外源脱落酸和水杨酸及赤霉素对番茄幼苗抗寒性的影响

段思阳，王美玲，张喜春，谷建田

(北京农学院植物科学技术学院，北京102206)

番茄(Solanumlycopersicum)属于茄科番茄属草本植物，原产中美洲安第斯山脉。由于适应性强，产量高，营养丰富，番茄成为广受世界各地人们喜爱的重要蔬菜之一，在全世界都广泛种植[1]。低温冷害是限制作物正常生长发育、造成减产的非生物逆境胁迫之一[2]。由于番茄的生物学特性是喜温怕寒，当温度低于10 ℃时，植物生长发育受到影响，低于6 ℃的温度可导致不可逆的损伤[3]。低温成为制约番茄产业发展的一个重要因素。

番茄冷害是番茄常见的生理性病害之一，主要发生在保护地栽培及番茄育苗时，特别是在特早熟栽培、秋季延后栽培过程中，经常遭遇冷害。番茄遭受冻害，轻者造成不同程度减产，严重时植株全部冻死，导致绝收。为了满足市场对番茄产品的周年需求，研究人员不断探索能减少番茄植株，特别是幼苗在低温胁迫环境下遭受伤害的途径。除了培育耐寒性相对较强的优良品种外，研究人员尝试用适当的外源物质处理，以提高幼苗对低温的适应性，使番茄可以在低温下正常生长，保证市场上可以正常供应番茄，丰富冬季市场蔬菜的种类。

施用外源物质如水杨酸(salicylic acid，SA)、脱落酸(abscisic acid，ABA)、赤霉素(gibberellin，GA3)等可有效缓解低温等胁迫因子对植物体的伤害。ABA是植物在外界逆境环境中的重要调节因子，在众多不利于植物的生长环境条件下，植物的体内都会增加ABA合成，具有调控植物的代谢水平，对于恶劣的生长环境有提高抗性的作用[4]。SA是植物组织中普遍存在的一类小分子酚类化合物，在植物体内起着广泛的作用。SA在低温胁迫期间对细胞膜和一些光合功能提供保护作用，可提高植物对逆境的抗性[5]。GA3的种类很多，是植物激素中种类最多的一种激素，而部分有活性的GA3不仅能够调控植物的正常生长发育，而且还与植物的抗寒性有关[6]。使用适宜剂量的ABA、SA和GA3外源物质进行处理，可以有效减少低温胁迫对植物的伤害。

本研究以番茄幼苗为试验材料，通过喷施不同剂量的ABA、SA和GA3，研究这三种外源物质缓解番茄低温伤害的效果，为番茄产业周年均衡发展提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

番茄品种为Bolgogragsky(编号为25)，由北京农学院蔬菜育种与生物技术实验室提供。

1.2 试验方法

番茄种子暗培养3～5 d，长出芽，再将其放入穴盘中，进行常规田间培养。待幼苗长到四叶一心时进行外源物质处理试验。每个处理30颗幼苗，重复3次。喷施不同剂量的ABA、SA和GA3，按照表1的设计方案进行处理。喷施过程中，叶面和叶背均进行喷施，每次处理以叶片表面附着一层小液珠为准。每隔2 d喷施1次，共喷施3次。这些步骤完成后开始低温处理。将番茄幼苗放入4 ℃的恒温箱中低温处理24 h。

1.3 表型观察及生理生化指标的测定

对番茄幼苗进行表型观察及生理生化指标的测定。观察番茄幼苗是否可以直立生长及叶片的褶皱现象。相对电导率参照浸泡法[7]测定；丙二醛含量参照TBA比色法[8]测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法[9]测定。蛋白含量采用考马斯亮蓝法[10]测定。脯氨酸含量参照磺基水杨酸法[11]测定。

1.4 试验数据处理

试验数据采用2010版Microsoft Excel、SPSS17.0等软件进行处理。

表1 不同剂量外源物质对低温处理下番茄幼苗的处理方法Tab.1 Treatment methods of exogenous substances with different concentrations on tomato seedlings under low temperature

