番茄种子超重力处理对干旱胁迫的响应

晁元上

（临泉县农业综合行政执法大队，安徽 临泉 236400）

干旱是农业生产的主要威胁之一，水分的亏缺将使植物的生理发生变化，直接影响到作物产量的高低。因而，有关水分胁迫对蔬菜及农作物生育及生理的影响研究也一直是逆境研究的热点之一。众所周知，全球能够用于农业生产的淡水资源十分匮乏，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）大得多的环境下，物质所受到的力（包括引力或排斥力），利用超重力环境的技术称为超重力技术（High Gravity Technology），在地球上可利用旋转产生的离心力来模拟超重力环境而得以实现。地球上的生物是适应地球重力进化而来的，地球上的生物如何适应空间重力环境，是当代空间生命科学中倍受关注的重要课题之一，超重力处理可作为一种新的育种方法应用于作物育种。

本试验选用番茄（Lycopersicum esculentumMill.）为材料，对刚萌动的种子进行不同超重力处理，PEG 溶液模拟干旱条件，探讨超重力条件对番茄生长发育的影响，为提高番茄抗旱能力寻求新的途径。

1 材料与方法

1.1 材料

供试番茄品种“改良中蔬四号”，在临泉县农资市场上随机购买，本试验在临泉县种子管理站及安农大皖西北综合试验站实验室内进行。具体试剂名称及厂商见表1。具体仪器型号及厂商见表2。

表1 试剂名称Tab.1 The name of reagent

表2 仪器型号Tab.2 Instrument type

1.2 试验处理方法

1.2.1 超重力处理

种子使用无菌水冲洗3 次，放入烧杯中，加入蒸馏水，在室温下浸种4 h，然后用吸水纸吸干种子表面的水分，放入离心机进行离心处理，超重力处理设置水平为1 000×g，2 h、2 000×g，2 h、3 000×g，2 h。

1.2.2 种子催芽

种子在超重力处理后，分别放于不同的培养皿中，贴好标签。培养皿内铺两层滤纸，加蒸馏水，另设对照（未超重力处理，加蒸馏水），每皿放30粒种子。然后放入隔热式电热恒温培养箱28℃，进行催芽。

1.2.3 幼苗处理

种子萌发后播于装有蛭石的营养钵（13 cm×13 cm）中培育，真叶显露后用25%倍的园试营养液浇灌幼苗。待幼苗长至四叶一心时，用20%PEG 溶于25%倍的营养液中，进行处理，每个处理选择10 株生长一致的幼苗植株。设置5 个处理：未进行处理的空白对照CK，20%PEG 溶液处理，20%PEG溶液+1 000×g、2 h 处理，20%PEG 溶液+2 000×g、2 h 处理，20%PEG溶液+3 000×g、2 h处理。

无土栽培营养液（日本园试）配方为：

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%倍标准营养液配制：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 测定项目与方法

1.3.1 生物量的测定

处理1周后，分别从营养钵中取出幼苗清洗干净，晾干水分，称量鲜质量；之后放入烘箱中105℃下杀青15 min，再在80℃下烘干至恒重，称其干质量。

1.3.2 根系活力的测定

根系活力的测定采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法。

1.3.3 叶绿素含量的测定

叶绿素含量的测定采用分光光度法。

1.3.4 丙二醛含量的测定

丙二醛含量的测定采用TBA（硫代巴比妥酸）显色法。

1.4 数据处理

对所测定的数据进行收集、整理，然后用Microsoft Excel进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对番茄幼苗生物量的影响

从表3 可知，与对照（CK）相比，在20%PEG 溶液的处理下，番茄幼苗的鲜质量和干质量显著降低。但经过超重力处理后的种子又明显高于未离心的种子。其中1 000×g，2 h鲜质量和干质量略有增加，2 000×g，2 h 鲜质量和干质量显著增加，3 000×g，2 h 鲜质量和干质量显著增加。其中以2 000×g，2 h的种子和3 000×g，2 h的种子表现最优。

