CN105961019B - 一种显著增强低温弱光胁迫下茄子抗逆性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够显著增强低温弱光胁迫下茄子抗逆性的方法，所述方法包括如下步骤：(1)挑选饱满的茄子种子，用Na₃PO₄溶液消毒后浸种催芽，待种子露白后进行播种；(2)待茄子幼苗长出三片真叶时，选用50～250μmol·L^‑1的褪黑素溶液喷布叶片，隔2～3天喷施一次，每次喷施的用量为每株茄子幼苗喷施3～5mL，共喷3～4次即可。采用本发明的方法，能够延缓低温弱光对茄子造成的侵害，增强光合作用，提高茄子体内抗氧化酶POD、CAT、SOD活性，降低MDA含量，维持细胞活性氧代谢平衡，防止细胞膜破坏，加速脯氨酸和可溶性糖的积累，能够在弱光下保持较高的光能捕获效率，提高茄子幼苗对低温弱光的抵抗能力。

Description

一种显著增强低温弱光胁迫下茄子抗逆性的方法

技术领域

本发明属于一种增强植物抗逆性的方法，具体涉及一种显著增强低温弱光胁迫下茄子抗逆性的方法。

背景技术

我国是农业生产大国，农作物种植范围广、产量高、需求量大，但是在晚秋和早春时期由于气温低，常常给植物和蔬菜造成严重伤害。有研究表明，植物遭受低于其生长发育所需的环境温度时，会引起生育期延迟和生殖器官的生理机能受损，并且随着时间的延长，最终导致幼苗生长纤弱、萎蔫黄化、局部坏死、坐果率低、产量降低和品质下降等产生。

光能是植物生长发育的重要能量来源，植物器官分化、建造、产量形成与品质优劣都是以光合速率和净光合累计值为基础的。通常认为环境光强持久或短暂显著低于光饱和点，但不低于限制其生存的最低光照强度时的光环境，称为弱光逆境。弱光胁迫对植物的生长发育带来一定程度的影响，弱光处理使苹果、桃、黄瓜等的叶片变大变薄，叶色变淡，叶面积增大；弱光条件下，番茄的干物质积累受抑制，导致花芽分化延迟，对番茄的开花授粉和坐果造成影响，最终影响其产量。

茄子(Solanum melongena L.)是茄科(Solanum)蔬菜的代表，含有丰富的营养物质，能延缓衰老，对胃癌和心血管疾病防治也具有一定的药用价值，是人们最喜爱的蔬菜之一。但茄子属喜温性蔬菜，植株生长最适温度为白天28-32℃，晚上18-25℃，温度低于15℃易导致生长发育缓慢，引起茄子茎粗降低，从而造成产量和品质下降，10℃以下便会出现新陈代谢失调的现象，0℃下就会被冻死，低温是影响茄子产量和质量的主要因素。随着茄子周年供应的需求增加，冬春季设施栽培中的低温弱光等不利因素严重影响的茄子的生长发育，不仅容易造成作物徒长、光合能力下降和抗病虫害能力的减弱，而且还会影响到茄子开花、座果及果实的发育，最终导致茄子产量和品质的下降。

基于上述低温弱光对茄子产生的影响，如何解决低温弱光胁迫对茄子产生的巨大伤害一直是人们亟待解决的问题，因此，急需开发出一种能够显著增强茄子在低温弱光胁迫下抗逆性的方法。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种能够显著增强茄子低温弱光胁迫下抗逆性的方法，能够减缓冬春季低温弱光对茄子带来的危害。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，一种显著增强低温弱光胁迫下茄子抗逆性的方法，包括如下步骤：

(1)挑选饱满的茄子种子，用Na₃PO₄溶液消毒后浸种催芽，待种子露白后进行播种；

(2)待茄子幼苗长出三片真叶时，选用50～250μmol·L^-1的褪黑素溶液喷布叶片，隔2～3天喷施一次，每次喷施的用量为每株茄子幼苗喷施3～5mL，共喷3～4次即可。

叶绿素起着光能吸收和转换的作用，其破坏和降解直接影响叶片的光合速率。有研究表明，低温弱光破坏植物的叶绿素合成和分解的动态平衡，抑制抗氧化酶活性，导致细胞内活性氧堆积，引起膜脂过氧化，使细胞膜遭到破坏，电解质大量外渗，同时破坏PSII活性中心，降低光能利用率。申请人发现，采用本发明的方法能有效缓解低温弱光对叶绿素的伤害，增强光合色素的稳定性。