2 结果与分析

2.1 植物生长状态的变化

2.1.1 喷施外源ABA后番茄幼苗的生长表现 在适宜的生长环境下喷施不同剂量的外源ABA，番茄幼苗正常生长(图1)。在4 ℃的环境下处理24 h，未喷施ABA的番茄幼苗叶片、茎秆失去水分，无法直立，受伤害程度明显；喷施不同剂量的外源ABA后，对幼苗在低温胁迫下的长势均有明显的促进作用，叶片萎蔫程度不明显，在低温胁迫下均可直立生长，受伤害程度不显著。ABA剂量为70.00 mg/L时抵御冷害效果最好，幼苗表现出强劲的长势。

2.1.2 喷施外源SA后番茄幼苗的生长表现 在适宜的生长环境下喷施不同剂量的外源物质SA，番茄幼苗正常生长，当外源SA剂量为0.15 mmol/L时叶片繁茂，长势最好(图2)。在4 ℃的环境下处理24 h，未喷施SA的番茄幼苗叶片、茎秆失去水分，无法直立，受伤害程度明显；喷施不同剂量的外源SA后，叶片都出现轻微萎蔫叶子发黄的现象，喷施0.20 mmol/L和0.10 mmol/L可以直立生长，但当喷施外源SA剂量为0.15 mmol/L时，番茄幼苗植株茎秆出现弯曲。从表型上看，当SA剂量为0.20 mmol/L和0.10 mmol/L时抵御冷害效果较好。

图1 喷施不同剂量外源ABA后番茄幼苗表型的变化Fig.1 Phenotypic variation of tomato seedlings after spraying different concentrations of exogenous ABA

图2 喷施不同剂量外源SA后番茄幼苗表型的变化Fig.2 Phenotypic variation of tomato seedlings after spraying different concentrations of exogenous SA

2.1.3 喷施外源GA3番茄幼苗的生长表现 在适宜的生长环境下喷施不同剂量的外源物质GA3，番茄幼苗正常生长，当外源GA3为50.00 mg/L时叶片繁茂，长势最好(图3)。在4 ℃的环境下处理24 h，未喷施GA3的番茄幼苗叶片、茎秆失去水分，无法直立，受伤害程度明显；喷施不同剂量的外源GA3后，叶片都出现不同程度的萎蔫现象，喷施50.00 mg/L叶片失去水分萎蔫程度最大，喷施外源GA3100.00 mg/L的茎秆的弯曲程度大于50.00 mg/L和75.00 mg/L，喷施外源GA3为75.00 mg/L时，植株的长势优于50.00 mg/L和100.00 mg/L。从表型上看，当GA3为75.00 mg/L时抵御冷害效果较好。

喷施不同剂量的外源ABA、SA、GA3均具有抗寒的能力，但进行不同的激素处理抗寒能力也不同，其中进行ABA处理后，叶片伤害最小，萎蔫程度不明显，茎秆依旧可以直立生长，与对照相比抗寒性效果比SA、GA3更明显。

图3 喷施不同剂量外源GA3后番茄幼苗表型的变化Fig.3 Phenotypic variation of tomato seedlings after spraying different concentrations of exogenous GA3

2.2 喷施外源ABA、SA和GA3番茄幼苗的生理生化变化

2.2.1 相对电导率的变化 当ABA剂量处于70.00 mg/L时，相对电导率最低为17.34%，低于对照相对电导率3.08%，与对照相对电导率差异最小的为90.00 mg/L的ABA(图4)。喷施SA的番茄幼苗的相对电导率随SA剂量的降低而降低，当SA处于0.10 mmol/L时，比对照低9.60%，是SA中相对电导率最低的，与ABA、GA3两激素相比SA整体在低温处理后相对电导率最低。随着外源物质SA剂量的降低相对电导率含量逐渐降低，喷施GA3的番茄叶片的相对电导率与对照相比较差异不明显。说明ABA为70.00 mg/L，SA为0.10 mmol/L、GA3为75.00 mg/L时效果比其他剂量更有效。同时喷施适宜剂量的外源物质效果显著顺序为SA、ABA、GA3。

