外源噴施cacl2對低溫叛逆下番茄幼苗生長的影響

番茄是世界蔬菜，也是中國設(shè)施園藝中種植面積最多的蔬菜之一，在蔬菜產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用。番茄起源于熱帶、亞熱帶,為喜溫性蔬菜,其生長發(fā)育的適宜溫度為15～30℃,低于15℃,植株生長緩慢、開花期推遲、坐果率下降,影響番茄質(zhì)量和產(chǎn)量。春季大棚栽培中,番茄定植1～2周后棚內(nèi)溫度較低,處于7～9片真葉現(xiàn)蕾期的番茄幼苗,易遇低溫逆境,對番茄的正常開花結(jié)果造成嚴重影響。Ca2+作為細胞內(nèi)的第2信使,在植物對低溫逆境信號的轉(zhuǎn)導中起著重要作用。有研究表明,葉面噴Ca2+、Ca2+浸種、Ca2+灌根、土壤增施鈣肥及營養(yǎng)液栽培增大Ca2+濃度等方法均可緩解低溫逆境對作物的傷害。而Ca2+螯合劑、Ca2+通道阻斷劑及依賴于Ca2+的蛋白激酶抑制劑等均可抑制植物抗冷性的提高;且Ca2+在植物授粉受精過程也起著重要作用。研究表明,花粉管的定向生長與柱頭內(nèi)的Ca2+濃度呈正相關(guān),棉花的花粉管中產(chǎn)生的赤霉素引起助細胞解體,并產(chǎn)生大量的Ca2+,造成花柱與珠孔之間的Ca2+梯度,花粉管依Ca2+濃度高的方向生長,經(jīng)珠孔進入胚囊,花粉管細胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度梯度為多種植物花粉生長的基礎(chǔ),Ca2+濃度的消失會導致花粉管的生長停止。增施鈣可能通過提高受精率,而提高作物坐果率及產(chǎn)量。然而,關(guān)于Ca2+與低溫逆境下番茄開花結(jié)果之間的關(guān)系研究還鮮有報道。該研究以冷敏感型番茄幼苗為試材,采用葉面噴施CaCl2的方法,研究低溫前、后噴鈣對番茄幼苗相對電導率、丙二醛含量、花粉活力、開花期、坐果率、單果重及單穗果產(chǎn)量的影響,探討低溫逆境下外源鈣與番茄開花結(jié)果之間的關(guān)系,以期為緩解低溫逆境對設(shè)施番茄栽培傷害提供理論依據(jù)和技術(shù)指導。1材料和方法1.1試驗材料供試“金棚一號”番茄由西安皇冠蔬菜研究所研制,購自哈爾濱市子誠種子銷售公司。1.2低溫處理對番茄幼苗第7片葉的處理番茄常規(guī)育苗,浸種催芽后,于2012年2月15日播種于育苗盤內(nèi),2葉1心時分苗至8cm×8cm育苗缽,6葉1心時選取生長一致的壯苗移入人工氣候箱,常規(guī)管理,溫度為25/15℃(晝/夜),濕度為85%,光照周期為12h/12h,光照強度3000lx,培養(yǎng)2d后進行試驗。試驗共設(shè)2個處理,處理Ⅰ:常溫培養(yǎng)的第9天進行持續(xù)9d的低溫處理,低溫處理溫度為12/7℃(晝/夜),低溫處理前3、6d噴灑濃度為1400mg/L的CaCl2溶液,以葉片均勻附著1層小液珠為準。處理Ⅱ:常溫培養(yǎng)的第9天進行連續(xù)9d低溫處理(處理溫度同Ⅰ),于低溫處理后的第2天噴1次濃度為1400mg/L的CaCl2溶液(噴施方法同處理Ⅰ);以常溫(溫度為25/15℃(晝/夜))和低溫(溫度為12/7℃(晝/夜))為對照,在處理Ⅰ噴施CaCl2的同時,常溫對照和低溫對照噴施等量蒸餾水。每處理20株,重復(fù)3次,共240株。各處理編號見表1。于低溫處理的第0、3、6、9天取番茄幼苗第5片葉,同時對常溫對照取樣。每處理3次重復(fù),每重復(fù)取3株,用于相對電導率、丙二醛含量的測定。將低溫處理9d后的番茄苗及常溫處理的番茄幼苗于2012年5月19日定植到塑料大棚內(nèi),每處理3次重復(fù),每個重復(fù)8株,共96株,用于測定植株前3穗花的花粉活力,并調(diào)查其開花期、坐果率、單果重及單穗果產(chǎn)量。1.3項目測量1.3.1去離子水電導率計算相對電導率及丙二醛含量測定參照李合生的方法。