干旱脅迫下硅對番茄葉片光合熒光特性的影響

曹逼力， 李煒?biāo)N， 徐 坤

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，作物生物學(xué)國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)部黃淮地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，山東果蔬優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，山東泰安 271018)

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干旱脅迫下硅對番茄葉片光合熒光特性的影響

曹逼力， 李煒?biāo)N， 徐 坤*

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，作物生物學(xué)國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)部黃淮地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，山東果蔬優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，山東泰安 271018)

【目的】研究干旱脅迫下不同硅水平對水培番茄(Lycopersicon esculentum)葉片氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，為番茄生產(chǎn)合理增施硅肥提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳浴敖鹋?號”番茄為試驗材料，采用Hoagland營養(yǎng)液進行了水培試驗。聚乙二醇(PEG-6000)模擬干旱條件進行預(yù)處理，篩選出適于本研究的PEG-6000干旱脅迫水平為1%; 之后以Na2SiO3·9H2O為硅源，以不添加PEG-6000和Na2SiO3·9H2O的Hoagland營養(yǎng)液為CK0，研究了1%PEG-6000模擬干旱脅迫條件下，Hoagland營養(yǎng)液中分別添加Na2SiO3·9H2O0(CK)、0.6(T1)、1.2(T2)、1.8(T3)mmol/L，對番茄幼苗葉片色素含量、水分狀況、氣體交換參數(shù)及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響?！窘Y(jié)果】隨干旱脅迫時間延長，不同硅水平處理的番茄葉片相對含水量(RWC)、光合色素含量、凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、實際光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)等均持續(xù)下降，非光化學(xué)淬滅系數(shù)(NPQ)逐漸上升，氣孔限制值(Ls)先升高后降低，細(xì)胞間隙二氧化碳濃度(Ci)先降低后升高，但不同硅水平處理番茄葉片相關(guān)參數(shù)降低或升高的幅度存在顯著差異。在處理第12d時，0.6、1.2mmol/L硅水平處理的番茄葉片RWC較不施硅對照(CK)分別提高18.03%、30.25%，葉綠素含量分別增加64.56%、88.24%，Pn分別增加48.78%、131.71%，ΦPSⅡ分別增加31.68%、62.70%，qP分別增加18.92%、40.54%，NPQ則分別降低9.54%、13.35%。但1.8mmol/L的硅水平處理12d時相關(guān)參數(shù)除NPQ外，均較對照(CK)顯著降低，如葉片RWC、葉綠素含量、Pn、ΦPSⅡ和qP分別降低了17.53%、21.79%、21.95%、10.16% 和5.41%。【結(jié)論】 1%PEG-6000模擬干旱脅迫條件下，Hoagland營養(yǎng)液添加1.2mmol/LNa2SiO3·9H2O顯著改善了番茄葉片的水分狀況，降低了光合色素的降解，提高了葉片色素光化學(xué)效率，減輕了光抑制程度，有利于維持較高的光合速率。

番茄; 模擬干旱; 硅; 光合參數(shù); 熒光參數(shù)

硅可提高植物對干旱[1]、鹽漬[2-3]、重金屬[4]及病蟲害[5-6]等生物、非生物脅迫的抵御能力[7]，被認(rèn)定為植物的有益元素[8]。水稻是典型的喜硅作物，干旱脅迫條件下加硅可提高水稻葉片葉綠素含量、凈光合速率及水分利用效率，增加植株生物量[9]，玉米上也有類似的研究結(jié)論[10]。干旱條件下小麥?zhǔn)┕栌欣诰S持較高的葉片水分含量，增加氣孔導(dǎo)度，增強光合速率[11]。硅還可提高干旱脅迫下黃瓜葉片含水量，減緩葉綠素的降解，從而維持較高的凈光合速率[12]，并有效提高干旱脅迫下草莓植株的相對生長速率和光合色素含量[13]。硅可改善開心果葉片的水分狀況，保護葉片PSII活性，提高最大光化學(xué)效率Fv/Fm和實際光化學(xué)效率ΦPSII，增強開心果對干旱的耐受性[14]。

