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Effects of exogenous 24-epibrassinolide on leaf morphology and photosynthetic characteristics of tomato seedlings under low light stress.

外源24-表油菜素内酯对弱光胁迫下番茄幼苗叶片形态及光合特性的影响


以弱光敏感型番茄品种‘基尔斯’为试验材料,采用营养液栽培,研究了外源24-表油菜素内酯对弱光胁迫下番茄幼苗叶片形态和光合特性的影响.结果表明:弱光胁迫下番茄幼苗叶片形态产生适应性变化,叶面积、比叶面积、茎叶夹角、茎叶垂角、垂度均显著提高,而叶片干质量显著降低;最大净光合速率、表观量子效率、暗呼吸速率、羧化效率、Rubisco大亚基含量均显著降低,而光补偿点和CO2补偿点显著升高.弱光胁迫下叶面喷施24-表油菜素内酯后,叶面积、叶片干质量、茎叶夹角、茎叶垂角分别增加14.1%、57.1%、12.3%和7.7%,比叶面积、垂度分别减小30.5%和10.6%;表观量子效率、暗呼吸速率、羧化效率分别提高20.4%、17.9%和9.3%,光补偿点、CO2补偿点分别降低21.9%和4.3%,差异均达到显著水平;Rubisco大亚基含量也显著升高.说明外源24表油菜素内酯可以通过提高弱光下番茄幼苗叶片的表观量子效率、暗呼吸速率、羧化效率及Rubisco含量,降低光补偿点和CO2补偿点,并维持叶片形态的稳定性,来改善光合性能,有效缓解弱光胁迫对番茄幼苗的伤害.
 

This study investigated the effects of exogenous 24-epibrassinolide (EBR) on the leaf morphology and photosynthetic characteristics of tomato seedlings (cv. Jiersi) cultured hydroponically under low light stress. The results showed that low light stress induced adaptive changes in the leaf morphology of tomato seedling. Low light stress significantly increased the leaf area, specific leaf area, angle between stem and leaf, vertical angle and cable bent, but significantly decreased the dry mass of leaf. Low light stress also significantly decreased the maximum net photosynthetic rate, apparent quantum yield, dark respiration rate, carboxylation efficiency and Rubisco large subunit content. The light compensation point and carbon dioxide compensation point were dramatically enhanced under low light stress. However, foliar spraying EBR significantly increased the leaf area, leaf dry mass, angle between stem and leaf, vertical angle by 14.1%, 57.1%, 12.3% and 7.7% under low light stress, respectively. EBR significantly decreased the specific leaf area and cable bent by 30.5% and 10.6% in low light stressed plants. In addition, EBR significantly enhanced the apparent quantum yield, dark respiration rate and carboxylation efficiency by 20.4%, 17.9% and 9.3%, respectively, but significantly reduced the light compensation point and carbon dioxide compensation point by 21.9% and 4.3% under low light stress. Moreover, EBR also significantly increased the Rubisco large subunit content in low light stressed leaves. These results suggested that application of exogenous EBR could effectively alleviate the inhibition of photosynthesis induced by low light stress via improving the apparent quantum yield, dark respiration rate, carboxylation efficiency and Rubisco content, and maintaining the stability of leaf morphology, thus low light tolerance of tomato seedlings.


