【毕业学位论文】（Word原稿）外源生长调节物质对亚低温下番茄幼苗生理特性的影响-蔬菜学硕士论文

I 摘 要 亚低温是影响我国冬季蔬菜生产的主要因素之一。为了探明外源化学物质对植物亚低温胁迫的缓解作用，本试验以中蔬 6 号（冷敏品种）和 寒材料）番茄作为试材，选用 为外源诱导植物生长调节物质，每种生长调节物质设置 3 种不同浓度处理， 度为 、 、 （分别用 示）； 度为 、L、 L（分别用 示）； 度为 、 、 （分别用 示）。通过应用上述三种化学物质不同浓度水溶液对番茄幼苗进行预处理，亚低温（ 16 /8 ）胁迫后测定相关生理指标，获得了如下研究结果： 1外源 处理能够缓解亚低温下叶绿素和净光合速率的降低，从而提高番茄幼苗的亚低温耐受性。 适宜 处理浓度分别为 低温处理 8d 时，中蔬 6 号番茄幼苗 净光合速率 和叶绿素含量均显著的高于对照，其中 净光合速率分别比对照增加 164%、 96%、 58%，叶绿素含量分别比 对照 增加 和 净光合速率 和 理的叶绿素含量均显著高于对照，其中， 净光合速率分别比 对照 增加 123%、 72%、 66%，叶绿素含量分别比对照增加 2外源 够缓解亚低温下 量的增加，从而减轻细胞膜系统的伤害。三种化学物质的适宜浓度 分别为： 亚低温处理 8d 时 ， 中蔬 6 号番茄幼苗 比 茄幼苗番茄幼苗的 量分别比 3. 外源 够提高 及 活性从而减轻活性氧积累对细胞造成的伤害。对于中蔬 6 号来说，提高 性的最适浓度为 、 提高 性的最适浓度为 亚低温处理 8d 时 、 性 与对照表现差异显著， 分别比 对照 增加 性分别比 加 同时， 理均能够促进亚低温处理期间 茄 性的增加，亚低温处理 8 性分别比 加 能够促进 茄在亚低温处理期间 性的增加，亚低温处理 8d 时二者的 性分别比 加 对冷敏品种中蔬 6 号进行 处理，还可以提高亚低温处理期间的 性，减轻番茄的低温伤害。 其适宜浓度为 亚低温处 理 8d 时，各处理的 4外源 够提高中蔬 6 号番茄幼苗的 量， 缓解 可溶性糖含量 的降低，并诱导可溶性蛋白含量提前达到峰值，从而提高细胞质浓度，防止低温对植株的伤害。三种化学物质的适宜浓度分别为 亚低温处理 8 天时， 溶性糖含量均显著高于对照， 分别比对照增加 、 量分别比 对照 增加 5 外源 理可以提高番茄幼苗的根系活力。在 理下，亚低温处理 8d 时，中蔬 6 号 和 茄幼苗的根系活力 与对照差异显著， 亚低温下冷敏品种 中蔬 6 号 和耐寒材料 量在 4d 达到最高然后再下降 ， 量的变化趋势与 化趋势相反，其含量先下降后升高。外源 理不仅使番茄幼苗的 量增加，还促进了 量峰值的提前出现。 中蔬 6 号 外源 理以及 理也促进了 量的快速增加。 量的上升和 7根据主成分分析结果 ，分别选取两试材的前三个主成分作为外源 外源 高番茄亚低温耐受性的主要因子，分析其中包含的各项生理指标在 外源 理下的表现可知 提高番茄亚低温耐受性的适宜外源植物生长调节剂浓度：中蔬 6 号为 关键词： 外源 生长调节 物质 ， 亚低温 ， 番茄 ， 生理特 性 is of in In to of on 3 of of ),),);),),);),),). as R on as 1 2 of R R2,as of 64%,96% 8% 23%,72% 6% 2 R DA of DA R2 DA ,as 3 R of OD R3,OD R2;as OD OD R2 OD of R2 OD AT R2 4 R2 RO,as RO 5 R2 of At 6 A in R BA,BA AA in a BA A IV of 7. we R2 ,R2 . V 目 录 第一章 引言 .