番茄(Lycopersicon esculentum)是世界廣泛栽培的主要蔬菜之一，因吸硅速率低于吸水速率曾一度被認(rèn)為是拒硅植物[15]。但梁永超等[16]研究表明，施硅番茄植株莖葉硅含量顯著高于不施硅對照，Nikolic等[17]研究認(rèn)為，番茄硅吸收進程與外界硅水平密切相關(guān)，且根部皮層主要以被動擴散方式進行硅的吸收。筆者前文[18]研究也證明，添加適量水平的外源硅，可顯著促進番茄幼苗的生長，提高水分利用效率，但關(guān)于干旱脅迫下番茄對硅的生理響應(yīng)特性尚未見報道。為此，本試驗研究了聚乙二醇(PEG-6000)模擬干旱條件下，不同硅水平對番茄幼苗氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，以期揭示硅緩解番茄幼苗干旱脅迫的生理機制，為番茄生產(chǎn)合理增施硅肥提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗設(shè)計

1.2測定項目與方法

1.2.3 葉片色素及光合參數(shù)測定選取幼苗上數(shù)第3片展開功能葉，用CIRAS-1型便攜式光合儀(英國PP-Systems公司)測定凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、細(xì)胞間隙CO2濃度(Ci)等參數(shù)[20]。光合參數(shù)測定完成后，剪取葉片，以丙酮提取后比色測定葉片色素含量[21]。

1.2.4 葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定選取幼苗上數(shù)第3片展開功能葉，采用Hansatech公司生產(chǎn)的FMS-2型便攜脈沖調(diào)制式熒光測定儀測定。測定前葉片暗適應(yīng)20min，在Fv/Fm模式下，先照射0.12μmol/(m2·s)的弱檢測光，測定初始熒光Fo，再照射4000μmol/(m2·s)的飽和脈沖光，測定最大熒光Fm，計算Fv/Fm=1-Fo/Fm; 在作用光照射后，依次采用檢測光和飽和脈沖光分別照射，測定光適應(yīng)下最大熒光Fm′，計算NPQ=Fm/Fm′ -1; 關(guān)閉作用光后，立即照射1.67μmol/(m2·s)的遠(yuǎn)紅光，測定穩(wěn)態(tài)熒光Fs及光適應(yīng)下初始熒光Fo，計算qP=(Fm′-Fs)/(Fm′ -Fo′)，ΦPSⅡ=1-Fs/Fm′[20]。

2　結(jié)果與分析

2.1番茄幼苗在不同水平PEG-6000脅迫下的旱害癥狀表現(xiàn)

表1表明，隨PEG-6000水平的升高，各級旱害癥狀出現(xiàn)的時間均顯著縮短，而在同一PEG-6000脅迫水平下，較高級別旱害癥狀表現(xiàn)的時間顯著延長，如在0.5%PEG-6000脅迫條件下，培養(yǎng)25d才表現(xiàn)出輕度旱害癥狀，而在4%PEG-6000脅迫條件下，僅培養(yǎng)4d即表現(xiàn)出輕度旱害癥狀，7d即表現(xiàn)出重度旱害癥狀。隨PEG-6000脅迫水平的升高和脅迫時間的延長，番茄幼苗的旱害指數(shù)迅速增加，如脅迫10d時，0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%PEG-6000處理的番茄幼苗旱害指數(shù)分別為0、28.7、66.7、93.3和100，而在1.0%PEG-6000脅迫5d、10d、15d、20d時，其旱害指數(shù)分別為0、28.7、76.7和100。為便于進行相關(guān)試驗，本研究選取1%PEG-6000為模擬干旱脅迫水平，從而既保證有適度的脅迫效果，又有較長的脅迫持續(xù)時間。