注：图中小写字母代表各个处理间差异显著(P<0.05)。Note: the lowercase letters in the figure showed significant differences among the treatments (P<0.05).图4 不同剂量外源物质对番茄幼苗叶片相对电导率的影响Fig.4 Effects of exogenous substances with different concentrations on the relative electrical conductivity of tomato seedling leaves

2.2.2 丙二醛的变化 当喷施70.00 mg/L的ABA后，丙二醛含量为11.61 μmol/g，与对照的丙二醛含量相差46.02 μmol/g，是喷施外源物质中丙二醛含量最低的剂量(图5)。喷施50.00 mg/L和90.00 mg/L的ABA后丙二醛含量相差较小，无明显变化。当喷施0.10 mmol/L的SA后，丙二醛含量为21.08 μmol/g，是喷施SA剂量中变化最明显的，低于对照36.56 μmol/g。当喷施0.20 mmol/L与0.15 mmol/L的SA后均低于对照，但与ABA和GA3不同激素相比无明显变化。喷施GA3激素低温处理后，与对照相比丙二醛明显出现下降现象，其中喷施75.00 mg/L的GA3丙二醛含量下降最多，比对照低37.42 μmol/g。ABA为70.00 mg/L，SA为0.10 mmol/L、GA3为75.00 mg/L时效果比其他剂量外源物质更有效。同时喷施适宜剂量的外源物质效果显著顺序为ABA、GA3、SA。

2.2.3 可溶性糖的变化 喷施3种不同剂量的ABA均比对照的可溶性糖含量高，其中喷施70.00 mg/L的ABA低温处理后可溶性糖含量最高，比对照高0.06%，而喷施50.00 mg/L与90.00 mg/L的ABA后，可溶性糖含量在低温胁迫后大致相同，无明显差异(图6)。喷施0.20、0.15 mmol/L的SA后低温处理，可溶性糖含量与对照相比较无明显差异，经0.10mmol/L的SA处理后，高于对照0.05%，为0.12%。喷施50.00 mg/L的GA3，可溶性糖含量无明显差异，喷施75.00 mg/L和100.00 mg/L的GA3与对照比较均发生明显变化，75.00 mg/L是GA3中含有可溶性糖最高的，为0.12%，比对照的可溶性糖含量高出0.05%，100.00 mg/L比75.00 mg/L的GA3的可溶性糖含量略低，为0.10%。说明ABA、SA、GA3均降低低温对番茄幼苗的伤害，可使番茄幼苗很好适应低温胁迫。当ABA为70.00 mg/L，SA为0.10 mmol/L、GA3为75.00 mg/L时效果比其他剂量外源物质更有效。同时喷施适宜剂量的外源物质效果显著顺序为ABA、SA、GA3。

注：图中小写字母代表各个处理间差异显著(P<0.05)。Note: thelowercase letters in the figure showed significant differences among the treatments (P<0.05).图5 不同剂量外源物质对番茄幼苗叶片丙二醛的影响Fig.5 Effects of exogenous substanceswith different concentrations on malondialdehyde in tomato seedling leaves

注：图中小写字母代表各个处理间差异显著(P<0.05)。Note: thelowercase letters in the figure showed significant differences among the treatments (P<0.05).图6 不同剂量外源物质对番茄幼苗叶片可溶性糖的影响Fig.6 Effects of exogenous substanceswith different concentrations on soluble sugar in tomato seedling leaves

2.2.4 可溶性蛋白的变化 3种不同剂量的ABA均明显比对照的可溶性蛋白含量高，但3种剂量间可溶性蛋白含量无明显差异(图7)。在外源物质SA的3种不同剂量中，喷施0.20 mmol/L的SA比对照的可溶性蛋白含量增加最少，为1.43 mg/g，随着SA剂量的降低可溶性蛋白含量逐渐增加，喷施0.10 mmol/L的SA是3个剂量中与对照相比可溶性蛋白含量增加最多的，比对照高0.30 mg/g。在喷施GA3这3种不同剂量激素后，喷施75.00 mg/L的GA3低温处理可溶性蛋白含量高于对照最明显，为1.67 mg/g，高于对照0.32 mg/g。当ABA为70.00 mg/L，SA为0.10 mmol/L、GA3为75.00 mg/L时效果与其他剂量外源物质相比更有效。

