龐椿朋　葉亮　馬健　路濤　楊宗藝　齊明芳

摘要：高溫逆境是影響設(shè)施番茄產(chǎn)量與質(zhì)量的重要因素，以番茄（Lycopersicon esculentum Mill ‘Ailsa Craig）6葉幼苗為試驗(yàn)材料，于40 ℃高溫處理下，在番茄葉片上噴施05%（T05）、10%（T10）、15%（T15）3種濃度的海藻糖溶液，以噴施清水作為對(duì)照（CK），9 d后測定海藻糖對(duì)高溫下番茄葉片光合作用的調(diào)控作用。結(jié)果表明，T10海藻糖處理顯著提高了高溫逆境脅迫中葉片的葉綠素a含量（P<005），極顯著提高了總?cè)~綠素含量（P<001）；顯著提高了葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）（P<005），極顯著提高了胞間CO2濃度（P<001）；顯著或極顯著提高了PSⅡ最大光化學(xué)效率（FvFm）及量子產(chǎn)量Y（Ⅰ）]、光合電子傳遞速率ETR（Ⅱ）]，顯著或極顯著降低了PSⅡ調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量Y（NPQ）]、非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量Y（NO）]、非光化學(xué)淬滅（qN）；極顯著降低了由于供體側(cè)限制引起的PSⅠ處非光化學(xué)能量耗散的量子產(chǎn)量Y（ND）]（P<001），極顯著升高了由受體側(cè)限制引起的PSⅠ處非光化學(xué)能量耗散的量子產(chǎn)量Y（NA）]；極顯著降低了葉片丙二醛（MDA）含量（P<001）。以上結(jié)果表明，海藻糖對(duì)高溫逆境下番茄葉片的光合作用具有重要的促進(jìn)作用，且10%海藻糖是較適宜的海藻糖處理濃度。

關(guān)鍵詞：海藻糖；番茄；光合作用；高溫脅迫；光合作用；調(diào)控作用

中圖分類號(hào)： S641201文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）21-0143-04

收稿日期：2016-10-26

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2016YFD0201004）。

作者簡介：龐椿朋（1993—），男，黑龍江佳木斯人，主要從事設(shè)施園藝與蔬菜生理等方面的研究。E-mail：925605624@qqcom。

通信作者：齊明芳，博士，教授，主要從事設(shè)施園藝與蔬菜生理等方面的研究。E-mail：qimingfang@126com。

番茄（Lycopersicon esculentum Mill）是世界上栽培最為普遍的蔬菜作物之一。聯(lián)合國糧農(nóng)組織公布的數(shù)據(jù)顯示，2012年全世界番茄產(chǎn)量達(dá)16億t，產(chǎn)值591億美元，產(chǎn)量與產(chǎn)值均居園藝作物的第1位，其中，我國番茄產(chǎn)量達(dá)05億t，產(chǎn)值18478億美元，我國為番茄生產(chǎn)第一大國。我國番茄栽培主要以設(shè)施栽培為主，在夏秋季節(jié)中午前后常常受到高溫逆境的脅迫而導(dǎo)致葉片光合物質(zhì)生產(chǎn)受到抑制，進(jìn)而影響番茄產(chǎn)量與品質(zhì)1]。因此，研究高溫對(duì)番茄葉片光合作用的影響及調(diào)控機(jī)制，具有重要的理論與實(shí)踐意義。

