藍(lán)光對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗生長(zhǎng)的影響

劉增喜，馮 棣，許可欣，祝海燕，孫小桉，張敬敏，于麗艷，桑曉明

（1.山東省高校設(shè)施園藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·濰坊科技學(xué)院 山東壽光 262700；2.壽光市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 山東壽光 262700）

番茄（Solanum lycopersicumL.）是每個(gè)國(guó)家不可或缺的蔬菜作物，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]，同時(shí)還是科研人員用于遺傳學(xué)及抗逆生理生化研究的重要模式植物[2]。近年來(lái)，鹽脅迫對(duì)番茄的生長(zhǎng)發(fā)育帶來(lái)越來(lái)越嚴(yán)重的損害。因此，從調(diào)控番茄鹽分脅迫下的光質(zhì)入手，對(duì)提高番茄的抗鹽能力以及番茄抗鹽高效栽培具有很重要的意義。眾所周知，光是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要環(huán)境因子。前人研究結(jié)果表明，光質(zhì)會(huì)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[3]，而且它還對(duì)植物的形態(tài)建成、物質(zhì)代謝及基因表達(dá)等有明顯的調(diào)節(jié)效果[4]。實(shí)際上，植物在不同光質(zhì)下的生長(zhǎng)發(fā)育情況也不完全一樣，并且與大田環(huán)境相比較，溫室內(nèi)光質(zhì)會(huì)發(fā)生很大變化，所以要改變溫室內(nèi)的光環(huán)境，就需要通過補(bǔ)光來(lái)實(shí)現(xiàn)，最后達(dá)到調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的效果[5]。不同光源補(bǔ)光能極大改善番茄幼苗形態(tài)和提高番茄幼苗全株的干鮮質(zhì)量。紅光能夠加快蘭花葉片生長(zhǎng)，同時(shí)還可以使葉綠素含量降低，但這一過程可以被藍(lán)光逆轉(zhuǎn)[6]。藍(lán)光對(duì)植物的光形態(tài)建成、向光性、光合作用、胚軸伸長(zhǎng)以及酶調(diào)節(jié)和合成等有明顯的影響[7]。藍(lán)光能促進(jìn)大白菜抗壞血酸基因生物合成以及轉(zhuǎn)錄水平提高，進(jìn)一步提高了抗壞血酸含量[8]。藍(lán)光還能提高西藍(lán)花芽苗菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[9]，而且還可以促進(jìn)茶樹葉片花青素和兒茶素的積累[10]。但關(guān)于藍(lán)光對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育影響方面的研究鮮見報(bào)道。筆者的研究旨在探明藍(lán)光對(duì)番茄幼苗形態(tài)和生理指標(biāo)、根系生長(zhǎng)特征的影響，以期為解析藍(lán)光調(diào)控番茄耐鹽機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2021 年9—10 月在濰坊科技學(xué)院生物技術(shù)研發(fā)中心進(jìn)行。供試番茄幼苗材料為玉玲瓏，由壽光市濰科種業(yè)有限公司提供。營(yíng)養(yǎng)液配方選用山崎番茄配方。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在LED 藍(lán)光下設(shè)置3 個(gè)NaCl 鹽分濃度梯度（0、50、100 mmol·L-1），并以常用補(bǔ)光模式LED 紅、藍(lán)光光照度之比為4∶1 下3 個(gè)NaCl 鹽分處理為對(duì)照組，共6 個(gè)處理。按照鹽濃度由低到高各處理分別標(biāo)記為RB1、RB2、RB3、B1、B2、B3，8 次重復(fù)。將番茄幼苗穴盤育苗至3 葉1 心，之后移入水培杯中，每杯1 棵，隨機(jī)擺放，每個(gè)處理8 株。每3 d 更換1 次營(yíng)養(yǎng)液。晝/夜兩個(gè)階段培養(yǎng)時(shí)間各12 h。紅、藍(lán)光光照度比為4∶1 和藍(lán)光光譜分布如圖1 所示，光合有效輻射分別為405.62、316.08、298.59 μmol·m-2·s-1，光照度分別為2810、110、2100 lx。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 在移栽后30 d 測(cè)量每個(gè)處理下的所有番茄幼苗的株高，然后計(jì)算株高生長(zhǎng)速率（即株高變化量與間隔時(shí)間之比）。從每個(gè)處理中取3 株生長(zhǎng)一致的番茄，采用精度為0.001 g 的電子天平稱量莖、葉鮮質(zhì)量；之后將各部分在105 ℃下殺青0.5 h，在75 ℃下烘干至恒質(zhì)量，使用精度為0.001 g 的電子天平稱得干質(zhì)量。取根系鮮樣，使用根系掃描儀EPSON EXPRESSION 10000 XL 掃描樣品，再使用根系分析系統(tǒng)WinRHIZO Pro分析各處理樣品的總根長(zhǎng)（cm）、總根表面積（cm2）、總根體積（cm3）、根平均直徑（mm）。

