蘇常紅，尋雅雯，宋子豪

（天津師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，天津 300387）

0 前言

低溫弱光是設(shè)施農(nóng)作物冬季和早春最具威脅性的災(zāi)害逆境，二者往往相伴發(fā)生。低溫易破壞植物葉片葉綠素的合成，阻止卡爾文循環(huán)，光能轉(zhuǎn)化速率下降，削弱植物光合作用；楊再?gòu)?qiáng)等研究表明，低溫處理后，植物的光合速率、葉綠體色素含量、葉綠素?zé)晒獾葏?shù)均下降，且低溫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)、溫度越低，作物的光合作用受抑制越明顯［1］。其次，低溫條件下，細(xì)胞膜容易由液晶變?yōu)槟z態(tài)，膜流動(dòng)性變差，細(xì)胞質(zhì)滲出，導(dǎo)致離子代謝紊亂；低溫還導(dǎo)致酶活性下降，細(xì)胞內(nèi)活性氧大量產(chǎn)生，與不飽和脂肪酸發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)，生成丙二醛（MDA）［2-3］。光照是植物正常生產(chǎn)重要的環(huán)境條件，光通過(guò)多種信號(hào)途徑調(diào)控植物生長(zhǎng)代謝和形態(tài)的建成，導(dǎo)致植物的形態(tài)、生理、結(jié)構(gòu)和生理代謝等發(fā)生一系列改變。光照不足會(huì)造成植物徒長(zhǎng)，降低植物抗逆能力，弱光還導(dǎo)致植物體內(nèi)類(lèi)囊體膜和光合反應(yīng)中心等光合作用機(jī)構(gòu)受損，導(dǎo)致光系統(tǒng)I（Photosystem I，PSI）產(chǎn)生能量積聚，破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，影響植物光合作用［4］。朱雨晴等研究發(fā)現(xiàn)，遮陰雖然使番茄葉片葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素含量上升，但導(dǎo)致光合速率下降［5］。低溫弱光相伴發(fā)生情況下，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育不利影響更為明顯。潘東云等研究表明，低溫弱光環(huán)境下，黃瓜幼苗葉片的光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均受不同程度抑制［6］。

番茄（Solanum lycopersicum L.）是茄科番茄屬的一年或多年生植物，原產(chǎn)南美亞熱帶地區(qū)，是我國(guó)設(shè)施園藝的重要作物。番茄是一種喜溫、喜光蔬菜，其最適宜生長(zhǎng)溫度為20 ℃～25 ℃；未經(jīng)過(guò)低溫鍛煉的番茄幼苗，在低于5 ℃時(shí)，就會(huì)引起低溫危害。番茄喜光，其最適宜的光照強(qiáng)度為30 000 LUX～50 000 LUX。光照不足的情況下，番茄易徒長(zhǎng)，發(fā)育不良，后期坐果率降低，影響產(chǎn)量和品質(zhì)。目前，對(duì)植物逆境脅迫幾乎沒(méi)有有效的措施，農(nóng)藝措施改善植物生產(chǎn)環(huán)境雖有一定效果，但效果有限，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，抗逆育種周期長(zhǎng)，且植物遺傳抗性特征很難和高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等農(nóng)藝性狀同時(shí)出現(xiàn)。比較簡(jiǎn)單有效的抗逆栽培方式是指施用外源物質(zhì)來(lái)提高作物逆境耐受力，改善作物逆境下的生長(zhǎng)發(fā)育狀況。研究表明，外源化學(xué)物質(zhì)具有增強(qiáng)植物抗逆能力，與逆境下內(nèi)源物質(zhì)的特異性變化具有密切的聯(lián)系［7］。目前針對(duì)番茄低溫弱光研究主要集中于番茄逆境下材料的耐性篩選、鑒定及逆境傷害機(jī)理等方面，對(duì)外源物質(zhì)對(duì)番茄耐低溫弱光能力的研究及應(yīng)用還比較少，外源物質(zhì)影響番茄抗性機(jī)理方面報(bào)道得不多，影響了設(shè)施園藝作物生產(chǎn)技術(shù)的提升。