植物在遭遇低温弱光胁迫时，体内会产生大量的O^2-、H₂O₂、-OH等活性氧，引起膜质过氧化。丙二醛(MDA)是膜脂过氧化作用的主要产物，是衡量膜脂过氧化的标志之一，其值越高表明膜脂过氧化程度越高，膜损伤越严重。

植物在正常生理状况下，体内活性氧代谢水平处于相对稳定的状态。当受到逆境胁迫时，抗氧化酶活性受到抑制，活性氧堆积，使胞内大分子氧化，导致细胞膜受到破坏。过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)是酶促防御系统的3个重要的保护酶，能有效清除自由基，维持活性氧代谢平衡。褪黑素是一种自由基清除剂同时具有极强的抗氧化能力，可以直接作用于自由基，也可以通过提高抗氧化酶活性来保持细胞内自由基产生和清除平衡，防止细胞膜破坏。脯氨酸和可溶性糖是植物细胞内重要的渗透调节物质，植物受到胁迫时会主动积累脯氨酸和可溶性糖以提高耐受性。申请人发现，采用本发明的方法，能够显著降低茄子叶片的电解质渗透率和MDA含量，褪黑素不仅可以直接作用于自由基，也可以通过提高抗氧化酶活性来保持细胞内自由基产生和清除平衡，防止细胞膜破坏，本发明的方法能够加速脯氨酸和可溶性糖的积累。

叶绿素荧光参数直接反应植物光系统II(PS II)的运行状态，对低温弱光胁迫能最先做出反应。F_v/F_m代表植物潜在最大光能转换效率，可反映植物PS II的损伤程度。植物叶片通过天线色素吸收光能并将光能传递到反应中心。F_v'/F_m'代表天线色素捕光效率，Φ_PSII反映了光系统实际光化学效率。qP反映了植物光合活性的高低，而NPQ则反映了PS II通过热能耗散的量子产量。低温胁迫下PS II反应中心受体更趋于还原态，PS II电子传递活性下降，同时NPQ增大，以热消耗的形式猝灭过多的激发能，从而保护PS II。申请人发现，采用本发明的方法，能够提高强低温弱光胁迫下PS II反应中心活性，提高茄子的电子传递能力，进而加快光合速率；能够保持较高的光能捕获效率，调节PS II反应中心开放比例。

采用本发明的褪黑素，能显著增强茄子在低温弱光胁迫下的抗逆境能力。本发明确定了一种对茄子喷施褪黑素用于增强其低温弱光胁迫下抗逆性的方法，如实施例记载所示，喷施本发明的褪黑素浓度，能够延缓低温弱光对茄子叶绿素的破坏，增强光合作用，提高茄子体内抗氧化酶POD、CAT、SOD活性，降低MDA含量，维持细胞活性氧代谢平衡，提高茄子幼苗对低温弱光的抵抗能力。

优选的，所述步骤(2)中，褪黑素溶液的浓度为150μmol·L^-1。

优选的，所述步骤(2)中，隔2天喷施一次。

优选的，所述步骤(2)中，褪黑素的用量为每株茄子幼苗每次喷施5mL。

优选的，所述步骤(2)中，共喷3次。

优选的，所述步骤(1)中，选用质量浓度为10％的Na₃PO₄溶液进行消毒。

本发明的有益效果在于：提供了一种能够显著增强低温弱光胁迫下茄子抗逆性的方法，揭示了外源褪黑素在茄子幼苗抵御低温弱光逆境方面的生理作用机制，公布了一种外源褪黑素的喷施方法，为茄子越冬栽培提供了理论依据。

