不同光质组合对番茄开花初期碳、氮代谢及其关键酶活性的影响.pdf

南京农业大学学报 收稿日期 基金项目 国家重点研发计划项目 作者简介 凌丹丹 硕士研究生 通信作者 徐志刚 教授 主要从事植物光生物学与植物光环境生理研究 樊小雪 副研究员 主要从事蔬菜栽培生理研究 凌丹丹 雒佳铭 刘晓英 等 不同光质组合对番茄开花初期碳 氮代谢及其关键酶活性的影响 南京农业大学学报 不同光质组合对番茄开花初期碳 氮代谢 及其关键酶活性的影响 凌丹丹 雒佳铭 刘晓英 储靖宇 徐志刚 樊小雪 南京农业大学农学院 江苏南京 江苏省农业科学院蔬菜研究所 江苏南京 摘要 目的 本文旨在探究不同光质组合对番茄开花初期碳 氮代谢及其关键酶活性的影响 方法 以番茄品种 为试材 研究白光 白蓝组合光 白红组合光 白绿组合光 白红蓝组合光 对番茄开花 初期碳 氮代谢及开花 结果时间的影响 结果 处理使番茄植株开花 结果时间提前 分别比 提早了 和 和 处理显著提高番茄植株的净光合速率 分别比 增加 和 处理下番茄叶片可溶性糖和淀 粉含量显著高于 处理显著提高叶片蔗糖合成酶活性 和 处理下蔗糖磷酸合成酶活性明显高于 处理下叶片全氮和可溶性蛋白含量显著高于 而游离氨基酸含量明显低于 处理下叶片硝酸还原酶 谷 氨酰胺合成酶 谷氨酸合成酶活性明显高于 结论 白红蓝组合光有利于番茄植株的生长 促进碳的同化和氮的吸收 加速物质积累 满足植株体内养分需求 从而促进番茄开花结果 关键词 番茄 开花期 光质 碳 氮 代谢 中图分类号 文献标志码 文章编号 番茄 是深受世界各地人们喜爱的蔬菜作物 在中国 春提早 和 秋延 后 两个茬口种植的番茄 经常在开花结果期遭遇连续的低温弱光胁迫 从而影响番茄的产量和品质 目 第 期凌丹丹 等 不同光质组合对番茄开花初期碳 氮代谢及其关键酶活性的影响 前人工补光技术已经成为解决这一问题的有利手段 因此筛选适合番茄植株补光的最佳光质配比具有现 实意义 开花是植株从营养生长转变到生殖生长的标志 植株开花时间受多种外源和内源因素的影响 光是诱 导植株开花的主要信号之一 研究表明光质能够调控叶片形态建成 气孔开放 干物质积累分配及开花诱 导等生长发育过程 光质可以通过影响植物叶片的净光合速率和暗呼吸速率进而影响光合能力 积 累较多的光合产物和营养物质从而促进植株开花结果 花芽的形成过程需要合成大量营养物质 叶 片碳 氮含量对花芽分化过程具有显著影响 碳 氮代谢主要包括碳水化合物与含氮化合物的分解 转 化和积累 二者间的相互依赖和相互协调为植物的生命活动提供必要的营养物质 光质可以通过影响 碳 氮代谢相关酶活性进而影响叶片碳水化合物 游离氨基酸和可溶性蛋白含量从而促进碳同化和氮吸收 以及营养物质积累 营养物质积累和干物质分配会影响植株开花时间 番茄开花是番茄从营养生长到生殖生长的重要阶 段 开花时间直接影响番茄的产量 品质和栽培的经济效益 目前的研究主要集中于不同光质对番茄幼苗 碳 氮代谢过程的影响 而对番茄开花初期碳 氮代谢研究较少 本试验以白光为对照 研究不同光 质组合对番茄开花初期碳 氮代谢相关指标及开花结果时间的影响 以期探究高品质番茄栽培的合适光质 配比 为番茄冬春季设施补光栽培技术提供理论依据 图 光处理的光谱分布 白蓝组合光 白红组合光 白绿组合光 白红蓝组合光 白光 下同 材料与方法 供试材料与试验设计 试验在江苏省农业科学院蔬菜研究所人工气候 室内进行 供试材料为矮生番茄品种 购于南京丰硕园艺有限公司 室内 条件下使 用 穴盘法 育苗 待番茄叶片长至 叶 心时定植 在营养钵中 缓苗 周后置于 种光环境 白光 白蓝组合光 白红组合光 白绿组 合光 白红蓝组合光 光量子通量密度 均设置为 各处理的光谱分 布如图 所示 其中 的红光的主峰波 长为 蓝光的主峰波长为 的绿光的主峰波长为 组合光的光 量子通量密度之比为 或 光 暗时间均为 白天温度为 夜晚温度 每 个处理 盆 常规管理 