外源化學(xué)物質(zhì)在植物抗低溫方面影響的研究比較多，研究角度多為細(xì)胞膜穩(wěn)定性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、抗逆基因表達(dá)等。Ca2+對(duì)植物抗低溫具有增強(qiáng)效應(yīng)，可以穩(wěn)定細(xì)胞膜系統(tǒng)、增加細(xì)胞壁木質(zhì)素和非纖維素的合成從而提高植物低溫耐受。此外，Ca2+作為第二信使傳導(dǎo)低溫信號(hào)，誘導(dǎo)抗凍基因的表達(dá)等［8］。甜菜堿作為一種生物堿，在生物體內(nèi)廣泛分布。它含有一個(gè)由三個(gè)甲基組成的非極性的碳?xì)浠鶊F(tuán)，既能與大分子親水區(qū)結(jié)合，又能與疏水區(qū)結(jié)合，是一種高效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物受到低溫脅迫時(shí)降低滲透勢(shì)，減少滲透失水［9］。脫落酸（ABA）作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)激素，具有調(diào)控植物氣孔關(guān)閉及提升植物保護(hù)酶能力，防止膜脂過(guò)氧化，提高植物抗冷性［10-11］。多胺是一種低分子量、脂肪族含氮物質(zhì)，是植物體內(nèi)細(xì)胞分裂和發(fā)育的重要參與者，它可以和細(xì)胞膜上磷脂物質(zhì)結(jié)合改變膜系統(tǒng)在低溫下的通透性，減緩低溫冷害期間細(xì)胞液pH 值的變化，減少乙烯的合成等，提高植物抗冷性［12］。此外，研究表明氯化膽堿和水楊酸也具有增強(qiáng)植物抗低溫冷害的效果。前者能夠提高葉綠素含量，促進(jìn)類(lèi)囊體膜光合作用電子傳遞，提高凈光合速率［13］，而水楊酸則主要作為逆境的信號(hào)分子，誘導(dǎo)植物的防衛(wèi)反應(yīng)［14］。磷脂是植物細(xì)胞膜系統(tǒng)的骨架成分，逆境下磷脂酶D（PLD）活性增加，催化磷脂降減。研究發(fā)現(xiàn)正丁醇、異丁醇等可以有效抑制PLD 活性，減少冷害發(fā)生［15］。針對(duì)弱光的外源化學(xué)物質(zhì)研究相對(duì)較少，主要有5-氨基乙酰丙酸（ALA），作為一種含氧和氮的非蛋白氨基酸，ALA 存在于植物體活細(xì)胞中，與光合作用和呼吸作用密切相關(guān)［16］。此外，研究表明水楊酸（SA）也可以一定程度上增強(qiáng)植物耐弱光能力［17］。