1.3.2 生理指標(biāo)測(cè)定 移栽后30 d 從每個(gè)處理中取3 株生長(zhǎng)一致的番茄幼苗，摘取第3、4 片葉，采用95%乙醇-分光光度計(jì)法測(cè)定幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素含量[11]，葉片的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性均采用試劑盒進(jìn)行測(cè)定，試劑購(gòu)買自蘇州科銘生物技術(shù)有限公司。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL 軟件進(jìn)行處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析并繪制圖表。采用SPSS 26.0 數(shù)據(jù)處理軟件、LSD 法進(jìn)行方差分析及顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 藍(lán)光對(duì)鹽脅迫下番茄株高生長(zhǎng)速率的影響

由圖2 可知，在相同光質(zhì)下，番茄株高均隨著鹽脅迫程度的增加而降低。由圖3 可知，在相同光質(zhì)下，番茄幼苗株高生長(zhǎng)速率均隨著鹽脅迫程度增加而降低，且各處理間差異顯著；相同鹽脅迫下，與RB1 處理相比，B1 的株高生長(zhǎng)速率顯著降低22.2%，但B2 與RB2 處理、B3 與RB3 處理株高生長(zhǎng)速率差異均不顯著。

圖2 不同光質(zhì)和鹽脅迫下番茄植株生長(zhǎng)情況

圖3 不同光質(zhì)和鹽脅迫下番茄株高生長(zhǎng)速率

可見，鹽分脅迫會(huì)抑制番茄株高增長(zhǎng)；在不同光質(zhì)下，相對(duì)于RB 處理，B 處理在沒有鹽脅迫時(shí)不利于番茄株高增長(zhǎng)，但在高鹽（100 mmol·L-1）和低鹽（50 mmol·L-1）脅迫下與RB 處理差異不顯著。

2.2 藍(lán)光對(duì)鹽脅迫下番茄干鮮質(zhì)量的影響

由表1 可以看出，在相同光質(zhì)下，隨著鹽脅迫程度的增加，番茄莖和葉的鮮、干質(zhì)量、根干質(zhì)量、根冠比均降低。B2 與B3 處理莖鮮質(zhì)量無(wú)顯著差異，RB2 與RB3、B1 與B2 莖干質(zhì)量均無(wú)顯著差異，B2 與B3 葉干質(zhì)量無(wú)顯著差異，RB1 與RB2、RB2與RB3、B1 與B2、B2 與B3 根干質(zhì)量均無(wú)顯著差異，各處理間根冠比無(wú)顯著差異。在相同鹽脅迫下，不同光質(zhì)處理在鮮/干質(zhì)量方面，僅B1 處理的莖鮮/干質(zhì)量、B2 處理的葉鮮質(zhì)量、B3 處理的莖干質(zhì)量均顯著低于相應(yīng)的RB 處理，降幅依次為14.81%、26.63%、13.19%、43.94%，其余指標(biāo)在處理間差異不顯著?？梢姡}脅迫顯著抑制了RB 莖/葉鮮質(zhì)量、葉干質(zhì)量、B 葉鮮質(zhì)量；在2 種光質(zhì)下，相對(duì)于RB 處理，B 處理在無(wú)鹽脅迫下顯著抑制了莖鮮/干質(zhì)量，B 處理在低鹽（50 mmol·L-1）脅迫下顯著抑制了葉鮮質(zhì)量，B 處理在高鹽（100 mmol·L-1）脅迫下顯著抑制了莖干質(zhì)量。