注：图中小写字母代表各个处理间差异显著(P<0.05)。Note: thelowercase letters in the figure showed significant differences among the treatments (P<0.05).图7 不同剂量外源物质对番茄幼苗叶片可溶性蛋白的影响Fig.7 Effects of exogenous substanceswith different concentrations on soluble protein in tomato seedling leaves

2.2.5 脯氨酸的变化 喷施3种不同剂量的ABA低温处理，其中喷施70.00 mg/L的ABA与对照相比较最明显，为62.89 μg/g，比对照高40.23 μg/g，同时也是喷施3种外源物质低温处理后脯氨酸含量最高的(图8)。喷施50.00 mg/L与90.00 mg/L的ABA均明显高于对照，但50.00 mg/L与90.00 mg/L的ABA并无明显差异。随着SA剂量的降低脯氨酸含量逐渐增长，3种不同剂量的SA相比较，其中喷施0.20 mmol/L的SA与对照几乎无明显差异，喷施0.10 mmol/L的SA与对照差异明显，相差25.00 μg/g，为47.66 μg/g。喷施50.00 mg/L、 100.00 mg/L的GA3均与对照差异不明显，但喷施75.00 mg/L的GA3脯氨酸含量为40.10 μg/g，高于对照17.44 μg/g。当ABA为70.00 mg/L，SA为0.10 mmol/L、GA3为75.00 mg/L时效果与其他剂量外源物质相比更有效。同时喷施适宜剂量的外源物质效果显著顺序为ABA、SA、GA3。

3 讨 论

外源物质处理提高植物耐寒性首先表现在植物表观性状的变化方面。许多研究报道证实ABA、SA、GA3等外源物质处理可有效缓解低温胁迫对植物的伤害。如适当剂量的外源ABA能够提高茶树、香蕉、荔枝、甘蔗、库尔勒香梨等多种植物耐寒性[12]。适宜剂量的SA可在桃、西瓜、杏、香蕉、黄瓜、烟草、小麦等植物上减少低温胁迫带来的伤害[13]。外源GA3可提高水稻、玉米、柑橘、黄瓜等植物抵御低温的能力[14]。

外源物质对植物体在低温胁迫下生长状况的改善作用建立在植物体内各种代谢活动的稳定、正常的基础上。正常的生命代谢活动可在植物体内一些关键性物质的变化上得以体现。相对电导率的大小反应细胞膜结构的破坏程度，电解质外渗率越低，植物细胞的受伤害程度越低，植物的抗寒性越强[15]。丙二醛含量与抗寒性呈负相关，可作为衡量抗寒性强弱的指标[16]。在本试验中，当喷施外源物质ABA、SA、GA3后，番茄幼苗的相对电导率、丙二醛含量均低于对照。在植物抗冷作用中，糖的积累越高其抗冷性越强，相反就越弱[17]。低温处理可引起植物可溶性蛋白积累，可以保护膜系统，较强的亲水性质能提高植物本身的持水力锁住更多的水分，降低自由水含量，避免寒冷引起的损伤[18]。植株自身游离脯氨酸合成量与植株抗性有关，脯氨酸含量越高抗性越强[19]。在本试验中，当喷施外源物质ABA、SA、GA3后，可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量均高于对照。

叶面喷施外源SA、ABA、GA3均可以做到有效抵御低温胁迫带来的伤害。不同的外源物质适宜的处理剂量范围差别很大。同一种外源物质处理效果因喷施溶液的剂量而异。从本研究结果看，ABA、SA和GA3这3种外源物质缓解低温处理对番茄幼苗伤害的最佳剂量分别为70.00 mg/L、0.10 mmol/L和75.00 mg/L。