全 文 :外源 24⁃表油菜素内酯对弱光胁迫下番茄
幼苗叶片形态及光合特性的影响∗
李  宁  郭世荣  束  胜  孙  锦∗∗
(南京农业大学园艺学院 /农业部南方蔬菜遗传改良重点开放实验室, 南京 210095)
摘  要  以弱光敏感型番茄品种‘基尔斯’为试验材料,采用营养液栽培,研究了外源 24⁃表油
菜素内酯对弱光胁迫下番茄幼苗叶片形态和光合特性的影响.结果表明:弱光胁迫下番茄幼
苗叶片形态产生适应性变化,叶面积、比叶面积、茎叶夹角、茎叶垂角、垂度均显著提高,而叶
片干质量显著降低;最大净光合速率、表观量子效率、暗呼吸速率、羧化效率、Rubisco 大亚基
含量均显著降低,而光补偿点和 CO2补偿点显著升高.弱光胁迫下叶面喷施 24⁃表油菜素内酯
后,叶面积、叶片干质量、茎叶夹角、茎叶垂角分别增加 14.1%、57.1%、12.3%和 7.7%,比叶面
积、垂度分别减小 30.5%和 10.6%;表观量子效率、暗呼吸速率、羧化效率分别提高 20.4%、
17.9%和 9.3%,光补偿点、CO2补偿点分别降低 21.9%和 4.3%,差异均达到显著水平;Rubisco
大亚基含量也显著升高.说明外源 24⁃表油菜素内酯可以通过提高弱光下番茄幼苗叶片的表
观量子效率、暗呼吸速率、羧化效率及 Rubisco含量,降低光补偿点和 CO2补偿点,并维持叶片
形态的稳定性,来改善光合性能,有效缓解弱光胁迫对番茄幼苗的伤害.
关键词  24⁃表油菜素内酯; 弱光; 番茄; 形态; 光合特性
∗国家自然科学基金项目(31071831,31272209)和现代农业产业技术体系建设专项(CARS⁃25⁃C⁃03)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: jinsun@ njau.edu.cn
2014⁃03⁃14收稿,2015⁃01⁃03接受.
文章编号  1001-9332(2015)03-0847-06  中图分类号  S641.2  文献标识码  A
Effects of exogenous 24⁃epibrassinolide on leaf morphology and photosynthetic characteristics
of tomato seedlings under low light stress. LI Ning, GUO Shi⁃rong, SHU Sheng, SUN Jin (Col⁃
lege of Horticulture, Nanjing Agricultural University / Key Laboratory of Southern Vegetable Crop Ge⁃
netic Improvement, Ministry of Agriculture, Nanjing 210095, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015,
26(3): 847-852.
Abstract: This study investigated the effects of exogenous 24⁃epibrassinolide (EBR) on the leaf
morphology and photosynthetic characteristics of tomato seedlings (cv. Jiersi) cultured hydroponi⁃
cally under low light stress. The results showed that low light stress induced adaptive changes in the
leaf morphology of tomato seedling. Low light stress significantly increased the leaf area, specific
leaf area, angle between stem and leaf, vertical angle and cable bent, but significantly decreased
the dry mass of leaf. Low light stress also significantly decreased the maximum net photosynthetic
rate, apparent quantum yield, dark respiration rate, carboxylation efficiency and Rubisco large sub⁃
unit content. The light compensation point and carbon dioxide compensation point were dramatically
enhanced under low light stress. However, foliar spraying EBR significantly increased the leaf area,
leaf dry mass, angle between stem and leaf, vertical angle by 14.1%, 57.1%, 12.3% and 7.7%
under low light stress, respectively. EBR significantly decreased the specific leaf area and cable
bent by 30.5% and 10.6% in low light stressed plants. In addition, EBR significantly enhanced the
apparent quantum yield, dark respiration rate and carboxylation efficiency by 20.4%, 17.9% and
9.3%, respectively, but significantly reduced the light compensation point and carbon dioxide com⁃
pensation point by 21.9% and 4.3% under low light stress. Moreover, EBR also significantly in⁃
creased the Rubisco large subunit content in low light stressed leaves. These results suggested that
application of exogenous EBR could effectively alleviate the inhibition of photosynthesis induced by
low light stress via improving the apparent quantum yield, dark respiration rate, carboxylation effi⁃
ciency and Rubisco content, and maintaining the stability of leaf morphology, thus low light
tolerance of tomato seedlings.
