空氣相對(duì)濕度變化對(duì)溫室番茄植株糖代謝的影響

曹晉軍,溫祥珍,李亞靈

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,山西 太谷030801;2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所,山西 長(zhǎng)治046011)

對(duì)于華北地區(qū)溫室番茄長(zhǎng)季節(jié)栽培來(lái)說(shuō),夏季高溫是限制其穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的重要因子[1～4],然而與高溫相伴隨的空氣干燥,14點(diǎn)前后空氣濕度甚至低于20%,更加重了高溫的危害[5,6]。為緩解夏季溫室番茄生產(chǎn)高溫危害,許多研究者進(jìn)行了耐高溫品種的選育[7]、遮陰降溫[8]、嫁接[9]等方面的研究。王艷芳等發(fā)現(xiàn)高溫下提高空氣濕度能提高番茄植株的開(kāi)花坐果率[10],但是提高空氣濕度對(duì)番茄的生長(zhǎng)及生理會(huì)產(chǎn)生什么影響,在目前的研究中較少涉及。本研究從高溫條件下增加空氣濕度入手,探討提高空氣濕度對(duì)番茄幼苗植株同化產(chǎn)物的代謝影響。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)采用荷蘭溫室專用番茄品種“counter”,無(wú)限生長(zhǎng)型,長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng),抗病。試驗(yàn)于2007年 5月18日播種,2葉1心時(shí)移到苗床上。6月28日從苗床挑選生長(zhǎng)健壯長(zhǎng)勢(shì)一致(6葉1心)的番茄苗96株,同樣定植在6個(gè)培養(yǎng)箱內(nèi),每個(gè)箱內(nèi)有16株番茄。緩苗3 d后開(kāi)始溫濕度處理,從7月1日到8月4日,共35 d。

1.2 方法

試驗(yàn)期間高溫范圍設(shè)定為(33.5±0.5)℃,通過(guò)空調(diào)機(jī)控制。濕度設(shè)定了低、中、高三個(gè)處理,低濕度處理(L)即自然光照培養(yǎng)箱的自然空氣濕度,作為對(duì)照(CK),中濕度處理(M),高濕度處理(H)。試驗(yàn)采用加濕器增濕,溫濕度處理于每天10點(diǎn)到16點(diǎn)進(jìn)行,共6 h,該時(shí)段正是溫室番茄生產(chǎn)中遭遇高溫干旱脅迫的時(shí)間,其余時(shí)間培養(yǎng)箱內(nèi)溫濕度條件與自然環(huán)境相同。試驗(yàn)期間平均達(dá)到的溫度、濕度為,CK處理(L):33.7℃、42.1%,中濕處理(M):33.9℃、57.7%,高濕處理(H):33.2℃、75.3%。每7 d測(cè)量一次番茄根、莖、葉片的可溶性糖、淀粉含量,共進(jìn)行5次?？扇苄蕴恰⒌矸酆康臏y(cè)定采用蒽酮比色法[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同空氣相對(duì)濕度對(duì)番茄植株可溶性糖的影響

圖1為不同濕度處理中番茄根系可溶性糖含量的動(dòng)態(tài)變化。由圖1可見(jiàn),在試驗(yàn)的所有測(cè)定中,根系可溶性糖含量都是以L處理最高,H處理最低;前21 d 3個(gè)處理根系中可溶性糖含量變化不大,之后呈增加的趨勢(shì),到處理35 d時(shí)3個(gè)處理都達(dá)到最大值,CK、M、H 處理分別為 65 mg?g-1Dw、60 mg?g-1Dw、43 mg?g-1Dw。試驗(yàn)期間,高濕H處理番茄根系的平均可溶性糖含量較CK處理降低了37%,中濕M 處理較CK處理降低了20%。

圖1 不同濕度處理對(duì)番茄根系可溶性糖含量的影響Fig.1 Effects of different humidity treatments on soluble sugar content of tomato root