表1 不同光質(zhì)和鹽脅迫下番茄干鮮質(zhì)量

2.3 藍(lán)光對(duì)鹽脅迫下番茄根系生長(zhǎng)特征的影響

由表2 可以看出，在相同光質(zhì)下，隨著鹽脅迫程度的增加，番茄的總根長(zhǎng)、總根表面積、總根體積、根平均直徑均逐漸降低，但RB2 與RB3 總根長(zhǎng)、總根表面積、總根體積、根平均直徑均無(wú)顯著差異，B2 與B3 根平均直徑無(wú)顯著差異。在相同鹽脅迫下，僅B3 處理的總根長(zhǎng)顯著小于RB3 處理，降幅為23.69%，其余指標(biāo)在處理間無(wú)顯著差異?？梢姡}脅迫對(duì)番茄幼苗根系生長(zhǎng)產(chǎn)生了顯著抑制作用；相對(duì)于RB 處理，B 處理表現(xiàn)出在無(wú)鹽脅迫下促進(jìn)番茄根系生長(zhǎng)，在低鹽（50 mmol·L-1）脅迫下抑制番茄總根長(zhǎng)和根平均直徑；在高鹽（100 mmol·L-1）脅迫下抑制根系長(zhǎng)度的生長(zhǎng)。

表2 不同光質(zhì)和鹽脅迫下番茄根系生長(zhǎng)特征

2.4 藍(lán)光對(duì)鹽脅迫下番茄生理指標(biāo)的影響

2.4.1 不同光質(zhì)和鹽脅迫下番茄幼苗葉綠素及類胡蘿卜素含量的變化 由圖4 可以看出，在RB 處理下，隨著鹽脅迫程度的增加，葉綠素a、b、a+b 和類胡蘿卜素含量均逐漸下降，但葉綠素a/b 變化幅度小。在B 處理下，葉綠素a、b、a+b 含量與RB 處理變化趨勢(shì)相同，但類胡蘿卜素含量和葉綠素a/b隨著鹽脅迫程度的增加均呈先下降后上升的趨勢(shì)。在相同鹽脅迫下，與對(duì)應(yīng)的RB 相比，B1、B2、B3 的葉綠素a、b、a+b、類胡蘿卜素含量均降低，但葉綠素a 含量降幅小，而葉綠素b 含量降幅大，B1、B2、B3 的葉綠素a/b 均顯著高于對(duì)應(yīng)的RB 處理?？梢?，相對(duì)于RB 處理，B 處理對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉綠素及類胡蘿卜素含量起到抑制作用，但有利于葉綠素a/b 值的提高，其中葉綠素a 含量和類胡蘿卜素含量對(duì)光質(zhì)不敏感，而葉綠素b 含量對(duì)光質(zhì)敏感。

圖4 不同光質(zhì)和鹽脅迫下番茄葉綠素和類胡蘿卜素含量變化情況

2.4.2 不同光質(zhì)和鹽脅迫下番茄幼苗抗氧化酶活性變化 由圖5 可知，在RB 處理下，隨著鹽脅迫程度的增加，POD 和APX 酶活性均逐漸下降，SOD酶活性呈先下降后上升的趨勢(shì)；在B 處理下，SOD酶活性變化趨勢(shì)與RB 處理相同，而POD 酶活性隨著鹽脅迫程度的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，APX酶活性表現(xiàn)與RB 處理相反。在相同鹽脅迫下，與對(duì)應(yīng)的RB 處理相比，B1、B2、B3 處理的SOD 酶活性均降低，僅B3 處理顯著低于RB3 處理，降幅為12.5%；B 處理POD 酶活性均顯著降低，降幅分別為44.2%、20.4%、23.0%；APX 酶活性在B1 處理顯著降低79.1%，但在B2 和B3 處理分別顯著增加73.6%和691.6%。在3 種酶活性中，POD、APX 酶活性對(duì)光質(zhì)尤為敏感；相對(duì)于RB 處理，B 處理在鹽脅迫下抑制了番茄幼苗SOD 和POD 酶活性，但顯著提高了APX 酶活性。