相對電導率(%)=(煮沸前電導率-去離子水電導率)/(煮沸后電導率-去離子水電導率)×100%。丙二醛含量(μmol/L)=6.45(A532-A600)-0.56A450。1.3.2控制火炬總脂酸鈉采用花粉管萌發(fā)法測定花粉活力,參照陳竹君等方法,略有改動。花粉培養(yǎng)基成分為:10%蔗糖、130mg/L硼酸、0.5%瓊脂。每株番茄幼苗每穗花取前2朵測定花粉活力,每朵花做2個載玻片,取100μL培養(yǎng)基點于凹槽載玻片上,取少許花粉,均勻涂抹在載玻片培養(yǎng)基表面,28℃培養(yǎng)3h,每載玻片取3個視野,每視野統(tǒng)計300個,取平均值。1.3.3花期、果實分解率、單果重和單穗果實產(chǎn)量的測定開花期為從播種到每處理每重復(fù)每穗花有50%植株開花的開花時長。坐果率(%)=坐果數(shù)/花序花數(shù);單穗果產(chǎn)量=∑單果重。2結(jié)果與分析2.1相對電導率及相對電導率由圖1可知,在低溫處理后的第0、3天,各處理間以及處理與對照間的相對電導率均無顯著差異;第6天時,處理Ⅰ、Ⅱ的相對電導率均低于CKⅡ(P<0.05),處理Ⅰ與CKⅡ差異顯著(P<0.05),且處理Ⅰ、Ⅱ的相對電導率與CKⅠ無顯著差異(P>0.05);第9天時,處理Ⅰ、Ⅱ的相對電導率均顯著低于CKⅡ(P<0.05),與CKⅠ相比無顯著差異(P>0.05)。由此可知,低溫逆境使番茄葉片相對電導率增加,而低溫前、后噴鈣處理均可以在一定程度上降低番茄葉片的相對電導率。2.2不同處理和對酰氯和的丙二醛含量由圖2可以看出,在低溫處理后的第0、3天,各處理間以及處理與對照間的丙二醛含量均無顯著差異;第6天時,處理Ⅰ、Ⅱ的丙二醛含量均顯著低于CKⅡ(P<0.05),但與CKⅠ無顯著差異(P>0.05);第9天時,處理Ⅰ、Ⅱ的丙二醛含量均低于CKⅡ,處理Ⅱ與CKⅡ差異顯著(P<0.05),處理Ⅰ、Ⅱ的丙二醛含量與CKⅠ無顯著差異(P>0.05)。由此可知,低溫逆境使番茄葉片丙二醛含量增加,而低溫前、后噴鈣處理均可以在一定程度上降低番茄葉片丙二醛的含量。2.3外部鈣對番茄開花的影響2.3.1不同處理對第2、3穗花開花期的影響由表2可知,處理Ⅰ與CKⅡ相比,第1穗花的開花期提前2d,第2穗花提前0.67d,與CKⅠ相比,第1穗花開花期延后5.33d,第2穗花延后0.67d。處理Ⅱ與CKⅡ相比,第1穗花開花期提前2d,第3穗花開花期提前1.33d,與CKⅠ相比,第1穗花開花期延后5.33d,第2穗花開花期延后1.33d,而第3穗花開花期提前1.33d。由此可知,2個處理對第1穗花的開花期影響較大,而對第2、3穗花開花期影響較小。2個處理均可在一定程度上使低溫逆境下番茄第1穗花開花期提前。2.3.2對穗花花粉活力的影響由圖3可知,處理Ⅰ和處理Ⅱ的第1穗花花粉活力高于CKⅡ,其中處理Ⅰ與CKⅡ差異顯著(P<0.05),處理Ⅰ和處理Ⅱ的第1穗花花粉活力與CKⅠ無顯著差異(P>0.05)。處理Ⅰ和處理Ⅱ的第2、3穗花花粉活力高于CKⅡ,但各處理間差異不顯著(P>0.05)。試驗表明,低溫前噴鈣處理在一定程度上減緩了低溫逆境引起的第1穗花花粉活力的降低,而低溫逆境對第2、3穗花花粉活力影響不顯著(P>0.05)。2.3.3對照與劑處理對第2穗果坐果率的影響由圖4可以看出,處理Ⅰ和處理Ⅱ的第1穗果坐果率均顯著高于CKⅡ(P<0.05),而與CKⅠ相比無顯著差異(P>0.05)。各處理與對照間的第2穗果坐果率均差異不顯著(P>0.05)。處理Ⅰ和處理Ⅱ的第3穗果坐果率均顯著低于CKⅠ(P<0.05),且與CKⅡ無顯著差異(P>0.05)。由此可知,低溫前、后噴鈣可提高低溫逆境下番茄第1穗果坐果率,而對第2、3穗果的作用不顯著。2.3.4對第1穗果單穗果產(chǎn)量的影響由圖5可知,處理和對照間前3穗果單果重均差異不顯著(P>0.05),但處理Ⅰ和處理Ⅱ的第1穗果、第2穗果的單果重均高于CKⅡ。由圖6可知,處理Ⅰ第1穗果單穗果產(chǎn)量顯著高于CKⅡ(P<0.05),與CKⅠ差異不顯著(P>0.05),處理Ⅱ的第1穗果單穗果產(chǎn)量顯著高于與CKⅠ和CKⅡ(P<0.05)。