CN106717880A

CN106717880A - 一种提升茄科类作物耐弱光性的方法及应用

Info

Publication number: CN106717880A
Application number: CN201611115774.4A
Authority: CN
Inventors: 李跃飞; 焦阳; 马英; 樊勇
Original assignee: Jinzhou Medical University
Current assignee: Jinzhou Medical University
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2017-05-31

Abstract

本发明公开了一种提升茄科类作物耐弱光性的方法及应用，属于蔬菜栽培技术领域。本发明所提供的方法为在弱光条件下利用GABA溶液对作物进行处理。本发明通过使用GABA作为生长调节剂能够改善作物对弱光逆境的适应性，提高作物耐弱光能力，提升了作物光合效率，减轻了逆境胁迫对作物的不良影响，本发明方法安全、高效能够代替人工补光操作，对实际生产具有重要意义，本发明还能为选育优良耐弱光辣椒品种提供理论依据和参考。

Description

一种提升茄科类作物耐弱光性的方法及应用

技术领域

本发明涉及一种提升茄科类作物应对弱光生长环境的方法及应用，属于蔬菜栽培技术领域。

背景技术

茄科类作物主要包括番茄、辣椒、茄子等蔬菜，这类作物多发源于中南美洲的热带、亚热带地区，因此具有十分类似的生理特点及栽培要求，尤其对于光照强度、温度具有较高的需求，在世界范围内是栽培面积巨大的一种蔬菜作物。目前国内设施辣椒的反季节栽培面积呈现爆发式增长，与露地正常生产条件相比，设施环境常因覆盖物和骨架结构的存在而导致光照强度降低，加上冬春季节光照强度和时间明显不足，尤其是雨雪天等不良天气的影响，温室内经常产生弱光逆境，导致在栽培过程中出现徒长、根系发育不良等现象，严重影响作物对养分的吸收、积累以及幼苗的生长发育，成为限制蔬菜产量和品质的重要因素。

光对植物最直接的作用是光合作用，提供同化力形成所需要的能量，活化参与光合作用的关键酶，光也是叶绿素形成和叶绿体发育的必要条件。同时光信号通过光受体控制植物的形态建成。光照强度改变后，植株最直接的变化就是光合作用的变化。目前研究表明在光饱和点以下随着光照强度减弱，植物净光合速率会出现显著的下降。光照强度对植株的花芽分化、开花、授粉、坐果及果实发育各个方面都有影响。苗期番茄遮阴后，开花初始时间推迟，开花高峰期也相应延迟；分苗后遮阴处理对开花的影响最大，使开花期延长，同时开花指数下降。弱光下番茄植株体内营养物质积累减少，且生殖生长竞争光合产物能力差，导致花芽分化延迟，开花节位升高，花芽素质下降，花数减少，花粉活力和受精能力下降，座果率降低。此外，弱光不但降低源叶中同化物输出的比例和速度，还影响同化物的流向，弱光下同化物向茎和叶中的分配比率增加，而向花、果实中的分配比率减少。同时内源激素水平失衡，产生氧化损伤、MDA大量累积，最终导致果实产量与品质降低。

培育耐弱光品种是解除弱光限制的有效措施，但是一个优良新品种的选育周期十分漫长，期间需要大量的人力物力，并且培育耐弱光品种的前提是深入了解其在弱光下的生长发育特性，找出与耐弱光性相关的性状和理化指标，从而更有针对性地进行耐弱光蔬菜品种的筛选和培育。除了培育优良耐弱光品种之外，一些地区的温室、棚室在管理中利用人工光源在弱光季节进行补光来改善作物的生长环境，但目前在实际生产上也存在着一些问题。一方面人工补光设备对于能源消耗较高，且由于多数温室跨度较大，配备相应的各类补光线路、光源装置也会占用大量的空间，提高了在温室内进行农事操作的难度并降低了温室的有效利用空间；另一方面，随着补光装置线路的老化、补光设备造成的局部高温，在缺乏安全监管的场所极易引发火灾，对生产造成难以弥补的重大损失。因此，开发一种安全、高效的方法来代替人工补光操作，对于解决上述问题具有实际意义。

氨基丁酸是一类具有生物活性的非蛋白氨基酸分子，在生物体内均有存在。作为一种无毒的化学物质，其应用范围十分广泛，以往研究主要集中在动物、以及极少数植物当中。在科研或实际生产中，使用GABA来提升茄科类幼苗耐弱光能力的研究目前未见相关报道。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种提升茄科类作物应对弱光生长环境的方法及应用，采用的技术方案如下：