2.2硅對干旱脅迫下番茄葉片光合色素的影響

圖1顯示，CK0番茄葉片葉綠素含量無顯著變化，而CK、T1、T2、T3則均隨脅迫時間的延長顯著降低，但各處理降幅有顯著差異，脅迫3d時，分別較CK0降低了35.10%、13.81%、10.56%和22.57%，脅迫12d時，則分別降低了67.06%、45.80%、38.00%和74.24%。類胡蘿卜素含量的變化趨勢與葉綠素不同，干旱脅迫初期，T2、T1類胡蘿卜素含量升高，之后雖有所降低，但降幅較小，而CK、T3則在脅迫過程中持續(xù)降低，脅迫12d時，CK、T1、T2、T3分別比CK0降低了52.52%、10.68%、1.23%和45.10%。表明適量施硅可減緩干旱脅迫引起的番茄幼苗葉片色素降解，但硅濃度過高、過低，則緩解效應(yīng)均顯著降低。

表1　不同濃度PEG-6000在處理不同時間形成的干旱脅迫等級和番茄幼苗曝露于不同濃度 PEG-6000溶液不同時間的干旱脅迫指數(shù)

圖1　不同硅水平對番茄葉片光合色素的影響Fig.1　Effect of different silicon levels on photosynthetic pigments of tomato leaves

2.3硅對干旱脅迫下番茄葉片水分狀況的影響

圖2顯示，隨處理時間延長，PEG-6000模擬干旱處理的番茄葉片RWC均呈逐漸降低的趨勢，但T1、T2較CK降幅顯著減小，而T3則較CK顯著增加，如處理12d時，CK0的RWC為82.93%，而CK、T1、T2、T3分別為49.26%、58.14%、64.16%、40.62%。葉片水分自然飽和虧的變化與RWC相反，表明適宜濃度的硅含量有利于保持番茄葉片的水分，但硅濃度過高則加速了番茄葉片的失水。

圖2　不同硅水平對番茄葉片水分狀況的影響Fig. 2　Effect of different silicon levels on water status of tomato leaves

2.4硅對干旱脅迫下番茄葉片光合參數(shù)的影響

從圖3可看出，干旱脅迫使番茄葉片Pn顯著降低，但不同硅水平處理的Pn降幅顯著不同，如干旱脅迫3d時，CK和T1、T2、T3分別比CK0降低了17.25%、9.00%、3.96%和25.71%; 隨脅迫時間的延長，各脅迫處理葉片Pn迅速降低，如脅迫8d時，CK、T1、T2、T3的Pn分別比CK0降低了50.51%、39.09%、27.66%、56.22%，T1、T2分別比CK高23.08%、46.15%，T3則較CK低11.54%。各處理Gs的變化與Pn基本一致，而Ci在干旱脅迫初期均迅速降低，但CK、T1、T3在脅迫1d達(dá)最低值后即快速升高，而T2則在脅迫3d后升高，Ls的變化與Ci相反。

圖3　不同硅水平對番茄葉片光合參數(shù)的影響Fig.3　Effect of different silicon levels on photosynthetic parameters of tomato leaves

2.5硅對干旱脅迫下番茄葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

圖4表明，干旱脅迫導(dǎo)致番茄葉片F(xiàn)v/Fm降低，但脅迫初期降幅較小，至脅迫5d后降幅加快，而適宜濃度的硅處理可緩解Fv/Fm的下降，如處理5d時，盡管CK、T1、T2、T3的Fv/Fm較CK0分別降低了11.21%、8.78%、4.29%、13.63%，但T1、T2分別較CK高2.73%、7.79%，而T3則較CK低2.73%。ΦPSⅡ的變化規(guī)律與Fv/Fm相似，但處理間的差異較Fv/Fm加大。圖4還表明，干旱脅迫顯著降低了番茄葉片光化學(xué)猝滅，增加了非光化學(xué)猝滅，表明干旱脅迫嚴(yán)重限制了光合電子的傳遞速度，而適當(dāng)濃度的硅則可在一定程度上維持光合電子的傳遞，表現(xiàn)為qP的增加及NPQ的降低。如干旱脅迫處理5d時，T1、T2的qP分別比CK高14.58%、25%，NPQ則分別低13.83%、21.21%，而硅濃度較高的T3則無效果。

