CN104813856B - 一种诱导番茄提高低温抗性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种诱导番茄提高低温抗性的方法，对番茄植株在夜间进行远红光LED光源照射补光，远红光的强度为10‑50μmol m‑2s‑1，波长范围675‑780nm之间，峰值波长λmax为735nm，远红光LED光源功率一般为5‑100瓦。将远红光LED光源安装于番茄植株上部，安装密度为1‑5瓦/平方米。本发明方法使用发射远红外光源的LED灯在夜间对植物进行补光，从而诱导番茄抗冷基因CBF1表达，减轻低温对番茄光系统Ⅱ的光抑制，提高光合作用效率和成苗率。本发明方法可用于各地番茄冬春育苗，也可用于冬春越冬栽培，提高番茄对低温、严寒的抗性，减少加温能耗，保证食品安全，为番茄生产提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及农业技术领域，尤其是涉及一种诱导番茄提高低温抗性的方法。
背景技术
长期以来，全球各地蔬菜生产经常受到低温、高温、盐害、干旱以及病虫害等环境胁迫的影响，每年因此减产的农作物总量超过50％。其中，温度是影响植物生长发育的最基本的决定因素和关键因子。近年来，在温室效应和人类活动的共同作用下，极端气候现象频繁发生，我国各地冬春季节的冷害、冻害日趋严重，极大地制约了我国蔬菜的生产和供应。冷害是限制许多作物产量和地理分布的主要因子，起源于亚热带的喜温植物(如黄瓜、番茄等)对温度反应尤为明显，当稍低于其最适生长温度时，就会受到伤害，影响植物的生长和发育。
目前，已有多种方式用于避免或减轻低温、冷害和冻害对于植物的危害，主要是在耐低温品种选育和加温两方面。通过传统的遗传育种和转基因技术来提高植物抗低温能力的方式是昂贵的，需要较长的时间，而且转基因食品问题一直备受争议。使用加热设备冬春季加热适用于经济性较好的蔬菜作物，但能源的消耗极大地加重了农民的负担，且会不可避免地导致环境污染，因此也不是长久的解决办法。采用嫁接技术能够在一定程度上缓解低温胁迫，但由于砧木的特性，经常会改变蔬菜的风味和营养价值，且操作复杂繁琐。
发明内容
本发明提供一种简单易行的诱导番茄提高低温抗性的方法，低温胁迫来临时，对番茄植株在夜间进行远红光LED光源照射补光，诱导番茄抗冷基因CBF1表达，减轻光系统Ⅱ的光抑制，提高光合作用效率和成苗率。
一种诱导番茄提高低温抗性的方法，对番茄植株在夜间进行远红光LED光源照射补光，所述远红光的强度在10-50μmol m-2s-1。
所述的远红光的波长范围675-780nm之间，峰值波长λmax为735nm，远红光LED光源功率一般为5-100瓦。远红光LED光源安装于番茄植株上部，安装密度为1-5瓦/平方米。
本发明采用LED光源的发光效率高，且具有稳定的工作特性，因此使用LED作为光源能够进一步节省能量，提供稳定、可预期的光照。
远红光LED光源一般采用LED灯管或灯泡，用于番茄育苗时，其LED灯管或灯泡的高度一般为50-100厘米；对于番茄成株期处理时，可将LED灯管或灯泡安装于植株之间，高度也为50-100厘米。
所述的照射补光的照明时间为每晚2-8小时，其时间控制可用手动，也可用定时器控制照明时间。
由于在常温下长时间照射远红光不利于植物进行光合作用，故需在低温胁迫时在夜间将远红光LED光源打开，给番茄叶面进行周期性补光。在实际操作中，还可根据需要调整远红光辐射强度和照明时间。
优选地，本发明方法可采用如下步骤：在夜间对番茄植株叶面进行间歇性、周期性的补光，每次照射补光的照明时间为1-2小时左右；一天3-4次，一般2天就有明显效果。
根据本发明的诱导番茄提高低温抗性的方法，使用人造光源产生的远红光照射植物，能够有效地减轻低温给番茄带来的伤害，这不仅是环境友好的(减少了加热的能源消耗)，而且仅使用相对低的光强即可增强植物的抗性，同时还方便快速。
本发明提供的利用LED光源对番茄植株进行远红光补光，能够有效提高番茄对低温胁迫的抗性，诱导番茄抗冷基因CBF1的表达，减少低温对叶绿体中光系统Ⅱ的光抑制，促进番茄植株的存活率，为各地冬春育苗和越冬番茄生产提供保障。
本发明的显著优点在于：
