南京農(nóng)業(yè)大學學報 收稿日期 基金項目 國家重點研發(fā)計劃項目 作者簡介 凌丹丹 碩士研究生 通信作者 徐志剛 教授 主要從事植物光生物學與植物光環(huán)境生理研究 樊小雪 副研究員 主要從事蔬菜栽培生理研究 凌丹丹 雒佳銘 劉曉英 等 不同光質(zhì)組合對番茄開花初期碳 氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響 南京農(nóng)業(yè)大學學報 不同光質(zhì)組合對番茄開花初期碳 氮代謝 及其關(guān)鍵酶活性的影響 凌丹丹 雒佳銘 劉曉英 儲靖宇 徐志剛 樊小雪 南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院 江蘇南京 江蘇省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所 江蘇南京 摘要 目的 本文旨在探究不同光質(zhì)組合對番茄開花初期碳 氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響 方法 以番茄品種 為試材 研究白光 白藍組合光 白紅組合光 白綠組合光 白紅藍組合光 對番茄開花 初期碳 氮代謝及開花 結(jié)果時間的影響 結(jié)果 處理使番茄植株開花 結(jié)果時間提前 分別比 提早了 和 和 處理顯著提高番茄植株的凈光合速率 分別比 增加 和 處理下番茄葉片可溶性糖和淀 粉含量顯著高于 處理顯著提高葉片蔗糖合成酶活性 和 處理下蔗糖磷酸合成酶活性明顯高于 處理下葉片全氮和可溶性蛋白含量顯著高于 而游離氨基酸含量明顯低于 處理下葉片硝酸還原酶 谷 氨酰胺合成酶 谷氨酸合成酶活性明顯高于 結(jié)論 白紅藍組合光有利于番茄植株的生長 促進碳的同化和氮的吸收 加速物質(zhì)積累 滿足植株體內(nèi)養(yǎng)分需求 從而促進番茄開花結(jié)果 關(guān)鍵詞 番茄 開花期 光質(zhì) 碳 氮 代謝 中圖分類號 文獻標志碼 文章編號 番茄 是深受世界各地人們喜愛的蔬菜作物 在中國 春提早 和 秋延 后 兩個茬口種植的番茄 經(jīng)常在開花結(jié)果期遭遇連續(xù)的低溫弱光脅迫 從而影響番茄的產(chǎn)量和品質(zhì) 目 第 期凌丹丹 等 不同光質(zhì)組合對番茄開花初期碳 氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響 前人工補光技術(shù)已經(jīng)成為解決這一問題的有利手段 因此篩選適合番茄植株補光的最佳光質(zhì)配比具有現(xiàn) 實意義 開花是植株從營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)變到生殖生長的標志 植株開花時間受多種外源和內(nèi)源因素的影響 光是誘 導植株開花的主要信號之一 研究表明光質(zhì)能夠調(diào)控葉片形態(tài)建成 氣孔開放 干物質(zhì)積累分配及開花誘 導等生長發(fā)育過程 光質(zhì)可以通過影響植物葉片的凈光合速率和暗呼吸速率進而影響光合能力 積 累較多的光合產(chǎn)物和營養(yǎng)物質(zhì)從而促進植株開花結(jié)果 花芽的形成過程需要合成大量營養(yǎng)物質(zhì) 葉 片碳 氮含量對花芽分化過程具有顯著影響 碳 氮代謝主要包括碳水化合物與含氮化合物的分解 轉(zhuǎn) 化和積累 二者間的相互依賴和相互協(xié)調(diào)為植物的生命活動提供必要的營養(yǎng)物質(zhì) 光質(zhì)可以通過影響 碳 氮代謝相關(guān)酶活性進而影響葉片碳水化合物 游離氨基酸和可溶性蛋白含量從而促進碳同化和氮吸收 