缺铁胁迫下外源亚精胺对番茄幼苗生长及生理特性的影响.pdf

山东农业科学 收稿日期 基金项目 山西省研究生教育创新项目 山西省重点研发计划重点项目子课题 作者简介 姚棋 男 硕士研究生 主要从事设施蔬菜栽培生理研究 通信作者 张毅 男 副教授 主要从事设施蔬菜栽培生理研究 缺 铁 胁 迫 下 外 源 亚 精 胺 对 番 茄 幼 苗 生 长 及 生 理 特 性 的 影 响 姚棋 赵鑫 陈浩婷 石玉 侯雷平 张毅 山西农业大学园艺学院 山西省设施蔬菜提质增效协同创新中心 山西太谷 摘 要 本试验以 番茄为材料 研究缺铁胁迫 下喷施亚精胺 对番茄幼苗生长及生理特性的影响 结果表明 缺铁胁迫下 番茄幼苗生长受到抑制 植株鲜重 减少 叶片光合色素含量 净光合速率均显著降低 电导率增加 植株不同部位 根 茎和叶 元素含量显著 减少 喷施 后 幼苗生长状况得到缓解 植株鲜重 光合色素含量和净光合速率增加 叶片及根系电导率下 降 根中 元素含量增加 可见 外源 处理能够有效缓解缺铁胁迫对植株的抑制作用 提高番茄幼苗缺 铁耐受性 关 键 词 番茄 亚精胺 缺铁胁迫 幼苗生长 生理特性 中 图 分 类 号 文 献 标 识 号 文 章 编 号 铁 是植物必需的微量元素之一 对于促 进植物的光合作用 物质和能量的代谢起着重要 作用 缺铁严重影响番茄幼苗的生长发育 导 致植株叶片黄化 叶绿体结构发育不完整 叶片捕 获光激发能转化为化学能的能力降低 光合能力 下降 严重缺铁时叶绿体被解离或液泡化 从而影响叶绿素的形成 虽然大多数土壤中全铁含量较高 但由于受 不同土壤因素和植物基因型的影响 植物吸收到 体内的可利用铁含量往往不足 土壤有效铁含量 不足成为作物生长发育最大的限制因子之一 严 重影响植物正常的生长发育 多胺是广泛存在于植物体内的一类低分子含 氮碱 是一种重要的植物生长调节物质 包括腐胺 精胺 亚精胺 等 由于 具多价阳离子特性 其生理功能更强 与植物抗逆 境胁迫的关系密切 不仅可直接作为胁迫保护物 质 而且还在胁迫信号转导中作为信号分子促进 胁迫抗性机制的构建 研究表明 喷施 能 提高高温胁迫下生菜植株的生长量 根系活力 叶 绿素含量 缓解高温对生菜的危害 外源 可显著提高高温下番茄幼苗的地上部鲜重和生物 量积累 缓解幼苗徒长和叶片黄化 促进光合色素 合成 显著增加叶绿素 叶绿素 和类胡萝卜素 的含量 多胺除参与种子萌发 植物生长发 育 延缓植物叶片衰老外 还可显著提高植物对 盐 干旱 低温 重金属等非生物胁迫的耐受 性 目前关于亚精胺 在植物逆境胁迫方面 的研究大多集中在高温胁迫方面 而在重金属等 非生物胁迫耐受性等方面的研究还较少 铁胁迫 下的番茄抗逆情况还未有研究 因此本试验采用 水培法 实施外源喷施 处理 研究其对缺铁胁 迫和正常生长下番茄幼苗生物量 光合特性及铁 素含量的影响 以期为亚精胺调控番茄缺铁胁迫 技术的应用提供理论参考 材 料 与 方 法 试 验 材 料 与 处 理 本试验供试番茄品种为 选其 饱满种子 浸种催芽 播种 幼苗 片真叶完全展 开时定植于日光温室内盛有 个剂量的日本山 崎番茄配方营养液的水培槽中 缓苗 天后进行 试验处理 试验前两天先进行 叶面喷施预处理 以 叶片正反两面均匀喷施但无液体滴下为宜 个 处理为 正常铁浓度 缺铁浓度 喷施 喷施 试 验处理均用山崎番茄配方营养液栽培 每 