表3 不同超重力处理对番茄生物量的影响Tab.3 The effect of hypergravity treatmemt on biomass of tomato

2.2 不同处理对番茄幼苗根系活力的影响

植物根系是活跃的吸收器官和合成器官，根的生长状况和活力水平直接影响地上部的生长和营养状况及产量水平，根系活力的大小一定程度上反映了作物吸收养分能力的强弱。图1 可明显看出，与对照相比，20%PEG 溶液处理番茄幼苗根系活力均显著降低；在20%PEG 溶液处理下，超重力处理各组根系活力均高于未超重力处理。在超重力处理的3组中，又以2 000×g，2 h 的根系活力最高。说明对番茄种子进行2 000×g，2 h超重力处理可以提高种子的抗旱能力。

图1 不同处理对番茄幼苗根系活力的影响Fig.1 The effect of different water stress stress on root activity of tomato

2.3 不同处理对番茄幼苗叶绿素含量的影响

叶绿体是植物体有机物合成的场所，叶绿素是光能的吸收器，叶绿素含量的高低直接决定植株有机物的合成能力。通过测定植株叶片的叶绿素含量可以判断它合成有机物的能力。由图2 可以看出，与对照相比，20%PEG 溶液处理番茄叶绿素含量均有所减少；在20%PEG 溶液处理下，超重力处理过的番茄幼苗叶绿素含量均高于未超重力处理。在超重力处理的3 组中，又以2 000×g，2 h 的叶绿素含量最高。说明对番茄种子进行2 000×g，2 h超重力处理可以提高番茄幼苗的抗旱能力。

图2 不同处理对番茄幼苗叶绿素含量的影响Fig.2 The effect of different different water stress on chlorophyll content of tomato

2.4 不同处理对番茄幼苗丙二醛含量的影响

MDA作为脂质过氧化的产物，其含量的多少标志着膜脂过氧化的程度。由图3 可以看出，与对照相比，20%PEG 溶液处理番茄MDA 含量均有所增加；在20%PEG 溶液处理下，每组中超重力处理番茄幼苗MDA 含量低于未超重力处理。在超重力处理的3 组中，又以2 000×g，2 h 的丙二醛含量最低。说明对番茄种子进行2 000×g，2 h超重力处理可以提高番茄幼苗的抗旱能力。

图3 不同处理对番茄幼苗丙二醛含量的影响Fig.3 The effect of different different water stress on MDA content of tomato

3 讨论

超重力环境作为一种极端的物理条件，可以突破地球重力场的限制，创造出更多的新技术，并已在生物科学中逐渐得到应用，例如可用于超氧化物歧化酶发酵、透明质酸发酵等。干旱胁迫是我国农业生产中的一大自然灾害，应用常规育种方法培育耐旱植物获得变异植株需要的时间长，未有突破性进展。利用重力技术育种是近年来应用的一项重要技术。

本试验研究番茄种子超重力处理对干旱胁迫的响应，结果显示，与对照相比，在干旱胁迫下，鲜质量和干质量都显著降低，说明PEG 处理产生胁迫作用，有效物质合成受阻，生长受抑，干鲜比的值都显著增加。但是经过超重力处理下的植株干质量和鲜质量都显著增加，干鲜比的值都显著降低。说明经过超重力处理的种子发育成的幼苗要比未处理的干鲜比降低，幼苗吸水能力增强。

进一步研究了种子超重力处理下，番茄幼苗期对干旱胁迫的响应，结果表明，与对照相比，叶绿素含量和根系活力显著降低，丙二醛含量显著增高，说明幼苗受到干旱胁迫危害。相对应其中又以2 000×g，2 h 超重力处理的种子，幼苗生物量、叶绿素含量和根系活力均高于其他超重力处理，同时丙二醛含量低于其他超重力处理，表现出一定的抗旱性。说明2 000×g，2 h 超重力处理的番茄种子，能够在一定程度上提高番茄植株的耐旱性。