缺鐵脅迫下外源亞精胺對番茄幼苗生長及生理特性的影響.pdf

山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 收稿日期 基金項(xiàng)目 山西省研究生教育創(chuàng)新項(xiàng)目 山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目子課題 作者簡介 姚棋 男 碩士研究生 主要從事設(shè)施蔬菜栽培生理研究 通信作者 張毅 男 副教授 主要從事設(shè)施蔬菜栽培生理研究 缺 鐵 脅 迫 下 外 源 亞 精 胺 對 番 茄 幼 苗 生 長 及 生 理 特 性 的 影 響 姚棋 趙鑫 陳浩婷 石玉 侯雷平 張毅 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 山西省設(shè)施蔬菜提質(zhì)增效協(xié)同創(chuàng)新中心 山西太谷 摘 要 本試驗(yàn)以 番茄為材料 研究缺鐵脅迫 下噴施亞精胺 對番茄幼苗生長及生理特性的影響 結(jié)果表明 缺鐵脅迫下 番茄幼苗生長受到抑制 植株鮮重 減少 葉片光合色素含量 凈光合速率均顯著降低 電導(dǎo)率增加 植株不同部位 根 莖和葉 元素含量顯著 減少 噴施 后 幼苗生長狀況得到緩解 植株鮮重 光合色素含量和凈光合速率增加 葉片及根系電導(dǎo)率下 降 根中 元素含量增加 可見 外源 處理能夠有效緩解缺鐵脅迫對植株的抑制作用 提高番茄幼苗缺 鐵耐受性 關(guān) 鍵 詞 番茄 亞精胺 缺鐵脅迫 幼苗生長 生理特性 中 圖 分 類 號 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 號 文 章 編 號 鐵 是植物必需的微量元素之一 對于促 進(jìn)植物的光合作用 物質(zhì)和能量的代謝起著重要 作用 缺鐵嚴(yán)重影響番茄幼苗的生長發(fā)育 導(dǎo) 致植株葉片黃化 葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)育不完整 葉片捕 獲光激發(fā)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的能力降低 光合能力 下降 嚴(yán)重缺鐵時(shí)葉綠體被解離或液泡化 從而影響葉綠素的形成 雖然大多數(shù)土壤中全鐵含量較高 但由于受 不同土壤因素和植物基因型的影響 植物吸收到 體內(nèi)的可利用鐵含量往往不足 土壤有效鐵含量 不足成為作物生長發(fā)育最大的限制因子之一 嚴(yán) 重影響植物正常的生長發(fā)育 多胺是廣泛存在于植物體內(nèi)的一類低分子含 氮堿 是一種重要的植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì) 包括腐胺 精胺 亞精胺 等 由于 具多價(jià)陽離子特性 其生理功能更強(qiáng) 與植物抗逆 境脅迫的關(guān)系密切 不僅可直接作為脅迫保護(hù)物 質(zhì) 而且還在脅迫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中作為信號分子促進(jìn) 脅迫抗性機(jī)制的構(gòu)建 研究表明 噴施 能 提高高溫脅迫下生菜植株的生長量 根系活力 葉 綠素含量 緩解高溫對生菜的危害 外源 可顯著提高高溫下番茄幼苗的地上部鮮重和生物 量積累 緩解幼苗徒長和葉片黃化 促進(jìn)光合色素 合成 顯著增加葉綠素 葉綠素 和類胡蘿卜素 的含量 多胺除參與種子萌發(fā) 植物生長發(fā) 育 延緩植物葉片衰老外 還可顯著提高植物對 鹽 干旱 低溫 重金屬等非生物脅迫的耐受 性 目前關(guān)于亞精胺 在植物逆境脅迫方面 的研究大多集中在高溫脅迫方面 而在重金屬等 非生物脅迫耐受性等方面的研究還較少 