番茄種子超重力處理對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)

晁元上

（臨泉縣農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法大隊(duì)，安徽 臨泉 236400）

干旱是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要威脅之一，水分的虧缺將使植物的生理發(fā)生變化，直接影響到作物產(chǎn)量的高低。因而，有關(guān)水分脅迫對(duì)蔬菜及農(nóng)作物生育及生理的影響研究也一直是逆境研究的熱點(diǎn)之一。眾所周知，全球能夠用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的淡水資源十分匱乏，研究如何提高蔬菜的抗旱能力十分重要。

超重力指的是在比地球重力加速度（9.8 m/s2）大得多的環(huán)境下，物質(zhì)所受到的力（包括引力或排斥力），利用超重力環(huán)境的技術(shù)稱為超重力技術(shù)（High Gravity Technology），在地球上可利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力來模擬超重力環(huán)境而得以實(shí)現(xiàn)。地球上的生物是適應(yīng)地球重力進(jìn)化而來的，地球上的生物如何適應(yīng)空間重力環(huán)境，是當(dāng)代空間生命科學(xué)中倍受關(guān)注的重要課題之一，超重力處理可作為一種新的育種方法應(yīng)用于作物育種。

本試驗(yàn)選用番茄（Lycopersicum esculentumMill.）為材料，對(duì)剛萌動(dòng)的種子進(jìn)行不同超重力處理，PEG 溶液模擬干旱條件，探討超重力條件對(duì)番茄生長發(fā)育的影響，為提高番茄抗旱能力尋求新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

供試番茄品種“改良中蔬四號(hào)”，在臨泉縣農(nóng)資市場上隨機(jī)購買，本試驗(yàn)在臨泉縣種子管理站及安農(nóng)大皖西北綜合試驗(yàn)站實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。具體試劑名稱及廠商見表1。具體儀器型號(hào)及廠商見表2。

表1 試劑名稱Tab.1 The name of reagent

表2 儀器型號(hào)Tab.2 Instrument type

1.2 試驗(yàn)處理方法

1.2.1 超重力處理

種子使用無菌水沖洗3 次，放入燒杯中，加入蒸餾水，在室溫下浸種4 h，然后用吸水紙吸干種子表面的水分，放入離心機(jī)進(jìn)行離心處理，超重力處理設(shè)置水平為1 000×g，2 h、2 000×g，2 h、3 000×g，2 h。

1.2.2 種子催芽

種子在超重力處理后，分別放于不同的培養(yǎng)皿中，貼好標(biāo)簽。培養(yǎng)皿內(nèi)鋪兩層濾紙，加蒸餾水，另設(shè)對(duì)照（未超重力處理，加蒸餾水），每皿放30粒種子。然后放入隔熱式電熱恒溫培養(yǎng)箱28℃，進(jìn)行催芽。

1.2.3 幼苗處理

種子萌發(fā)后播于裝有蛭石的營養(yǎng)缽（13 cm×13 cm）中培育，真葉顯露后用25%倍的園試營養(yǎng)液澆灌幼苗。待幼苗長至四葉一心時(shí)，用20%PEG 溶于25%倍的營養(yǎng)液中，進(jìn)行處理，每個(gè)處理選擇10 株生長一致的幼苗植株。設(shè)置5 個(gè)處理：未進(jìn)行處理的空白對(duì)照CK，20%PEG 溶液處理，20%PEG溶液+1 000×g、2 h 處理，20%PEG 溶液+2 000×g、2 h 處理，20%PEG溶液+3 000×g、2 h處理。

無土栽培營養(yǎng)液（日本園試）配方為：

大量元素（100 倍液）：A 液：Ca（NO3）2·4H2O 9.45 g 和KNO38.09 g定容到100 mL。

B液：MgSO4·7H2O 4.93 g，NH4H2PO41.53 g定容到100 mL。

微量元素（1000 倍液）：C 液：H3BO32.86 g，MnSO4·4H2O 2.13 g，ZnSO4·7H2O 0.22 g，CuSO4·5H2O 0.04 g，（NH4)6Mo7O24·4H2O 0.01 g定容到1 L。

D液：FeSO4·7H2O 13.9 g，Na2EDTA 18.6 g定容到1 L。

25%倍標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液配制：0.5 mLA 液+0.5 mLB 液+0.25 mL C液+0.25 mLD液混合定容到1 L。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 生物量的測定

處理1周后，分別從營養(yǎng)缽中取出幼苗清洗干凈，晾干水分，稱量鮮質(zhì)量；之后放入烘箱中105℃下殺青15 min，再在80℃下烘干至恒重，稱其干質(zhì)量。

1.3.2 根系活力的測定

根系活力的測定采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法。

1.3.3 葉綠素含量的測定

葉綠素含量的測定采用分光光度法。

1.3.4 丙二醛含量的測定

丙二醛含量的測定采用TBA（硫代巴比妥酸）顯色法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對(duì)所測定的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理，然后用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)番茄幼苗生物量的影響