(1)本发明的防治番茄低温胁迫方法简单，利用远红光LED光源对番茄叶面补充远红光诱导整个植株产生对低温胁迫的抗性，同传统遗传育种和转基因技术相比具有成本低、时间短、无副作用、效果好等特点。
(2)本发明防治比嫁接提高低温抗性使用方便，可在严寒来临时，利用定时间歇性地对植物进行补光，操作简单，大量节省劳动力。
(3)利用本发明的提高低温抗性方法进行处理，可减少了严寒地区冬春季温室、大棚等加热设备造成的能源消耗和环境污染，降低了经济成本，是一种经济、有效、环保的手段，对提高蔬菜产量、品质和经济效益，以及建立可持续农业皆具有十分重要的科学和现实意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征对于另一个实施例也可以与其他实施例一起使用。本发明旨在涵盖本发明公开的范围和精神内的其他更改和变型。
实施例1
试验选用的番茄品种为Ailsa Craig，种子播种于盛满3：1草炭和珍珠岩复合栽培基质的塑料盆中，出苗后按照基质水分情况浇水保持基质湿润，整个过程浇霍格兰营养液，待四叶一心时进行低温处理，处理温度为白天0度，晚上-2度。
试验共设四个处理：1)对照组(夜间不照光处理)；2)夜间10μmol m-2s-1远红光处理；3)夜间20μmol m-2s-1远红光处理；4)夜间30μmol m-2s-1远红光处理。在夜间20PM-6AM进行8小时的照明处理，低温处理时间为72小时。低温处理结束后马上取样进行CBF1基因表达和光系统Ⅱ最大光化学效率测定，随后植株放在26度(白天)/23度(夜间)恢复1天后进行光合作用净同化效率测定，恢复3天后统计植株成活率。
CBF1基因表达采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)进行测定，具体为采用植物总RNA提取试剂盒(天根生化科技有限公司，北京)提取番茄叶片中的总RNA，并按照操作手册提取。提取后的RNA用NanoDrop 2000分光光度计(Thermo Scientific公司)测定浓度，琼脂糖凝胶电泳检测RNA质量后用TOYOBO反转录试剂盒(东洋纺生物科技有限公司，日本)进行反转录，按照操作说明合成cDNA。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)采用
RocheLightCycler 480real-time PCR仪(罗氏公司，德国)，使用SYBR Green TR-PCR Kit荧光染料试剂盒(Takara公司，日本)。
用于扩增基因的特异性引物序列为：
F:GAGTCGGAAGAAGTTTCAGG,R:TGTAGGCATCAGTTTCCAC。
PCR反应的程序为：95℃3min；95℃变性30sec；58℃退火30sec；40个循环；72℃延伸1min。内参基因Actin的荧光值作为计算时的内标，相对基因表达水平的计算参照(Livak和Schmittgen，2001)的方法计算，实验均为三次重复的结果。
光系统Ⅱ最大光化学效率具体测定方法为：将植株置于暗环境适应30分钟后，使用叶绿素荧光成像仪(IMAG-PAM；Heinz Walz，Germany)照射检测光(<0.5μmol m-2s-1)，测得最小荧光Fo，再照射饱和脉冲光(4000μmol m-2s-1)，测得最大荧光Fm。
荧光参数计算方法：PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)＝(Fm-Fo)/Fm。
光合作用净同化效率测定方法为：用LI-COR 6400型光合仪(美国LI-COR公司)在气温25℃、相对湿度为85％、CO2浓度为380μmol mol-1及600μmol m-2s-1的光强下测定，测定的值为光合速率(Pn)。
植株成活率测定方法为：植物低温处理72h后，在26度(白天)/23度(夜间)恢复3天后统计植株存活数量，计算公式：成活率＝存活株数/总株数×100％。
表一夜间不同远红外光强对番茄低温抗性的诱导结果
如表一所示，经过夜间远红外LED照射后，明显提高了植物的低温抗性。不仅诱导了抗冷基因CBF1的表达，还提高了低温后的光系统Ⅱ最大效率和光合作用净同化效率，最终也显著提高了植株的成活率。如成活率对照为28.13％，经过夜间30μmol m-2s-1远红光处理后成活率提高到64.06％。