鐵脅迫 下的番茄抗逆情況還未有研究 因此本試驗(yàn)采用 水培法 實(shí)施外源噴施 處理 研究其對缺鐵脅 迫和正常生長下番茄幼苗生物量 光合特性及鐵 素含量的影響 以期為亞精胺調(diào)控番茄缺鐵脅迫 技術(shù)的應(yīng)用提供理論參考 材 料 與 方 法 試 驗(yàn) 材 料 與 處 理 本試驗(yàn)供試番茄品種為 選其 飽滿種子 浸種催芽 播種 幼苗 片真葉完全展 開時(shí)定植于日光溫室內(nèi)盛有 個(gè)劑量的日本山 崎番茄配方營養(yǎng)液的水培槽中 緩苗 天后進(jìn)行 試驗(yàn)處理 試驗(yàn)前兩天先進(jìn)行 葉面噴施預(yù)處理 以 葉片正反兩面均勻噴施但無液體滴下為宜 個(gè) 處理為 正常鐵濃度 缺鐵濃度 噴施 噴施 試 驗(yàn)處理均用山崎番茄配方營養(yǎng)液栽培 每 天更 換 次營養(yǎng)液 每 天進(jìn)行 次 葉面噴施 處 理 時(shí)取樣 于 超低溫冰箱中保存 測 定 指 標(biāo) 及 方 法 使用皮尺 游標(biāo)卡尺測量株高 莖粗 地上部 和地下部分開后洗凈擦干 稱其鮮重 后置于烘箱 中烘干稱干重 取番茄幼苗葉片采用乙醇提取法 進(jìn)行色素含量測定 采用 光合儀測定凈 光合速率 參照何明明 的方法測定相對電 導(dǎo)率 用火焰原子吸收光度計(jì)法測量植株 含 量 重復(fù) 次 數(shù) 據(jù) 處 理 采用 對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和 作圖 用 軟件進(jìn)行方差分析 用 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較 結(jié) 果 與 分 析 缺 鐵 脅 迫 下 外 源 對 番 茄 生 物 量 的 影 響 由表 可知 與 相比 缺鐵脅迫 下番 茄幼苗生物量生長受到明顯抑制 單株地上部鮮 重 地下部鮮重 總鮮重分別降低 和 株高降低 與 相 比 處理的單株地上部鮮重 地下部鮮 重 總鮮重分別顯著增加 和 但株高 莖粗無明顯差異 而單噴 對 幼苗生物量影響較小 較 未達(dá)到顯著差異 表 缺 鐵 脅 迫 下 外 源 對 番 茄 生 物 量 的 影 響 處理 株高 莖粗 單株地上部 鮮重 單株地下部鮮 重 單株總鮮重 注 同列數(shù)值后不同字母表示 水平差異顯著性 下同 缺 鐵 脅 迫 下 外 源 對 番 茄 葉 片 光 合 色 素 含 量 的 影 響 由表 可知 與 相比 缺鐵脅迫下葉片色 素含量均顯著降低 處理葉綠素 葉綠素 類 胡蘿卜素 葉綠素 葉綠素 分別降低 和 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 第 卷 處理葉綠素 葉綠素 類胡蘿卜素 葉 綠素 顯著高于 分別增加 和 與 相比 單噴 的葉綠素 葉綠素 分別增加 和 表 缺 鐵 脅 迫 下 外 源 對 番 茄 葉 片 色 素 含 量 的 影 響 處理 葉綠素 葉綠素 類胡蘿卜素 葉綠素 葉綠素 缺 鐵 脅 迫 下 外 源 對 番 茄 葉 片 凈 光 合 速 率 的 影 響 由圖 可知 缺鐵脅迫下 番茄葉片凈光合速 率顯著降低 處理較 降幅達(dá) 處理較 凈光合速率顯著升高 達(dá) 單噴 處理較 凈光合速率增加 柱上方不同字母表示各處理在 水平上差異顯著 下同 圖 鐵 脅 迫 下 外 源 對 番 茄 葉 片 凈 光 合 速 率 的 影 響 缺 鐵 脅 迫 下 外 源 對 番 茄 相 對 電 導(dǎo) 率 的 影 響 由圖 可以看出 缺鐵脅迫下番茄葉片和根 系的電導(dǎo)率均顯著增加 比 分別增加 和 處理較 其葉 片及根系的電導(dǎo)率分別降低 和 可見根系對缺鐵脅迫更加敏感 單噴 處理的 電導(dǎo)率與 無顯著差異 缺 鐵 脅 迫 下 外 源 對 番 