Key words: 24⁃epibrassinolide; low light stress; tomato; morphology; photosynthetic performance.
应 用 生 态 学 报  2015年 3月  第 26卷  第 3期                                                         
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2015, 26(3): 847-852
    番茄(Solanum lycopersicum)起源于安第斯山脉
的秘鲁、厄瓜多尔等热带、亚热带地区[1],属喜光蔬
菜作物,其正常生长发育乃至进化都要求一定的光
照水平.弱光是指环境光照强度短时间或者持久显
著低于植物光饱和点,但不低于限制其生存的光补
偿点[2],是影响设施番茄优质高效生产的重要环境
因素之一.设施园艺具有技术和资本集约的特点.其
提高了农业资源的利用率,保证了园艺产品的优质
高产,尤其是蔬菜、瓜果的全年均衡供应,是解决现
代农业发展、资源及环境三大问题的重要途径[3] .当
前中国园艺设施仍主要采用简易型日光温室和竹木
结构塑料拱棚,缺乏有效抵御冬春季寡照等不利气
候的措施,温室内相对光强只有露地的 50%左右,
部分区域不足 28%[4] .同时,由于设施覆盖材料透光
率变化、环境污染以及季节性不良气候的影响,温室
内经常产生弱光逆境.叶片是植物进行光合作用的
主要器官,在弱光环境中,其形态结构会产生适应性
变化,直接影响到光合速率,进而影响植株生长发育
进程[5] .
24⁃表油菜素内酯 ( EBR)是从油菜 ( Brassica
campestris)花粉中分离出来的甾醇内酯结晶化合物,
现已被公认为是第六大植物激素.近年来,关于油菜
素内酯提高植物逆境胁迫抗性的生理和分子生物学
研究日趋深入,许多研究证实,EBR 在增强植株对
盐[6]、干旱[7]、重金属等[8]多种生物或非生物胁迫
的抗性方面具有重要作用,在农林业生产上可广泛
应用[9] .Yu等[10]指出,外源 EBR不仅能防止黄瓜光
抑制现象的发生,而且处理 1 d 后净光合速率显著
提高.然而有关外源 EBR 改善弱光胁迫下番茄幼苗
光响应曲线特性及 Rubisco 含量与羧化活性的报道
较少,对叶片形态的影响还未见报道.因此,本试验
以弱光敏感型番茄品种为材料,在人工气候室内模
拟弱光环境,检测了外源 EBR对弱光胁迫下番茄幼
苗叶片形态、Pn⁃PPFD及 Pn⁃C i响应曲线、曲线参数、
Rubisco大亚基含量的影响,初步探讨外源 EBR 调
控番茄植株弱光胁迫耐受性、改善光合性能的生理
机制,为外源 EBR在番茄抗逆栽培中的有效利用奠
定理论依据.
1  材料与方法
1􀆰 1  材料培养
供试番茄品种为弱光敏感型品种‘基尔斯’,种
子由山东省寿光问天种业有限公司提供.试验于
2013年 9—11 月在南京农业大学人工气候室内进
行.种子经消毒后于 55 ℃温水中浸泡 10 min,然后
在清水中浸种 6 h,28 ℃催芽,挑选饱满、整齐一致
的种子播于装有石英砂的育苗盘中.育苗期间平均
昼 /夜温度为 22 ~ 28 ℃ / 16 ~ 18 ℃,光合有效辐射
(PPFD)为 500 μmol·m-2·s-1,相对湿度维持在
60%~ 70%.待子叶展平后,每 2 d 浇灌一次 1 / 2
Hoagland营养液 ( pH 6. 3 ± 0. 1, EC 2. 2 ~ 2. 5
mS·cm-1).幼苗长到三叶一心时,挑选整齐一致、
长势较好的植株移栽于 20 L长方体塑料水箱中,每
个水箱定植 12株.每 4 d更换一次营养液,气泵间歇
式通气(每 0.5 h通气 20 min).