本发明的目的在于提供一种提升茄科类作物耐弱光性的方法，该方法是在弱光条件下利用GABA溶液对作物进行处理。

本发明是在光照强度为50μmol·m^-2·s^-1-500μmol·m^-2·s^-1下，利用GABA溶液对幼苗进行处理。

优选地，所述GABA溶液的浓度为20mM-65mM。

更优选地，所述GABA溶液的浓度为35mM-65mM。

最优选地，所述GABA溶液浓度为50mM。

优选地，所述幼苗为长到4叶1心期的幼苗。

优选地，在光照强度为50μmol·m^-2·s^-1-500μmol·m^-2·s^-1下，对长到4叶1心期的幼苗在其叶片正、背面均匀喷施20mM-65mM的GABA溶液。

优选地，采用喷施的方法对幼苗进行处理，具体操作是：每2天在叶片正、背面均匀喷施1次，以叶面均匀分布细小雾化水珠为准。

优选地，每次喷施量为250mL·m^-2-300mL·m^-2。

更优选地，在光照强度为50μmol·m^-2·s^-1-500μmol·m^-2·s^-1下，对长到4叶1心期的幼苗在其叶片正、背面均匀喷施50mM的GABA溶液；每2天在叶片正、背面均匀喷施1次，以叶面均匀分布细小雾化水珠为准，每次喷施量为250mL·m^-2-300mL·m^-2。

本发明还提供了一种上述方法在茄科类作物栽培和耐弱光作物品种选育中的应用。

本发明方法能够提升茄科类作物的耐弱光能力。茄科类作物主要包括番茄、辣椒、茄子等蔬菜，这类作物多发源于中南美洲的热带、亚热带地区，因此具有十分相似的生理特点及栽培要求，尤其对于光照强度、温度具有较高的需求。在光照不足的情况下，容易导致幼苗出现徒长、根系发育不良等现象，严重影响作物对养分的吸收和生长发育。本发明所述方法适用于辣椒、番茄、茄子等任意一种茄科类作物。

本发明有益效果：

1、本发明提供了一种提升茄科类作物应对弱光生长环境的方法，通过使用GABA作为生长调节剂能够改善作物对弱光逆境的适应性，提高作物耐弱光能力，提升了作物在弱光逆境下的光合效率，减轻了逆境胁迫对作物的不良影响。在科研或实际生产中，使用GABA来提升辣椒幼苗耐弱光能力的研究目前未见相关报道。

2、本发明方法明确了γ-氨基丁酸(GABA)适宜的使用浓度范围，即20-65mM，在此浓度范围内作物具有较好的耐弱光效果，本发明还阐明了合理使用GABA能够有效减轻逆境胁迫对植物细胞的伤害、维持细胞内稳态，提高抗氧化系统活性、保证了叶绿体结构的稳定和较高的光合效率，从而有效的达到了促进作物生长、培育壮苗的目的。

3、光合参数、抗氧化酶活性等指标在一定程度上能够反映出幼苗的耐弱光能力，本发明使用GABA后相较于未使用GABA的幼苗，叶绿素a和叶绿素b的含量最高可以提高14.9％和20.9％，并可最大程度上提升32.6％的叶片最大光合速率和46.9％的气孔导度。适宜浓度的GABA处理可以有效的提升植株抗氧化酶的活性，其中SOD、CAT、APX、GPX的最高水平分别比对照提高了36.6％、22.4％、11.8％、23％，因此本发明方法可以显著提高幼苗的耐弱光能力。

4、由于一些理化指标诸如光合参数、抗氧化酶活性等指标在一定程度上能够反映出幼苗的耐弱光能力，因此，在辣椒作物的抗逆育种工作中，通过考察本发明中涉及到的上述理化指标的变化，可以为选育优良的耐弱光品种提供理论依据和参考。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。

实施例1：

本实施例以辣椒幼苗作为研究对象，通过测定相关理化指标，明确外源GABA处理对弱光胁迫下辣椒幼苗的调节作用，具体实施方案及结果如下：

本实施例以辣椒幼苗作为研究对象，在日光温室内进行播种。待种子出芽后播种于营养钵中，以草炭土作为基质，将实验材料放置在人工培养箱中，培养箱湿度设定为65％-70％，昼夜温度设定为25℃/15℃，昼夜光周期设定为10h/14h光照。本实验共设计了六个实验处理，每个处理包括10株幼苗，每处理重复三次。外源GABA共设置6个浓度梯度，分别在使用前配置成5mM、20mM、35mM、50mM、65mM、80mM浓度的水溶液，在辣椒幼苗长到4叶1心期时，每2天在上午8时利用小喷壶在叶片正、背面均匀喷施1次，以叶面均匀分布细小雾化水珠为准，每次喷施量为250mL·m^-2-300mL·m^-2，共喷施3次。