茄 不 同 部 位 含 量 的 影 響 由表 可知 與 相比 處理植株各部 位 含量均顯著降低 與 相比 處理 葉 莖 含量分別降低 和 根 含量增加 與 相比單噴 處理葉 莖 根 元素含量均降低 降幅分別為 和 圖 缺 鐵 脅 迫 下 外 源 對 番 茄 相 對 電 導(dǎo) 率 的 影 響 表 缺 鐵 脅 迫 下 外 源 對 番 茄 不 同 部 位 含 量 的 影 響 處理 葉片 莖 根系 討 論 植物缺鐵時(shí) 植株矮小 葉片黃化 嚴(yán)重影響 其正常生長發(fā)育 植株通過改變體內(nèi)物質(zhì)的分 配 以積累更多的能量應(yīng)對脅迫 所以生物量是植 株生長發(fā)育狀況最直接的表現(xiàn) 本試驗(yàn)表明 番茄幼苗生長受缺鐵脅迫影響顯著 苗高明顯降 低 鮮重減少 這與龍文靖等 在玉米干物質(zhì)積 累中的研究結(jié)果一致 多胺作為一種生物活性物 質(zhì) 被認(rèn)為在生物體內(nèi)信號傳遞中起 第二信使 的作用 與植物的生長 形態(tài)建成和應(yīng)對脅迫的反 應(yīng)密切相關(guān) 噴施 后的番茄幼苗生長狀 況與對照差異不大 這可能是由于試材為矮化品 種所致 鮮重雖有所增加 但均未形成顯著差異 葉綠素作為光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ) 可將光能 轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 對植物的生長發(fā)育至關(guān)重要 葉 第 期 姚棋 等 缺鐵脅迫下外源亞精胺對番茄幼苗生長及生理特性的影響 綠素主要包括葉綠素 和葉綠素 其含量與植 物的營養(yǎng)狀況密切相關(guān) 直接影響光合效率 鐵 雖然不是葉綠素的組分 但卻參與葉綠素的合 成 葉綠素含量是判斷植物缺鐵的標(biāo)準(zhǔn) 逆境 脅迫下葉綠素 值能反映植物捕獲和轉(zhuǎn)化光能 的能力 本試驗(yàn)缺鐵脅迫下 番茄葉綠素 葉綠 素 類胡蘿卜素含量均顯著降低 葉綠素 值 減小 說明葉綠素合成受到抑制 葉片捕獲和轉(zhuǎn)化 光能的能力下降 噴施外源 后 植株葉片光合 色素增加 葉綠素 值增大 捕獲和轉(zhuǎn)化光能的 能力得以恢復(fù) 李秀等 研究表明 添加外源 的 可有效保護(hù)生姜葉片的 亞 細(xì)胞結(jié)構(gòu) 降低高溫脅迫對生姜葉片的損傷 提高 生姜的耐熱性 外源多胺可快速進(jìn)入完整的葉綠 體參與逆境條件下光合元件的保護(hù) 說明多胺可 能調(diào)控葉綠體的發(fā)育及衰老進(jìn)程 光合作用是植物合成有機(jī)物質(zhì)和獲得能量的 根本源泉 其強(qiáng)弱對于植物生長 產(chǎn)量及抗逆性等 都具有重要影響 光合作用的強(qiáng)弱可以通過 光合速率大小來反映 光合速率越大 說明植物光 合作用的水平越高 植物在逆境脅迫環(huán)境中 凈 光合速率可能會下降 研究認(rèn)為 與葉綠素 相 比 葉綠素 是更為重要的光合色素 參與光合作 用的光化學(xué)反應(yīng) 其含量的減少通常伴隨著光合 速率的降低 本研究也發(fā)現(xiàn) 缺鐵脅迫處理顯 著降低番茄葉片的凈光合速率 考慮到鐵素在光 合作用中的影響機(jī)制 將凈光合效率作為植物抗 缺鐵性基因型選擇的首選光合參數(shù)指標(biāo)更為合 理 張帆等 研究表明 外源 可以有效 增強(qiáng)低溫弱光下辣椒幼苗的光合作用 蘇曉瓊 等 研究亦證明 添加外源 可以穩(wěn)定高溫脅 迫下番茄的光合系統(tǒng) 優(yōu)化能量在 反應(yīng)中心 的分配 進(jìn)而緩解高溫脅迫對番茄光系統(tǒng)的損傷 本研究噴施外源 處理的葉片凈光合速率顯著 升高 這是由于外源施加的 可快速進(jìn)入完整 的葉綠體 