前期研究以盆栽4 葉期番茄為試材，參照相關(guān)文獻(xiàn)，從信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、抗過(guò)氧化、滲透調(diào)節(jié)等角度，并綜合考慮簡(jiǎn)便有效、易獲取和保存等原則，篩選抗低溫弱光的備用化學(xué)物質(zhì)。需要注意的是，雖然某些物質(zhì)能夠傳遞逆境信號(hào)，但由于可能參與其他反應(yīng)，抗逆性并不一定總能得到增強(qiáng)，如磷脂酶Dα 雖然證明能夠傳遞低溫信號(hào)，由于其水解膜磷脂進(jìn)而改變膜磷脂的組成，導(dǎo)致膜透性加大，抗寒力反倒可能降低［18］。某些低溫信使物質(zhì)有可能在弱光下其信號(hào)介導(dǎo)作用弱化［19］。此外，某些物質(zhì)主要以?xún)?nèi)源物質(zhì)發(fā)揮抗冷性，如多胺等［12］。選擇了CaCl2（0.1、0.5、1、2.5、5 mmol/L）、ALA（10、20、30、40、50 mg/L）、甜菜堿（GB）（1、2.5、5、7.5、10、15 mmol/L）、氯化膽堿（5、0、100、300、500、700、1000 mg/L），正丁醇（0.25、0.5、0.75、1、1.25 mmol/L）、異丁醇（0.25、0.5、0.75、1、1.25 mmol/L）等作為備選物質(zhì)。經(jīng)篩選后，結(jié)果表明1 mmol/L 的CaCl2、2.5 mmol/L 甜菜堿、30 mg/L 的ALA 具有增強(qiáng)番茄幼苗耐低溫弱光的能力［20］，有必要進(jìn)一步對(duì)外源物質(zhì)增強(qiáng)植物耐低溫和弱光的機(jī)理進(jìn)行分析。本研究基于前期研究結(jié)果，嘗試對(duì)三種化學(xué)物質(zhì)耐單一低溫和單一弱光的能力進(jìn)行甄別，挖掘植物抗逆機(jī)理，同時(shí)為設(shè)施園藝生產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)及光溫環(huán)境調(diào)控提供科學(xué)方法及參考依據(jù)。

1 方法

1.1 材料

選取番茄品種“中雜105”，將番茄種子浸泡在50 ℃熱水中并向同一方向攪拌，水溫降到30 ℃停止攪拌，繼續(xù)浸種6 h。浸泡完畢后，將番茄種子放入墊兩層濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中，保持濾紙濕潤(rùn)，30 ℃催芽48 h。將露白的番茄種子每孔一粒播種在128 孔的穴盤(pán)中，盡量保證番茄種子發(fā)芽程度一致。將草碳、蛭石、園藝土按體積4∶2∶1 混合，添加少量有機(jī)肥作基肥。將混合好的基質(zhì)放入口徑12 cm 的塑料花盆，均勻噴水保持濕潤(rùn)待用。穴盤(pán)育苗番茄長(zhǎng)至一片真葉出現(xiàn)時(shí)，移入塑料花盆。兩片真葉展開(kāi)時(shí)，每盆間隔7 d 施兩次250 mL 的日本園試營(yíng)養(yǎng)液，分別用“吡蟲(chóng)靈”和“斑潛凈”殺滅蚜蟲(chóng)和美洲斑潛蠅。

1.2 化學(xué)物質(zhì)處理

番茄長(zhǎng)至4 片真葉全展時(shí)，分組用配制好的1 mmol/L 的CaCl2、2.5 mmol/L 的甜菜堿（GB）、30 mg/L 的5-氨基乙酰丙酸（ALA）溶液對(duì)葉面正反兩面進(jìn)行噴施，每組5 個(gè)重復(fù)，對(duì)照組噴施清水。噴施時(shí)用移液管移取0.1 mL 洗潔精加入化學(xué)物質(zhì)溶液，使溶液更好地附著于葉面。

1.3 單一低溫處理

低溫處理時(shí)要保證足夠的光照，番茄苗白天（1 月10—12 日，上午9 時(shí)—下午4 時(shí)）放置室外自然溫度和自然光照處理，晚上（下午4 時(shí)—第二天上午9 時(shí)）放置溫室內(nèi)，無(wú)光照。天氣狀況：晴天，白天最高氣溫6 ℃，夜間最低氣溫-3 ℃，中午最大光強(qiáng)1600 μmol·m-2·s-1。處理地址為北京市海淀區(qū)皂君廟路中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院東門(mén)實(shí)驗(yàn)站，東經(jīng) 116.33°、北緯 39.97°。

1.4 單一弱光處理

弱光采取溫室內(nèi)遮陽(yáng)網(wǎng)處理，中午遮陽(yáng)網(wǎng)下最高光強(qiáng)為300 μmol·m-2·s-1，最高溫度為30 ℃；夜間最低溫度為18 ℃，無(wú)光照，處理時(shí)間為7 d。