后取样测定 各处理植株的生长状况如图 所示 图 光处理 后的植株生长状况 测定项目与方法 净光合速率测定 采用 光合测定仪 测定植物叶片的净光合速率 光照强度设 置为 环境 浓度为 糖含量 氮含量测定 采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量 高氯酸法测定淀粉含量 间苯二酚法 测定蔗糖含量 采用考马斯亮蓝 染色法测定可溶性蛋白含量 茚三酮比色法测定游离氨基酸 含量 微量凯氏定氮法测定全氮含量 南 京 农 业 大 学 学 报第 卷 碳 氮代谢酶活性测定 按照苏州科铭生物技术有限公司所生产的试剂盒说明书测定蔗糖磷酸合 成酶 蔗糖合成酶 硝酸还原酶 谷氨酰胺合成酶 和谷氨酸合成酶 活性 开花特性调查统计 以每个处理所有植株第 穗花序花蕾开放 所需时间 自光处理日开始统 计 的平均值为始花时间 以每个处理所有植株第 穗花序结果 所需时间的平均值为始果期 数据处理 利用 软件整理数据 采用 软件作图 借助 软件利用单因素 方差分析 和邓肯氏检验对不同处理进行差异显著性分析 结果与分析 不同光质组合对番茄开花习性及结果的影响 由表 可知 和 处理下番茄开花时间显著提前 其中以 处理下番茄开花最早 比 对照提前 而 开花晚于 不同光质处理下番茄第 穗花序的花数差异不大 可能其受品种的影 响更大 处理下 番茄植株的第 穗花序结果时间最早 比对照提前 表 不同光质组合对番茄开花期性状的影响 处理 始花时间 第 穗花序花数 始果期 注 不同字母表示处理间差异显著 下同 图 不同光质组合对番茄叶片净光合速率的影响 不同光质组合对番茄叶片净光合速率的影响 由图 可知 和 处理下叶片的净光合速 率显著高于 分别比 增加 和 处 理与 差异不显著 处理显著低于 表明添加 蓝光和红蓝光可增强番茄叶片光合能力 提高其碳同化 能力 而绿光降低番茄叶片的光合作用 对番茄碳同化 能力有负面影响 不同光质组合对番茄叶片碳水化合物的影响 由表 可知 不同光质下番茄叶片中可溶性糖 蔗 糖和淀粉含量存在明显差异 和 处理叶片中 的可溶性糖含量显著高于 分别比 增加 和 处理与 差异不显著 处理显著低于 蔗糖含量以 处理最高 最低 而 和 处理与 差异不显著 淀粉含量以 处理 最高 和 处理显著高于 处理与 差异不显著 表明 处理下番茄叶片能够积 累更多的碳水化合物 促进碳的转化以供植物生长发育 表 不同光质组合对番茄叶片可溶性糖 蔗糖和淀粉含量的影响 处理 可溶性糖含量 蔗糖含量 淀粉含量 第 期凌丹丹 等 不同光质组合对番茄开花初期碳 氮代谢及其关键酶活性的影响 不同光质组合对番茄叶片碳代谢关键酶活性的影响 由图 可知 与 相比 处理显著提高叶片蔗糖合成酶 的活性 比 增加 而其他 处理均无显著差异 和 处理的蔗糖磷酸合成酶 活性显著高于 处理与 差 异不显著 表明 处理下番茄叶片的糖分解代谢较强 同时 和 处理下番茄叶片与 相 比糖合成代谢显著增强 图 不同光质组合对番茄叶片蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性的影响 不同光质组合对番茄叶片全氮 可溶性蛋白和游离氨基酸含量的影响 由图 可知 与 相比 和 处理显著提高番茄叶片全氮含量 分别较 增加 和 和 处理与 差异不显著 与 相比 处理显著提高可溶性蛋白含量 较对照增加 而其他处理无显著差异 和 处理的游离氨基酸含量显著低于 处理与 差 异不显著 表明 处理可促进番茄叶片蛋白质的合成与积累 图 不同光质组合对番茄叶片全氮 可溶性蛋白和游离氨基酸含量的影响 图 不同光质组合对番茄叶片氮代谢酶活性的影响 不同光质组合对番茄叶片氮代谢相关酶活性影响 由图 可知 与 相比 处理显著提高番茄叶片中硝酸还原酶 活性 比 增加 而其他处理无显著差异 处理的谷氨酰胺合成酶 活性显著高于 而其他处理与 差异不 显著 和 处理的谷氨酸合成酶 