六个实验处理分别为：弱光+蒸馏水(空白对照)，弱光+5mM GABA(处理1)，弱光+20mM GABA(处理2)、弱光+35mM GABA(处理3)、弱光+50mM GABA(处理4)、弱光+65mM GABA(处理5)、弱光+80mM GABA(处理6)。其中正常光照强度设定为500μmol·m^-2·s^-1，弱光强度设定为50μmol·m^-2·s^-1。在最后一次GABA叶片喷施处理后的第0，3，9天测定光合速率参数、过氧化指标以及抗氧化系统活性。

一、光合作用参数的测定

1.叶绿素含量的测定：选择第4片完全展开叶，用打孔器打取0.4cm的叶圆片0.2g，利用等体积乙醇、丙酮混合液10mL浸泡，并用保鲜膜封口防止提取液挥发，浸泡至组织变白后，用分光光度计测定吸光值。

2.光合速率和气孔导度的测定：于晴天上午8时后，用Li-6400(LI-COR，美国)便携式光合仪测定净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)。测定时叶室配备LED光源，光量子通量密度(PFD)为1000μmol·m^-2·s^-1，设定叶室中环境CO₂浓度为300μmol·mol^-1，叶室温度为25℃。

3.光合荧光参数的测定：在清晨阳光直射前选取叶片，采用LI-6400便携式光合仪测定各荧光参数，测定最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、Fv/Fm(最大光化学效率)和qP(光化学猝灭系数)。

二、过氧化物质含量的测定

1.丙二醛(MDA)含量的测定

叶片冰上研磨至匀浆，取上述上清液1mL，加2mLTBA封口水浴15min，迅速冷却(用冷水冲泡)，倒入指形管中，4000×g下离心20min，取上清液于波长600nm，532nm，450nm下比色。

2.超氧阴离子自由基的测定

叶片冰上研磨至匀浆，离心后取上清液0.5mL，加入提取混合液和10mmol·L^-1的盐酸羟胺，25℃反应20min；再依次加入17mmol·L^-1的对氨基苯磺酸和7mmol·L^-1的α-萘胺，25℃反应20min。然后加入同体积的无水乙醚充分摇匀，4000×g离心10min后，取乙醚相测波长530nm下的光吸收值。

三、抗氧化酶活性的测定

1.超氧化物气化酶(SOD)活性的测定

酶粗提液依次加入2.4mL的NBT混合液，振动后在光照培养箱内30℃、5000lx条件下照光10min，调零管不照光，紫外分光光度计上测定OD560。酶活性单位(U)为1g鲜样1min内抑制NBT光化还原50％所需要的酶量。

2.过氧化氢酶(CAT)活性的测定

酶粗提液加入1.95mL的EDTA混合液，25℃水浴平衡5min，然后加入1m的60mmol·L^-1H₂O₂溶液，终体积为3mL，每隔30s读出OD240的减少值，时间段取30-90s，测定每分钟光密度变化值。酶活单位(U)为1g鲜样1min内OD240降低0.01单位所需的酶量。

3.抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的测定

酶粗提液加入2.9mL的EDTA混合液，25℃水浴平衡5min，加入50μL的30mmol·L^- ¹AsA启动反应。每隔10s读出OD290的减少值，时间段取10～60s。酶活性单位(U)为1g鲜样1min内OD290降低0.01单位所需要的酶量。

4.谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性的测定

四、结果与分析

通过对上述辣椒苗期各项生理指标的测定，对两种浓度的GABA的使用效果进行了评价，主要分析结果如下。

1.GABA对幼苗光合作用参数的影响

表1的结果表明，与对照相比，通过叶面喷施不同浓度的GABA，在处理的第9天50mM的处理显著提升了幼苗叶绿素a的含量(14.9％)、20-50mM的处理可以显著提高叶绿素b的含量，其中35mM和50mM浓度的处理分别比对照的叶绿素b含量提高了14％和20.9％。

表2的结果表明，通过叶面喷施不同浓度的GABA，在处理的第3、9天20-50mM的处理显著提升了幼苗叶片的最大光合速率，其中50mM处理分别比对照提高了24.8％和32.6％。35-50mM的处理可以显著提高叶片的气孔导度，50mM浓度的处理分别比对照提高了21.7％和46.9％。

