本發(fā)明涉及一種提升茄科類作物應(yīng)對弱光生長環(huán)境的方法及應(yīng)用，屬于蔬菜栽培技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
茄科類作物主要包括番茄、辣椒、茄子等蔬菜，這類作物多發(fā)源于中南美洲的熱帶、亞熱帶地區(qū)，因此具有十分類似的生理特點及栽培要求，尤其對于光照強度、溫度具有較高的需求，在世界范圍內(nèi)是栽培面積巨大的一種蔬菜作物。目前國內(nèi)設(shè)施辣椒的反季節(jié)栽培面積呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，與露地正常生產(chǎn)條件相比，設(shè)施環(huán)境常因覆蓋物和骨架結(jié)構(gòu)的存在而導(dǎo)致光照強度降低，加上冬春季節(jié)光照強度和時間明顯不足，尤其是雨雪天等不良天氣的影響，溫室內(nèi)經(jīng)常產(chǎn)生弱光逆境，導(dǎo)致在栽培過程中出現(xiàn)徒長、根系發(fā)育不良等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響作物對養(yǎng)分的吸收、積累以及幼苗的生長發(fā)育，成為限制蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。
光對植物最直接的作用是光合作用，提供同化力形成所需要的能量，活化參與光合作用的關(guān)鍵酶，光也是葉綠素形成和葉綠體發(fā)育的必要條件。同時光信號通過光受體控制植物的形態(tài)建成。光照強度改變后，植株最直接的變化就是光合作用的變化。目前研究表明在光飽和點以下隨著光照強度減弱，植物凈光合速率會出現(xiàn)顯著的下降。光照強度對植株的花芽分化、開花、授粉、坐果及果實發(fā)育各個方面都有影響。苗期番茄遮陰后，開花初始時間推遲，開花高峰期也相應(yīng)延遲；分苗后遮陰處理對開花的影響最大，使開花期延長，同時開花指數(shù)下降。弱光下番茄植株體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)積累減少，且生殖生長競爭光合產(chǎn)物能力差，導(dǎo)致花芽分化延遲，開花節(jié)位升高，花芽素質(zhì)下降，花數(shù)減少，花粉活力和受精能力下降，座果率降低。此外，弱光不但降低源葉中同化物輸出的比例和速度，還影響同化物的流向，弱光下同化物向莖和葉中的分配比率增加，而向花、果實中的分配比率減少。同時內(nèi)源激素水平失衡，產(chǎn)生氧化損傷、MDA大量累積，最終導(dǎo)致果實產(chǎn)量與品質(zhì)降低。
培育耐弱光品種是解除弱光限制的有效措施，但是一個優(yōu)良新品種的選育周期十分漫長，期間需要大量的人力物力，并且培育耐弱光品種的前提是深入了解其在弱光下的生長發(fā)育特性，找出與耐弱光性相關(guān)的性狀和理化指標(biāo)，從而更有針對性地進行耐弱光蔬菜品種的篩選和培育。除了培育優(yōu)良耐弱光品種之外，一些地區(qū)的溫室、棚室在管理中利用人工光源在弱光季節(jié)進行補光來改善作物的生長環(huán)境，但目前在實際生產(chǎn)上也存在著一些問題。一方面人工補光設(shè)備對于能源消耗較高，且由于多數(shù)溫室跨度較大，配備相應(yīng)的各類補光線路、光源裝置也會占用大量的空間，提高了在溫室內(nèi)進行農(nóng)事操作的難度并降低了溫室的有效利用空間；另一方面，隨著補光裝置線路的老化、補光設(shè)備造成的局部高溫，在缺乏安全監(jiān)管的場所極易引發(fā)火災(zāi)，對生產(chǎn)造成難以彌補的重大損失。因此，開發(fā)一種安全、高效的方法來代替人工補光操作，對于解決上述問題具有實際意義。
氨基丁酸是一類具有生物活性的非蛋白氨基酸分子，在生物體內(nèi)均有存在。作為一種無毒的化學(xué)物質(zhì)，其應(yīng)用范圍十分廣泛，以往研究主要集中在動物、以及極少數(shù)植物當(dāng)中。在科研或?qū)嶋H生產(chǎn)中，使用GABA來提升茄科類幼苗耐弱光能力的研究目前未見相關(guān)報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種提升茄科類作物應(yīng)對弱光生長環(huán)境的方法及應(yīng)用，采用的技術(shù)方案如下：
本發(fā)明的目的在于提供一種提升茄科類作物耐弱光性的方法，該方法是在弱光條件下利用GABA溶液對作物進行處理。