活性显著高于 与 差异不显著 表明 处理可通过增加氮代谢相关酶活性促进氮的同化 南 京 农 业 大 学 学 报第 卷 讨论 番茄开花期是决定其产量和果实品质的关键时期 期间的营养物质积累尤为重要 而营养物质积累受 光合作用及碳 氮代谢的影响 光质对植株的光合能力 和碳 氮代谢过程 有明显的调控作用 因 此 光质可以调节番茄的开花时间 本试验中 和 处理均使番茄提前开花结果 其中以 处理促进效果最明显 这表明 处理下番茄植株的光合能力和碳 氮代谢更强 从而使番茄的开 花期提前 碳水化合物的积累为花芽分化过程提供结构物质 有利于促进番茄开花 糖类物质是碳水化合物贮 藏和积累的主要形式 番茄叶片通过光合作用将二氧化碳还原成糖类物质 因此糖和淀粉含量是衡量碳转 化和积累的标准 本试验中 番茄叶片可溶性糖和淀粉含量及蔗糖合成酶 的活性在 处理下最 高 蔗糖含量在 处理下最低 处理显著提高 的活性 主要起分解蔗糖的作用 能够促进 合成淀粉等碳水化合物 可溶性糖和淀粉积累为番茄形成花器官提供营养物质 从而促进番茄开花 同 时 净光合速率能够反映不同光质对番茄叶片碳同化能力的影响 本试验中 和 处理的净光合 速率显著高于 红光和蓝光有利于提高叶片光合作用能力 其中蓝光的促进效果更显著 这与前人研 究结果一致 光质能有效调控植物光合能力和植物体内光合产物的积累与分配 从而影响植物 的生长发育 氮代谢与碳代谢相互联系 密不可分 氮代谢产物的合成需要碳骨架 碳代谢过程需要氮代谢产物的 促进 在一定的范围内 叶片中氮含量与光合速率呈正相关 氮含量高的叶片中核酮糖 二磷酸羧化 酶含量多且活性高 从而促进碳的固定 氮的同化分为硝酸盐的还原和铵的同化两个步骤 硝酸还原酶 主要存在于细胞质中 催化硝酸盐还原成亚硝酸盐 铵盐在谷氨酰胺合成酶 和谷氨酸合成酶 的催化下反应生成氨基酸 活性反映植物的氮利用效率 和 活性反映植物氮素 同化能力的强度 可溶性蛋白是植物氮代谢的主要产物 氨基酸既是合成蛋白质的主要原料 也是蛋 白质降解的主要产物 本试验中 处理的全氮和可溶性蛋白含量显著高于 而游离氨基酸含 量显著低于 处理的 活性显著高于 红蓝组合光促进氮代谢活动和氮代谢 产物积累 这与前人研究结果一致 一方面 和 活性升高使叶片的蛋白质降解代谢 下降 合成代谢加强 另一方面 蓝光能促进线粒体暗呼吸以及叶绿素和类胡萝卜素的合成 为氨基酸 的合成提供碳架 促进蛋白质合成 综上所述 白红蓝 组合光能够提高番茄植株的光合能力 促进碳同化和氮吸收 加速营养物 质积累 提高植株体内养分 从而促进番茄开花结果 协调产量和品质的关系 为番茄产量的提高奠定生理 基础 参考文献 赵雪惠 肖伟 郭建敏 等 补充蓝光对设施栽培油桃光合性能及糖酸积累的影响 植物学报 曹凯 于捷 叶林 等 夜间 红光处理促进设施育苗番茄营养生长提高产量 农业工程学报 李江鹏 刘海俊 黄志午 等 光谱对水稻灌浆期剑叶光合及叶绿素荧光特性的影响 中国农业科学 第 期凌丹丹 等 不同光质组合对番茄开花初期碳 氮代谢及其关键酶活性的影响 周强 耿佳麒 王宇航 等 越橘花芽分化期叶片矿质元素含量和 变化分析 东北农业大学学报 刘奇峰 李卓蓉 吴江婷 等 不同氮素供给水平对 杨幼苗碳氮代谢的影响 林业科学研究 孙娜 魏珉 李岩 等 光质对番茄幼苗碳氮代谢及相关酶活性的影响 园艺学报 宁宇 邓惠惠 李清明 等 红蓝光质对芹菜碳氮代谢及其关键酶活性的影响 植物生理学报 高俊凤 植物生理学实验指导 北京 高等教育出版社 薛应龙 植物生理学实验手册 上海 上海科学技术出版社 王学奎 植物生理生化实验原理和技术 版 北京 高等教育出版社 肖春生 陈颐 钟越峰 等 不同比例红蓝光对烟苗生长及碳氮代谢的影响 中国农学通报 徐亚会 董守坤 李雪凝 等 干旱胁迫对春大豆氮代谢关键酶活性的影响 核农学报 徐文栋 刘晓英 焦学磊 等 蓝光量对莴苣生长和品质的影响 南京农业大学学报 责任编辑 沈 波