1.5 指標(biāo)測(cè)定

參照相關(guān)文獻(xiàn)［1］，分別于脅迫處理后2 h以及恢復(fù)5 d兩個(gè)時(shí)間段測(cè)量生理指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)。

1.5.1 生理指標(biāo)

測(cè)量葉片部位為第四片復(fù)葉頂端第一片小葉。測(cè)量的光合指標(biāo)包括凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率。用Licor-6400 便攜式光合儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)采用人工光源，光強(qiáng)800 μmol·m-2·s-1。電解質(zhì)外滲率（EC）采用外滲電導(dǎo)法，其原理為：質(zhì)膜的選擇透性因逆境傷害而改變或喪失，細(xì)胞液電導(dǎo)率與電解質(zhì)外滲程度成正比，而與抗逆性成反比。過(guò)氧化物歧化酶（SOD）活性檢測(cè)采用氮藍(lán)四唑（NBT）光還原比色法測(cè)定。在氧氣中，還原的核黃素與氧反應(yīng)產(chǎn)生O2-將無(wú)色的氮藍(lán)四唑還原為藍(lán)色，SOD 通過(guò)催化O2-歧化，抑制藍(lán)色形成，反應(yīng)液藍(lán)色愈淺，則SOD 酶活性愈高。丙二醛（MDA）測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA）反應(yīng)比色法，其原理為MDA 與TBA 結(jié)合，產(chǎn)生紅色復(fù)合物三甲川（3，5，5-三甲基惡唑-2，4-二酮），通過(guò)532、450、600 nm 處吸光值差值測(cè)定MDA含量。脯氨酸的測(cè)定采用酸性水合茚三酮法，脯氨酸經(jīng)磺基水楊酸提取后與酸性茚三酮反應(yīng)，生成穩(wěn)定紅色產(chǎn)物，用比色法測(cè)定520 nm處吸收峰值測(cè)定脯氨酸含量，葉綠素的測(cè)定采用丙酮乙醇等量混合液比色法。

1.5.2 形態(tài)指標(biāo)

結(jié)合Semeniuk 植株冷害形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)和植物冷害分級(jí)法，設(shè)定葉片萎蔫指數(shù)，對(duì)植株受害形態(tài)進(jìn)行分級(jí)。0 級(jí)，植物未受冷害，葉片正常。1 級(jí)，僅第一片真葉受凍，萎蔫區(qū)域大于50%。2 級(jí)，第一第二兩片真葉有害，其中第一片真葉受害區(qū)域大于50%。3 級(jí)，第三片真葉受凍，其中第二片真葉受凍萎蔫區(qū)域大于50%。4 級(jí)，第四真葉呈現(xiàn)受凍狀態(tài)，且第三片真葉的萎蔫區(qū)域大于50%。5 級(jí)，各葉片普遍受害，第四片葉受凍萎蔫區(qū)域大于50%。6 級(jí)，全株受凍死亡。冷害指數(shù)計(jì)算公式為：

式中S為每一級(jí)冷害的番茄植株數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 三種物質(zhì)對(duì)番茄幼苗耐低溫能力的影響

圖1 看出，無(wú)論是低溫處理后2 h，還是5 d 后，經(jīng)3 種化學(xué)物質(zhì)處理的番茄幼苗的凈光合速率均顯著高于空白對(duì)照組（CK），其效果依ALA、GB、CaCl2遞增。恢復(fù)5 d 后差異進(jìn)一步加大，尤其是1 mmol/L 的CaCl2處理的凈光合速率最高，達(dá)7.255 μmol CO2·m-2·s-1，氣孔導(dǎo)度也表現(xiàn)出了與凈光合速率相似，低溫處理后2 h 的氣孔導(dǎo)度依ALA、CaCl2、GB 遞增，恢復(fù)5 d 后，依ALA、GB、CaCl2遞增，總體上以CaCl2處理效果最佳，為0.226 mol H2O·m-2·s-1（圖2）。從冷害指數(shù)（表1）來(lái)看，無(wú)論是低溫處理后以及恢復(fù)5 d 后，三種物質(zhì)處理后的冷害指數(shù)均顯著小于對(duì)照，30 mg/L 的ALA、2.5 mmol/L 的GB、1 mmol/L 的CaCl2處理的番茄幼苗冷害指數(shù)逐漸減小，都低于對(duì)照?？v向比較來(lái)看，恢復(fù)5 d 后，植株冷害指數(shù)加大，其原因是水漬狀的葉片進(jìn)一步萎蔫干化；但靠近葉柄的葉片變得更厚實(shí)（圖3）。