1􀆰 2  试验处理
于移栽次日进行如下处理:正常光照(CK, 500
μmol·m-2 ·s-1 )、正常光照 + 0. 1 mg· L-1 EBR
(CE)、弱光(LL, 80 μmol·m-2·s-1)、弱光+ 0. 1
mg·L-1 EBR(LE),整个试验处理期间人工气候室
内平均昼、夜温度为 28 ~ 30 ℃ / 16 ~ 18 ℃ .每天
16:00叶面喷施 EBR,以叶面正反两面全部湿润且
无液体滴下为宜,对照和弱光处理喷施等量的蒸馏
水.每个处理 24 株(2 个水箱),重复 3 次.处理 15 d
后,大部分番茄植株上着生 6 ~ 7 片真叶,部分植株
开始出现花蕾,此时进行叶片形态、光合参数和
Rubisco大亚基蛋白免疫印迹分析.单株等位取样,
重复测定 3次,取平均值.番茄品种、弱光处理强度、
叶面喷施 EBR浓度及处理天数均根据预备试验筛
选确定.
1􀆰 3  测定项目与方法
1􀆰 3􀆰 1叶片形态指标测定  选取各处理生长点下第
3片完全展开功能叶(处理后新长出的叶片,下同),
用台式扫描仪(EPSON⁃EXPERSSION 1680)及图像
分析软件 Win RHIZO(加拿大 Regent Instruments 公
司)分析叶面积;叶片用去离子水冲洗干净,吸干表
面水分,在烘箱中 105 ℃下杀青 15 min,然后降温到
75 ℃下烘干至恒量,用万分之一电子天平测定干质
量.比叶面积按以下公式计算:比叶面积 =叶面积 /
叶片干质量;参考周紫阳[11]的田间直接测量法,用
直尺和圆规测量茎叶夹角、垂角、垂度(图 1).
1􀆰 3􀆰 2光合特性测定  选取各处理生长点下第 3 片
完全展开功能叶,用 Li⁃6400 XT 型光合仪(美国 Li⁃
Cor公司)测定植株光合作用参数.设置叶室温度为
25 ℃,设定光强梯度:1400、1200、1000、800、600、
400、200、150、100、50、25、0 μmol·m-2·s-1,测定每
个光强下的 Pn,以光合有效辐射(PPFD)为横轴制
作光响应曲线Pn ⁃PPFD,并以200 μmol·m
-2·s-1
848 应  用  生  态  学  报                                      26卷
图 1  番茄叶片生长角度测量示意图
Fig.1  Schematic map for growth angle measurement of tomato
leaves.
1)茎叶夹角 Angle between stem and leaf; 2)茎叶垂角 Vertical angle;
OA: 垂度 Cable bent.
光强下的 Pn⁃PPFD 直线斜率作为表观量子效率
(AQY),以直线与横轴交点的 PPFD 值为光补偿点
(LCP),暗呼吸速率(Rd)用 SPSS 20.0 软件对 Pn⁃
PPFD曲线采用直角双曲线模型拟合求得.利用闭合
通路,设定不同 CO2浓度:1000、800、600、400、200、0
μmol·mol-1,在 1000 μmol·mol-1光强下测定 Pn,
以 CO2浓度为横轴制作光合速率⁃胞间二氧化碳浓
度(Pn⁃C i)响应曲线,并以小于 200 μmol·mol
-1的
Pn⁃C i曲线斜率表示羧化效率(CE),直线与横轴交
点的 CO2值为 CO2补偿点.