圖2為不同濕度處理中番茄幼苗莖中可溶性糖含量的動(dòng)態(tài)變化。由圖2可見(jiàn),隨著濕度處理時(shí)間的增加,莖中可溶性糖含量趨于緩慢減小,在第28 d時(shí)三者含量相近,在第35 d時(shí)突然躍升,分別達(dá)到最大值,其中L處理為52 mg?g-1Dw,M 處理為47 mg?g-1Dw,H處理為30 mg?g-1Dw,盡管處理之間無(wú)顯著差異,但是H處理仍為最低。

圖2 不同濕度處理對(duì)番茄莖可溶性糖含量的影響Fig.2 Effects of different humidity treatments on soluble sugar content of tomato stem

圖3為不同濕度處理中番茄幼苗葉片可溶性糖含量的變化情況。由圖3可見(jiàn),除第28 d外,M、H處理番茄葉片的可溶性糖含量顯著小于CK處理,試驗(yàn)期間,M處理番茄幼苗葉片的平均可溶性糖含量較CK處理降低了18%,H處理較CK處理降低了25%。M、H濕度處理間的可溶性糖含量并無(wú)顯著性差異。

圖3 不同濕度處理對(duì)番茄葉片可溶性糖含量的影響Fig.3 Effects of different humidity treatments on soluble sugar content of tomato leaf

對(duì)番茄根、莖、葉可溶性糖含量測(cè)定結(jié)果表明,根系、葉片中可溶性糖含量以CK最高,分別達(dá)到47.6 mg?g-1Dw和44.4 mg?g-1Dw,且顯著大于中、高濕度處理,中、高濕度處理之間無(wú)顯著差異;番茄莖中的可溶性糖含量在三種濕度處理中差異不顯著。

2.2 不同空氣相對(duì)濕度對(duì)番茄植株淀粉含量的影響

圖4為不同濕度處理番茄根系淀粉含量的動(dòng)態(tài)變化。由圖4可見(jiàn),CK中番茄植株根系的淀粉含量隨著濕度處理時(shí)間的延長(zhǎng),不斷緩慢增加,35 d時(shí)達(dá)到最大為49.85 mg?g-1Dw;M、H處理先增加后下降,除35 d外,中濕、高濕處理中番茄根的淀粉含量顯著大于CK。試驗(yàn)期間,高濕處理番茄植株根系的平均淀粉含量較CK增加了46.8%,中濕處理較CK增加了13.8%。

圖4 不同濕度處理對(duì)番茄根系淀粉含量的影響Fig.4 Effects of different humidity treatments on starch content of tomato root

圖5為不同濕度處理番茄莖淀粉含量的動(dòng)態(tài)變化曲線。由圖5可以看出,各各處理中番茄莖的淀粉含量隨時(shí)間變化比較穩(wěn)定,CK平均淀粉含量為63.5 mg?g-1Dw,M處理的平均淀粉含量為70.6 mg?g-1Dw,H處理的平均淀粉含量為80.0 mg?g-1Dw。除7 d外,3個(gè)處理之間的淀粉含量均無(wú)顯著性差異。

圖5 不同濕度處理對(duì)番茄莖淀粉含量的影響Fig.5 Effects of different humidity treatments on starch content of tomato stem

圖6為不同濕度處理番茄葉片淀粉含量的動(dòng)態(tài)變化。由圖6可見(jiàn),3個(gè)處理中番茄葉片淀粉含量均先減小后增加,且在21 d時(shí)有個(gè)最小值。濕度處理7 d時(shí),3處理之間有顯著性差異,14 d、21 d時(shí)無(wú)顯著性差異。試驗(yàn)期間,高濕H處理番茄植株葉片的平均淀粉含量較CK增加了18.3%,中濕M處理較CK增加了17.0%。

對(duì)番茄根、莖、葉淀粉含量測(cè)定結(jié)果表明,高、中濕處理中根系、葉淀粉含量顯著高于CK,其中高濕處理根和葉的平均含量分別達(dá)到73.6%和63.7%;番茄莖中的淀粉含量在3種濕度處理中無(wú)顯著差異。