以及營養(yǎng)物質(zhì)積累 營養(yǎng)物質(zhì)積累和干物質(zhì)分配會影響植株開花時間 番茄開花是番茄從營養(yǎng)生長到生殖生長的重要階 段 開花時間直接影響番茄的產(chǎn)量 品質(zhì)和栽培的經(jīng)濟效益 目前的研究主要集中于不同光質(zhì)對番茄幼苗 碳 氮代謝過程的影響 而對番茄開花初期碳 氮代謝研究較少 本試驗以白光為對照 研究不同光 質(zhì)組合對番茄開花初期碳 氮代謝相關(guān)指標及開花結(jié)果時間的影響 以期探究高品質(zhì)番茄栽培的合適光質(zhì) 配比 為番茄冬春季設(shè)施補光栽培技術(shù)提供理論依據(jù) 圖 光處理的光譜分布 白藍組合光 白紅組合光 白綠組合光 白紅藍組合光 白光 下同 材料與方法 供試材料與試驗設(shè)計 試驗在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所人工氣候 室內(nèi)進行 供試材料為矮生番茄品種 購于南京豐碩園藝有限公司 室內(nèi) 條件下使 用 穴盤法 育苗 待番茄葉片長至 葉 心時定植 在營養(yǎng)缽中 緩苗 周后置于 種光環(huán)境 白光 白藍組合光 白紅組合光 白綠組 合光 白紅藍組合光 光量子通量密度 均設(shè)置為 各處理的光譜分 布如圖 所示 其中 的紅光的主峰波 長為 藍光的主峰波長為 的綠光的主峰波長為 組合光的光 量子通量密度之比為 或 光 暗時間均為 白天溫度為 夜晚溫度 每 個處理 盆 常規(guī)管理 后取樣測定 各處理植株的生長狀況如圖 所示 圖 光處理 后的植株生長狀況 測定項目與方法 凈光合速率測定 采用 光合測定儀 測定植物葉片的凈光合速率 光照強度設(shè) 置為 環(huán)境 濃度為 糖含量 氮含量測定 采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量 高氯酸法測定淀粉含量 間苯二酚法 測定蔗糖含量 采用考馬斯亮藍 染色法測定可溶性蛋白含量 茚三酮比色法測定游離氨基酸 含量 微量凱氏定氮法測定全氮含量 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學 學 報第 卷 碳 氮代謝酶活性測定 按照蘇州科銘生物技術(shù)有限公司所生產(chǎn)的試劑盒說明書測定蔗糖磷酸合 成酶 蔗糖合成酶 硝酸還原酶 谷氨酰胺合成酶 和谷氨酸合成酶 活性 開花特性調(diào)查統(tǒng)計 以每個處理所有植株第 穗花序花蕾開放 所需時間 自光處理日開始統(tǒng) 計 的平均值為始花時間 以每個處理所有植株第 穗花序結(jié)果 所需時間的平均值為始果期 數(shù)據(jù)處理 利用 軟件整理數(shù)據(jù) 采用 軟件作圖 借助 軟件利用單因素 方差分析 和鄧肯氏檢驗對不同處理進行差異顯著性分析 結(jié)果與分析 不同光質(zhì)組合對番茄開花習性及結(jié)果的影響 由表 可知 和 處理下番茄開花時間顯著提前 其中以 處理下番茄開花最早 比 對照提前 而 開花晚于 不同光質(zhì)處理下番茄第 穗花序的花數(shù)差異不大 可能其受品種的影 響更大 處理下 番茄植株的第 穗花序結(jié)果時間最早 比對照提前 表 不同光質(zhì)組合對番茄開花期性狀的影響 處理 始花時間 第 穗花序花數(shù) 始果期 注 不同字母表示處理間差異顯著 下同 圖 不同光質(zhì)組合對番茄葉片凈光合速率的影響 不同光質(zhì)組合對番茄葉片凈光合速率的影響 由圖 可知 和 處理下葉片的凈光合速 率顯著高于 分別比 增加 和 處 理與 差異不顯著 處理顯著低于 表明添加 