实施例2
试验选用的番茄品种为浙杂5号，种子播种于盛满3：1草炭和珍珠岩复合栽培基质的塑料盆中，出苗后按照基质水分情况浇水保持基质湿润，整个过程浇霍格兰营养液，待四叶一心时进行低温处理，处理温度为白天0度，晚上-2度。
按照与实施例1完全相同的培养方式进行植物培养，设4个处理：1)对照组(夜间不照光处理)；2)夜间20μmol m-2s-1远红光处理，处理时间为2小时(12PM-2AM)；3)夜间20μmolm-2s-1远红光处理，处理时间为4小时(12PM-2AM,4AM-6AM)；4)夜间20μmol m-2s-1远红光处理，处理时间为6小时(8PM-10PM；12PM-2AM,4AM-6AM)。低温处理时间为72小时。低温处理结束后马上取样进行CBF1基因表达和光系统Ⅱ最大效率测定，随后植株放在26度(白天)/23度(夜间)恢复1天后进行光合作用净同化效率测定，恢复3天后统计植株成活率。
CBF1基因表达的测定、光系统Ⅱ最大效率具体测定方法、光合作用净同化效率及植株成活率测定方法步骤均与实施例1完全相同。
表二夜间远红外光处理时间对番茄低温抗性的诱导结果
如表二所示，经过夜间远红外LED照射后，明显提高了植物的低温抗性，而且随着照射时间加长，低温抗性有所增加。补充远红光不仅诱导了抗冷基因CBF1的表达，还提高了低温后的光系统Ⅱ最大效率和光合作用净同化效率，最终显著地提高了植株的成活率。如成活率对照为22.71％，经过夜间20μmol m-2s-1远红光间歇处理6小时后成活率提高到85.94％。
实施例3
试验选用的番茄品种为合作903，种子于11月20日播种于盛满3：1草炭和珍珠岩复合栽培基质的育苗盘中进行育苗，出苗后按照基质水分情况浇水保持基质湿润，整个过程浇霍格兰营养液。番茄出苗后，12月30日将番茄定植于塑料大棚中，设2个处理：1)对照组(成株期无远红光补光处理)；2)远红光LED夜间照光(成株期夜间进行远红光补光处理)。从次年1月5日起进行，补光持续到2月5日。远红光LED灯泡(10瓦/只)安装于番茄植株上部50公分处，可升降，安装密度为2只/平方米；远红光的波长范围675-780nm之间，峰值波长λmax为735nm；照射补光时间为每晚0-4时。期间大棚夜间温度在-2到10度间变化。
于2月5日取样进行CBF1基因表达和光系统Ⅱ最大效率测定，随后棚内加温，使温度控制在26度(白天)/23度(夜间)恢复1天后进行光合作用净同化效率测定，恢复3天后统计植株成活率。在植株开花结果后，统计各处理的结果率，计算公式为：结果率＝结果数/开花数×100％。CBF1基因表达的测定、光系统Ⅱ最大效率具体测定方法、光合作用净同化效率及植株成活率测定方法步骤均与实施例1完全相同。
表三夜间远红外光处理对番茄成株期低温抗性及结果率的诱导结果
如表三所示，成株期夜间远红光照射后，植株的抗冷基因CBF1、光系统Ⅱ最大效率和光合作用净同化效率及存活率均有提高，最终减少了低温造成的落花不结果现象，如成株期对照结果率为41.9％，而经夜间补充远红光后结果率提升到72.3％，显著提高了番茄的结果率。
Claims (4)
1.一种诱导番茄提高低温抗性的方法，其特征在于：在夜间温度为-2到10度时，对处于成株期的番茄植株在夜间进行远红光LED光源照射补光，所述远红光的强度为10-50μmolm-2s-1；
对番茄植株在夜间进行间歇性、周期性的照射补光，每次照射补光的照明时间为1-2小时，一天3-4次。
2.根据权利要求1所述的诱导番茄提高低温抗性的方法，其特征在于：所述的远红光的波长范围675-780nm之间，峰值波长λmax为735nm，远红光LED光源功率为5-100瓦。
3.根据权利要求1或2所述的诱导番茄提高低温抗性的方法，其特征在于：所述的远红光LED光源安装于番茄植株上部，安装密度为1-5瓦/平方米。
4.根据权利要求3所述的诱导番茄提高低温抗性的方法，其特征在于：用于番茄育苗时，远红光LED光源的安装高度为50-100厘米；对于番茄成株期处理时，远红光LED光源安装于植株之间，高度为50-100厘米。
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