表1 GABA处理对弱光下幼苗叶绿素含量的影响

表2 GABA处理对弱光下幼苗最大光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)的影响

2.GABA对光合荧光参数的影响

表3的结果表明，与对照相比，通过叶面喷施不同浓度的GABA，在处理的第3或9天20-65mM的处理显著提升了幼苗的光化学淬灭系数和气孔导度，其中50mM表现最好，分别在第3天和第9天提高光化学淬灭系数17.3％和27.8％，提高最大光化学效率3.4％和3.9％。

表3 GABA处理对弱光下幼苗光化学淬灭系数(qP)和最大光化学效率(Fv/Fm)的影响

3.GABA对幼苗过氧化物质含量的影响

表4的结果表明，与对照相比，20-50mM浓度的处理在第3天、50mM浓度处理在第9天可以显著降低幼苗叶片的丙二醛含量，35mM处理在第3天降低了16.1％，50mM处理在第9天降低了14％。20-50mM浓度的处理在第9天可以显著提高超氧阴离子自由基的含量，其中50mM浓度效果较好，比对照降低了25.4％。

表4 GABA处理对弱光下幼苗MDA和含量的影响

4.GABA对幼苗抗氧化酶活性的影响

表5的结果表明，与对照相比，20-50mM浓度的处理在第3天、20-65mM浓度处理在第9天可以明显提高幼苗叶片的SOD的活性，其中50mM处理分别提升了14.7％和36.6％。20-65mM浓度的处理在第3天、35-65mM浓度处理在第9天可以显著提高幼苗叶片的CAT的活性，其中20mM处理在第3天提高了19.8％，50mM在第9天提高了22.4％。

表5 GABA处理对弱光下幼苗SOD和CAT含量的影响

表6的结果表明，与对照相比，5mM和50mM浓度的处理在第3天、20-65mM浓度处理在第9天可以明显提高幼苗叶片的GPX的活性，其中50mM处理分别提升了20.4％％和23％。35-50mM浓度处理在第9天可以显著提高幼苗叶片的APX的活性，其中50mM处理比对照提高了11.8％。

表6 GABA处理对弱光下幼苗GPX和APX含量的影响

综上所述，本发明分析了弱光逆境条件对幼苗光合指标和理化指标的影响，通过使用GABA作为生长调节剂，提升了辣椒作物在弱光逆境下的光合效率，减轻了逆境胁迫对作物的不良作用。γ-氨基丁酸(GABA)在20-65mM的浓度下可以有效的促进光合作用，减轻逆境胁迫对植物细胞的伤害、维持细胞内稳态，提高抗氧化系统活性。其中50mM浓度的处理具有更好的诱导效果，植株叶绿素a和叶绿素b的含量最高可以提高14.9％和20.9％，以及32.6％的叶片最大光合速率和46.9％的气孔导度。并可以有效提升抗氧化酶的活性，SOD、CAT、APX、GPX的最高水平分别比对照提高了36.6％、22.4％、11.8％，23％。通过改善弱光胁迫下的上述生理指标，有效的达到了促进作物生长、培育壮苗的目的，在辣椒作物的抗逆育种工作中，通过考察本发明中涉及到的上述理化指标的变化，还可为选育优良的耐弱光品种提供理论依据和参考。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明精神和范围内，都可以做各种的改动与修饰，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种提升茄科类作物耐弱光性的方法，其特征在于，在弱光条件下利用GABA溶液对作物进行处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在光照强度为50μmol·m^-2·s^-1-500μmol·m^-2·s^-1下，利用GABA溶液对幼苗进行处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述GABA溶液的浓度为20mM-65mM。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述GABA溶液的浓度为35mM-65mM。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述GABA溶液的浓度为50mM。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述幼苗为长到4叶1心期的幼苗。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在光照强度为50μmol·m^-2·s^-1-500μmol·m^-2·s^-1下，对长到4叶1心期的幼苗在其叶片正、背面均匀喷施20mM-65mM GABA溶液。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用喷施的方法对幼苗进行处理，具体操作是：每2天在叶片正、背面均匀喷施1次，以叶面均匀分布细小雾化水珠为准。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，每次喷施量为250mL·m^-2-300mL·m^-2。

10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在光照强度为50μmol·m^-2·s^-1-500μmol·m^-2·s^-1下，对长到4叶1心期的幼苗在其叶片正、背面均匀喷施50mM的GABA溶液；每2天在叶片正、背面均匀喷施1次，以叶面均匀分布细小雾化水珠为准，每次喷施量为250mL·m^-2-300mL·m^-2。