不同光質(zhì)組合對(duì)番茄開(kāi)花初期碳、氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響.pdf

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 收稿日期 基金項(xiàng)目 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 作者簡(jiǎn)介 凌丹丹 碩士研究生 通信作者 徐志剛 教授 主要從事植物光生物學(xué)與植物光環(huán)境生理研究 樊小雪 副研究員 主要從事蔬菜栽培生理研究 凌丹丹 雒佳銘 劉曉英 等 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄開(kāi)花初期碳 氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄開(kāi)花初期碳 氮代謝 及其關(guān)鍵酶活性的影響 凌丹丹 雒佳銘 劉曉英 儲(chǔ)靖宇 徐志剛 樊小雪 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 江蘇南京 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所 江蘇南京 摘要 目的 本文旨在探究不同光質(zhì)組合對(duì)番茄開(kāi)花初期碳 氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響 方法 以番茄品種 為試材 研究白光 白藍(lán)組合光 白紅組合光 白綠組合光 白紅藍(lán)組合光 對(duì)番茄開(kāi)花 初期碳 氮代謝及開(kāi)花 結(jié)果時(shí)間的影響 結(jié)果 處理使番茄植株開(kāi)花 結(jié)果時(shí)間提前 分別比 提早了 和 和 處理顯著提高番茄植株的凈光合速率 分別比 增加 和 處理下番茄葉片可溶性糖和淀 粉含量顯著高于 處理顯著提高葉片蔗糖合成酶活性 和 處理下蔗糖磷酸合成酶活性明顯高于 處理下葉片全氮和可溶性蛋白含量顯著高于 而游離氨基酸含量明顯低于 處理下葉片硝酸還原酶 谷 氨酰胺合成酶 谷氨酸合成酶活性明顯高于 結(jié)論 白紅藍(lán)組合光有利于番茄植株的生長(zhǎng) 促進(jìn)碳的同化和氮的吸收 加速物質(zhì)積累 滿足植株體內(nèi)養(yǎng)分需求 從而促進(jìn)番茄開(kāi)花結(jié)果 關(guān)鍵詞 番茄 開(kāi)花期 光質(zhì) 碳 氮 代謝 中圖分類(lèi)號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 文章編號(hào) 番茄 是深受世界各地人們喜愛(ài)的蔬菜作物 在中國(guó) 春提早 和 秋延 后 兩個(gè)茬口種植的番茄 經(jīng)常在開(kāi)花結(jié)果期遭遇連續(xù)的低溫弱光脅迫 從而影響番茄的產(chǎn)量和品質(zhì) 目 第 期凌丹丹 等 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄開(kāi)花初期碳 氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響 前人工補(bǔ)光技術(shù)已經(jīng)成為解決這一問(wèn)題的有利手段 因此篩選適合番茄植株補(bǔ)光的最佳光質(zhì)配比具有現(xiàn) 實(shí)意義 開(kāi)花是植株從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變到生殖生長(zhǎng)的標(biāo)志 植株開(kāi)花時(shí)間受多種外源和內(nèi)源因素的影響 光是誘 導(dǎo)植株開(kāi)花的主要信號(hào)之一 研究表明光質(zhì)能夠調(diào)控葉片形態(tài)建成 氣孔開(kāi)放 干物質(zhì)積累分配及開(kāi)花誘 導(dǎo)等生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程 光質(zhì)可以通過(guò)影響植物葉片的凈光合速率和暗呼吸速率進(jìn)而影響光合能力 積 累較多的光合產(chǎn)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從而促進(jìn)植株開(kāi)花結(jié)果 花芽的形成過(guò)程需要合成大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 葉 片碳 氮含量對(duì)花芽分化過(guò)程具有顯著影響 碳 氮代謝主要包括碳水化合物與含氮化合物的分解 轉(zhuǎn) 化和積累 二者間的相互依賴和相互協(xié)調(diào)為植物的生命活動(dòng)提供必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 光質(zhì)可以通過(guò)影響 碳 氮代謝相關(guān)酶活性進(jìn)而影響葉片碳水化合物 