大量的研究結(jié)果表明，植物的光合作用是對(duì)高溫響應(yīng)最敏感的生理過程，其中光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）活性降低、光合碳同化過程中酶的失活以及類囊體膜完整性損傷是引起葉片光合降低的主要原因2-4]。糖類物質(zhì)作為植物光合作用的產(chǎn)物，參與了碳素積累及能量供應(yīng)等基礎(chǔ)的生理與生化過程，同時(shí)，也作為一種重要的信號(hào)分子，對(duì)植物的生長發(fā)育及逆境抗性起到了重要的調(diào)控作用。海藻糖是一種廣泛存在于生物體中的非還原性二糖，直接參與了植物的代謝，也參與了一些信號(hào)調(diào)節(jié)過程5-6]。研究表明，海藻糖具有提高植物的抗鹽性7-9]、抗旱性10-12]、抗寒性13-14]等作用。而關(guān)于海藻糖對(duì)植物高溫下光合作用的調(diào)控作用研究較少，尤其是海藻糖對(duì)2個(gè)光系統(tǒng)調(diào)控作用的研究尚未見報(bào)道。本試驗(yàn)以番茄（Lycopersicon esculentum Mill ‘Ailsa Craig）6葉幼苗為試驗(yàn)材料，于40 ℃高溫處理下，在番茄葉片上噴施不同濃度的海藻糖溶液，探討海藻糖對(duì)高溫下番茄葉片光合作用及2個(gè)光系統(tǒng)活性的調(diào)控作用。

1材料與方法

11試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年7月在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院蔬菜基地的日光溫室內(nèi)進(jìn)行。供試番茄品種為Ailsa Craig，穴盤育苗，當(dāng)幼苗長至6張真葉時(shí)，移入日光型人工氣候室中，進(jìn)行2 d緩苗處理（晝、夜溫度分別為25、15 ℃），選取長勢(shì)一致且健壯的幼苗進(jìn)行高溫處理。

高溫處理的溫度設(shè)置：06：00—09：00為35 ℃，09：00—15：00 為40 ℃，15：00—18：00為35 ℃，18：00至次日06：00為15 ℃，相對(duì)濕度為65%。在高溫處理的前1 d傍晚進(jìn)行海藻糖噴施處理，處理濃度分別為0（CK）、05%（T05）、1 0%（T10）、15%（T15）。每個(gè)處理3次重復(fù)，在處理的第9天測量番茄植株葉片中葉綠素含量、光合參數(shù)及丙二醛（MDA）含量。

12分析測定方法

121葉綠素含量測定

根據(jù)陳建勛等的丙酮法15]測定番茄葉片中葉綠素的含量。

122葉片光合參數(shù)測定

選取處理過的功能葉片，暗適應(yīng)20 min，將熒光分析儀（Dual-PAM 100，購自德國WALZ公司）與便攜式光合作用分析儀（GFS-3000，購自德國WALZ公司）聯(lián)用，同步分析葉綠素?zé)晒狻⒐庀到y(tǒng)Ⅰ（PSⅠ）活性及葉片光合氣體交換參數(shù)。葉室溫度根據(jù)待測幼苗分別設(shè)置為25、40 ℃，空氣流量為400 μmols，光合有效輻射值（PAR）為 435 μmol（m2·s），測定葉片面積為13 cm2。

待測定的光合氣體交換參數(shù)主要有凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、以及胞間CO2濃度（Ci）。

PSⅡ的熒光參數(shù)主要包括初始熒光（Fo）、量子產(chǎn)量Y（Ⅱ）]、光合電子傳遞速率ETR（Ⅱ）]、非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量Y（NO）]、調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量Y（NPQ）]、非光化學(xué)淬滅（qN）及光化學(xué)淬滅（qP）等，并根據(jù)如下公式計(jì)算PSⅡ最大熒光效率：FvFm=（Fm-Fo）Fm。endprint

PSⅠ 的光系統(tǒng)活性參數(shù)包括PSⅠ量子產(chǎn)量Y（Ⅰ）]、光合電子傳遞的相對(duì)速率ETR（Ⅰ）]、由于供體側(cè)限制引起的PSⅠ處非光化學(xué)能量耗散的量子產(chǎn)量Y（ND）]以及由于受體側(cè)限制引起的PSⅠ處非光化學(xué)能量耗散的量子產(chǎn)量Y（NA）]。

123MDA含量的測定

根據(jù)陳建勛等的方法15]測定番茄葉片中MDA的含量。

13統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2007整理數(shù)據(jù)，并用DPS軟件中LSD法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和差異性檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