藍光和紅藍光可增強番茄葉片光合能力 提高其碳同化 能力 而綠光降低番茄葉片的光合作用 對番茄碳同化 能力有負面影響 不同光質(zhì)組合對番茄葉片碳水化合物的影響 由表 可知 不同光質(zhì)下番茄葉片中可溶性糖 蔗 糖和淀粉含量存在明顯差異 和 處理葉片中 的可溶性糖含量顯著高于 分別比 增加 和 處理與 差異不顯著 處理顯著低于 蔗糖含量以 處理最高 最低 而 和 處理與 差異不顯著 淀粉含量以 處理 最高 和 處理顯著高于 處理與 差異不顯著 表明 處理下番茄葉片能夠積 累更多的碳水化合物 促進碳的轉(zhuǎn)化以供植物生長發(fā)育 表 不同光質(zhì)組合對番茄葉片可溶性糖 蔗糖和淀粉含量的影響 處理 可溶性糖含量 蔗糖含量 淀粉含量 第 期凌丹丹 等 不同光質(zhì)組合對番茄開花初期碳 氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響 不同光質(zhì)組合對番茄葉片碳代謝關(guān)鍵酶活性的影響 由圖 可知 與 相比 處理顯著提高葉片蔗糖合成酶 的活性 比 增加 而其他 處理均無顯著差異 和 處理的蔗糖磷酸合成酶 活性顯著高于 處理與 差 異不顯著 表明 處理下番茄葉片的糖分解代謝較強 同時 和 處理下番茄葉片與 相 比糖合成代謝顯著增強 圖 不同光質(zhì)組合對番茄葉片蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性的影響 不同光質(zhì)組合對番茄葉片全氮 可溶性蛋白和游離氨基酸含量的影響 由圖 可知 與 相比 和 處理顯著提高番茄葉片全氮含量 分別較 增加 和 和 處理與 差異不顯著 與 相比 處理顯著提高可溶性蛋白含量 較對照增加 而其他處理無顯著差異 和 處理的游離氨基酸含量顯著低于 處理與 差 異不顯著 表明 處理可促進番茄葉片蛋白質(zhì)的合成與積累 圖 不同光質(zhì)組合對番茄葉片全氮 可溶性蛋白和游離氨基酸含量的影響 圖 不同光質(zhì)組合對番茄葉片氮代謝酶活性的影響 不同光質(zhì)組合對番茄葉片氮代謝相關(guān)酶活性影響 由圖 可知 與 相比 處理顯著提高番茄葉片中硝酸還原酶 活性 比 增加 而其他處理無顯著差異 處理的谷氨酰胺合成酶 活性顯著高于 而其他處理與 差異不 顯著 和 處理的谷氨酸合成酶 活性顯著高于 與 差異不顯著 表明 處理可通過增加氮代謝相關(guān)酶活性促進氮的同化 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學 學 報第 卷 討論 番茄開花期是決定其產(chǎn)量和果實品質(zhì)的關(guān)鍵時期 期間的營養(yǎng)物質(zhì)積累尤為重要 而營養(yǎng)物質(zhì)積累受 光合作用及碳 氮代謝的影響 光質(zhì)對植株的光合能力 和碳 氮代謝過程 有明顯的調(diào)控作用 因 此 光質(zhì)可以調(diào)節(jié)番茄的開花時間 本試驗中 和 處理均使番茄提前開花結(jié)果 其中以 處理促進效果最明顯 這表明 處理下番茄植株的光合能力和碳 氮代謝更強 從而使番茄的開 花期提前 碳水化合物的積累為花芽分化過程提供結(jié)構(gòu)物質(zhì) 有利于促進番茄開花 糖類物質(zhì)是碳水化合物貯 藏和積累的主要形式 番茄葉片通過光合作用將二氧化碳還原成糖類物質(zhì) 因此糖和淀粉含量是衡量碳轉(zhuǎn) 化和積累的標準 本試驗中 番茄葉片可溶性糖和淀粉含量及蔗糖合成酶 的活性在 處理下最 高 蔗糖含量在 處理下最低 處理顯著提高 的活性 主要起分解蔗糖的作用 能夠促進 合成淀粉等碳水化合物 可溶性糖和淀粉積累為番茄形成花器官提供營養(yǎng)物質(zhì) 從而促進番茄開花 