游離氨基酸和可溶性蛋白含量從而促進(jìn)碳同化和氮吸收 以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累和干物質(zhì)分配會(huì)影響植株開(kāi)花時(shí)間 番茄開(kāi)花是番茄從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)到生殖生長(zhǎng)的重要階 段 開(kāi)花時(shí)間直接影響番茄的產(chǎn)量 品質(zhì)和栽培的經(jīng)濟(jì)效益 目前的研究主要集中于不同光質(zhì)對(duì)番茄幼苗 碳 氮代謝過(guò)程的影響 而對(duì)番茄開(kāi)花初期碳 氮代謝研究較少 本試驗(yàn)以白光為對(duì)照 研究不同光 質(zhì)組合對(duì)番茄開(kāi)花初期碳 氮代謝相關(guān)指標(biāo)及開(kāi)花結(jié)果時(shí)間的影響 以期探究高品質(zhì)番茄栽培的合適光質(zhì) 配比 為番茄冬春季設(shè)施補(bǔ)光栽培技術(shù)提供理論依據(jù) 圖 光處理的光譜分布 白藍(lán)組合光 白紅組合光 白綠組合光 白紅藍(lán)組合光 白光 下同 材料與方法 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所人工氣候 室內(nèi)進(jìn)行 供試材料為矮生番茄品種 購(gòu)于南京豐碩園藝有限公司 室內(nèi) 條件下使 用 穴盤(pán)法 育苗 待番茄葉片長(zhǎng)至 葉 心時(shí)定植 在營(yíng)養(yǎng)缽中 緩苗 周后置于 種光環(huán)境 白光 白藍(lán)組合光 白紅組合光 白綠組 合光 白紅藍(lán)組合光 光量子通量密度 均設(shè)置為 各處理的光譜分 布如圖 所示 其中 的紅光的主峰波 長(zhǎng)為 藍(lán)光的主峰波長(zhǎng)為 的綠光的主峰波長(zhǎng)為 組合光的光 量子通量密度之比為 或 光 暗時(shí)間均為 白天溫度為 夜晚溫度 每 個(gè)處理 盆 常規(guī)管理 后取樣測(cè)定 各處理植株的生長(zhǎng)狀況如圖 所示 圖 光處理 后的植株生長(zhǎng)狀況 測(cè)定項(xiàng)目與方法 凈光合速率測(cè)定 采用 光合測(cè)定儀 測(cè)定植物葉片的凈光合速率 光照強(qiáng)度設(shè) 置為 環(huán)境 濃度為 糖含量 氮含量測(cè)定 采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量 高氯酸法測(cè)定淀粉含量 間苯二酚法 測(cè)定蔗糖含量 采用考馬斯亮藍(lán) 染色法測(cè)定可溶性蛋白含量 茚三酮比色法測(cè)定游離氨基酸 含量 微量凱氏定氮法測(cè)定全氮含量 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)第 卷 碳 氮代謝酶活性測(cè)定 按照蘇州科銘生物技術(shù)有限公司所生產(chǎn)的試劑盒說(shuō)明書(shū)測(cè)定蔗糖磷酸合 成酶 蔗糖合成酶 硝酸還原酶 谷氨酰胺合成酶 和谷氨酸合成酶 活性 開(kāi)花特性調(diào)查統(tǒng)計(jì) 以每個(gè)處理所有植株第 穗花序花蕾開(kāi)放 所需時(shí)間 自光處理日開(kāi)始統(tǒng) 計(jì) 的平均值為始花時(shí)間 以每個(gè)處理所有植株第 穗花序結(jié)果 所需時(shí)間的平均值為始果期 數(shù)據(jù)處理 利用 軟件整理數(shù)據(jù) 采用 軟件作圖 借助 軟件利用單因素 方差分析 和鄧肯氏檢驗(yàn)對(duì)不同處理進(jìn)行差異顯著性分析 結(jié)果與分析 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄開(kāi)花習(xí)性及結(jié)果的影響 由表 可知 和 處理下番茄開(kāi)花時(shí)間顯著提前 其中以 處理下番茄開(kāi)花最早 比 對(duì)照提前 而 開(kāi)花晚于 不同光質(zhì)處理下番茄第 穗花序的花數(shù)差異不大 可能其受品種的影 響更大 處理下 番茄植株的第 穗花序結(jié)果時(shí)間最早 比對(duì)照提前 表 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄開(kāi)花期性狀的影響 處理 始花時(shí)間 第 穗花序花數(shù) 始果期 注 不同字母表示處理間差異顯著 下同 圖 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄葉片凈光合速率的影響 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄葉片凈光合速率的影響 由圖 可知 和 處理下葉片的凈光合速 率顯著高于 分別比 增加 和 處 理與 差異不顯著 處理顯著低于 表明添加 藍(lán)光和紅藍(lán)光可增強(qiáng)番茄葉片光合能力 提高其碳同化 能力 而綠光降低番茄葉片的光合作用 對(duì)番茄碳同化 能力有負(fù)面影響 