表1 三種化學(xué)物質(zhì)處理并經(jīng)單一低溫處理后的番茄幼苗兩次測(cè)量冷害指數(shù)Table 1 Wilting index of tomato seedling after treating with 3 chemicals and subsequent chilling treament

圖1 不同化學(xué)物質(zhì)處理低溫非弱光番茄葉片凈光合速率（Pn：Photosynthesis Rate）Fig.1 Pn (Photosynthesis Rate) of tomato seedlings after treating with different chemicals and subsequent chilling without low light

圖2 不同化學(xué)物質(zhì)處理經(jīng)低溫非弱光番茄葉片氣孔導(dǎo)度（Cs：Stomatal Conductance）Fig.2 Cs (Stomatal Conductance) of tomato seedlings after treating with dirrerent chemicals and subsequent chilling without low light

圖3 三種化學(xué)物質(zhì)噴施后經(jīng)低溫處理恢復(fù)5 d后的番茄幼苗Fig.3 Tomato seedlings after 5 days recovery after treatment of 3chemicals and subsequent chilling

2.2 三種化學(xué)物質(zhì)處理對(duì)番茄幼苗耐弱光能力的影響

圖4 表明，無(wú)論是弱光處理后2 h，還是恢復(fù)5 d 后，三種化學(xué)物質(zhì)處理的番茄幼苗凈光合速率顯著高于對(duì)照，尤其是ALA 處理的幼苗凈光合速率表現(xiàn)最好，為0.15 μmol CO2·m-2·s-1。從圖5 可以看出，弱光處理2h，GB 處理的番茄葉片氣孔導(dǎo)度最高，恢復(fù)5 d 后，ALA處理的番茄葉片氣孔導(dǎo)度顯著高于其他處理，達(dá)到0.147 mol H2O?m-2?s-1，其次是GB 處理幼苗葉片氣孔導(dǎo)度，為0.118 mol H2O?m-2?s-1。CaCl2處理的幼苗葉片氣孔導(dǎo)度與對(duì)照無(wú)差別。從表2 中SPAD 值（相對(duì)葉綠素含量）可以看出，不同化學(xué)物質(zhì)處理后的番茄幼苗的SPAD值均高于CK，其中ALA 的SPAD 值最高，其次是CaCl2和GB；恢復(fù)5 d 后，各處理的SPAD 值與弱光處理后的情況基本相同，只是ALA 與CaCl2處理的差異程度減少。

表2 幾種化學(xué)物質(zhì)處理后經(jīng)單一弱光處理番茄幼苗SPAD值Table 2 SPAD value of tomato seedling after treating with 3 chemicals and subsequent low light treatment

圖4 化學(xué)物質(zhì)處理經(jīng)弱光非低溫后番茄葉片凈光合速率（Pn：Photosynthesis Rate）Fig.4 Pn (Photosynthesis Rate) of tomato seedlings after treating with different chemical and subsequent low light without chilling

圖5 化學(xué)物質(zhì)處理并弱光非低溫處理番茄葉片氣孔導(dǎo)度（Cs：Stomatal Conductance）Fig.5 Cs (Stomatal Conductance) of tomato seedlings after treating with dirrerent chemical and subsequent low light without chilling

圖6 三種物質(zhì)處理后并經(jīng)弱光后番茄幼苗Fig.6 Tomato seedlings after treatment of 3chemicals and subsequent low light

