烟水及其主要成分Karrikins在提高番茄耐冷性中的应用

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番茄(Solanum lycopersicum L.)属于喜温蔬菜,其生产过程的适宜温度介于18-28℃。越冬设施番茄栽培常面临冷害或亚低温环境,严重影响植株生长、发育和产量形成。过去民间流传着通过秸秆的不完全燃烧熏烟来提高作物冠层温度、预防冻害的应急措施,但这种方法背后的生理、生化调控机制并不清晰。近年,科学家在野烟火中鉴定到一类karrikins(KAR)物质,能调控植物多重发育和逆境适应。因此,研究烟水(SW)及KAR对番茄耐冷性的影响,解析其内在的抗冷调控机制,对于番茄越冬安全生产和传统抗寒应急措施改良具有重要意义。1.以番茄品种‘AC’为野生型(WT)试材,通过VIGS技术构建KAR受体KAI2的抑制表达株系(kai2),在常温(NT,25/18℃)和低温(LT,10/5℃)条件下,研究SW是否通过KAR信号提高番茄耐冷性,获得结果如下:以Fv/Fm和电解质渗透率为番茄叶片受冷害程度的评价指标,发现外源喷施60%SW和2μmol/L KAR可显著提高番茄的耐寒性。经过液相色谱-质谱联用测定分析,60%SW中的KAR含量为2.35μmol/L。与本研究所获得的外源KAR最优缓解浓度(2μmol/L)接近,说明KAR可能是SW提高番茄耐冷性的关键物质。遗传分析表明,抑制表达KAI2显著降低了外源SW和KAR对番茄幼苗冷害的缓解效果。说明SW提高番茄耐冷性的关键物质为KAR,其生理调控作用依赖于KAI2信号途径。2.为了研究亚低温条件下,SW和KAR对番茄植株全生育期生长、发育和产量的影响,本环节以‘Micro Tom’为试验材料,在常温(NT,25/18℃)和亚低温(SLT,18/12℃)条件下,每周叶面喷施60%烟水和2μmol/L KAR,获得结果如下:在SLT胁迫下,SW或KAR对植株地上部和地下部的干重、根冠比、花果数、坐果率、产量以及果实成熟时间上具有明显的改善作用,喷施SW或KAR能显著增加番茄植株对N和P的吸收。SW或KAR处理的番茄植株通过调低气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)从而导致WUEi和叶温升高,这种生理变化受气孔运动的调节,有利于改善番茄植株在SLT条件下的光合作用。在SLT胁迫下,SW和KAR能够抑制ROS产生,促进ROS清除,从而增强光合作用,抵御SLT胁迫。以上说明SW和KAR对番茄的矿物质营养吸收、叶片温度控制、光合防御机制、ROS清除等生理过程具有改善作用。综上所述,叶面喷施60%SW和2μmol/L KAR即能显著提高番茄耐冷性和亚低温条件下番茄植株的矿物质营养吸收、叶片温度控制、光合防御机制、ROS清除等生理过程,进而促进植株的生长和产量形成。且KAR是SW提高番茄耐冷性的关键成分,其生理调控作用依赖于KAI2信号途径。
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