1􀆰 3􀆰 3 Rubisco大亚基蛋白免疫印迹分析   将 0.5 g
冷冻的叶片加入 1 mmol·L-1总蛋白提取液,总蛋白
提取液为 30 mmol·L-1 Tris⁃HCl 缓冲液(pH 8.7),
含 1 mmol·L-1 EDTA⁃Na2,5 mmol·L
-1 MgCl2 ·
6H2O, 0. 7 mol · L
-1 蔗糖, 1 mmol · L-1 DTT,
1 mmol·L-1 PMSF,1 mmol·L-1 AsA.冰浴研磨,所
得溶液转入 1􀆰 5 mL离心管,4 ℃下 12000×g离心 11
min,取上清液,4 ℃下 12000×g 再离心 11 min,所得
上清液即为可溶性蛋白粗提液,用于蛋白质定量.定
量后的蛋白质在95 ℃水浴变性3~5 min,置于-20 ℃
下贮存待分析.
将提取所得的蛋白用于蛋白免疫印迹分析,采
用 Lu 等[12]的方法检测 Rubisco 大亚基表达差异.
SDS⁃PAGE电泳上样量为 12 μg,电泳结束后,用半
干转印仪将凝胶上的蛋白转移至 0.45 μm 的 PVDF
膜上,在含 20%甲醇的 0.01 mol·L-1 TPBS 缓冲液
[1 L溶液含 NaCl 8.0 g, KCl 0.2 g, Na2HPO4 1.44
g, KH2PO4 0. 24 g, 0. 2% ( V / V) TWEEN⁃20, pH
7􀆰 4]中平衡 PVDF 膜 5 min.采用 5%的脱脂奶粉封
闭 2 h,用 TPBS溶液清洗 3次,再将清洗过的 PVDF
膜浸泡在含兔抗 Rubisco 抗体(按 1 ∶ 3000 稀释,
Rubisco一抗)的 TPBS缓冲液中,4 ℃过夜,室温下
孵育 1 h,然后在含二抗羊抗兔抗体 (HRP⁃conju⁃
gate, 按 1 ∶ 2000稀释)的 TPBS 缓冲液中孵育 1 h,
最后再用 TPBS 溶液清洗 3 次,得到的杂交产物用
DAB和 H2O2 显色.
1􀆰 4  数据处理
利用 Microsoft Excel 2010及 SPSS 20.0软件,采
用 Duncan多重比较法(P<0.05)对数据进行统计分
析及作图.
2  结果与分析
2􀆰 1  外源 EBR对弱光胁迫下番茄幼苗叶片形态的
影响
由表 1 可知,与对照相比,外源喷施 EBR 对番
茄幼苗叶片形态无显著影响.弱光胁迫下,叶面积、
比叶面积、茎叶夹角、茎叶垂角、垂度均显著高于对
照,分别增加 15. 2%、 188. 9%、 14. 1%、 11. 5% 和
23􀆰 0%,而叶片干质量显著低于对照.弱光胁迫下喷
施 EBR后,叶面积、叶片干质量、茎叶夹角、茎叶垂
角分别显著增加 14.1%、57.1%、12.3%、7.7%,比叶
面积、垂度显著降低 30.5%、10.6%.表明弱光胁迫下
番茄叶片形态结构产生了一定的适应性变化,而喷
施外源 EBR有助于维持叶片形态的稳定性.
表 1  外源 EBR对弱光胁迫下番茄幼苗叶片形态的影响
Table 1  Effects of exogenous EBR on leaf morphology of tomato seedlings under low light stress (mean±SE)
处理
Treatment
叶面积
Leaf area
(cm2)
叶片干质量
Leaf dry mass
(g)
比叶面积
Specific leaf area
(cm2·g-1)
茎叶夹角
Angel between
stem and leaf
(°)
茎叶垂角
Vertical angle
between stem
and leaf (°)
垂度
Cable bent
(cm)
CK 48.0±1.50c 1.7±0.10a 28.0±0.87c 42.7±1.76c 54.7±1.45c 21.4±0.50b
CE 51.3±1.45bc 1.8±0.03a 29.3±0.83c 43.3±0.88bc 56.3±1.20c 21.8±0.90b
LL 55.3±2.00b 0.7±0.07c 80.9±1.99a 48.7±1.76b 61.0±0.58b 26.3±0.61a
LE 63.1±1.25a 1.1±0.09b 56.2±1.12b 54.7±2.33a 65.7±1.76a 23.5±1.24b
CK: 自然光 Natural light; CE: 自然光加 EBR处理 Natural light with 0.1 mg·L-1EBR; LL: 弱光处理 Low light stress; LE: 弱光加 EBR处理 Low
light stress with 0.1 mg·L-1EBR. 不同字母表示处理间差异显著(P<0.05) Different letters indicated significant difference among treatments at 0.05
level. 下同 The same below.