本發(fā)明是在光照強度為50μmol·m-2·s-1-500μmol·m-2·s-1下，利用GABA溶液對幼苗進行處理。
優(yōu)選地，所述GABA溶液的濃度為20mM-65mM。
更優(yōu)選地，所述GABA溶液的濃度為35mM-65mM。
最優(yōu)選地，所述GABA溶液濃度為50mM。
優(yōu)選地，所述幼苗為長到4葉1心期的幼苗。
優(yōu)選地，在光照強度為50μmol·m-2·s-1-500μmol·m-2·s-1下，對長到4葉1心期的幼苗在其葉片正、背面均勻噴施20mM-65mM的GABA溶液。
優(yōu)選地，采用噴施的方法對幼苗進行處理，具體操作是：每2天在葉片正、背面均勻噴施1次，以葉面均勻分布細小霧化水珠為準(zhǔn)。
優(yōu)選地，每次噴施量為250mL·m-2-300mL·m-2。
更優(yōu)選地，在光照強度為50μmol·m-2·s-1-500μmol·m-2·s-1下，對長到4葉1心期的幼苗在其葉片正、背面均勻噴施50mM的GABA溶液；每2天在葉片正、背面均勻噴施1次，以葉面均勻分布細小霧化水珠為準(zhǔn)，每次噴施量為250mL·m-2-300mL·m-2。
本發(fā)明還提供了一種上述方法在茄科類作物栽培和耐弱光作物品種選育中的應(yīng)用。
本發(fā)明方法能夠提升茄科類作物的耐弱光能力。茄科類作物主要包括番茄、辣椒、茄子等蔬菜，這類作物多發(fā)源于中南美洲的熱帶、亞熱帶地區(qū)，因此具有十分相似的生理特點及栽培要求，尤其對于光照強度、溫度具有較高的需求。在光照不足的情況下，容易導(dǎo)致幼苗出現(xiàn)徒長、根系發(fā)育不良等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響作物對養(yǎng)分的吸收和生長發(fā)育。本發(fā)明所述方法適用于辣椒、番茄、茄子等任意一種茄科類作物。
本發(fā)明有益效果：
1、本發(fā)明提供了一種提升茄科類作物應(yīng)對弱光生長環(huán)境的方法，通過使用GABA作為生長調(diào)節(jié)劑能夠改善作物對弱光逆境的適應(yīng)性，提高作物耐弱光能力，提升了作物在弱光逆境下的光合效率，減輕了逆境脅迫對作物的不良影響。在科研或?qū)嶋H生產(chǎn)中，使用GABA來提升辣椒幼苗耐弱光能力的研究目前未見相關(guān)報道。
2、本發(fā)明方法明確了γ-氨基丁酸(GABA)適宜的使用濃度范圍，即20-65mM，在此濃度范圍內(nèi)作物具有較好的耐弱光效果，本發(fā)明還闡明了合理使用GABA能夠有效減輕逆境脅迫對植物細胞的傷害、維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，提高抗氧化系統(tǒng)活性、保證了葉綠體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和較高的光合效率，從而有效的達到了促進作物生長、培育壯苗的目的。
3、光合參數(shù)、抗氧化酶活性等指標(biāo)在一定程度上能夠反映出幼苗的耐弱光能力，本發(fā)明使用GABA后相較于未使用GABA的幼苗，葉綠素a和葉綠素b的含量最高可以提高14.9％和20.9％，并可最大程度上提升32.6％的葉片最大光合速率和46.9％的氣孔導(dǎo)度。適宜濃度的GABA處理可以有效的提升植株抗氧化酶的活性，其中SOD、CAT、APX、GPX的最高水平分別比對照提高了36.6％、22.4％、11.8％、23％，因此本發(fā)明方法可以顯著提高幼苗的耐弱光能力。
4、由于一些理化指標(biāo)諸如光合參數(shù)、抗氧化酶活性等指標(biāo)在一定程度上能夠反映出幼苗的耐弱光能力，因此，在辣椒作物的抗逆育種工作中，通過考察本發(fā)明中涉及到的上述理化指標(biāo)的變化，可以為選育優(yōu)良的耐弱光品種提供理論依據(jù)和參考。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明不受實施例的限制。
實施例1：
本實施例以辣椒幼苗作為研究對象，通過測定相關(guān)理化指標(biāo)，明確外源GABA處理對弱光脅迫下辣椒幼苗的調(diào)節(jié)作用，具體實施方案及結(jié)果如下：
