低温胁迫下番茄植株光合及呼吸代谢特性的研究

发布时间：2016-11-25 13:25

  本文关键词：低温胁迫下番茄植株光合及呼吸代谢特性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

《东北农业大学》 2015年

低温胁迫下番茄植株光合及呼吸代谢特性的研究

隽加香  

【摘要】：番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)原产于南美洲,是一种世界性的蔬菜作物,在我国大面积栽培,在生产上常常受到低温影响而使植株的生长发育迟缓和果实品质下降。特别是在北方露地和设施早春栽培中番茄苗期经常遇到低温,给番茄生产造成很大的不良影响。番茄冷害已经成为当今关注的一个话题,现今已经有很多学者对番茄低温逆境生理及其机制方面做了大量的研究,但是对低温胁迫后光合代谢和呼吸代谢产物变化研究还不够深入,因此有必要对低温、光合、呼吸三者进行深入研究。本研究以番茄为试材,对18份不同来源的番茄品种(系)材料进行苗期的抗冷性鉴定,在8℃/5℃(昼/夜)低温胁迫5d后测定各项生理生化指标,筛选出强耐冷型品种‘正旺’和冷敏感型品种‘秀光’,并且利用指标之间的增幅、降幅百分率差异性分析来作为鉴定番茄低温伤害和耐冷能力的方法,同时对与番茄低温伤害有关的指标进行相关性分析。利用‘正旺’和‘秀光’四叶一心时的功能叶片为试材,再经过不同温度(25℃/15℃、20℃/12℃、15℃/9℃、12℃/6℃)不同时间(0d、2d、4d、6d、8d、10d)处理后测定光合作用、光呼吸及呼吸作用等与低温有关的指标,观察各指标与番茄耐冷性的关系,利用相关的光呼吸和暗呼吸抑制剂(光呼吸抑制剂:硫酸氢钠,呼吸抑制剂:鱼藤酮)喷施在番茄叶面上,测定与低温相关指标。利用透射电镜12℃/6℃处理0d、2d、4d、6d、8d、10d后观察光合作用代谢部分中叶绿体和呼吸作用中线粒体结构变化,深入研究了不同耐冷性番茄品种在低温下的光合及呼吸代谢变化规律,探讨低温胁迫下番茄光合及呼吸代谢的共同响应及其功能,了解低温胁迫中光呼吸、暗呼吸与植株低温伤害的关系及其影响机制,初步阐明低温胁迫下植株体内活性氧产生机制。研究结果可丰富设施蔬菜作物及植物逆境生理理论,可为番茄耐冷性栽培提供有益的材料,可为番茄耐冷性品种选育提供有用的生理生化指标,可为通过植株管理和栽培措施提高番茄植株耐冷性提供理论依据,有利于蔬菜尤其是设施蔬菜可持续优质、高效生产和周年供应,具有重要的理论价值和生产实际意义,通过本试验研究得出以下主要结果:利用番茄苗期冷害指数鉴定出三类不同耐冷型材料:冷害指数小于0.15的6、4、7、10号为强耐冷型,其中6号番茄正旺最耐冷;冷害指数大于2.0的17、12号材料为冷敏感型,其中12号秀光最不耐冷;冷害指数在0.2-2.0之间的材料即其他12份材料为弱耐冷型。低温胁迫后,对生理生化指标进行相关性分析后得出:冷害指数与相对电导率、VC含量、根系活力、丙二醛之间的冷害程度呈显著性正相关,冷害指数与脯氨酸、可溶性糖含量、CAT、POD冷害能力呈显著性负相关。因此相对电导率、VC含量、根系活力、丙二醛可以作为冷害的鉴定指标,脯氨酸、可溶性糖含量、CAT、POD可以作为耐冷能力的鉴定指标。12℃/6℃处理0d、2d、4d、6d、8d、10d后利用透射电镜观察,随着胁迫时间的延长,低温对光合作用的发生器官叶绿体和呼吸作用的发生器官线粒体的结构损伤严重,电镜观察发现细胞内部组分发生了变化:使叶绿体弯曲膨胀变形,加快了对叶绿体内部结构的伤害;嗜锇滴排列不均、淀粉粒拉长变形,松散不规则;线粒体分布不均匀,排列紊乱,脊部松散。随着低温胁迫时间的延长,光合速率和光呼吸速率均呈现下降趋势,在光合作用的过程中的关键限速酶Rubisco含量和相对活性都降低,并减弱了光合作用过程中应用的电子流比例,使得光呼吸的过程减弱;同时随着温度的降低,光呼吸的产物乙醇酸含量增高,乙醛酸的含量降低。利用呼吸抑制剂(100 mg/L亚硫酸氢钠)处理后,乙醛酸含量随胁迫时间延长呈下降趋势,通过电镜观察到叶片功能器官产生损伤;在叶片喷施光呼吸抑制剂亚硫酸氢钠后光呼吸的下游产物乙醛酸含量减少。低温胁迫后,随着胁迫时间的延长,呼吸代谢相关指标中呼吸速率受到影响,秀光的总呼吸速率在低温胁迫2d时高于正旺总呼吸速率,两个品种的色素呼吸速率与总呼吸速率变化规律一致,都是在2d时呈现升高而后急剧降低的趋势,但是始终在对照组以上,抗氰呼吸速率与二者变化趋势不同。线粒体蛋白质的含量在20/12℃、15/9℃时与二者变化趋势相似,而在12/6℃处理时与抗氰呼吸速率变化趋势一致;在呼吸速率下降的同时,NADH含量增加,NAD+含量减少,导致线粒体的电子水平降低,降低了氧化还原能力。同时也限制了三羧酸循环的功能,三羧酸循环的关键产物柠檬酸的含量在低温胁迫的条件下含量降低,其下游产物乌头酸酶活性也显著降低。通过透射电镜观察,随着胁迫时间的延长,低温对线粒体结构产生损伤严重。利用100 mg/L呼吸抑制剂鱼藤酮在低温胁迫后,两个番茄品种总的呼吸速率随着处理的时间呈现下降的变化;在未加入抑制剂组低温处理时,总的呼吸速率有急速的上升过程,可能是与实时的植株对低温应激的响应,低温处理10d下降到低点。不同温度处理则表现为温度越低,胁迫能力越强,此时表现的呼吸作用也强烈。不同的低温喷施鱼藤酮之后随着胁迫时间的增加,番茄叶片中的NAD+随着处理时间的变长,与单独的低温处理组相比较,含量出现下降,NADH含量出现上升。不同耐冷型品种表现不同,正旺的变化较小,秀光的变化较大。不同的温度处理后,12/6℃的处理NAD+的含量明显低于20/12℃和15/9℃处理,NADH的含量明显高于20/12℃和15/9℃,添加呼吸抑制剂后更加剧了NAD+减少和NADH含量的增加。低温胁迫后,随着胁迫时间的延长,发现在番茄的光合作用和呼吸作用都受到抑制的情况下,光合作用中电子流的分配受到影响,阻碍了电子流在氧依赖的电子传递,进而造成活性氧的增多。在呼吸作用中,低温胁迫后由于NAD+和NADH比例而上升,造成活性氧的含量增多。同时在番茄在低温的胁迫下的代谢过程中,在番茄的光合作用和呼吸作用都受到抑制,光合作用产生的糖和淀粉的含量也随着积累,呼吸作用受到抑制后,交替呼吸的速率增加,可溶性转化酶的活性增加,加速蔗糖的分解与转化。

【关键词】：
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S641.2
【目录】：

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