2.3 三種化學(xué)物質(zhì)處理對(duì)番茄幼苗增強(qiáng)耐弱光的機(jī)理

表3 表明，經(jīng)30 mg/L ALA，2.5 mmol/L GB、1 mmol/L CaCl2處理的植株葉片電導(dǎo)率顯著低于對(duì)照，說(shuō)明這三種物質(zhì)能夠增強(qiáng)番茄葉片細(xì)胞膜在低溫弱光下的穩(wěn)定性，其中以1 mmol/L CaCl2效果最好。上述三種物質(zhì)處理后番茄葉片的SOD活性明顯高于對(duì)照株葉片，說(shuō)明三種化學(xué)物質(zhì)能有效促進(jìn)植物在低溫弱光逆境下消除活性氧成分，其中CaCl2和GB 的效果更優(yōu)。MDA 是膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物，反映細(xì)胞膜受損傷的程度，經(jīng)三種物質(zhì)處理后，番茄葉片MDA 含量均顯著低于對(duì)照，說(shuō)明噴施三種物質(zhì)能夠減少植物細(xì)胞膜的受損。經(jīng)三種化學(xué)物質(zhì)處理后，經(jīng)脅迫的幼苗脯氨酸含量顯著高于對(duì)照；脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以保持原生質(zhì)與環(huán)境的滲透平衡。從葉綠素含量來(lái)看，表3 中三種化學(xué)物質(zhì)處理的番茄幼苗葉綠素含量高于對(duì)照，說(shuō)明低溫弱光下三種物質(zhì)有利于植株光合能力的提升，其中尤以30 mg/L ALA 處理最為顯著。此外表3 還表明三種化學(xué)物質(zhì)處理會(huì)導(dǎo)致葉綠素a/b 值減小，即葉綠素b 的增長(zhǎng)比葉綠素a 的增加更加明顯。

表3 不同化學(xué)物質(zhì)對(duì)苗期番茄電解質(zhì)外滲率、SOD活性、MDA、脯氨酸、葉綠素及葉綠素a/b的影響Table 3 The effects of different chemicals on electrolytes leakage, SOD activities, MDA, proline, chlorophyll and chlorophyll a/b of tomato seedlings.

3 討論

植物為維持低溫逆境下正常生理代謝，細(xì)胞體內(nèi)發(fā)生一系列生理生化反應(yīng)，內(nèi)源物質(zhì)會(huì)有一些特異性變化，而外源物質(zhì)有可能與這些內(nèi)源物質(zhì)一道，提高植物抗逆能力，如逆境誘發(fā)鈣離子的特異性變化，誘發(fā)鈣信號(hào)與下游的鈣結(jié)合蛋白進(jìn)行轉(zhuǎn)導(dǎo)，適應(yīng)逆境脅迫。外施鈣離子可能發(fā)揮與內(nèi)源鈣離子類(lèi)似的作用誘發(fā)低溫信號(hào)，促進(jìn)抗逆性狀的表達(dá)。此外，低溫下，植物體內(nèi)會(huì)積累一系列滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，如甜菜堿（GB），能有效防止低溫下細(xì)胞質(zhì)的外滲。外施GB，在植物體中形成穩(wěn)定復(fù)雜的蛋白膜，保護(hù)光合結(jié)構(gòu)和酶的轉(zhuǎn)錄和翻譯機(jī)制，作為分子伴侶干預(yù)低溫等逆境脅迫導(dǎo)致的酶的折疊［21］。外源ALA 能夠被動(dòng)被植物吸收，補(bǔ)充內(nèi)源ALA 的不足，促進(jìn)葉綠素合成轉(zhuǎn)化，改善植物的光合作用［22-23］。本研究表明，葉面噴施Ca-Cl2、GB 和ALA 三種化學(xué)物質(zhì)，能顯著提高苗期番茄的耐低溫及弱光脅迫的能力，番茄凈光合速率顯著高于對(duì)照，冷害指數(shù)也顯著低于對(duì)照。研究還表明，3 種化學(xué)物質(zhì)對(duì)增強(qiáng)植物低溫和弱光脅迫的貢獻(xiàn)有所不同，Ca2+對(duì)于植物耐低溫貢獻(xiàn)更大，ALA 對(duì)增強(qiáng)植物耐弱光貢獻(xiàn)更大。作為植物細(xì)胞體內(nèi)重要的第二信使，Ca2+參與低溫信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，誘導(dǎo)植物的抗逆反應(yīng)［24-26］。其次，Ca2+作為磷脂磷酸根和蛋白羧基連接的紐帶，有穩(wěn)定細(xì)胞壁和細(xì)胞膜雙層磷脂結(jié)構(gòu)，提高各種保護(hù)酶的活性［27］。ALA 可以有效促進(jìn)植物葉綠素的合成，提高光合效率［28-30］，對(duì)于維持植物光照不足情況的正常生長(zhǎng)具有重要作用。GB 作為一種羧基季銨化合物，是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對(duì)多種逆境脅迫下細(xì)胞內(nèi)保持低滲透壓、維持水分平衡起作用，可以有效保護(hù)原生質(zhì)免受逆境下的脫水脅迫［31-32］，同時(shí)還具有提高逆境下膜保護(hù)酶活性和葉綠素含量［33-35］。低濃度的GB 能調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)，提高植物抗性［36］。

