随着全球气候变暖,高温环境制约着植物的生长发育。研究表明,全球各地各类作物,在高温情况都会加速衰老,产量下降乃至绝产,导致全世界粮食安全问题日益加剧,严重影响人们的生存条件。Lobell和Asner[5]表明植物生长季的平均温度升高1 ℃,也会严重影响植物的生产,作物产量将会下降17% 。研究表明,在高温环境下喷施外源化合物,如ABA、水杨酸(SA)、乙烯、CaCl2等物质,能够提高作物抵抗高温的能力。徐向东等[6~7]研究证明,高温胁迫下,用50~100 μmol/L的褪黑素处理黄瓜,能够维持了较高的抗氧化胁迫有关的酶(APx、GR等)的活性,减少活性氧的发生,提高黄瓜AsA 和GSH等抗氧化物质的含量,以此维持细胞膜的完整性,加强黄瓜抵抗高温的能力。
高温胁迫环境中,喷施外源褪黑素可促使黄瓜幼苗抗坏血酸代谢活性、氮代谢能力和ROS清除能力的提高,使黄瓜幼苗在高温情况下的生长不受抑制[8]。在正常环境条件下,植物体内的抗氧化酶系统和抗氧化物质使得植物体内所产生的O2-、H2O2和·OH等活性氧处于一个动态平衡状态。高温胁迫则使该平衡状态被打破,抑制植物生长发育。褪黑素能够维持较高的抗氧化物酶活性,减少ROS对细胞膜的损伤,保持细胞膜稳定性,以此提高植物耐高温的能力。除此之外,植物在高温状态下会启动热激蛋白,以此来改变植物的耐热性。褪黑素可能促进增加热激蛋白的含量来加强植物的耐热能力。由此可知,在植物体内外源褪黑素起着自由基清除剂和抗氧化剂的功能,通过维持植株体内较高的抗氧化酶活性,降低活性氧的产生速率,促进植物抗氧化物质的产生,增强植物抵御高温胁迫的能力。
草莓时常因夏季高温而难以度夏,高温时常伴随着干旱的发生,持续的高温胁迫对草莓着果和果实发育照成不良影响[9],严重制约着草莓行业的发展。越冬时,如果草莓保护措施不足,同时温室低温逆转的现象的存在,草莓在生产中经常会因为偶发性的短时低温导致伤害[10],同时植物的光合器官又是冷敏感器官。
任何作物都有其最适的生长温度范围,在这个范围之外,会对植物形成温度胁迫,温度过高则导致高温胁迫,温度过低则导致低温胁迫,严重影响着植物的生长发育过程。长时间的温度胁迫,抗氧化酶活性的变化会依据抗氧化酶的种类和植物的种类不同,导致不同酶活性的变化趋势。在正常情况下,植物体内会产生活性氧。植物在环境胁迫下,活性氧的产生增加,植物体内有一套完整的抗氧化酶系统对抗其有害作用。
面对温度胁迫问题,在生产中,对栽培作物进行叶面喷施、根际施用一些合适的外源物质(激素、渗透调节物质和抗氧化剂类等),协调植物代谢过程、增强植物抵抗温度胁迫的能力、从而提高作物产量、改善作物品质。
本文主要研究不同温度胁迫下外源褪黑素对草莓生长发育的影响。在高温及低温胁迫时,分别喷施清水、褪黑素处理,分析比较各株系草莓叶片中的SOD、POD、CAT的活性、内源褪黑素含量等生理指标,筛选出缓解温度胁迫的最佳褪黑素浓度,确定叶面喷施褪黑素对温度胁迫下草莓生长发育的调节功能。
1 材料与方法
1.1 供试材料
以草莓“红颊”为试验材料,试验材料来自江苏省镇江市农科院。褪黑素(S20287~25g)(Melatonin,缩写为MT)购买于上海源叶生物科技有限公司(中国),其纯度≥99%。
1.2 试验设计
1.2.1 确定最佳的褪黑素浓度
将生长状况相似的草莓苗移栽至盆中,每盆1株。在光照培养箱中设定光照强度为30000 lx,每天光照10 h,培养5天后,取15盆草莓,叶片分别喷0、25、50、100和150 μmol·L-1 褪黑素,做3个重复,以叶面喷施清水为对照(CK)。喷施以叶片滴水为准,于每日下午5点进行,每两日喷施一次,共喷施3次。分析比较各处理草莓叶片中的MDA、可溶性糖含量,SOD、POD、CAT活性及内源褪黑素含量等生理指标,确定最佳的浓度处理。 不同温度胁迫下外源褪黑素对草莓生长发育的影响(3):http://www.chuibin.com/shengwu/lunwen_205991.html