3　討論

番茄對硅的吸收途徑，被動擴散吸收和運載體介導(dǎo)的主動排斥共存[17]，增施外源硅可促進番茄植株對硅的吸收積累，提高植株各器官硅含量[18]。由于硅能夠在植物非生理活性部位沉積形成“硅-角雙層”結(jié)構(gòu)，減少水分散失[22]，顯著降低番茄葉片的蒸騰速率[18]。本試驗適量硅處理有效維持了番茄葉片的水分含量，減緩了因水分脅迫引發(fā)的Gs降低，從而保障葉肉光合細(xì)胞內(nèi)外CO2的交換，這在干旱脅迫初期表現(xiàn)得尤為典型，但隨著脅迫時間的延長，盡管適宜水平硅處理番茄葉片的Gs仍較高，但Ci卻較低，這與硅可增強Rubisco羧化酶活性[]，從而促進了光合暗反應(yīng)有關(guān)，因此，適量硅處理的番茄葉片氣孔限制值在干旱脅迫初期低于未施硅處理，而脅迫后期則相反，表明適量施硅既保證了干旱脅迫早期葉肉細(xì)胞內(nèi)部的CO2供應(yīng)，又防止了干旱脅迫后期葉肉細(xì)胞光合活性的過度降低，從而使番茄葉片Pn整體上均以適量施硅處理顯著高于未施硅處理。

適量施硅處理番茄葉片光合速率較高，與硅顯著抑制了干旱脅迫導(dǎo)致的葉綠素和類胡蘿卜素等葉綠體色素的降解有關(guān)[12]。已有報道施硅可有效保護鹽脅迫下大麥葉片葉綠體膜的完整性[2]，顯著提高干旱脅迫條件下小麥幼苗葉片葉綠素含量[24]。較高的葉綠體色素含量可促進光能的捕獲和傳遞[25]，類胡蘿卜素既傳遞光能，又能在強光下保護葉綠體[26]，從而提高干旱脅迫下植物葉片色素的光化學(xué)效率[27]。本試驗番茄干旱脅迫過程中，適量硅水平處理的葉片F(xiàn)v/Fm、ΦPSⅡ、qP顯著高于未施硅處理，表明施硅減輕了光合系統(tǒng)的破壞。因為研究過程中發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫時間的延長，不僅NPQ持續(xù)增加，F(xiàn)o亦上升，但1.2mmol/L硅處理番茄葉片F(xiàn)o的上升時間延遲，表明適量硅水平可有效緩解干旱脅迫對光合機構(gòu)的破壞，維持光合電子傳遞，進而增強了光合作用。

圖4　不同硅水平對番茄葉片熒光參數(shù)的影響Fig.4　Effect of different silicon levels on Fluorescence parameters of tomato leaves

4　結(jié)論

1%PEG-6000模擬干旱12d內(nèi)，Hoagland營養(yǎng)液添加1.2mmol/L的硅(NaSiO3·9H2O)可顯著改善水培番茄葉片水分狀況，抑制光合色素降解，提高葉片色素光化學(xué)效率，減輕光抑制程度，同時增強光合暗反應(yīng)能力，從而有利于維持較高的光合速率。

[1]GongH,ChenK,ChenG, et al.Effectsofsiliconongrowthofwheatunderdrought[J].JournalofPlantNutrition, 2003, 26(5): 1055-1063.

[2]LiangY.Effectofsilicononleafultrastructure,chlorophyllcontentandphotosyntheticactivityofbarleyundersaltstress[J].Pedosphere, 1997, 8(4): 289-296.

[3]ZhuZ,WeiG,LiJ,etal.Siliconalleviatessaltstressandincreasesantioxidantenzymesactivityinleavesofsalt-stressedcucumber(Cucumis sativusL.)[J].PlantScience, 2004, 167(3): 527-533.