從表3 可知，與對(duì)照（CK）相比，在20%PEG 溶液的處理下，番茄幼苗的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量顯著降低。但經(jīng)過超重力處理后的種子又明顯高于未離心的種子。其中1 000×g，2 h鮮質(zhì)量和干質(zhì)量略有增加，2 000×g，2 h 鮮質(zhì)量和干質(zhì)量顯著增加，3 000×g，2 h 鮮質(zhì)量和干質(zhì)量顯著增加。其中以2 000×g，2 h的種子和3 000×g，2 h的種子表現(xiàn)最優(yōu)。

表3 不同超重力處理對(duì)番茄生物量的影響Tab.3 The effect of hypergravity treatmemt on biomass of tomato

2.2 不同處理對(duì)番茄幼苗根系活力的影響

植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，根的生長狀況和活力水平直接影響地上部的生長和營養(yǎng)狀況及產(chǎn)量水平，根系活力的大小一定程度上反映了作物吸收養(yǎng)分能力的強(qiáng)弱。圖1 可明顯看出，與對(duì)照相比，20%PEG 溶液處理番茄幼苗根系活力均顯著降低；在20%PEG 溶液處理下，超重力處理各組根系活力均高于未超重力處理。在超重力處理的3組中，又以2 000×g，2 h 的根系活力最高。說明對(duì)番茄種子進(jìn)行2 000×g，2 h超重力處理可以提高種子的抗旱能力。

圖1 不同處理對(duì)番茄幼苗根系活力的影響Fig.1 The effect of different water stress stress on root activity of tomato

2.3 不同處理對(duì)番茄幼苗葉綠素含量的影響

葉綠體是植物體有機(jī)物合成的場所，葉綠素是光能的吸收器，葉綠素含量的高低直接決定植株有機(jī)物的合成能力。通過測定植株葉片的葉綠素含量可以判斷它合成有機(jī)物的能力。由圖2 可以看出，與對(duì)照相比，20%PEG 溶液處理番茄葉綠素含量均有所減少；在20%PEG 溶液處理下，超重力處理過的番茄幼苗葉綠素含量均高于未超重力處理。在超重力處理的3 組中，又以2 000×g，2 h 的葉綠素含量最高。說明對(duì)番茄種子進(jìn)行2 000×g，2 h超重力處理可以提高番茄幼苗的抗旱能力。

圖2 不同處理對(duì)番茄幼苗葉綠素含量的影響Fig.2 The effect of different different water stress on chlorophyll content of tomato

2.4 不同處理對(duì)番茄幼苗丙二醛含量的影響

MDA作為脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物，其含量的多少標(biāo)志著膜脂過氧化的程度。由圖3 可以看出，與對(duì)照相比，20%PEG 溶液處理番茄MDA 含量均有所增加；在20%PEG 溶液處理下，每組中超重力處理番茄幼苗MDA 含量低于未超重力處理。在超重力處理的3 組中，又以2 000×g，2 h 的丙二醛含量最低。說明對(duì)番茄種子進(jìn)行2 000×g，2 h超重力處理可以提高番茄幼苗的抗旱能力。

圖3 不同處理對(duì)番茄幼苗丙二醛含量的影響Fig.3 The effect of different different water stress on MDA content of tomato

3 討論

超重力環(huán)境作為一種極端的物理?xiàng)l件，可以突破地球重力場的限制，創(chuàng)造出更多的新技術(shù)，并已在生物科學(xué)中逐漸得到應(yīng)用，例如可用于超氧化物歧化酶發(fā)酵、透明質(zhì)酸發(fā)酵等。干旱脅迫是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一大自然災(zāi)害，應(yīng)用常規(guī)育種方法培育耐旱植物獲得變異植株需要的時(shí)間長，未有突破性進(jìn)展。利用重力技術(shù)育種是近年來應(yīng)用的一項(xiàng)重要技術(shù)。

本試驗(yàn)研究番茄種子超重力處理對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，結(jié)果顯示，與對(duì)照相比，在干旱脅迫下，鮮質(zhì)量和干質(zhì)量都顯著降低，說明PEG 處理產(chǎn)生脅迫作用，有效物質(zhì)合成受阻，生長受抑，干鮮比的值都顯著增加。但是經(jīng)過超重力處理下的植株干質(zhì)量和鮮質(zhì)量都顯著增加，干鮮比的值都顯著降低。說明經(jīng)過超重力處理的種子發(fā)育成的幼苗要比未處理的干鮮比降低，幼苗吸水能力增強(qiáng)。

進(jìn)一步研究了種子超重力處理下，番茄幼苗期對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，結(jié)果表明，與對(duì)照相比，葉綠素含量和根系活力顯著降低，丙二醛含量顯著增高，說明幼苗受到干旱脅迫危害。相對(duì)應(yīng)其中又以2 000×g，2 h 超重力處理的種子，幼苗生物量、葉綠素含量和根系活力均高于其他超重力處理，同時(shí)丙二醛含量低于其他超重力處理，表現(xiàn)出一定的抗旱性。說明2 000×g，2 h 超重力處理的番茄種子，能夠在一定程度上提高番茄植株的耐旱性。