天更 换 次营养液 每 天进行 次 叶面喷施 处 理 时取样 于 超低温冰箱中保存 测 定 指 标 及 方 法 使用皮尺 游标卡尺测量株高 茎粗 地上部 和地下部分开后洗净擦干 称其鲜重 后置于烘箱 中烘干称干重 取番茄幼苗叶片采用乙醇提取法 进行色素含量测定 采用 光合仪测定净 光合速率 参照何明明 的方法测定相对电 导率 用火焰原子吸收光度计法测量植株 含 量 重复 次 数 据 处 理 采用 对数据进行分析和 作图 用 软件进行方差分析 用 新复极差法进行多重比较 结 果 与 分 析 缺 铁 胁 迫 下 外 源 对 番 茄 生 物 量 的 影 响 由表 可知 与 相比 缺铁胁迫 下番 茄幼苗生物量生长受到明显抑制 单株地上部鲜 重 地下部鲜重 总鲜重分别降低 和 株高降低 与 相 比 处理的单株地上部鲜重 地下部鲜 重 总鲜重分别显著增加 和 但株高 茎粗无明显差异 而单喷 对 幼苗生物量影响较小 较 未达到显著差异 表 缺 铁 胁 迫 下 外 源 对 番 茄 生 物 量 的 影 响 处理 株高 茎粗 单株地上部 鲜重 单株地下部鲜 重 单株总鲜重 注 同列数值后不同字母表示 水平差异显著性 下同 缺 铁 胁 迫 下 外 源 对 番 茄 叶 片 光 合 色 素 含 量 的 影 响 由表 可知 与 相比 缺铁胁迫下叶片色 素含量均显著降低 处理叶绿素 叶绿素 类 胡萝卜素 叶绿素 叶绿素 分别降低 和 山东农业科学 第 卷 处理叶绿素 叶绿素 类胡萝卜素 叶 绿素 显著高于 分别增加 和 与 相比 单喷 的叶绿素 叶绿素 分别增加 和 表 缺 铁 胁 迫 下 外 源 对 番 茄 叶 片 色 素 含 量 的 影 响 处理 叶绿素 叶绿素 类胡萝卜素 叶绿素 叶绿素 缺 铁 胁 迫 下 外 源 对 番 茄 叶 片 净 光 合 速 率 的 影 响 由图 可知 缺铁胁迫下 番茄叶片净光合速 率显著降低 处理较 降幅达 处理较 净光合速率显著升高 达 单喷 处理较 净光合速率增加 柱上方不同字母表示各处理在 水平上差异显著 下同 图 铁 胁 迫 下 外 源 对 番 茄 叶 片 净 光 合 速 率 的 影 响 缺 铁 胁 迫 下 外 源 对 番 茄 相 对 电 导 率 的 影 响 由图 可以看出 缺铁胁迫下番茄叶片和根 系的电导率均显著增加 比 分别增加 和 处理较 其叶 片及根系的电导率分别降低 和 可见根系对缺铁胁迫更加敏感 单喷 处理的 电导率与 无显著差异 缺 铁 胁 迫 下 外 源 对 番 茄 不 同 部 位 含 量 的 影 响 由表 可知 与 相比 处理植株各部 位 含量均显著降低 与 相比 处理 叶 茎 含量分别降低 和 根 含量增加 与 相比单喷 处理叶 茎 根 元素含量均降低 降幅分别为 和 图 缺 铁 胁 迫 下 外 源 对 番 茄 相 对 电 导 率 的 影 响 表 缺 铁 胁 迫 下 外 源 对 番 茄 不 同 部 位 含 量 的 影 响 处理 叶片 茎 根系 讨 论 植物缺铁时 植株矮小 叶片黄化 严重影响 其正常生长发育 植株通过改变体内物质的分 配 以积累更多的能量应对胁迫 所以生物量是植 株生长发育状况最直接的表现 本试验表明 番茄幼苗生长受缺铁胁迫影响显著 苗高明显降 低 鲜重减少 这与龙文靖等 在玉米干物质积 累中的研究结果一致 多胺作为一种生物活性物 质 被认为在生物体内信号传递中起 