[4]NeumannD,ZurNiedenU.Siliconandheavymetaltoleranceofhigherplants[J].Phytochemistry, 2001, 56(7): 685-692.

[5]寧東峰 梁永超. 硅調(diào)節(jié)植物抗病性的機理: 進展與展望[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2014, 20(5): 1281-1288.

NingDF,LiangYC,Silicon-mediatedplantdiseaseresistance:advanceandperspectives[J].JournalofPlantNutritionandFertilizer, 2014, 20(5): 1281-1288.

[6]KvedarasOL,KeepingMG.SiliconimpedesstalkpenetrationbytheborerEldana saccharinainsugarcane[J].EntomologiaExperimentalisetApplicata, 2007, 125(1): 103-110.

[7]GaoD,ChenJN,CaiKZ,LuoSM.Distributionandabsorptionofsiliconinplantanditsroleinplantdiseaseresistanceunderenvironmentalstress[J].ActaEcologicaSinica, 2010, 30(10): 2745-2753.

[8]Pilon-SmitsEAH,QuinnCF,TapkenW, et al.Physiologicalfunctionsofbeneficialelements[J].CurrentOpinioninPlantBiology, 2009, 12(3): 267-274.

[9]陳偉, 蔡昆爭, 陳基寧. 硅和干旱脅迫對水稻葉片光合特性和礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2012, 32(8): 2620-2628.

ChenW,CaiKZ,ChenJN.Effectsofsiliconapplicationanddroughtstessonphotosythetictraitsandmineralnutreintabsorptionofriceleaves[J].ActaEcologicaSinica, 2012, 32(8): 2620-2628.

[10]李清芳, 馬成倉, 尚啟亮. 干旱脅迫下硅對玉米光合作用和保護酶的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2007, 18(3): 531-536.

LiQF,MaCC,ShangQL.Effectsofsilicononphotosynthesisandantioxidativeenzymesofmaizeunderdroughtstress[J].ChineseJournalofAppliedEcology, 2007, 18(3): 531-536.

[11]GongH,ChenK.Theregulatoryroleofsilicononwaterrelations,photosyntheticgasexchange,andcarboxylationactivitiesofwheatleavesinfielddroughtconditions[J].ActaPhysiologiaePlantarum, 2012, 34(4): 1589-1594.

[12]MaCC,LiQF,GaoYB,XinTR.Effectsofsiliconapplicationondroughtresistanceofcucumberplants[J].SoilScienceandPlantNutrition, 2004, 50(5): 623-632.

[13]王耀晶, 馬聰, 張薇, 劉鳴達(dá). 干旱脅迫下硅對草莓生長及生理特性的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報, 2013, 27(5): 703-707.

WangYJ,MaC,ZhangW,LiuMD.Effectsofsilicononstrawberrygrowthandphysiologicalcharacteristicsunderdroughtstress[J].JournalofNuclearAgriculturalSciences, 2013, 27(5): 703-707.

[14]HabibiG,HajibolandR.Alleviationofdroughtstressbysiliconsupplementationinpistachio(Pistacia veraL.)plants[J].FoliaHorticulturae, 2013, 25(1): 21-29.

[15]TakahashiE,MaJF,MiyakeY.Thepossibilityofsiliconasanessentialelementforhigherplants[J].CommentsonAgriculturalandFoodChemistry, 1990, 2(2), 99-122.

[16]梁永超, 陳興華, 馬同生, 等. 硅對番茄生長, 產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 1993, (4): 48-50.

LiangYC,ChenXH,MaTS, et al.Effectofsiliconongrowth,yieldandqualityoftomato[J].JiangsuAgriculturalSciences, 1993, (4): 48-50.

[17]NikolicM,NikolicN,LiangY, et al.Germanium-68asanadequatetracerforsilicontransportinplantscharacterizationofsiliconuptakeindifferentcropspecies[J].PlantPhysiology, 2007, 143(1):495-503.