本實施例以辣椒幼苗作為研究對象，在日光溫室內(nèi)進行播種。待種子出芽后播種于營養(yǎng)缽中，以草炭土作為基質(zhì)，將實驗材料放置在人工培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)箱濕度設(shè)定為65％-70％，晝夜溫度設(shè)定為25℃/15℃，晝夜光周期設(shè)定為10h/14h光照。本實驗共設(shè)計了六個實驗處理，每個處理包括10株幼苗，每處理重復(fù)三次。外源GABA共設(shè)置6個濃度梯度，分別在使用前配置成5mM、20mM、35mM、50mM、65mM、80mM濃度的水溶液，在辣椒幼苗長到4葉1心期時，每2天在上午8時利用小噴壺在葉片正、背面均勻噴施1次，以葉面均勻分布細小霧化水珠為準(zhǔn)，每次噴施量為250mL·m-2-300mL·m-2，共噴施3次。
六個實驗處理分別為：弱光+蒸餾水(空白對照)，弱光+5mM GABA(處理1)，弱光+20mM GABA(處理2)、弱光+35mM GABA(處理3)、弱光+50mM GABA(處理4)、弱光+65mM GABA(處理5)、弱光+80mM GABA(處理6)。其中正常光照強度設(shè)定為500μmol·m-2·s-1，弱光強度設(shè)定為50μmol·m-2·s-1。在最后一次GABA葉片噴施處理后的第0，3，9天測定光合速率參數(shù)、過氧化指標(biāo)以及抗氧化系統(tǒng)活性。
一、光合作用參數(shù)的測定
1.葉綠素含量的測定：選擇第4片完全展開葉，用打孔器打取0.4cm的葉圓片0.2g，利用等體積乙醇、丙酮混合液10mL浸泡，并用保鮮膜封口防止提取液揮發(fā)，浸泡至組織變白后，用分光光度計測定吸光值。
2.光合速率和氣孔導(dǎo)度的測定：于晴天上午8時后，用Li-6400(LI-COR，美國)便攜式光合儀測定凈光合速率(Pn)和氣孔導(dǎo)度(Gs)。測定時葉室配備LED光源，光量子通量密度(PFD)為1000μmol·m-2·s-1，設(shè)定葉室中環(huán)境CO2濃度為300μmol·mol-1，葉室溫度為25℃。
3.光合熒光參數(shù)的測定：在清晨陽光直射前選取葉片，采用LI-6400便攜式光合儀測定各熒光參數(shù)，測定最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)、Fv/Fm(最大光化學(xué)效率)和qP(光化學(xué)猝滅系數(shù))。
二、過氧化物質(zhì)含量的測定
1.丙二醛(MDA)含量的測定
葉片冰上研磨至勻漿，取上述上清液1mL，加2mLTBA封口水浴15min，迅速冷卻(用冷水沖泡)，倒入指形管中，4000×g下離心20min，取上清液于波長600nm，532nm，450nm下比色。
2.超氧陰離子自由基的測定
葉片冰上研磨至勻漿，離心后取上清液0.5mL，加入提取混合液和10mmol·L-1的鹽酸羥胺，25℃反應(yīng)20min；再依次加入17mmol·L-1的對氨基苯磺酸和7mmol·L-1的α-萘胺，25℃反應(yīng)20min。然后加入同體積的無水乙醚充分搖勻，4000×g離心10min后，取乙醚相測波長530nm下的光吸收值。
三、抗氧化酶活性的測定
1.超氧化物氣化酶(SOD)活性的測定
酶粗提液依次加入2.4mL的NBT混合液，振動后在光照培養(yǎng)箱內(nèi)30℃、5000lx條件下照光10min，調(diào)零管不照光，紫外分光光度計上測定OD560。酶活性單位(U)為1g鮮樣1min內(nèi)抑制NBT光化還原50％所需要的酶量。
2.過氧化氫酶(CAT)活性的測定
酶粗提液加入1.95mL的EDTA混合液，25℃水浴平衡5min，然后加入1m的60mmol·L-1H2O2溶液，終體積為3mL，每隔30s讀出OD240的減少值，時間段取30-90s，測定每分鐘光密度變化值。酶活單位(U)為1g鮮樣1min內(nèi)OD240降低0.01單位所需的酶量。
3.抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的測定
酶粗提液加入2.9mL的EDTA混合液，25℃水浴平衡5min，加入50μL的30mmol·L-1AsA啟動反應(yīng)。每隔10s讀出OD290的減少值，時間段取10～60s。酶活性單位(U)為1g鮮樣1min內(nèi)OD290降低0.01單位所需要的酶量。
4.谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)活性的測定
四、結(jié)果與分析
通過對上述辣椒苗期各項生理指標(biāo)的測定，對兩種濃度的GABA的使用效果進行了評價，主要分析結(jié)果如下。