菜作物低温伤害的类型 . 1 低温对植物生理生化特性的影响 . 1 低温对光合代谢的影响 . 1 低温对生物膜系统的影响 . 2 低温对有机渗透调节物质的影响 . 4 低温对内源激素的影响 . 5 低温对营养元素吸收的影响 . 5 化学诱导提 高植物抗冷性的措施 . 6 育耐低温品种 . 6 低温锻炼 . 6 用耐低温砧木 . 7 源化学物质诱导提高番茄抗冷性的研究进展 . 7 用植 物激素诱导提高植物抗冷性 . 7 用植物生长调节剂诱导提高植物抗冷性 . 8 用其他化学物质诱导提高植物抗冷性 . 9 究目的、意义及主要内容 . 10 第二章 材料与方法 . 11 验材料 . 11 茄品种 . 11 长调节物质 . 11 验设计与方法 . 11 验设计 . 11 理生化指标的测定方法 . 11 第三章 结果与分析 . 13 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗光合作用的影响 . 13 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗叶绿素含量的影响 . 13 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗 影响 . 15 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗膜脂过氧化的影响 . 16 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗 量的影响 . 16 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗 性的影响 . 17 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗 性的影响 . 18 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗 性的影响 . 20 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗渗透调节物质含量的影响 21 同浓度处理对 亚低温下番茄幼苗可溶性糖含量的影响 . 21 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗可溶性蛋白含量的影响 . 23 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗 量的影响 . 24 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗根系活力的影响 . 25 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗内源激素含量的影响 . 27 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗 量的影响 . 27 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗 量的影响 . 28 同浓度处理对亚低温下番茄幼苗 量的影响 . 30 同浓度处理对番茄幼苗亚低温耐受性的主成分分析 . 31 量分析 . 31 成分因子的提取 . 31 第四章 结论 . 35 源 同浓度对番茄幼苗光合代谢的影响 . 35 源 同浓度对番茄幼苗膜脂过氧化的影响 . 35 源 同浓度对番茄幼苗保护酶活性的影响 . 