附图说明

图1为MT浓度对茄子幼苗POD活性的影响；

图2为MT浓度对茄子幼苗SOD活性的影响；

图3为MT浓度对茄子幼苗CAT活性的影响；

图4为MT浓度对茄子幼苗Fv/Fm的影响；

图5为MT浓度对茄子幼苗Fv/Fo的影响；

图6为MT浓度对茄子幼苗Fv'/Fm'的影响；

图7为MT浓度对茄子幼苗Φ_PSII的影响；

图8为MT浓度对茄子幼苗qP的影响；

图9为MT浓度对茄子幼苗NPQ的影响；

其中，MT代表褪黑素，POD代表过氧化物酶，SOD代表超氧化物歧化酶，CAT代表过氧化氢酶，Fv/Fm代表PS II最大光能转换效率，Fv/Fo代表PS II潜在活性，Fv'/Fm'代表PS II天线色素捕光效率，Φ_PSII代表实际光化学效率，qP代表光化学淬灭系数，NPQ代表非光化学淬灭系数；图中的不同小写字母表示各处理间差异显著(P＜0.05)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

试验于2015年3月～6月在四川农业大学园艺学院试验地内进行，以“春晨长红茄”为对象，研究了低温弱光胁迫对春晨长红茄的影响，以及开发了一种喷施外源褪黑素对增强茄子幼苗在低温弱光胁迫下抗逆性的方法。

(一)实验方法：

挑选饱满的茄子种子，用质量浓度为10％的Na₃PO₄溶液消毒后浸种催芽，种子露白后播种于装有蔬菜专用基质的营养钵(10cm×10cm)中，每钵1株。待茄子幼苗长出三片真叶时，选择大小一致的幼苗按表1中所述的方式进行处理。待最后一次喷施过后2天，将除CK外的各处理放置于温度为15℃(昼)/10℃(夜)、昼夜各12h、光照强度为100μmol·m^-2·s^-1、相对湿度为70％的RXZ智能型人工气候箱中进行低温弱光处理，CK置于光照1000μmol·m^-2·s^-1，温度为28℃(昼)/20℃(夜)的温室中，6d后选取植株样品进行相关指标的测定。

表1

注：CK代表以清水处理，置于自然光温下；CK1代表以清水处理，置于低温弱光环境下。

(二)检测方法：

2.1生理指标的测定：

在处理6天后，选取各处理植株的第2-3片真叶，混合后进行以下各项指标的测定。

叶绿素含量采用丙酮乙醇混合液浸泡法测定，过氧化物酶(POD)活性用愈创木酚法测定，过氧化氢酶(CAT)活性用紫外吸收法测定，超氧化物歧化酶(SOD)活性用NBT光还原法测定，丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸法测定，可溶性糖含量用蒽酮比色法测量，脯氨酸含量采用磺基水杨酸法测定，电解质用DDS-307型电导仪测定。

电解质渗透率＝(叶片煮沸前外渗液电导值/叶片煮沸后外渗液电导值)×100％。

2.2叶绿素荧光参数的测定：

将各处理后的茄子幼苗暗适应30min后，在25℃下用便携式调制叶绿素荧光仪(IMAGING-PAM，WALZ，德国)进行叶绿素荧光参数测定。测定时用强度小于0.1μmol·m^-2·s^-1检测光照射，得到初始荧光，光化光强度100μmol·m^-2·s^-1，饱和脉冲强度2700μmol·m^-2·s^-1，脉冲光时间0.8s，每隔20s打开一次，参数设定后，测量叶绿素荧光动力学曲线，获得初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、PSII最大光化学量子产量(F_v/F_m)、光化学淬灭系数(qP)和非光化学淬灭系数(NPQ)等叶绿素荧光参数。

(三)检测结果

3.1MT对低温弱光胁迫下茄子光合色素含量的影响

外源褪黑素(MT)浓度对低温弱光胁迫下茄子幼苗光合色素含量的影响如表2所示：

表2

注：同列数据后不同字母表示差异显著(P＜0.05)。

由表2可以看出，低温弱光导致茄子幼苗叶片光合色素含量降低，叶绿素总量和类胡萝卜素含量CK1都显著低于CK。喷施外源MT能有效减缓低温弱光胁迫下茄子幼苗叶片光合色素的降解速率。在MT浓度为150μmol·L^-1时效果最佳，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素分别比CK1高36.07％、40.74％、40.23％和75.00％，且与正常光温CK处理差异不显著，之后随着MT浓度的升高，叶绿素总量和类胡萝卜素含量都呈降低趋势，在外源MT浓度为250μmol·L^-1时最低，与CK1差异不显著，证明MT浓度不宜过高。