第二信使 的作用 与植物的生长 形态建成和应对胁迫的反 应密切相关 喷施 后的番茄幼苗生长状 况与对照差异不大 这可能是由于试材为矮化品 种所致 鲜重虽有所增加 但均未形成显著差异 叶绿素作为光合作用的物质基础 可将光能 转化为化学能 对植物的生长发育至关重要 叶 第 期 姚棋 等 缺铁胁迫下外源亚精胺对番茄幼苗生长及生理特性的影响 绿素主要包括叶绿素 和叶绿素 其含量与植 物的营养状况密切相关 直接影响光合效率 铁 虽然不是叶绿素的组分 但却参与叶绿素的合 成 叶绿素含量是判断植物缺铁的标准 逆境 胁迫下叶绿素 值能反映植物捕获和转化光能 的能力 本试验缺铁胁迫下 番茄叶绿素 叶绿 素 类胡萝卜素含量均显著降低 叶绿素 值 减小 说明叶绿素合成受到抑制 叶片捕获和转化 光能的能力下降 喷施外源 后 植株叶片光合 色素增加 叶绿素 值增大 捕获和转化光能的 能力得以恢复 李秀等 研究表明 添加外源 的 可有效保护生姜叶片的 亚 细胞结构 降低高温胁迫对生姜叶片的损伤 提高 生姜的耐热性 外源多胺可快速进入完整的叶绿 体参与逆境条件下光合元件的保护 说明多胺可 能调控叶绿体的发育及衰老进程 光合作用是植物合成有机物质和获得能量的 根本源泉 其强弱对于植物生长 产量及抗逆性等 都具有重要影响 光合作用的强弱可以通过 光合速率大小来反映 光合速率越大 说明植物光 合作用的水平越高 植物在逆境胁迫环境中 净 光合速率可能会下降 研究认为 与叶绿素 相 比 叶绿素 是更为重要的光合色素 参与光合作 用的光化学反应 其含量的减少通常伴随着光合 速率的降低 本研究也发现 缺铁胁迫处理显 著降低番茄叶片的净光合速率 考虑到铁素在光 合作用中的影响机制 将净光合效率作为植物抗 缺铁性基因型选择的首选光合参数指标更为合 理 张帆等 研究表明 外源 可以有效 增强低温弱光下辣椒幼苗的光合作用 苏晓琼 等 研究亦证明 添加外源 可以稳定高温胁 迫下番茄的光合系统 优化能量在 反应中心 的分配 进而缓解高温胁迫对番茄光系统的损伤 本研究喷施外源 处理的叶片净光合速率显著 升高 这是由于外源施加的 可快速进入完整 的叶绿体 并保护光合机构免受环境胁迫的不利 影响 低浓度 在体内和体外均增强或恢复光 化学活性 缺铁胁迫与其它逆境伤害一样 最先受到攻 击的都是作物的膜系统 产生膜脂过氧化分解和 脱脂化作用 膜的完整性被破坏 电解质及某些小 分子有机物大量渗漏 破坏细胞物质交换平衡 进 而导致一系列生理生化代谢紊乱 使植物受到伤 害 研究表明 缺铁胁迫下 番茄幼苗生长受 到明显抑制 植株体内的 含量和叶绿素含量降 低 电解质渗漏率升高 而一定浓度的 可 显著提高高温胁迫下黄瓜幼苗的膜系统稳定性 缓解叶片 的进一步积累 降低叶片相对电 导率 提高抗性 本研究中 外源 处理同 样降低胁迫下番茄叶片和根系的相对电导率 提 高植物抵抗逆境的能力 总铁含量是植物体内含铁量的重要指标之 一 可以体现出植物的铁吸收和分配情况 本 试验各处理根系 含量均显著高于叶和茎 根与 叶 茎中积累的差异 可能与其实际受到的胁迫时 间有关 因为植物液泡中含有大量的铁元素 与其它元素相比 铁在植物中的移动性较差 由根 系转运到叶枝比较困难 因此在植物体内铁的利 用和再利用率很低 也容易在根系中滞留积 累 本试验中 缺铁条件下番茄各部位 含 量均显著降低 