35 源 同浓度对番茄幼苗渗透调节物质含量的影响 . 36 源 同浓度对番茄根系活力的影响 . 36 源 同浓度对番茄幼苗内源激素含量的影响 . 36 同浓度对番茄幼苗亚低温耐受性的主成分分析 . 36 参考文献 . 38 致谢 . 42 作者简历 . 43 文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 落酸 胺 菜素内脂 长素 霉素 a 叶绿素 a b 叶绿素 b et 光合速率 腾速率 气孔导度 胞间隙 度 二醛 氧化物歧化酶 氧化物酶 氧化氢酶 氨酸 蓝四唑 光系统 白质 杨酸 代巴比妥酸 四氮唑 氧阴离子 氧化氢 1O2 线态氧 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 引言 1 第一章 引言 菜作物低温伤害的类型 蔬菜作物低温逆境的温度范围 ,一般在 0 20 之间 ,在这一范围内按照作物低温程度和受害情况，可以把蔬菜作物的低温逆境分为三种情况 :一是冬春季日光温室中经常出现的亚低温 ,即白天经常低于 23 ，夜间处于 10 12 或者更低的温度条件 ,生产中这种温度条件常与弱光条件相伴发生 ,亚低温下蔬菜作物生理活动失调，产量品质严重下降 ;二是临界低温 ,一般是指 0 15 的温度范围 ,临界低温也是日光温室栽培中经常出现的重要逆境胁迫因子 ，临界低温对蔬菜作物的伤害一般表现为细胞原生质生活力降低，植物生长受 到抑制，造成生理机能衰退，生长发育不良，甚至造成植株死亡 ;三是绝对低温 ,即 0 以下的低温逆境 更为常见的是临界低温和亚低温对植物造成的伤害。 对于起源于热带亚热带的蔬菜作物来说，在亚低温条件下，即引起蔬菜作物的生理活动失调，但不一定是细胞器破坏或受损。在生产上，黄瓜表现出生长缓慢或停滞，花打顶，黄化，萎焉，坐果率低，畸形瓜多和产量下降等。番茄也表现出发芽率降低，花芽分化数增加速度减慢，开花、结果不良，落花落果等。可见，亚低温条件对蔬菜作物从种子萌发、幼苗生长、开花结 实到果实形成的任何生育时期都是有影响的。 通常，将植物对冷害的抵抗能力称为耐冷性，对亚低温的耐受能力称为低温耐受性，由此可知，冷害和亚低温对植物的伤害是既有联系又相互区别的（陈青君等， 2005）。对亚低温下植物的生理特性的研究可以借鉴极端低温下的一些研究成果。 低温对植物生理生化特性的影响 低温对光合代谢的影响 光合作用是由酶催化的化学反应过程，并涉及到一系列蛋白质的参与，温度能够影响酶和蛋白质的活性，因此温度对光合作用影响很大。 叶绿素是植物叶绿体色素的主要组成部分，在光合作用过 程中承担了捕捉和传递光能的作用。低温不仅使叶绿素总量的下降，而且还使得 值变大。低温处理后叶绿体成膨大状态（何洁， 1986）。单一弱光和单一亚低温对黄瓜叶绿素的影响是不同的，弱光使叶绿素含量增加，而低温使叶绿素含量下降，低温与弱光交互作用对蔬菜作物的生长具有重要意义（ 1979）。低温下叶绿素含量随光强的增加而降低，而在一定的较高温度范围内，叶绿素含量却随着光强的增加而增加。陈青君等（ 2005）的试验获得了相同的结果：在单一偏低温下，与正常光温相比各生态型黄瓜品种的叶绿素含量均 呈下降趋势，各品种之间受限制程度不同；当弱光与亚低温共同作用时减轻了单一亚低温对叶绿素的影响，叶绿素含量以增加为主。张峰（ 2003）报导，偏低温正常光下和偏低温弱光下各生态型黄瓜 值均上升，但单一偏低温处理的上升幅度要大。艾希珍（ 2004）等的试验也表明，长期弱光亚低温处理可促进叶绿体色素的形成，表明逆境条件下，黄瓜叶片会尽可能通过自身调节减少伤害。 