圖6 不同濕度處理對(duì)番茄葉片淀粉含量的影響Fig.6 Effects of different humidity treatments on starch content of tomato leaf

3 結(jié)論與討論

可溶性糖是植物光合作用首先合成的產(chǎn)物,同時(shí)可溶性糖在植物處于逆境條件下也可以作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),調(diào)節(jié)細(xì)胞液濃度,增強(qiáng)作物抗逆性[12～16]。淀粉是作物光合作用的最終產(chǎn)物,是重要的供應(yīng)能量的物質(zhì),可以轉(zhuǎn)化為可溶性糖。

崔秀敏等通過(guò)對(duì)番茄穴盤育苗基質(zhì)進(jìn)行相對(duì)含水量供水下限處理的研究,認(rèn)為番茄可溶性糖含量隨供水減少而上升,既可作為碳代謝原料又可作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[17]。本試驗(yàn)也驗(yàn)證了該結(jié)論,以圖3為例,隨著濕度處理時(shí)間的延長(zhǎng)葉片可溶性糖含量遞增,而第28 d時(shí)卻出現(xiàn)了下降,且三個(gè)處理之間無(wú)顯著差異,推測(cè)可能的原因是:中濕和低濕控制值在測(cè)定期間沒(méi)有達(dá)到預(yù)設(shè)值,溫度也處于適合生長(zhǎng)的范圍,這也從反面證明了高溫條件下增加空氣濕度緩解番茄熱害的有效性?？梢?jiàn)增加空氣濕度能降低番茄可溶性糖含量從而使其更多地用來(lái)生長(zhǎng)而不是作為逆境滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)存在。

淀粉是作物光合作用的最終產(chǎn)物,可以轉(zhuǎn)化為可溶性糖,可溶性糖通過(guò)韌皮部向外運(yùn)輸,同時(shí)有一部分同化產(chǎn)物以淀粉的形式在體內(nèi)積累。程智慧等研究表明,持續(xù)的強(qiáng)水分脅迫(10%PEG)使可溶性糖含量顯著增加,而淀粉含量降低[18]。本試驗(yàn)也得出了類似結(jié)果,即淀粉在番茄根中的含量變化趨勢(shì)與可溶性糖含量的變化趨勢(shì)正好相反。淀粉在番茄莖中的含量在整個(gè)試驗(yàn)處理過(guò)程中趨勢(shì)平緩,說(shuō)明可溶性糖在莖中向淀粉轉(zhuǎn)化的量大致是一致的,可溶性糖在莖中所起的作用,更多的是滲透調(diào)節(jié)和作為運(yùn)輸物質(zhì)所存在。本試驗(yàn)中,番茄葉片的淀粉含量變化是比較復(fù)雜的,在濕度處理28 d前的變化和可溶性糖含量的變化趨勢(shì)相反,但在進(jìn)行到35 d時(shí)淀粉含量卻依舊增加,與可溶性糖含量在35 d的增加趨勢(shì)相一致,這和淀粉與可溶性糖相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律相矛盾,原因可能與番茄植株第一穗花的脫落有關(guān),即葉片中可溶性糖沒(méi)有持續(xù)向花器官運(yùn)輸導(dǎo)致花的脫落以及可溶性糖向淀粉轉(zhuǎn)化并積累從而使葉片中淀粉含量增高。同時(shí)番茄葉片淀粉含量在濕度處理28 d后也沒(méi)有表現(xiàn)出高濕度處理中淀粉含量大于中濕度、中濕度大于低濕度的規(guī)律,這可能和三個(gè)處理中番茄植株落花的多少有關(guān)。

試驗(yàn)證明,在高溫條件下增加空氣濕度可以提高同化產(chǎn)物生產(chǎn),同時(shí)表明光合產(chǎn)物用于淀粉合成的多,用于抵抗逆境的可溶性糖含量少,說(shuō)明增加空氣濕度可有效降低高溫危害。

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