3.2MT对低温弱光胁迫下茄子叶片细胞渗透调节物质的影响

外源褪黑素(MT)对低温弱光胁迫下茄子幼苗叶片细胞渗透调节物质含量的影响如表3所示。

表3

注：同列数据后不同字母表示差异显著(P＜0.05)。

由表3可知，低温弱光条件下，茄子叶片细胞膜脂过氧化程度加剧，细胞内电解质大量外渗，MDA含量和电解质渗透率急剧升高。在喷施清水的条件下，CK1低温弱光处理茄子叶片的电解质渗透率和MDA含量均显著高于CK，分别比CK高105.42％和135.78％。喷施低浓度MT能有效缓解低温弱光对细胞膜的破坏，随着MT浓度的升高，茄子叶片细胞电解质渗透率和MDA含量都呈现先下降后升高的趋势，且在MT浓度为150μmol·L^-1时最低。从表2中还可以看出，CK1低温弱光胁迫下，茄子幼苗叶片脯氨酸和可溶性糖含量都高于CK，且喷施MT能有效促进脯氨酸和可溶性糖的积累，在MT浓度为150μmol·L^-1时分别比CK1高174.17％和50.61％。

3.3MT对低温弱光胁迫下茄子叶片抗氧化酶活性的影响

研究了外源褪黑素(MT)对低温弱光胁迫下茄子幼苗叶片抗氧化酶活性的影响，结果如图1-3所示，研究结果表明：低温弱光胁迫下，茄子叶片POD、SOD、CAT活性受到抑制，喷施MT能提高低温弱光胁迫下茄子幼苗叶片抗氧化酶活性。与CK1相比，随MT浓度增高，茄子幼苗叶片中POD活性先升高后降低，在喷施MT为150μmol·L^-1时POD活性高达120.67U·g^-1，比CK1高108.65％；SOD活性与POD活性变化趋势一致，但喷施50～200μmol·L^-1的MT之间差异不显著。喷施MT也能提高低温弱光胁迫下茄子幼苗叶片CAT活性，在喷施150μmol·L^-1的MT时茄子幼苗叶片CAT活性最高，显著高于CK1，为CK1的131.35％，且与CK差异不显著。

3.4MT对低温弱光胁迫下茄子叶片叶绿素荧光参数的影响

研究了外源褪黑素(MT)对低温弱光胁迫下茄子叶片叶绿素荧光参数的影响，所得结果如图4-9所示：

从结果可以看出，与CK相比，低温弱光胁迫下，CK1茄子幼苗叶片Fv/Fm和Fv/Fo都显著降低，分别比CK低18.59％和48.21％，随着MT浓度的升高，Fv/Fm和Fv/Fo都先升高后降低，在喷施150μmol·L^-1的MT时最低，但与喷施200μmol·L^-1的MT差异不显著。茄子幼苗叶片Fv'/Fm'在低温弱光胁迫下急剧降低，喷施MT后显著升高，喷施MT浓度为150～250μmol·L^-1时，各处理间差异不显著，且与CK差异不显著。Φ_PSII是光合机构目前实际光化学效率，其变化趋势与Fv/Fo一致，喷施150μmol·L^-1和200μmol·L^-1的MT时分别达到了0.597和0.579，与CK差异不显著。对光化学猝灭而言，低温弱光胁迫导致茄子幼苗叶片qP降低，喷施50～250μmol·L^-1的MT能有效缓解低温弱光胁迫对qP的影响，分别比CK1高22.15％、38.72％、61.84％、61.23％和28.30％。而对非光化学猝灭而言，NPQ变化趋势与qP相反，低温弱光胁迫后，茄子幼苗叶片的NPQ显著高于胁迫前，CK1比CK高148.95％，喷施低浓度的MT虽有减缓NPQ的增幅，但仍显著高于CK。

Claims (1)

1.褪黑素在显著增强低温弱光胁迫下茄子抗逆性方面的应用，其特征在于， 所述应用具体包括以下步骤：

（1）挑选饱满的茄子种子，选用质量浓度为10%的Na₃PO₄溶液消毒后浸种催芽，待种子露白后进行播种；

（2）待茄子幼苗长出三片真叶时，选用150 μmol·L^-1的褪黑素溶液喷布叶片，隔2天喷施一次，每次喷施的用量为每株茄子幼苗喷施5mL，共喷3次即可。

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