此外，外源化學(xué)物質(zhì)有可能通過(guò)改善代謝反應(yīng)增強(qiáng)植物的抗逆性。本研究三種化學(xué)物質(zhì)處理，經(jīng)低溫或弱光逆境脅迫后，番茄幼苗葉片氣孔導(dǎo)度均高于對(duì)照，而氣孔導(dǎo)度的增強(qiáng)對(duì)光合作用有促進(jìn)效應(yīng)［37-38］。另外，氣孔導(dǎo)度增加引起蒸騰速率增強(qiáng)，而蒸騰作用是植物吸收和運(yùn)輸水分、礦質(zhì)鹽類(lèi)和有機(jī)物質(zhì)的主要?jiǎng)恿Γc干物質(zhì)積累呈正相關(guān)，提升植物的抗逆能力。脅迫后恢復(fù)5 d 后的結(jié)果表明，3 種化學(xué)物質(zhì)對(duì)于番茄幼苗的恢復(fù)作用非常明顯。電解質(zhì)外滲率（電導(dǎo)率）能夠反映植物細(xì)胞膜遭受逆境脅迫后的破壞程度，是衡量植物遭受脅迫最直接的指標(biāo)［39］。CaCl2、GB、ALA 三種物質(zhì)處理后的番茄幼苗經(jīng)低溫弱光脅迫后，其電解質(zhì)外滲率顯著低于對(duì)照，尤以CaCl2的效果最好，說(shuō)明外施這三種物質(zhì)可以有效地增強(qiáng)植物細(xì)胞膜穩(wěn)定性。SOD 是植物體內(nèi)主要的過(guò)氧化酶，可以有效清除逆境脅迫下產(chǎn)生的活性氧［40-41］。三種物質(zhì)處理后葉片SOD 活性高于對(duì)照，尤其是CaCl2和GB 處理最佳，說(shuō)明外施三種物質(zhì)可以增強(qiáng)植物清除活性氧的能力。MDA（丙二醛）作為膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，一定程度上可以反映細(xì)胞膜受損傷的程度的大小［42］，本研究二者呈顯著負(fù)相關(guān)，顯著系數(shù)達(dá)到-0.949 7。三種物質(zhì)處理后番茄葉片MDA 含量均顯著低于對(duì)照。