喷施 显著提高根系 元素含 量 能有效缓解缺铁胁迫产生的逆境作用 大大提 高其耐受性 结 论 缺铁胁迫下植株生长受到显著抑制 番茄叶 片色素含量大幅度降低 光合作用受到抑制 净光 合速率减小 电导率升高 且植株各部位 元素 含量降低 外源 处理有效缓解缺铁胁迫给植 株带来的伤害 提高叶绿素 叶绿素 含量 增 大叶绿素 比值 增加叶片捕获和转化光能的 能力 提高净光合速率 增加根系 含量 并通过 降低叶片和根系的相对电导率进一步缓解细胞膜 脂过氧化程度 提高植物耐受性 参 考 文 献 胡亚 缺铁胁迫下苹果砧木垂丝海棠幼苗的生理特性和转 录组学分析 兰州 甘肃农业大学 张妮娜 上官周平 陈娟 植物应答缺铁胁迫的分子生理机 制及其调控 植物营养与肥料学报 何明明 亚适温条件下硝酸盐和缺铁胁迫对番茄幼苗生理 山东农业科学 第 卷 特性影响及 缓解效应 泰安 山东农业大学 田婧 外源亚精胺缓解黄瓜幼苗高温胁迫伤害的生理调节 机制和蛋白质组学研究 南京 南京农业大学 张永平 许爽 杨少军 等 外源亚精胺对低温胁迫下甜瓜 幼苗生长和抗氧化系统的影响 植物生理学报 李承洁 刘蕊 韩莹琰 等 外源亚精胺对高温胁迫下生菜 幼苗生长及抗氧化酶活性的影响 北京农学院学报 山溪 外源亚精胺缓解番茄幼苗高温伤害的碳氮代谢机理 南京 南京农业大学 桑勤勤 外源亚精胺对高温胁迫下番茄幼苗叶片蛋白质组 和抗氧化系统的影响 南京 南京农业大学 周象海 姜爱菊 盖翠霞 等 亚精胺对盐胁迫下杂交桑种 子萌发的影响 山东农业科学 郭丽丽 郝立华 贾慧慧 等 胁迫对两种番茄气孔特 征 气体交换参数和生物量的影响 应用生态学报 龙文靖 辜涛 万年鑫 等 低铁胁迫对玉米苗期根系生长 和铁素吸收利用的影响 中国生态农业学报 李璟 外源多胺对低氧胁迫下黄瓜幼苗活性氧和呼吸代谢 影响的研究 南京 南京农业大学 樊庆琦 黄承彦 解树斌 等 缺铁胁迫对小麦苗期叶绿素 含量的影响及 值的 分析 山东农业科学 李秀 巩彪 徐坤 外源亚精胺对高温胁迫下生姜叶片内源 激素及叶绿体超微结构的影响 中国农业科学 王金平 张金池 岳健敏 等 油菜素内酯对氯化钠胁迫下 樟树幼苗光合色素和叶绿素荧光参数的影响 浙江农 林大学学报 杨颖丽 司廉邦 李嘉敏 等 铁胁迫对小麦幼苗叶绿素荧 光与光合特性的影响 兰州大学学报 自然科学版 曾甜 李春兰 宋金龙 等 缺铁处理对不同梨品系叶片生长 及光合特性的影响 山东农业科学 张帆 郁继华 颉建明 等 外源 和 对低温弱光下 辣椒幼苗光合作用及抗氧化系统的影响 中国农业科 学 苏晓琼 王美月 束胜 等 外源亚精胺对高温胁迫下番茄 幼苗快速叶绿素荧光诱导动力学特性的影响 园艺学 报 李丽杰 外源亚精胺 对玉米干旱胁迫的缓解效应及 调控机理 哈尔滨 东北农业大学 李娜 陈红 裴孝伯 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜幼苗耐盐 性的影响 热带作物学报 刘仁泽 单洪瑜 郭长虹 等 四种紫花苜蓿响应缺铁生理 反应的比较 分子植物育种 攸学松 铁对番茄幼苗生长的影响及其柠檬酸转运基因 的克隆与分析 沈阳 沈阳农业大学 谢昶琰 彭莉润 金昕 等 不同梨砧木对缺铁胁迫的生理响 应差异研究 植物营养与肥料学报 第 期 姚棋 等 缺铁胁迫下外源亚精胺对番茄幼苗生长及生理特性的影响