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄葉片碳水化合物的影響 由表 可知 不同光質(zhì)下番茄葉片中可溶性糖 蔗 糖和淀粉含量存在明顯差異 和 處理葉片中 的可溶性糖含量顯著高于 分別比 增加 和 處理與 差異不顯著 處理顯著低于 蔗糖含量以 處理最高 最低 而 和 處理與 差異不顯著 淀粉含量以 處理 最高 和 處理顯著高于 處理與 差異不顯著 表明 處理下番茄葉片能夠積 累更多的碳水化合物 促進(jìn)碳的轉(zhuǎn)化以供植物生長(zhǎng)發(fā)育 表 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄葉片可溶性糖 蔗糖和淀粉含量的影響 處理 可溶性糖含量 蔗糖含量 淀粉含量 第 期凌丹丹 等 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄開(kāi)花初期碳 氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄葉片碳代謝關(guān)鍵酶活性的影響 由圖 可知 與 相比 處理顯著提高葉片蔗糖合成酶 的活性 比 增加 而其他 處理均無(wú)顯著差異 和 處理的蔗糖磷酸合成酶 活性顯著高于 處理與 差 異不顯著 表明 處理下番茄葉片的糖分解代謝較強(qiáng) 同時(shí) 和 處理下番茄葉片與 相 比糖合成代謝顯著增強(qiáng) 圖 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄葉片蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性的影響 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄葉片全氮 可溶性蛋白和游離氨基酸含量的影響 由圖 可知 與 相比 和 處理顯著提高番茄葉片全氮含量 分別較 增加 和 和 處理與 差異不顯著 與 相比 處理顯著提高可溶性蛋白含量 較對(duì)照增加 而其他處理無(wú)顯著差異 和 處理的游離氨基酸含量顯著低于 處理與 差 異不顯著 表明 處理可促進(jìn)番茄葉片蛋白質(zhì)的合成與積累 圖 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄葉片全氮 可溶性蛋白和游離氨基酸含量的影響 圖 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄葉片氮代謝酶活性的影響 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄葉片氮代謝相關(guān)酶活性影響 由圖 可知 與 相比 處理顯著提高番茄葉片中硝酸還原酶 活性 比 增加 而其他處理無(wú)顯著差異 處理的谷氨酰胺合成酶 活性顯著高于 而其他處理與 差異不 顯著 和 處理的谷氨酸合成酶 活性顯著高于 與 差異不顯著 表明 處理可通過(guò)增加氮代謝相關(guān)酶活性促進(jìn)氮的同化 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)第 卷 討論 番茄開(kāi)花期是決定其產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)的關(guān)鍵時(shí)期 期間的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累尤為重要 而營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累受 光合作用及碳 氮代謝的影響 光質(zhì)對(duì)植株的光合能力 和碳 氮代謝過(guò)程 有明顯的調(diào)控作用 因 此 光質(zhì)可以調(diào)節(jié)番茄的開(kāi)花時(shí)間 本試驗(yàn)中 和 處理均使番茄提前開(kāi)花結(jié)果 其中以 處理促進(jìn)效果最明顯 這表明 處理下番茄植株的光合能力和碳 氮代謝更強(qiáng) 從而使番茄的開(kāi) 花期提前 碳水化合物的積累為花芽分化過(guò)程提供結(jié)構(gòu)物質(zhì) 有利于促進(jìn)番茄開(kāi)花 糖類(lèi)物質(zhì)是碳水化合物貯 藏和積累的主要形式 番茄葉片通過(guò)光合作用將二氧化碳還原成糖類(lèi)物質(zhì) 因此糖和淀粉含量是衡量碳轉(zhuǎn) 化和積累的標(biāo)準(zhǔn) 本試驗(yàn)中 番茄葉片可溶性糖和淀粉含量及蔗糖合成酶 的活性在 處理下最 高 蔗糖含量在 處理下最低 處理顯著提高 的活性 主要起分解蔗糖的作用 能夠促進(jìn) 合成淀粉等碳水化合物 可溶性糖和淀粉積累為番茄形成花器官提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 從而促進(jìn)番茄開(kāi)花 同 時(shí) 凈光合速率能夠反映不同光質(zhì)對(duì)番茄葉片碳同化能力的影響 本試驗(yàn)中 和 處理的凈光合 速率顯著高于 紅光和藍(lán)光有利于提高葉片光合作用能力 