脯氨酸是植物蛋白組分之一，作為植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可與細(xì)胞內(nèi)化合物形成聚合物親水膠體，保持原生質(zhì)與環(huán)境的滲透平衡。此外，它以游離狀態(tài)存在于植物體中，其親水端可以與水分子結(jié)合，疏水端可以與蛋白質(zhì)連結(jié)，有效防止酶和蛋白質(zhì)因脫水而引起的變形［43-44］。本研究表明三種物質(zhì)可有效地提高逆境下脯氨酸的含量。葉綠素含量能很好地反映植物光合能力的高低，三種物質(zhì)處理后，逆境脅迫下的葉片葉綠素含量高于對(duì)照，尤其是ALA處理最為顯著，其原因可能是由于ALA 作為卟啉化合物的前體，可以調(diào)節(jié)葉綠素和光敏素的合成，提高葉綠素和捕光系統(tǒng)II 的穩(wěn)定性，對(duì)植物的光合作用具有重要作用［45］。此外三種物質(zhì)處理后，葉綠素a/b 值有所下降，而葉綠素b 增加LHCP（捕光色素復(fù)合體）含量，提高光捕捉能力，另外對(duì)電子傳遞也具有重要意義［46］。

植物受到脅迫后，在長(zhǎng)期的系統(tǒng)發(fā)育中形成了對(duì)外界的適應(yīng)，抵抗和忍耐能力。即植物通過(guò)調(diào)整生命周期、改變形態(tài)和生理特征等方式來(lái)提升其抗逆性。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，植物抗逆性分逆境的規(guī)避、抵御和耐受三個(gè)方面。本研究只是對(duì)外源物質(zhì)作用下植物逆境耐受性的增強(qiáng)效應(yīng)進(jìn)行了研究，對(duì)植物對(duì)逆境的適應(yīng)機(jī)制未進(jìn)行深入探討。此外，植物誘導(dǎo)抗性的機(jī)理包括組織、細(xì)胞、分子結(jié)構(gòu)與功能等多個(gè)層次，如植物在外界誘導(dǎo)激發(fā)下快速積累活性氧，引發(fā)局部過(guò)敏反應(yīng)，產(chǎn)生防御信號(hào)進(jìn)行傳導(dǎo)，導(dǎo)致防御基因的表達(dá)，產(chǎn)生防御相關(guān)酶和次生代謝產(chǎn)物及相關(guān)蛋白抗性物質(zhì)。本研究只是對(duì)個(gè)體尺度上植物抗逆性進(jìn)行了研究，對(duì)抗逆基因及酶的表達(dá)、抗逆信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、抗逆基因及育種等尚未涉及，這也是本研究下一步需要拓展的方向。

4 結(jié)論

本研究表明，作為植物重要的外源調(diào)控物質(zhì)，1 mmol/L CaCl2、2.5 mmol/L 甜菜堿、30 mg/L ALA 可以顯著提高苗期番茄抗低溫和弱光逆境的能力，無(wú)論在凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、還是降低冷害受害性狀方面，三種物質(zhì)外觀的表現(xiàn)均好于對(duì)照，其中1 mmol/L CaCl2增強(qiáng)苗期番茄抗低溫效果最好，而30 mg/L ALA對(duì)增強(qiáng)番茄幼苗耐弱光能力更強(qiáng)。機(jī)理分析表明，三種物質(zhì)能有效地增強(qiáng)植株抗氧化性，SOD 活性高于對(duì)照，作為過(guò)氧化產(chǎn)物的MDA含量也較低。噴施三種物質(zhì)能有效地降低逆境下細(xì)胞膜的滲漏率，脯氨酸和可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)保持較高的水平。此外噴施三種化學(xué)物質(zhì)可以增加逆境下植物葉綠素含量，尤其是葉綠素b 含量，對(duì)于保護(hù)逆境下植物光合能力具有重要作用。

受條件限制，本研究植物抗逆機(jī)理只是采用了相對(duì)常規(guī)的指標(biāo)，更深入的機(jī)理尚需進(jìn)一步挖掘。在植物逆境脅迫分子機(jī)制及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、植物逆境脅迫代謝組學(xué)研究，抗逆基因的表達(dá)及育種的應(yīng)用、外源物質(zhì)與內(nèi)源物質(zhì)如何協(xié)調(diào)等亟需探討，這也是本研究進(jìn)一步拓展的方向。