9483期              李  宁等: 外源 24⁃表油菜素内酯对弱光胁迫下番茄幼苗叶片形态及光合特性的影响     
图 2  外源 EBR对弱光胁迫下番茄幼苗叶片 Pn ⁃PPFD 响应
曲线的影响
Fig.2  Effects of exogenous EBR on Pn ⁃PPFD curve in leaves of
tomato seedlings under low light stress.
CK: 自然光 Natural light; CE: 自然光加 EBR处理 Natural light with
0.1 mg·L-1EBR; LL:弱光处理 Low light stress; LE:弱光加 EBR处
理 Low light stress with 0.1 mg·L-1EBR.下同 The same below.
2􀆰 2  外源 EBR 对弱光胁迫下番茄幼苗叶片 Pn⁃
PPFD响应曲线的影响
如图 2 所 示, 各 处 理 PPFD 在 0 ~ 1400
μmol·m-2·s-1变化时,Pn均随 PPFD 的增强而逐
渐增大.当 PPFD增大至 1000 μmol·m-2·s-1后,Pn
变化平缓,说明该品种黄瓜幼苗的光饱和点为 1000
μmol· m-2 · s-1,此时对照的最大净光合速率
(Pn max)为 12.3 μmol·m
-2·s-1;与对照相比,外源
喷施 EBR 对 Pn⁃PPFD 响应曲线的影响不大,变化
趋势与对照相似.弱光胁迫处理 Pn随 PPFD 的增加
幅度小于对照,当 PPFD为 1000 μmol·m-2·s-1时,
Pn max为 6.7 μmol·m
-2·s-1;弱光胁迫下喷施 EBR
后,Pn随 PPFD增加的幅度介于对照和弱光处理之
间,当 PPFD为 1000 μmol·m-2·s-1时,Pn max为 9.4
μmol·m-2·s-1 .说明弱光胁迫显著降低了黄瓜幼苗
光饱和点下的 Pn max,而施用 EBR 后使光饱和点下
的 Pn max显著升高,但仍低于对照.
2􀆰 3  外源 EBR 对弱光胁迫下番茄幼苗叶片 Pn⁃C i
响应曲线的影响
图 3  外源 EBR对弱光胁迫下番茄幼苗叶片 Pn ⁃Ci响应曲线
的影响
Fig.3  Effects of exogenous EBR on Pn ⁃Ci curve in leaves of to⁃
mato seedlings under low light stress.
    各 C i在 0~1000 μmol·mol
-1变化时,Pn均随 C i
的增加而逐渐增大,其中以对照的增幅最大.当对照
处理 C i达到 800 μmol·mol
-1时,Pn变化趋于平缓,说
明该品种黄瓜幼苗的 CO2饱和点为 800 μmol·mol
-1;
与对照相比,CO2饱和点下外源喷施 EBR 对 Pn⁃Ci响
应曲线的影响不明显,变化趋势与对照相似.CO2饱和
点下,弱光显著降低了黄瓜幼苗叶片的 Pn,而喷施
EBR后,Pn显著升高,但仍低于对照(图 3).
