(shù)在0.2-2.0之間的材料即其他12份材料為弱耐冷型。
　　低溫脅迫后，對生理生化指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析后得出:冷害指數(shù)與相對電導(dǎo)率、VC含量、根系活力

6、、丙二醛之間的冷害程度呈顯著性正相關(guān)，冷害指數(shù)與脯氨酸、可溶性糖含量、CAT、POD冷害能力呈顯著性負(fù)相關(guān)。因此相對電導(dǎo)率、VC含量、根系活力、丙二醛可以作為冷害的鑒定指標(biāo)，脯氨酸、可溶性糖含量、CAT、POD可以作為耐冷能力的鑒定指標(biāo)。
　　12℃/6℃處理0d、2d、4d、6d、8d、10d后利用透射電鏡觀察，隨著脅迫時間的延長，低溫對光合作用的發(fā)生器官葉綠體和呼吸作用的發(fā)生器官線粒體的結(jié)構(gòu)損傷嚴(yán)重，電鏡觀察發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)部組分發(fā)

7、生了變化:使葉綠體彎曲膨脹變形，加快了對葉綠體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的傷害;嗜鋨滴排列不均、淀粉粒拉長變形，松散不規(guī)則;線粒體分布不均勻，排列紊亂，脊部松散。
　　隨著低溫脅迫時間的延長，光合速率和光呼吸速率均呈現(xiàn)下降趨勢，在光合作用的過程中的關(guān)鍵限速酶Rubisco含量和相對活性都降低，并減弱了光合作用過程中應(yīng)用的電子流比例，使得光呼吸的過程減弱;同時隨著溫度的降低，光呼吸的產(chǎn)物乙醇酸含量增高，乙醛酸的含量降低。
　　利用呼吸抑制劑（1

8、00mg/L亞硫酸氫鈉）處理后，乙醛酸含量隨脅迫時間延長呈下降趨勢，通過電鏡觀察到葉片功能器官產(chǎn)生損傷;在葉片噴施光呼吸抑制劑亞硫酸氫鈉后光呼吸的下游產(chǎn)物乙醛酸含量減少。
　　低溫脅迫后，隨著脅迫時間的延長，呼吸代謝相關(guān)指標(biāo)中呼吸速率受到影響，秀光的總呼吸速率在低溫脅迫2d時高于正旺總呼吸速率，兩個品種的色素呼吸速率與總呼吸速率變化規(guī)律一致，都是在2d時呈現(xiàn)升高而后急劇降低的趨勢，但是始終在對照組以上，抗氰呼吸速率與二者變化趨勢不

9、同。線粒體蛋白質(zhì)的含量在20/12℃、15/9℃時與二者變化趨勢相似，而在12/6℃處理時與抗氰呼吸速率變化趨勢一致;在呼吸速率下降的同時，NADH含量增加，NAD+含量減少，導(dǎo)致線粒體的電子水平降低，降低了氧化還原能力。同時也限制了三羧酸循環(huán)的功能，三羧酸循環(huán)的關(guān)鍵產(chǎn)物檸檬酸的含量在低溫脅迫的條件下含量降低，其下游產(chǎn)物烏頭酸酶活性也顯著降低。通過透射電鏡觀察，隨著脅迫時間的延長，低溫對線粒體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷嚴(yán)重。
　　利用100mg

10、/L呼吸抑制劑魚藤酮在低溫脅迫后，兩個番茄品種總的呼吸速率隨著處理的時間呈現(xiàn)下降的變化;在未加入抑制劑組低溫處理時，總的呼吸速率有急速的上升過程，可能是與實時的植株對低溫應(yīng)激的響應(yīng)，低溫處理10d下降到低點。不同溫度處理則表現(xiàn)為溫度越低，脅迫能力越強，此時表現(xiàn)的呼吸作用也強烈。
　　不同的低溫噴施魚藤酮之后隨著脅迫時間的增加，番茄葉片中的NAD+隨著處理時間的變長，與單獨的低溫處理組相比較，含量出現(xiàn)下降，NADH含量出現(xiàn)上升。不同

11、耐冷型品種表現(xiàn)不同，正旺的變化較小，秀光的變化較大。不同的溫度處理后，12/6℃的處理NAD+的含量明顯低于20/12℃和15/9℃處理，NADH的含量明顯高于20/12℃和15/9℃，添加呼吸抑制劑后更加劇了NAD+減少和NADH含量的增加。
　　低溫脅迫后，隨著脅迫時間的延長，發(fā)現(xiàn)在番茄的光合作用和呼吸作用都受到抑制的情況下，光合作用中電子流的分配受到影響，阻礙了電子流在氧依賴的電子傳遞，進(jìn)而造成活性氧的增多。在呼吸作用中，低