[18]曹逼力, 徐坤, 石健, 等. 硅對番茄生長及光合作用與蒸騰作用的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2013, 19(2): 354-360.

CaoBL,XuK,ShiJ, et al.Effectsofsiliconongrowth,photosynthesisandtranspirationoftomato[J].PlantNutritionandFertilizerScience, 2013, 19(2):354-360.

[19]趙秀明, 王飛, 韓明玉, 等. 新引進蘋果矮化中間砧木的抗旱性評價[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2012, 30(4): 105-112.

ZhaoXM,WangF,HanMY, et al.Evaluationondroughtresistanceofintroducedcultivarsofappledwarfrootstocks[J].AgriculturalResearchintheAridAreas, 2012, 30(4): 105-112.

[20]梁芳, 鄭成淑, 孫憲芝, 王文莉. 低溫弱光脅迫及恢復(fù)對切花菊光合作用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2010, 21(1): 29-35.

LiangF,ZhengCS,SunXZ,WangWL.Effectsoflowtemperatureandweaklightstressanditsreccoveryonthephotosynthesisandchlorophyllfluresceneparementsofcutflowerchrysanthemum[J].ChineseJournalofAppliedEcology, 2010, 21(1): 29-35.

[21]趙世杰, 史國安, 董新純.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社, 2002.

ZhaoSJ,ShiGA,DongXC.Techniquesofplantphysiologicalexperiment[J].Beijing:ChineseAgriculturalScienceandTechnologyPress, 2002.

[22]梁永超, 張永春, 馬同生. 植物的硅素營養(yǎng)[J]. 土壤學(xué)進展, 1993, 21(3): 7-14.

LiangYC,ZhangYC,MaTS.Siliconnutritionofplant[J].ProgressofSoilScience, 1993, 21(3): 7-14.

[23]ZhaoP,GuW,WuS, et al.SiliconenhancesthegrowthofPhaeodactylum tricornutumBohlinundergreenlightandlowtemperature[J].ScientificReports, 2014, 4: 1-10

[24]丁燕芳, 梁永超, 朱佳, 李兆君. 硅對干旱脅迫下小麥幼苗生長及光合參數(shù)的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2007, 13(3): 471-478.

DingYF,LiangYC,ZhuJ,LiZJ.Effectsofsilicononplantgrowth,photosyntheticparamentersandsolublesugarcontentinleavesofwheatunderdroughtstress[J].PlantNutritionandFertilizerScience, 2007, 13(3): 471-478.

[25]孫小玲, 許岳飛, 馬魯沂, 周禾. 植株葉片的光合色素構(gòu)成對遮陰的響應(yīng)[J]. 植物生態(tài)學(xué)報, 2010, 34(8): 989-999.

SunXL,XuYF,MaLY,ZhouH.Areviewofacclimationofphotosyntheticpigmentcompositioninplantleavestoshadeenvironment[J].ChineseJournalofPlantEcology, 2010, 34(8): 989-999.

[26]陶俊, 張上隆, 安新民, 趙智中. 光照對柑橘果皮類胡蘿卜素和色澤形成的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2003, 14(11): 1833-1836.

TaoJ,ZhangSL,AnXM,ZhaoZZ.Effectsoflightoncarotenoidbiosynthesisandcolorformationofcitrusfruitpeel[J].ChineseJournalofAppliedEcology, 2003, 14(11): 1833-1836.

[27]ChenW,YaoX,CaiK,ChenJN.Siliconalleviatesdroughtstressofriceplantsbyimprovingplantwaterstatus,photosynthesisandmineralnutrientabsorption[J].BiologicalTraceElementResearch, 2011, 142(1): 67-76.