2􀆰 4  外源 EBR 对弱光胁迫下番茄幼苗叶片 Pn⁃
PPFD和 Pn⁃C i响应曲线参数的影响
由表 2 可知,与对照相比,外源喷施 EBR 对番
茄幼苗叶片 Pn⁃PPFD和 Pn⁃C i响应曲线参数的影响
差异不显著.弱光胁迫下,表观量子效率(AQY)、暗
呼吸速率(Rd)、羧化效率(CE)均显著低于对照,分
别降低 26.9%、25.0%和 25.9%,而光补偿点(LPC)、
CO2补偿点 ( CCP ) 均显著高于对照,分别增加
28􀆰 7%和 12.0%.弱光胁迫下喷施 EBR后,AQY、Rd、
CE分别显著增加 20.4%、17.9%和 9.3%,而 LCP 和
CCP 分别显著降低 21.9%和 4.3%.表明外源 EBR可
通过提高弱光胁迫下番茄幼苗叶片 AQY、Rd、CE,并
降低 LCP 和 CCP,来提升植株光合性能.
表 2  外源 EBR对弱光胁迫下番茄幼苗叶片 Pn ⁃PPFD和 Pn ⁃Ci响应曲线参数的影响
Table 2  Effects of exogenous EBR on Pn ⁃PPFD and Pn ⁃Ci curve parameters in leaves of tomato seedlings under low light
stress
处理
Treatment
表观量子效率
AQY
(mol·mol-1)
光补偿点
LCP
(μmol·m-2·s-1)
暗呼吸速率
Rd
(μmol·m-2·s-1)
羧化效率
CE
(mol·m-2·s-1)
CO2补偿点
CCP
(μmol·mol-1)
CK 0.067±0.003a 33.4±2.35b 2.24±0.069a 0.058±0.004a 138.2±9.34c
CE 0.064±0.002a 34.7±2.23b 2.22±0.061a 0.056±0.003a 141.0±9.56c
LL 0.049±0.003c 43.0±3.18a 1.68±0.039c 0.043±0.002c 154.8±9.85a
LE 0.059±0.003b 33.6±2.89b 1.98±0.055b 0.047±0.002b 148.2±9.41b
058 应  用  生  态  学  报                                      26卷
图 4  弱光胁迫下番茄幼苗叶片 Rubisco大亚基的蛋白免疫
印迹分析
Fig.4  Western blot analysis on Rubisco large subunit in leaves
of tomato seedlings under low light stress.
2􀆰 5  外源 EBR 对弱光胁迫下番茄幼苗叶片 Rubi⁃
sco大亚基影响的蛋白免疫印迹分析
如图 4 所示,与对照相比,外源喷施 EBR 后番
茄幼苗叶片 Rubisco大亚基含量显著升高.弱光胁迫
下,Rubisco大亚基含量显著下降,喷施 EBR 后其含
量显著升高,与 CE的变化趋势相吻合.
3  讨    论
光合作用是植物生长发育的基础,是植物合成
有机物质和获得能量的根本来源.有研究表明,光照
强度是设施栽培中影响作物生长发育的关键因子,
同时也是限制因子[13] .研究弱光对设施作物生长发
育的影响并寻求其克服方法与途径,对实现设施作
物高效生产具有重要的理论与实践意义.叶片是植
物光合作用的主要器官,是进化过程中对环境变化
较敏感且可塑性较大的器官,因而植物对外界不同
选择压力的适应性反应也较多地体现在叶片的形态
结构上[14] .本试验中,弱光胁迫下番茄幼苗叶片干
质量下降、叶面积增大,导致比叶面积增大,即叶片
更大、更薄,有利于在有限光照下吸收更多的光能用
于光合作用.这可能是一种保护性适应.叶角是度量
植株叶片上冲挺直程度的参数,叶角越小,叶片越上
冲挺直.对照光强下,茎叶夹角和垂角均为锐角,说
明叶片上扬,株幅较小,株型紧凑.遮阴后,茎叶夹角
和垂角均增大,说明其株幅变大且叶片下垂,有利于
叶片接受更多的光照,以弥补光照不足的劣势.这也
是植株对弱光产生的适应性变化.这与朱延姝等[15]
的研究结果一致.弱光下喷施 EBR 后,叶面积、叶角
继续增大,叶片在空间的姿态和分布上更加合理,有
利于叶片捕获更多的光能,以改善弱光对番茄幼苗
的不利影响.