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 引言 2 对于冷敏感植物来说，只要环境温度稍低于其生长的最适温度，即表现出净光合产率的下降。当温度降至引起冷害的临界温度时 ,光合作用受到强烈抑制（ 981）。弱光和水分胁迫还会加剧低温对光合作用的抑制（贲桂英， 1987）。研究表明，低温冷害对光合作用的影响主要表现在扰乱叶绿素合成功能和叶绿体功能上，其主要的作用部位可能是光反应系统 。临界低温下光合作用产生光抑制，光合功能下降。但亚低温却对黄瓜光系统 的影响较轻，而对叶片叶绿素含量和光合作用的碳同化活性影响较大（王兴银等， 1995）。亚低温不会对叶绿体结构和功能的造成伤害，而是由于叶片光合产物不能及时运转，造成了光合作用的反馈抑制，致使光合速率下降，叶片出现明显的 “蚀斑 ”和叶绿素 缺乏症状（ 988）。因此，同化物运输与分配能力下降是亚低温伤害的重要生理机制，低温通过改变 定和同化物输出的比例而在叶绿素水平影响光合产物的分配（ 993）。亚低温下光合暗反应关键酶 化酶活性的降低是光合作用降低的主要原因 (陈青君， 2003)。 植物体内叶绿素 a 荧光与光合过程中各种反应密切相关，包括低温、弱光在内的多种逆境因子对植物光合作用的影响都可以通过对叶绿素 据可变荧光在最大荧光（ V+所占 的比例（ 可反映植物 光化学反应中心的活性和原初光能转化效率。 偏低温正常光照下各生态型黄瓜品种无论是在光下还是在暗适应后测定，其 m 值均呈下降趋势。在临界低温 10 以下，随温度降低光抑制加强， 10 以上随温度上升光抑制减弱 (999)。曾纪晴 (1997)认为，高于 12 时温度对黄瓜的光抑制几乎没有影响，光照强度对光能转换效率起主导作用。在偏低温弱光处理下黄瓜的光能转换效率与正常光温处理相近，光下与暗适应后测定结果基本一致。陈青君等（ 2003）的试验表明，在 21/12 偏低温下，随着处理时间的延长，黄瓜的 活性明显降低，弱光能够提高 的光化学活性，降低黄瓜对低温的敏感性，而使偏低温弱光时的叶绿素荧光量子产额较接近于正常光温条件下的值。 低温对生物膜系统的影响 20 世纪 60 年代末， 出了自由基伤害学说。他认为，通常情况下植物体内产生的活性氧（ 1 ）并不会对植物造成伤害，因为植物体内有一套行之有效的活性氧清除系统（ 982） 。低温、干旱等逆境条件下细胞内自由基产生和清除的平衡遭到破坏，自由基的增加引起膜脂过氧化作用， 破坏和蛋白质的变性，以及脂肪酸不饱和度的降低，从而导致细胞的伤害或死亡。丙二醛（ 膜脂过氧化分解的主要产物之一， 量的上升与膜透性的上升呈显著的正相关，其积累是活性氧毒害作用的表现 ,同时 够反过来抑制细胞保护酶的活性和降低抗氧化物的含量，加剧膜脂过氧化，从而对膜和细胞造成进一步伤害（ 981） 。通常用 量作为膜脂过氧化的指标，表示细胞膜脂过氧化的程度和植物对逆境条件反应的强弱。 植物对氧化胁迫的抗性与活性氧清除能力的大小密不可分（ et 994） 。植物体内的活性氧清除系统分为酶促和非酶促两种。酶促的清除系统主要包括超氧化物歧化酶（ 过氧化物酶（ 过氧化氢酶（ 谷胱甘肽还原酶（ 。 存在于植物细胞中最重要的抗氧化酶之一，其主要功能是清除 生 以与 细胞形成更大的危害，而 有分解 作用，从而减轻对细胞的危害。中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 引言 3 位于过氧化物体，清除呼吸过程中产生的 清除 别是清除叶绿体中的 得尤为重要（ 990） 。 通过保持 平来防御活性氧的伤害，其保护作用只有在同其他保护酶及抗氧化物质协同作用时才会充分体现出来（ 1990）。 