高温下不同空气湿度处理对番茄花芽分化及热激蛋白表达的影响

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为了研究高温高湿对番茄花芽分化进程的影响机理及对热激蛋白表达的影响,以番茄品种“寿和粉冠”为试材,于2019年3-6月与2020年4-7月在南京信息工程大学农业气象试验站进行气温、空气相对湿度、处理天数的正交试验,气温(昼温/夜温)设4个处理水平:T1(32℃/22℃)、T2(35℃/25℃)、T3(38℃/28℃)、T4(41℃/31℃);空气湿度设3个处理水平:H1(50%±5%)、H2(70%±5%)、H3(90%±5%);处理天数为2、4、6和8d。以昼温/夜温28℃/18℃、空气相对湿度45%~55%处理为对照(CK)。在番茄花芽分化各个时期分别测量生理生化指标:顶芽内源激素、淀粉、可溶性糖含量,外观指标:株高、茎粗、单株干质量、壮苗指数,在未分化期测定热激蛋白表达量,以研究苗期高温高湿影响番茄花芽分化进程的机理。主要研究结果如下:(1)高温高湿处理使花芽分化期番茄植株的株高增加,且在花芽分化期温度和湿度越大,番茄株高越高。高温高湿处理不利于番茄茎粗值的增加,环境温度和空气相对湿度越高,茎粗值越低。35℃气温和50%空气相对湿度环境条件有利于花芽分化期光合作用的进行,能显著促进番茄植株单株干质量的积累。温度超过35℃以及空气相对湿度高于50%环境条件均不利于番茄单株干质量的积累。在整个花芽分化阶段,番茄单株干质量呈现“S”形变化趋势,运用Logistic模型对花芽分化期单株干质量进行非线性拟合,不同高温高湿处理下番茄单株干质量与花芽分化天数的拟合方程精度较高,R2均大于0.9。随着随着温度和空气相对湿度提高,壮苗指数逐渐降低,壮苗指数受株高、茎粗、单株干质量的综合影响,高温高湿能提高花芽分化期番茄植株高度,不利于植株生长发育,番茄植株徒长,使得长势优良的植株减少。(2)高温高湿胁迫下番茄花芽分化延迟且进程延长,各分化阶段历时与可溶性糖、淀粉、游离氨基酸、可溶性蛋白、内源激素等指标之间的相关关系,发现“寿和粉冠”番茄花芽分化各阶段历时与可溶性糖、游离氨基酸、IAA、ABA、(IAA+GA3)/ABA的相关性较大,其中,与可溶性糖、游离氨基酸、IAA、(IAA+GA3)呈显著负相关关系,而与ABA呈现显著负相关关系,说明可溶性糖、游离氨基酸、IAA、(IAA+GA3)含量越高越快,而ABA含量越高,花芽分化速率越慢。以生理发育时间及有效积温为尺度,建立番茄花芽分化期模拟模型,并用独立实验进行检验,结果表明,生理发育时间模型相比于有效积温模型能够更好地预测不同高温高湿处理下的番茄花芽分化持续天数,模拟值与观测值的回归估计标注误差(RMSE)最大值为2.69,最小值为0,模型精度较高。(3)采用荧光定量PCR方法对花芽分化初期番茄叶片五种热激基因表达相对表达量进行分析,结果表明高温高湿条件下番茄叶片均产生热激反应,HSP70、HSP90、HSP110及HO-1表达量均显著高于CK,温度越高,以上四种热激蛋白表达量越多,对植株正常生长发育所需蛋白质的合成影响越大,而高温高湿处理下HO-2基因表达量显著低于CK,说明高温高湿是HO-2基因表达的不利条件,说明HO-2基因与以上四种基因在面对高温胁迫时有相反表达效应,HSP110生理活性最高,在面对高温高湿胁迫时更为敏感,表达量最高,HO-2基因虽然不能直接提高番茄的抗逆性,但会通过与HSP家族基因及HO-1基因产生协作效应,共同提高番茄的抗逆性。
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