弱光条件下的光合效率是描述光合器官功能和
运转状态的基本指标[16] .Pn⁃PPFD 响应曲线分析表
明,光饱和点下,弱光胁迫显著降低了番茄幼苗叶片
的 Pn max,而施用 EBR使光饱和点下的 Pn max显著提
高;同时,CO2饱和点下,弱光显著降低了黄瓜幼苗
叶片的 Pn,而喷施 EBR后 Pn显著升高.说明弱光胁
迫下,外源施用 EBR可明显改善黄瓜幼苗的光合效
率.光响应曲线和 CO2响应曲线中的表观量子效率、
羧化效率、光补偿点、CO2补偿点、暗呼吸速率等参
数,能反映环境条件及植物自身生理状况对光合效
率的影响[17] .表观量子效率是光合作用光能转化最
大效率的一种度量,其值越大,光能的利用效率越
高.光补偿点是反映植物利用光能状况的生理指标,
可直接反映植物对弱光的利用能力,是耐阴性评价
的重要指标[18] .暗呼吸是植株分解光合产物的生理
过程,弱光下暗呼吸速率的降低有利于同化产物的
积累.本试验结果表明,弱光胁迫下番茄幼苗叶片的
表观量子效率和羧化效率降低,而光补偿点和 CO2
补偿点升高,表明番茄叶片光合能力减弱.这与胡文
海等[19]的研究结果一致.弱光下喷施 EBR提高了番
茄幼苗叶片的表观量子效率、暗呼吸速率和羧化效
率,并降低了光补偿点和 CO2补偿点,显著提升了植
株光合性能.这与 Anuradha等[20]提出的油菜素内酯
能提高弱光胁迫下植株光合性能的观点一致.
弱光胁迫会抑制植物卡尔文循环活性,导致
CO2摄取受阻,从而引起植物光合效率降低.在某些
情况下,核酮糖⁃1,5⁃二磷酸羧化酶 /加氧酶(Rubi⁃
sco)含量、活性及核酮糖⁃1,5⁃二磷酸(RuBP)再生
速率会成为非气孔限制因素.Rubisco 是光合作用暗
反应过程中催化碳同化代谢最初步骤的酶,对提高
植物的胁迫耐性起着重要作用[21] .在高等植物叶片
中 Rubisco含量占可溶性蛋白的 50%以上,其初始
活力下降是光合能力衰退的最直接内在因素[22] .本
试验结果表明,弱光胁迫下植株的 Rubisco 含量降
低,限制了 CO2的同化效率和光合电子的传递速率,
光反应同化力 NADPH和 ATP 累积,产生反馈抑制,
导致光合能力降低,与最大净光合速率、表观量子效
率和羧化效率的降低趋势相吻合.叶面喷施 EBR 可
以显著提高 Rubisco 含量,缓解弱光胁迫对光合碳
同化的抑制,最终提高植株的光合作用.
综上所述,外源 24⁃表油菜素内酯可以通过提
高弱光下番茄幼苗叶片的表观量子效率、暗呼吸速
率、羧化效率及 Rubisco 含量,降低光补偿点和 CO2
补偿点,并维持叶片形态的稳定性,来改善光合性
能,有效缓解弱光胁迫对番茄幼苗的伤害.
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作者简介  李  宁,男,1987 年生,硕士.主要从事设施蔬菜
生理生态研究. E⁃mail: 2011104092@ njau.edu.cn
责任编辑  张凤丽
258 应  用  生  态  学  报                                      26卷