并保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免受環(huán)境脅迫的不利 影響 低濃度 在體內(nèi)和體外均增強(qiáng)或恢復(fù)光 化學(xué)活性 缺鐵脅迫與其它逆境傷害一樣 最先受到攻 擊的都是作物的膜系統(tǒng) 產(chǎn)生膜脂過氧化分解和 脫脂化作用 膜的完整性被破壞 電解質(zhì)及某些小 分子有機(jī)物大量滲漏 破壞細(xì)胞物質(zhì)交換平衡 進(jìn) 而導(dǎo)致一系列生理生化代謝紊亂 使植物受到傷 害 研究表明 缺鐵脅迫下 番茄幼苗生長受 到明顯抑制 植株體內(nèi)的 含量和葉綠素含量降 低 電解質(zhì)滲漏率升高 而一定濃度的 可 顯著提高高溫脅迫下黃瓜幼苗的膜系統(tǒng)穩(wěn)定性 緩解葉片 的進(jìn)一步積累 降低葉片相對電 導(dǎo)率 提高抗性 本研究中 外源 處理同 樣降低脅迫下番茄葉片和根系的相對電導(dǎo)率 提 高植物抵抗逆境的能力 總鐵含量是植物體內(nèi)含鐵量的重要指標(biāo)之 一 可以體現(xiàn)出植物的鐵吸收和分配情況 本 試驗(yàn)各處理根系 含量均顯著高于葉和莖 根與 葉 莖中積累的差異 可能與其實(shí)際受到的脅迫時(shí) 間有關(guān) 因?yàn)橹参镆号葜泻写罅康蔫F元素 與其它元素相比 鐵在植物中的移動(dòng)性較差 由根 系轉(zhuǎn)運(yùn)到葉枝比較困難 因此在植物體內(nèi)鐵的利 用和再利用率很低 也容易在根系中滯留積 累 本試驗(yàn)中 缺鐵條件下番茄各部位 含 量均顯著降低 噴施 顯著提高根系 元素含 量 能有效緩解缺鐵脅迫產(chǎn)生的逆境作用 大大提 高其耐受性 結(jié) 論 缺鐵脅迫下植株生長受到顯著抑制 番茄葉 片色素含量大幅度降低 光合作用受到抑制 凈光 合速率減小 電導(dǎo)率升高 且植株各部位 元素 含量降低 外源 處理有效緩解缺鐵脅迫給植 株帶來的傷害 提高葉綠素 葉綠素 含量 增 大葉綠素 比值 增加葉片捕獲和轉(zhuǎn)化光能的 能力 提高凈光合速率 增加根系 含量 并通過 降低葉片和根系的相對電導(dǎo)率進(jìn)一步緩解細(xì)胞膜 脂過氧化程度 提高植物耐受性 參 考 文 獻(xiàn) 胡亞 缺鐵脅迫下蘋果砧木垂絲海棠幼苗的生理特性和轉(zhuǎn) 錄組學(xué)分析 蘭州 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 張妮娜 上官周平 陳娟 植物應(yīng)答缺鐵脅迫的分子生理機(jī) 制及其調(diào)控 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào) 何明明 亞適溫條件下硝酸鹽和缺鐵脅迫對番茄幼苗生理 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 第 卷 特性影響及 緩解效應(yīng) 泰安 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 田婧 外源亞精胺緩解黃瓜幼苗高溫脅迫傷害的生理調(diào)節(jié) 機(jī)制和蛋白質(zhì)組學(xué)研究 南京 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 張永平 許爽 楊少軍 等 外源亞精胺對低溫脅迫下甜瓜 幼苗生長和抗氧化系統(tǒng)的影響 植物生理學(xué)報(bào) 李承潔 劉蕊 韓瑩琰 等 外源亞精胺對高溫脅迫下生菜 幼苗生長及抗氧化酶活性的影響 北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào) 山溪 外源亞精胺緩解番茄幼苗高溫傷害的碳氮代謝機(jī)理 南京 