1.GABA對幼苗光合作用參數(shù)的影響
表1的結(jié)果表明，與對照相比，通過葉面噴施不同濃度的GABA，在處理的第9天50mM的處理顯著提升了幼苗葉綠素a的含量(14.9％)、20-50mM的處理可以顯著提高葉綠素b的含量，其中35mM和50mM濃度的處理分別比對照的葉綠素b含量提高了14％和20.9％。
表2的結(jié)果表明，通過葉面噴施不同濃度的GABA，在處理的第3、9天20-50mM的處理顯著提升了幼苗葉片的最大光合速率，其中50mM處理分別比對照提高了24.8％和32.6％。35-50mM的處理可以顯著提高葉片的氣孔導(dǎo)度，50mM濃度的處理分別比對照提高了21.7％和46.9％。
表1 GABA處理對弱光下幼苗葉綠素含量的影響
表2 GABA處理對弱光下幼苗最大光合速率(Pn)和氣孔導(dǎo)度(Gs)的影響
2.GABA對光合熒光參數(shù)的影響
表3的結(jié)果表明，與對照相比，通過葉面噴施不同濃度的GABA，在處理的第3或9天20-65mM的處理顯著提升了幼苗的光化學(xué)淬滅系數(shù)和氣孔導(dǎo)度，其中50mM表現(xiàn)最好，分別在第3天和第9天提高光化學(xué)淬滅系數(shù)17.3％和27.8％，提高最大光化學(xué)效率3.4％和3.9％。
表3 GABA處理對弱光下幼苗光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)和最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)的影響
3.GABA對幼苗過氧化物質(zhì)含量的影響
表4的結(jié)果表明，與對照相比，20-50mM濃度的處理在第3天、50mM濃度處理在第9天可以顯著降低幼苗葉片的丙二醛含量，35mM處理在第3天降低了16.1％，50mM處理在第9天降低了14％。20-50mM濃度的處理在第9天可以顯著提高超氧陰離子自由基的含量，其中50mM濃度效果較好，比對照降低了25.4％。
表4 GABA處理對弱光下幼苗MDA和含量的影響
4.GABA對幼苗抗氧化酶活性的影響
表5的結(jié)果表明，與對照相比，20-50mM濃度的處理在第3天、20-65mM濃度處理在第9天可以明顯提高幼苗葉片的SOD的活性，其中50mM處理分別提升了14.7％和36.6％。20-65mM濃度的處理在第3天、35-65mM濃度處理在第9天可以顯著提高幼苗葉片的CAT的活性，其中20mM處理在第3天提高了19.8％，50mM在第9天提高了22.4％。
表5 GABA處理對弱光下幼苗SOD和CAT含量的影響
表6的結(jié)果表明，與對照相比，5mM和50mM濃度的處理在第3天、20-65mM濃度處理在第9天可以明顯提高幼苗葉片的GPX的活性，其中50mM處理分別提升了20.4％％和23％。35-50mM濃度處理在第9天可以顯著提高幼苗葉片的APX的活性，其中50mM處理比對照提高了11.8％。
表6 GABA處理對弱光下幼苗GPX和APX含量的影響
綜上所述，本發(fā)明分析了弱光逆境條件對幼苗光合指標(biāo)和理化指標(biāo)的影響，通過使用GABA作為生長調(diào)節(jié)劑，提升了辣椒作物在弱光逆境下的光合效率，減輕了逆境脅迫對作物的不良作用。γ-氨基丁酸(GABA)在20-65mM的濃度下可以有效的促進光合作用，減輕逆境脅迫對植物細胞的傷害、維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，提高抗氧化系統(tǒng)活性。其中50mM濃度的處理具有更好的誘導(dǎo)效果，植株葉綠素a和葉綠素b的含量最高可以提高14.9％和20.9％，以及32.6％的葉片最大光合速率和46.9％的氣孔導(dǎo)度。并可以有效提升抗氧化酶的活性，SOD、CAT、APX、GPX的最高水平分別比對照提高了36.6％、22.4％、11.8％，23％。通過改善弱光脅迫下的上述生理指標(biāo)，有效的達到了促進作物生長、培育壯苗的目的，在辣椒作物的抗逆育種工作中，通過考察本發(fā)明中涉及到的上述理化指標(biāo)的變化，還可為選育優(yōu)良的耐弱光品種提供理論依據(jù)和參考。
雖然本發(fā)明已以較佳的實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明精神和范圍內(nèi)，都可以做各種的改動與修飾，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。