非酶促的清除系统包括谷胱甘肽（ 抗坏血酸（ 维生素 C（ 胡萝卜素 (抗氧化物质。 （ 1984） 报道番茄细胞膜在 10 夜温下比 14 只是敏感度提高，而未造成相变。林多等 (2001)的试验表明在（ 131） /（ 71） 的低温条件下处理十天时，番茄细胞的电解质外渗率未超过 50%，说 明亚低温并未破坏番茄幼苗叶片细胞的膜系统。这与邹志荣（ 1994）、钱芝龙（ 1994）、朱世东、 1985）等分别用辣椒、番茄、黄瓜为材料在极端低温条件下得出的结论不一致，极端低温导致了植物膜系统的结构和功能的破坏。由此可见，在极端低温条件下得出的活性氧代谢理论并不完全适用于亚低温条件，电解质外渗率不是衡量番茄低温耐受性的有效标准（ 984）。 报道，亚低温使黄瓜 性和 度下降，这表明用以消除 其他酶及其反应更具有重要意义。与适温相比 ,亚低温抑制 了黄瓜 性，并推迟了活性高峰的出现，且亚低温减少了 工酶的谱带数（王永健等， 1995）。 而耐低温的番茄试材经过亚低温处理，其 工酶谱带比不耐低温的试材增加了 1 2 条 (王孝宣， 1997)。 马德华（ 1998）等研究认为黄瓜幼苗在低温下细胞的膜脂过氧化程度明显加剧，膜脂过氧化产物丙二醛（ 量显著增加， 性上升， 性下降，且 性上升和 性的下降与黄瓜幼苗的耐性呈正相关。李淑艳（ 2002）的试验表明在冷害温度下处理结束时植物体内的 量均高于对照， 在亚低温条件下 性，脯氨酸含量均高于对照， 性则低于对照。这与陈贵在小麦，林多在番茄上的研究结果一致，表明亚低温条件造成蔬菜作物的膜脂过氧化，膜受到伤害。 1973 年 出了 “膜伤害假说 ”，他指出生物膜由于其结构物质的特点，会随温度的降低而产生物相变化。植物正常生理活动时需要液晶态的膜状态，当温度降低到一定程度时，膜脂由液晶态变为凝胶态，膜脂相变导致原生质流动停止，膜结合酶活性降低和膜透性增大。这些变化又引起细胞内离子渗漏，胞内离子失去平衡。膜结合酶和游离酶活性失调，继而使代谢失调，有毒 的中间代谢物积累，使植物细胞受到伤害。 20 世纪 80 年代初 1983）又提出了植物对低温的敏感性与膜脂磷脂酰甘油（ 关的观点。磷脂及其不饱和性的增加可以降低膜脂相变温度，使膜在低温下保持流动性，保护膜上酶蛋白的功能，维持细胞在低温下的正常生理功能。磷脂的组分对抗低温能力也有重要影响，当饱和度较高的 量高时会使膜脂相变温度升高，膜脂变为凝胶态，因而抗冷性降低。而磷脂酰胆碱（ 磷脂酰乙醇胺（ 单（ 双（ 乳糖甘油二脂的增加有利于抗冷性提高（洪剑明等， 1997） 。 叶绿体类囊体膜的主要磷脂成分，且含有叶绿体特有的脂肪酸 烯酸。在无可见伤害症状的低温处理条件下黄瓜叶片叶绿体类囊体膜的膜脂成分已有变化， 囊体膜上色素蛋白复合体的变化以 素 a/b 蛋白质叶绿素（ ）单体及寡聚体含量的变化最明显，低温处理使 单体比例增加。低温处理改变了 结合脂及其脂肪酸的组成，使 量降低。 结合脂成分变化以及 寡聚体解聚可能是叶绿体类囊体膜受冷害的最初反应（许春辉等， 1997）。杨玲（ 2001）用黄瓜子叶在 15 亚低 温下处理，虽无可见的冷害症状，但类脂成分已发生显著变化， 量明显升高，而 量大幅度下降，主要类脂 不饱和脂肪酸尤其是中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 引言 4 亚麻酸增多。说明黄瓜子叶在 15 下处理 7 天已经对亚低温产生了适应性。王孝宣 (1998)测定了 6个番茄品种在苗期与开花期经 8、 12、 15 和 25 处理 3 天后的脂肪酸含量，表明在苗期和开花期随处理温度的降低，所有番茄品种的饱和脂肪酸含量下降，不饱和脂肪酸含量上升。 