21不同濃度海藻糖處理對(duì)高溫下番茄葉片葉綠素含量的影響

由圖1可知，不同濃度的海藻糖處理顯著或極顯著提高了高溫處理下番茄葉片中總?cè)~綠素的含量，尤其是T10、T15處理極顯著地提高了總?cè)~綠素的含量（P<001）。而從葉綠素a與葉綠素b含量來看，兩者并不是同步提高，不同濃度海藻糖處理具有提高葉綠素a含量的趨勢(shì)，T10、T15處理均顯著提高了葉綠素a的含量（P<005），而3種濃度海藻糖處理對(duì)葉綠素b含量的影響均沒有達(dá)到顯著水平；T10、T15處理均明顯地提高了葉綠素a與葉綠素b含量的比值。以上結(jié)果表明，不同濃度的海藻糖具有維持番茄葉片高溫逆境下較高葉綠素含量的能力，且主要是提高了葉綠素a的含量，T10、T15處理效果較好。

22不同濃度海藻糖處理對(duì)高溫下番茄葉片光合氣體交換參數(shù)的影響

由圖2可知，不同濃度的海藻糖處理均表現(xiàn)出對(duì)高溫逆境下番茄葉片凈光合速率的促進(jìn)作用，其中T10處理的效果達(dá)到了顯著水平（P<005）。同時(shí)，T10處理也顯著提高了葉片的蒸騰速率（P<005），而T05、T15處理與對(duì)照無顯著差異。葉肉細(xì)胞間CO2濃度與凈光合速率呈相同趨勢(shì)，且海藻糖處理顯著或極顯著提高了細(xì)胞間CO2濃度。不同濃度的海藻糖處理對(duì)氣孔導(dǎo)度無顯著影響。以上結(jié)果表明，海藻糖具有提高番茄葉片高溫逆境下光合氣體交換速率的能力。

FK（W+88mm]TPPCP2tif]

23不同濃度海藻糖處理對(duì)高溫下番茄葉片熒光參數(shù)的影響

231不同濃度海藻糖處理對(duì)高溫下番茄葉片PSⅡ熒光參數(shù)的影響

PSⅡ熒光參數(shù)是目前表征植物受逆境脅迫程度的重要指標(biāo)之一。由圖3可知，從PSⅡ最大光化學(xué)效率（FPSⅡ）來看，高溫處理下，CK的FPSⅡ值約為076，明顯低于正常葉片的FPSⅡ值范圍（080～084），而不同濃度的海藻糖處理不同程度地提高了FPSⅡ值，其中T05、T10處理的FPSⅡ值顯著高于CK的FPSⅡ值。說明海藻糖對(duì)高溫逆境下葉片的光合機(jī)構(gòu)具有一定的保護(hù)作用。

由圖4可知，從PSⅡ的各項(xiàng)熒光參數(shù)來看，不同濃度海藻糖處理提高了高溫逆境下葉片PSⅡ的量子產(chǎn)量Y（Ⅱ）]與電子傳遞速率ETR（Ⅱ）]，其中，T15、T10處理達(dá)到極顯著水平（P<001）。同時(shí)，不同濃度海藻糖處理均顯著降低了調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量Y（NPQ）]（P<005），極顯著降低了非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量Y（NO）]（P<001），顯著降低了非光化學(xué)淬滅（qN）（P<005），一定程度上提高了光化學(xué)淬滅（qP）。以上結(jié)果表明，海藻糖處理增強(qiáng)了高溫逆境下番茄葉片PSⅡ的電子傳遞能力，保護(hù)了PSⅡ的光系統(tǒng)活性，并促使更多的光合電子用于光合作用