Effectsofsilicononphotosyntheticandfluorescencecharacteristicsoftomatoleavesunderdroughtstress

CAOBi-li，LIWei-qiang，XUKun*

(College of Horticulture Science and Engineering，Shandong Agricultural University，State Key Laboratory of Crop Biology，Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops in Huang-Huai Region，Ministry of Agriculture，Shandong Collaborative Innovation Center of Fruit & Vegetable Quality and Efficient Production，Tai’an 271018，Shandong，China)

【Objectives】Thestudyoftheeffectofdifferentsiliconsupplementlevelsonthephysiologicalparametersandthegrowthoftomato(Lycopersicon esculentum)seedlingsexposuretodroughtstresswillprovideatheoreticalbasisforunderstandingthemechanismofdroughtstressalleviationwithSi.【Methods】Tomato(Lycopersicon esculentum)cultivar‘jinpeng.1#’wasusedastestedmaterial,andahydroponicculturebasedonHoaglandsolutionwithdifferentsiliconlevelswasconducted.Droughtstresswassimulatedbyadditionof1%polyethyleneglycol(PEG-6000)forthisexperiment.Na2SiO3·9H2Owasusedasthesiliconsource, 0(CK), 0.6(T1), 1.2(T2), 1.8(T3)mmol/LofNa2SiO3·9H2OwerecontainedintheHoaglandsolutionplus1%PEG-6000,andnoneofPEGandNa2SiO3·9H2OwasCK0.Thepigmentcontentoftomatoseedlings,waterstatus,gasexchangeparametersandchlorophyllfluorescenceparameterswereinvestigated. 【Results】ComparedwithCK0,therelativewatercontent(RWC)，thephotosyntheticpigments,netphotosyntheticrate(Pn),stomatalconductance(Gs),maximumphotochemicalefficiency(Fv/Fm),actualphotochemicalefficiency(ΦPSⅡ),andphotochemicalquenching(qP)oftomatoseedlingstreatedwithdifferentsiliconlevelsallshowedsteadilydecliningwithextensionofdroughttime,exceptnon-photochemicalquenching(NPQ).Thestomatallimitationvalue(Ls)firstincreasedandafterwardsdecreased.However,theintercellularcarbondioxideconcentration(Ci)firstdecreasedandafterwardsincreased.Thedifferencesinboththeincreasingamplitudeanddeclinerangeoftheaboveparametersweresignificantamongthetreatmentsexposuredtodifferentsiliconconcentrations.Incontrasttotomatoplantwithoutsilicon(CK),intreatmentsofSi0.6and1.2mmol/Lontheday12,theincrementsinRWCwere18.03%and30.25%,inthechlorophyllcontentwere64.56%, 88.24%,inPnwere48.78%, 131.71%,inΦPSwere31.68%, 62.70%,inqPwere18.92%, 40.54%,andNPQweredecreasedby9.54%, 13.35%,respectively.WhileintreatmentofSi1.8mmol/L,thecorrespondingparametersweresignificantlylowerthanCK,exceptNPQ.ThedecrementsinRWC,chlorophyllcontent,Pn,ΦPSⅡandqPwererespectively17.53%, 21.79%, 21.95%, 10.16%and5.41%. 【Conclusions】Under1%ofPEG-6000droughtstress,theadditionofsilicon1.2mmol/LintheHoaglandsolutioncouldsignificantlyimprovethewaterstatusoftomatoleaves,reducethedegradationofphotosyntheticpigment,improvephotochemicalefficiencyintheleavespigment,andreducephotoinhibition.Consequently,thetomatoseedlingsareabletomaintainhighphotosyntheticrateandregulargrowthof‘jinpeng1#’tomato.

tomato;simulatingdrought;silicon;photosyntheticparameters;fluorescenceparameters

2014-11-06接受日期: 2015-06-13網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-07-24

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金(SDAIT-02-022-05)資助。

曹逼力(1985—)，女，山東臨沂人，博士研究生，主要從事蔬菜栽培生理方面的研究。E-mail:superus@sdau.edu.cn

Tel: 0538-8241783,E-mail:xukun@sdau.edu.cn

S641.2;S606+.2

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1008-505X(2016)02-0495-07