圖5 不同光質(zhì)和鹽脅迫下番茄SOD、POD、APX酶活性變化情況

3 討論與結(jié)論

光是影響植物生長(zhǎng)代謝最重要的環(huán)境因子之一，其對(duì)植物的光合作用、形態(tài)建成、根系發(fā)育、物質(zhì)代謝及基因表達(dá)等均有顯著影響。而鹽脅迫制約著生態(tài)環(huán)境與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育造成了負(fù)面影響[12]。筆者的試驗(yàn)結(jié)果表明，B 處理在無(wú)鹽脅迫下番茄株高生長(zhǎng)速率顯著低于RB 處理，所以在藍(lán)光中添加紅光有利于株高增長(zhǎng)[13]。在兩種光質(zhì)下，B 處理的番茄鮮/干質(zhì)量在無(wú)鹽脅迫下較RB 處理低，說(shuō)明在無(wú)鹽脅迫下抑制了番茄幼苗干物質(zhì)積累，此時(shí)添加紅光有利于干物質(zhì)積累。在相同鹽脅迫下，番茄幼苗的株高生長(zhǎng)速率在低鹽（50 mmol·L-1）、高鹽（100 mmol·L-1）脅迫下無(wú)顯著差別，而且其干物質(zhì)積累在低鹽（50 mmol·L-1）脅迫下差別不顯著，說(shuō)明鹽脅迫降低了番茄對(duì)光質(zhì)的敏感度。與RB 處理相比，B 處理高鹽（100 mmol·L-1）脅迫下根系受到的抑制作用更強(qiáng)，說(shuō)明在高鹽（100 mmol·L-1）脅迫下缺少紅光不利于根系生長(zhǎng)[14]。在這2 種光質(zhì)下，相同鹽脅迫下的處理間葉綠素a 和類胡蘿卜素含量差異不大，表現(xiàn)出對(duì)光質(zhì)不敏感的特性，而相同鹽脅迫下的處理間葉綠素b含量差異顯著，RB 處理葉綠素b 含量顯著高于B處理[15]，對(duì)光質(zhì)尤為敏感。與B 處理相比，在各個(gè)鹽濃度下，RB 處理都有較低的葉綠素a/b 比值，而生長(zhǎng)在B 處理下的葉片葉綠素含量低于RB 處理，但葉綠素a/b 比值較高，這與呂喆等[16]對(duì)輪葉黑藻組織的研究一致。在不同光質(zhì)處理下，酶活性表現(xiàn)出一定的差異性，而且POD、APX 酶活性對(duì)光質(zhì)尤為敏感。在相同鹽脅迫下，RB 處理的SOD、POD酶活性均高于B 處理，這與前人研究一致[17-18]，說(shuō)明缺少紅光不利于SOD 和POD 酶活性的提高；在無(wú)鹽脅迫下，RB 處理的APX 酶活性高于B 處理[19]，但隨著鹽脅迫程度的增加，B 處理的番茄幼苗葉片中APX 抗氧化酶活性顯著升高，與RB 處理表現(xiàn)出相反趨勢(shì)，說(shuō)明藍(lán)光有利于提高鹽（100 mmol·L-1）脅迫下番茄幼苗APX 酶活性，可增強(qiáng)鹽脅迫下番茄幼苗葉片的抗氧化能力，這與邵久之等[20]對(duì)黃瓜幼苗酶活性的研究一致。

（1）在無(wú)鹽脅迫下，藍(lán)光較對(duì)照處理不利于番茄地上部生長(zhǎng)，但對(duì)根系生長(zhǎng)影響不顯著，此外顯著降低了葉片葉綠素b 含量以及POD 和APX 酶活性。

（2）在鹽脅迫下，番茄幼苗的葉綠素b 含量、POD 和APX 酶活性對(duì)光質(zhì)敏感，而株高生長(zhǎng)速率、干質(zhì)量、根冠比、葉綠素a 含量、類胡蘿卜素含量等對(duì)光質(zhì)不敏感。純藍(lán)光較對(duì)照處理顯著降低了番茄葉片的葉綠素b 含量、抑制了SOD 和POD 酶活性，但顯著提高了葉片的APX 酶活性，從而增強(qiáng)番茄幼苗自身清除H2O2的能力和減輕H2O2在鹽脅迫下光合電子傳遞鏈和酶促代謝中的累積和毒害。

綜上所述，鹽脅迫總的來(lái)說(shuō)降低了番茄對(duì)紅藍(lán)光質(zhì)的敏感程度，但鹽分脅迫下藍(lán)光可能通過大幅提高葉片APX 酶活性增強(qiáng)番茄幼苗清除H2O2的能力，同時(shí)也需要增補(bǔ)部分紅光來(lái)促進(jìn)幼苗根、莖、葉的生長(zhǎng)發(fā)育。