232不同濃度海藻糖處理對(duì)高溫下番茄葉片PSⅠ熒光參數(shù)的影響

熒光分析儀（Dual-PAM 100）能夠同時(shí)分析 PSⅡ 與PSⅠ的熒光參數(shù)，與PSⅡ熒光參數(shù)類似，PSⅠ的參數(shù)主要有PSⅠ的光化學(xué)效率Y（Ⅰ）]與電子傳遞速率ETR（Ⅰ）]，以及由供體側(cè)限制引起的PSⅠ處非光化學(xué)能量耗散的量子產(chǎn)量Y（ND）]與由受體側(cè)限制引起的PSⅠ處非光化學(xué)能量耗散的量子產(chǎn)量Y（NA）]。由圖5可知，高溫逆境下，不同濃度海藻糖處理對(duì)Y（Ⅰ）、ETR（Ⅰ）無顯著影響，但顯著或極顯著降低了Y（ND），極顯著提高了Y（NA）（P<001）。以上結(jié)果表明，海藻糖對(duì)高溫下PSⅠ光系統(tǒng)活性也有一定影響。

24不同濃度海藻糖處理對(duì)高溫下番茄葉片MDA含量的影響

MDA是常用的膜脂過氧化指標(biāo)。由圖6可知，不同濃度的海藻糖處理均極顯著地降低了葉片中MDA的含量（P<001），說明海藻糖可以降低高溫逆境下細(xì)胞膜脂過氧化作用，減輕膜脂過氧化對(duì)細(xì)胞的傷害。

3討論與結(jié)論

海藻糖在植物生長發(fā)育及逆境響應(yīng)中起著重要作用，但對(duì)于其詳細(xì)的作用機(jī)制及相應(yīng)的信號(hào)傳導(dǎo)過程仍不清楚16]，大量研究表明，海藻糖由于其自身的特性，對(duì)植物的組織結(jié)構(gòu)起到重要保護(hù)作用，同時(shí)其合成前體物質(zhì)在信號(hào)傳導(dǎo)中起重要作用。Fernandez等認(rèn)為海藻糖在植物逆境的功能主要有以下幾個(gè)方面：保護(hù)根的完整性、降低鈉的積累、降低葉綠素降解、抑制生長、誘導(dǎo)逆境相關(guān)基因與蛋白表達(dá)等17]。本研究通過在番茄葉面噴施海藻糖，研究了其在番茄抗高溫逆境中的作用，結(jié)果表明，海藻糖顯著或極顯著提高了高溫逆境下葉綠素的含量，維持了PSⅡ較高的光系統(tǒng)活性，這可能與海藻糖的保護(hù)功能有關(guān)。另外，海藻糖極顯著降低了葉片中MDA的含量（P<001），進(jìn)一步說明其在保護(hù)細(xì)胞膜功能方面具有重要作用。這些結(jié)果與王迪等通過外源海藻糖提高小麥抗高溫的結(jié)果18]基本一致。

植物葉片的光合作用是對(duì)逆境響應(yīng)最敏感的生理過程，番茄葉片在40 ℃高溫逆境下，PSⅡ與PSⅠ 2個(gè)光系統(tǒng)的活性顯著降低，光合氣體交換過程也受到抑制19-20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，葉片表面噴施不同濃度的海藻糖溶液，不同程度地提高了PSⅡ光系統(tǒng)的活性，而對(duì)PSⅠ光系統(tǒng)活性的影響不大。同時(shí)，海藻糖在提高PSⅡ電子傳遞的同時(shí)，并沒有提高調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量， 但非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量降低較明顯。說明海藻糖并不是通過提高熱耗散來保護(hù)光合器官，可能是通過維護(hù)光合器官結(jié)構(gòu)來提高光系統(tǒng)活性。endprint

從海藻糖3個(gè)濃度處理的效果來看，T10、T15的處理效果明顯優(yōu)于T05處理，而T10處理總體上又優(yōu)于T15處理，說明在一定范圍內(nèi)提高海藻糖濃度可以提高番茄葉片的高溫抗性，但高濃度的海藻糖反而起到一定的抑制作用。這與Fernandez等的觀點(diǎn)17]一致，不能僅將海藻糖看作是一種保護(hù)性糖，它也具有負(fù)面影響。對(duì)于其在逆境中的詳細(xì)作用機(jī)制，還需要更加深入的研究。

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