8 时饱和脂肪酸含量、不饱和脂肪酸含量和脂肪酸之比及不饱和指数（ ）与番茄品种的耐寒性有 密切关系，说明低温诱导了植物体脱饱和酶活性的增加，使脂肪酸成分发生变化，增加了脂肪酸的不饱和度，从而提高了抗冷性。在 12、 15 的亚低温条件下，各番茄品种间不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸的含量与品种的抗寒性无显著差异，这表明 12 以上的低温不能使膜受到伤害，还不能诱导有关脱饱和酶所对应的基因位点的开启与表达。 低温对有机渗透调节物质的影响 大量的试验表明，逆境条件下细胞会形成次级水分胁迫，同时，逆境也诱导了参与渗透调节的基因的表达，产生一些有机小分子物质以提高细胞内溶质浓度，降低水势，确保植物可以 继续从外界吸水，从而维持植株的正常生理代谢。植物自身合成的有机小分物质主要有 溶性糖、可溶性蛋白、多胺等。这些物质极性电荷少，溶解度高，分子表面有较厚的水化层，因此不仅可以维持细胞膨压，使细胞具有很高的水势，而且还能稳定细胞质中酶分子的活性结构，保护其不受逆境条件的伤害 （卢青， 2001） 。 细胞内非常重要和有效的有机渗透调节物质，其含量的高低可以作为植物抗冷性的指标。脯氨酸的积累，为代谢的正常进行提供足够的自由水。其次， 有极性，增加了结构的稳定性。游离脯氨酸还能促进蛋白质的水合作用， 由于亲水、疏水表面的相互作用，蛋白质胶体亲水面积增大，能使可溶性蛋白质沉淀，因此在植物处于低温胁迫时，它使植物具有一定的抗性和保护作用，它能维持细胞结构、细胞运输和调节渗透压等。此外，脯氨酸的积累还起到了降低蛋白质水解产生的有害游离氨的毒害，贮存氮素和碳架的作用（简令成， 1999）。亚低温条件下，植物体内的脯氨酸含量高于对照。随处理温度的降低，黄瓜的萌芽种子和幼苗的脯氨酸含量呈上升趋势。脯氨酸含量的变化与发芽率的表现最一致，随着种子发芽率降低脯氨酸含量升高。脯氨酸的变化趋势最能反映低温处理对不同黄瓜品种幼苗 的伤害程度，特别是脯氨酸含量的变化趋势最可以反映不同黄瓜品种对亚低温条件的耐受能力（李淑艳， 2002）。 可溶性糖是温度胁迫下细胞内的保护物质，其含量与多数植物的抗寒性成正相关，王荣富等（ 1993）发现可溶性糖类的含量与植物抗寒性之间成正相关，耐寒材料体内的还原糖特别是葡萄糖含量比不耐寒材料高。 低温胁迫下植物体内可溶性糖含量增加。 王孝宣等（ 1998） 用 6 个抗冷性不同的番茄品 现低温下（ 8 和 12 ）可溶性糖的含量与品种的抗冷性呈显著或极显著正相关，且苗期和开花期表现一致。 低温下植株中可溶性糖积累 是作为渗透调节物质和防脱水剂而起作用的，它们可以降低细胞水势，增强持水力。短期的亚低温诱导了水解酶活性的增强，使淀粉的分解加速，增加了可溶性糖的含量，提高了细胞液的浓度。低温下黄瓜、番茄等蔬菜作物的耐寒材料体内的还原糖特别是葡萄糖含量比不耐寒材料高。经过低温锻炼的植株体内可溶性糖含量较未经低温锻炼的高。 孙爱民（ 1985）认为小麦抗寒性不仅与含糖量有关，而且与糖在植株内的分布有关。 低温引起细胞蛋白质变化主要表现在可溶性蛋白的变化，酶类的变化及产生抗冷蛋白。 士学位论文 第一章 引言 5 （ 1976）认为：低温条件下，可溶性蛋 白积累的重要意义是保护膜免受脱水造成的伤害。因为蛋白质是亲水胶体，对膜的保护性大于糖类。 1987）发现 高植物对冷害适应性的过程中可能涉及新蛋白质的合成。低温条件下，可溶性蛋白的增加，既可能有新合成的，也有可能从膜上或其他结合形式中降解释放出来，或蛋白质分解速率下降。 低温对内源激素的影响 目前人们公认的植物激素有五大类：生长素类、赤霉素类、细胞分