其中藍(lán)光的促進(jìn)效果更顯著 這與前人研 究結(jié)果一致 光質(zhì)能有效調(diào)控植物光合能力和植物體內(nèi)光合產(chǎn)物的積累與分配 從而影響植物 的生長(zhǎng)發(fā)育 氮代謝與碳代謝相互聯(lián)系 密不可分 氮代謝產(chǎn)物的合成需要碳骨架 碳代謝過(guò)程需要氮代謝產(chǎn)物的 促進(jìn) 在一定的范圍內(nèi) 葉片中氮含量與光合速率呈正相關(guān) 氮含量高的葉片中核酮糖 二磷酸羧化 酶含量多且活性高 從而促進(jìn)碳的固定 氮的同化分為硝酸鹽的還原和銨的同化兩個(gè)步驟 硝酸還原酶 主要存在于細(xì)胞質(zhì)中 催化硝酸鹽還原成亞硝酸鹽 銨鹽在谷氨酰胺合成酶 和谷氨酸合成酶 的催化下反應(yīng)生成氨基酸 活性反映植物的氮利用效率 和 活性反映植物氮素 同化能力的強(qiáng)度 可溶性蛋白是植物氮代謝的主要產(chǎn)物 氨基酸既是合成蛋白質(zhì)的主要原料 也是蛋 白質(zhì)降解的主要產(chǎn)物 本試驗(yàn)中 處理的全氮和可溶性蛋白含量顯著高于 而游離氨基酸含 量顯著低于 處理的 活性顯著高于 紅藍(lán)組合光促進(jìn)氮代謝活動(dòng)和氮代謝 產(chǎn)物積累 這與前人研究結(jié)果一致 一方面 和 活性升高使葉片的蛋白質(zhì)降解代謝 下降 合成代謝加強(qiáng) 另一方面 藍(lán)光能促進(jìn)線粒體暗呼吸以及葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的合成 為氨基酸 的合成提供碳架 促進(jìn)蛋白質(zhì)合成 綜上所述 白紅藍(lán) 組合光能夠提高番茄植株的光合能力 促進(jìn)碳同化和氮吸收 加速營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì)積累 提高植株體內(nèi)養(yǎng)分 從而促進(jìn)番茄開(kāi)花結(jié)果 協(xié)調(diào)產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系 為番茄產(chǎn)量的提高奠定生理 基礎(chǔ) 參考文獻(xiàn) 趙雪惠 肖偉 郭建敏 等 補(bǔ)充藍(lán)光對(duì)設(shè)施栽培油桃光合性能及糖酸積累的影響 植物學(xué)報(bào) 曹凱 于捷 葉林 等 夜間 紅光處理促進(jìn)設(shè)施育苗番茄營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)提高產(chǎn)量 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 李江鵬 劉?？?黃志午 等 光譜對(duì)水稻灌漿期劍葉光合及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué) 第 期凌丹丹 等 不同光質(zhì)組合對(duì)番茄開(kāi)花初期碳 氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響 周強(qiáng) 耿佳麒 王宇航 等 越橘花芽分化期葉片礦質(zhì)元素含量和 變化分析 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 劉奇峰 李卓蓉 吳江婷 等 不同氮素供給水平對(duì) 楊幼苗碳氮代謝的影響 林業(yè)科學(xué)研究 孫娜 魏珉 李巖 等 光質(zhì)對(duì)番茄幼苗碳氮代謝及相關(guān)酶活性的影響 園藝學(xué)報(bào) 寧宇 鄧惠惠 李清明 等 紅藍(lán)光質(zhì)對(duì)芹菜碳氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響 植物生理學(xué)報(bào) 高俊鳳 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 北京 高等教育出版社 薛應(yīng)龍 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)手冊(cè) 上海 上海科學(xué)技術(shù)出版社 王學(xué)奎 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù) 版 北京 高等教育出版社 肖春生 陳頤 鐘越峰 等 不同比例紅藍(lán)光對(duì)煙苗生長(zhǎng)及碳氮代謝的影響 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào) 徐亞會(huì) 董守坤 李雪凝 等 干旱脅迫對(duì)春大豆氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響 核農(nóng)學(xué)報(bào) 徐文棟 劉曉英 焦學(xué)磊 等 藍(lán)光量對(duì)萵苣生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 責(zé)任編輯 沈 波