處理Ⅰ和處理Ⅱ的第2穗果單穗果產(chǎn)量高于CKⅠ和CKⅡ,但差異不顯著(P>0.05)。各處理間以及處理與對照間的第3穗果單穗果產(chǎn)量無顯著差異(P>0.05)。由此可知,低溫前和低溫后噴鈣均可顯著提高第1穗果單穗果產(chǎn)量,而對第2、3穗果無顯著影響(P>0.05)。3外源ca2+對番茄生理指標的影響相對電導率和丙二醛含量的變化可反映出低溫逆境對植物的傷害。該試驗結(jié)果表明,低溫逆境對番茄葉片造成傷害,提高了番茄葉片相對電導率及丙二醛含量。而低溫前或低溫后噴鈣處理均可減緩因低溫逆境引起的番茄葉片相對電導率及丙二醛含量的升高,緩解低溫逆境對番茄葉片的傷害,這與前人研究結(jié)果一致。外源Ca2+提高植株抗冷性可能與低溫鍛煉提高植株抗冷性的機制相似。低溫鍛煉過程中植物細胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度出現(xiàn)重復(fù)性增加減少,產(chǎn)生鈣震蕩現(xiàn)象。鈣震蕩編碼的鈣信號可由CaMs、CBLs-CIPKs、CDPKs等鈣結(jié)合蛋白解碼,進而激活或抑制抗冷相關(guān)基因及蛋白表達。鈣為植物體必需的大量元素之一,在植物體內(nèi)難以移動,外源噴施CaCl2,Ca2+主要通過葉面氣孔、葉表面角質(zhì)層親水小孔及葉片細胞質(zhì)外連絲等途徑進入植物細胞。而外源噴施CaCl2可緩解低溫逆境對植物的傷害,可能是因為外源噴施CaCl2能促使番茄葉片細胞產(chǎn)生類似低溫鍛煉產(chǎn)生的相同頻率的鈣振蕩現(xiàn)象,從而提高植物抗冷性。該試驗對6葉1心的番茄幼苗進行低溫處理,可使前3穗花的開花期延遲,其中對第1花序開花期影響較大,這與王富等研究結(jié)果一致。番茄在2葉1心后,營養(yǎng)生長和生殖生長同時進行,營養(yǎng)生長為生殖生長基礎(chǔ),6葉1心時,番茄已分化前3個花序,營養(yǎng)物質(zhì)消耗量大,而低溫逆境抑制番茄植株營養(yǎng)物質(zhì)積累,使番茄生殖生長受到抑制,即源-庫中源減弱,導致開花期延遲。該試驗表明,低溫前及低溫后噴鈣處理均可使低溫逆境下番茄幼苗開花期提前,原因可能是噴鈣處理后提高了低溫逆境下植物光合速率,增加低溫逆境下植物營養(yǎng)物質(zhì)積累,一定程度上緩解了植物生殖生長過程中營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)不足的狀況,進而緩解低溫逆境對番茄開花期的影響。番茄雄蕊發(fā)育中,花粉活力的下降,可能是導致番茄坐果率降低的主要原因。植物雄性器官發(fā)育對低溫最為敏感,雌性生殖器官對溫度脅迫并不敏感,花粉發(fā)育過程,特別是四分體小孢子產(chǎn)生以前是最敏感的時期。當環(huán)境溫度低于12℃時,番茄不能授粉受精。低溫能夠誘導花粉不育,可能是由于低溫破壞了絨氈層中的糖代謝過程,并最終導致花粉粒中沒有碳水化合物積累。也可能是由于冷響應(yīng)相關(guān)基因在花粉粒中沒有積累所致,特別是花粉粒特異性表達的轉(zhuǎn)錄因子MIKC基因的轉(zhuǎn)錄水平被低溫強烈抑制。該研究表明,低溫前噴鈣處理能在一定程度上提高番茄第1穗花花粉活力,可能是噴鈣后促進花粉絨氈層的糖類物質(zhì)積累,提高了花粉活力,從而提高番茄坐果率及產(chǎn)量。也可能是由于外源Ca2+啟動鈣信號系統(tǒng),促進某些基因及蛋白的表達,從而提高番茄坐果率及產(chǎn)量。Ca2+在花粉管內(nèi)呈梯度分布,這是花粉管極性生長的重要因素,花粉管頂端Ca2+濃度最高,而花粉管萌芽孔端濃度較低。Hepler等研究表明,花柱中Ca2+濃度在10～104μM濃度之間時,花粉管細胞壁中主要組成成分果膠酸與Ca2+結(jié)合,使其韌性較強,不易破裂。該試驗表明,低溫前噴鈣及低溫后噴鈣提高了番茄第1穗果