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 桑勤勤 外源亞精胺對高溫脅迫下番茄幼苗葉片蛋白質(zhì)組 和抗氧化系統(tǒng)的影響 南京 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 周象海 姜愛菊 蓋翠霞 等 亞精胺對鹽脅迫下雜交桑種 子萌發(fā)的影響 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 郭麗麗 郝立華 賈慧慧 等 脅迫對兩種番茄氣孔特 征 氣體交換參數(shù)和生物量的影響 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 龍文靖 辜濤 萬年鑫 等 低鐵脅迫對玉米苗期根系生長 和鐵素吸收利用的影響 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 李璟 外源多胺對低氧脅迫下黃瓜幼苗活性氧和呼吸代謝 影響的研究 南京 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 樊慶琦 黃承彥 解樹斌 等 缺鐵脅迫對小麥苗期葉綠素 含量的影響及 值的 分析 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 李秀 鞏彪 徐坤 外源亞精胺對高溫脅迫下生姜葉片內(nèi)源 激素及葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響 中國農(nóng)業(yè)科學(xué) 王金平 張金池 岳健敏 等 油菜素內(nèi)酯對氯化鈉脅迫下 樟樹幼苗光合色素和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響 浙江農(nóng) 林大學(xué)學(xué)報(bào) 楊穎麗 司廉邦 李嘉敏 等 鐵脅迫對小麥幼苗葉綠素?zé)?光與光合特性的影響 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 曾甜 李春蘭 宋金龍 等 缺鐵處理對不同梨品系葉片生長 及光合特性的影響 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 張帆 郁繼華 頡建明 等 外源 和 對低溫弱光下 辣椒幼苗光合作用及抗氧化系統(tǒng)的影響 中國農(nóng)業(yè)科 學(xué) 蘇曉瓊 王美月 束勝 等 外源亞精胺對高溫脅迫下番茄 幼苗快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)特性的影響 園藝學(xué) 報(bào) 李麗杰 外源亞精胺 對玉米干旱脅迫的緩解效應(yīng)及 調(diào)控機(jī)理 哈爾濱 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 李娜 陳紅 裴孝伯 外源亞精胺對鹽脅迫下黃瓜幼苗耐鹽 性的影響 熱帶作物學(xué)報(bào) 劉仁澤 單洪瑜 郭長虹 等 四種紫花苜蓿響應(yīng)缺鐵生理 反應(yīng)的比較 分子植物育種 攸學(xué)松 鐵對番茄幼苗生長的影響及其檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)基因 的克隆與分析 沈陽 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 謝昶琰 彭莉潤 金昕 等 不同梨砧木對缺鐵脅迫的生理響 應(yīng)差異研究 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào) 第 期 姚棋 等 缺鐵脅迫下外源亞精胺對番茄幼苗生長及生理特性的影響