同 時 凈光合速率能夠反映不同光質(zhì)對番茄葉片碳同化能力的影響 本試驗中 和 處理的凈光合 速率顯著高于 紅光和藍光有利于提高葉片光合作用能力 其中藍光的促進效果更顯著 這與前人研 究結(jié)果一致 光質(zhì)能有效調(diào)控植物光合能力和植物體內(nèi)光合產(chǎn)物的積累與分配 從而影響植物 的生長發(fā)育 氮代謝與碳代謝相互聯(lián)系 密不可分 氮代謝產(chǎn)物的合成需要碳骨架 碳代謝過程需要氮代謝產(chǎn)物的 促進 在一定的范圍內(nèi) 葉片中氮含量與光合速率呈正相關(guān) 氮含量高的葉片中核酮糖 二磷酸羧化 酶含量多且活性高 從而促進碳的固定 氮的同化分為硝酸鹽的還原和銨的同化兩個步驟 硝酸還原酶 主要存在于細胞質(zhì)中 催化硝酸鹽還原成亞硝酸鹽 銨鹽在谷氨酰胺合成酶 和谷氨酸合成酶 的催化下反應生成氨基酸 活性反映植物的氮利用效率 和 活性反映植物氮素 同化能力的強度 可溶性蛋白是植物氮代謝的主要產(chǎn)物 氨基酸既是合成蛋白質(zhì)的主要原料 也是蛋 白質(zhì)降解的主要產(chǎn)物 本試驗中 處理的全氮和可溶性蛋白含量顯著高于 而游離氨基酸含 量顯著低于 處理的 活性顯著高于 紅藍組合光促進氮代謝活動和氮代謝 產(chǎn)物積累 這與前人研究結(jié)果一致 一方面 和 活性升高使葉片的蛋白質(zhì)降解代謝 下降 合成代謝加強 另一方面 藍光能促進線粒體暗呼吸以及葉綠素和類胡蘿卜素的合成 為氨基酸 的合成提供碳架 促進蛋白質(zhì)合成 綜上所述 白紅藍 組合光能夠提高番茄植株的光合能力 促進碳同化和氮吸收 加速營養(yǎng)物 質(zhì)積累 提高植株體內(nèi)養(yǎng)分 從而促進番茄開花結(jié)果 協(xié)調(diào)產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系 為番茄產(chǎn)量的提高奠定生理 基礎(chǔ) 參考文獻 趙雪惠 肖偉 郭建敏 等 補充藍光對設(shè)施栽培油桃光合性能及糖酸積累的影響 植物學報 曹凱 于捷 葉林 等 夜間 紅光處理促進設(shè)施育苗番茄營養(yǎng)生長提高產(chǎn)量 農(nóng)業(yè)工程學報 李江鵬 劉?？?黃志午 等 光譜對水稻灌漿期劍葉光合及葉綠素熒光特性的影響 中國農(nóng)業(yè)科學 第 期凌丹丹 等 不同光質(zhì)組合對番茄開花初期碳 氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響 周強 耿佳麒 王宇航 等 越橘花芽分化期葉片礦質(zhì)元素含量和 變化分析 東北農(nóng)業(yè)大學學報 劉奇峰 李卓蓉 吳江婷 等 不同氮素供給水平對 楊幼苗碳氮代謝的影響 林業(yè)科學研究 孫娜 魏珉 李巖 等 光質(zhì)對番茄幼苗碳氮代謝及相關(guān)酶活性的影響 園藝學報 寧宇 鄧惠惠 李清明 等 紅藍光質(zhì)對芹菜碳氮代謝及其關(guān)鍵酶活性的影響 植物生理學報 高俊鳳 植物生理學實驗指導 北京 高等教育出版社 薛應龍 植物生理學實驗手冊 上海 上?？茖W技術(shù)出版社 王學奎 植物生理生化實驗原理和技術(shù) 版 北京 高等教育出版社 肖春生 陳頤 鐘越峰 等 不同比例紅藍光對煙苗生長及碳氮代謝的影響 中國農(nóng)學通報 徐亞會 董守坤 李雪凝 等 干旱脅迫對春大豆氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響 核農(nóng)學報 徐文棟 劉曉英 焦學磊 等 藍光量對萵苣生長和品質(zhì)的影響 南京農(nóng)業(yè)大學學報 責任編輯 沈 波