（蔬菜学专业论文）苗期亚低温对番茄生殖生长的影响及其低温鉴定方法研究.pdf

摘要 本论文以l o 个不同基因型的番茄品种( 系) 为研究材料，主要探讨了苗期 ( 2 - 8 片真叶展开) 1 0 5 亚低温处理对植株净光合速率、叶绿素荧光参数和生 殖生长的影响，以及耐低温鉴定的最适苗期生理尘化指标，以期为番茄耐低温育 种以及低温条件下番茄的生产提供理论依据。主要取得以下试验结果： 1 苗期( 7 - 8 片真叶期) 亚低温处理不同程度地影响了幼苗功能叶的净光合 速率及r r 、( 1 ) p s i i 、q a 等叶绿素荧光参数。低温胁迫期间，处理时间间p n 、 凡，晶、d ) p s t l 、均存在显著差异，而q p 不存在显著筹异；在自然条件下叶片m p s 。 q p 的恢复水平与时间有关，而、p n 的恢复水平与基因型有关。 2 苗期( 7 8 片真叶期) 亚低温处理对光合作用的影响主要由气孔变化和水 分胁迫而引起的，而与叶绿素含量变化无关。 3 苗期( 2 - 8 片真叶期) 亚低温处理使番茄开花期推迟并且对番茄第一花序 座果率有较大影响，其中7 8 叶期处理影响最大；并且苗期亚低温处理增加了畸 形果发生，尤其是在2 3 、7 8 片真叶期。 4 苗期亚低温对生殖生长的影响主要表现于座果率的下降和畸形果率的增 加，而且存在基因型差异，并且不同基因型之自j 对亚低温敏感的时期存在差异。 5 胚轴花青素含量、植株 v s n 低温处理3 d 后的q p 和低温处理1 5 d 后的 鲜重增长量等可以作为番茄耐低温性的有效鉴定指标，其中胚轴花青素含量和鲜 重增长量与亚低温处理后的相对座果率分别显著负相关和正相关，低温处理3 d 后的q p 与亚低温处理后的畸形果率增幅显著正相关，m l p s ”与亚低温处理后的畸 形果率增幅显著负相关。 关键词：番茄苗期亚低温净光合速率叶绿素荧光参数生殖生长低温鉴 定 i | 1 a b s t r a c t 10t o m a t ov a r i e t i e s ( 1 i n e s ) w i t hd i f f e r e n tg e n o t y p ew e r eu s e da s e x p e r i m e n t m a t e r i a l si nt h i ss t u d y e f f e c t so f10 5 a ts e e d l i n g s t a g e 佗- 8l e a fs t a g e ) o nn e t p h o t o s y n t h e s i sr a t e , c h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c ep a r a m e t e r sa n dr e p r o d u c t i v eg r o w t ho f t o m a t o ，a sw e l la st h em o s ts u i t a b l ei n d e xt oe s t i m a t et o m a t oc h i l l i n gt o l e r a n c ea b i l i t y w e r es t u d i e d , w i t ht h ep u r p o s et os u p p l yt h e o r ys u p p o r tf o rt o m a t ob r e e d i n ga n d c u l t i v a t i o n t h em a i nr e s u l tw a sa st h ef o l l o w i n g 1 n e tp h o t o s y n t h e s i sr a t e ( p n ) a n d c h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c ep a r a m e t e r s ( f v f m 、 p s i , a n dq p ) o ft o m a t ol e a v e sw e r ei n f l u e n c e da f t e rt h et o m a t op l a n ts u f f e r e df r o m l o wt e m p e r a t u r es t r e s sa t7 - 8l e a f s t a g e t h e r ew a ss i g n i f i c a n td i f f e r e n c ed u r i n gs t r e s s f b r p n ，r ，矗a n d m p s h ，w h i l eq p n o t i n n a t u r ec o n d i t i o n t h e r e c o v e r y l e v e l s o f p s h 醇w e r er e l e v a n tt or e c o v e r yt i m e ，w h i l ef v | f m a n dp n l sw e r er e l e v a n tt og e n o t y p e 2 a f t e rs u f f e r e df r o ml o w t e m p e r a t u r e a t7 - 8l e a f s t a g e ，c h a n g e s o f p h o t o s y n t h e s i so ft o m a t ol e a v e s w a sr e l e v a n tt os t o m a t aa n dw a t e rs t r e s s ，b m i r r e l e v a n tt oc h l o r o p h y l lc o n t e n t 3 a f t e rt r e a t e dw i t hs u b - l o wt e m p e r a t u r ea t2 - 8l e a fs t a g e ，e s p e c i a l l ya t7 - 8l e a f s t a g e ，t h ef l o w e r i n gd a t ew a sp o s t p o n e da n dt h e f r u i t s e t t i n gr a t eo ft h ef i r s t f l o r e s c e n c ew a ss i g n i f i c a n t l yi n f l u e n c e d ，a n dt h ei r r e g u l a rf r u i tr a t ew a si n c r e a s e d e s p e c i a l l ya t2 - 3a n d7 - 8l e a f s t a g e s 4 s u b l o wt e m p e r a t u r ea ts e e d l i n gs t a g ei n f l u e n c e dt o m a t or e p r o d u c t i v eg r o w t h a n dc o n s e q u e n t l yt h ed e c r e a s eo f f i t f i t - s e tr a t ea n di n c r e a s eo f i r r e g u l a rf r u i tr a t ew e r e r e p r e s e n t e d b u ti td i f f e r e d 晰mg e n o t y p e a m o n gd i f f e r e n tv a r i e t i e s ( 1 i n e s ) ，t h e s e n s i t i v es t a g e st os u b l o wt e m p e r a t u r ew e r ed i f f e r e n t 5 a n t h o e y a n i nc o l o r a t i o no f h y p o c o t y l s ，o p s ，q pa r e rs t r e s sf o r3d a y sa n dt h e i n c r e a s eo ft o m a t of r e s hw e i g h ta f t e rl o wt e m p e r a t u r es t r e s sc a r lb eu s e da se f f e c t i v e a n df e a s i b l em e t h o d st oe s t i m a t e c h i l l i n gt o l e r a n c ea b i l i t y a m o n gt h e m ，t h e i v c o r r e l a t i o no fa n t h o c y a n i nc o l o r a t i o no fh y p o c o t y l sa n di n e a s eo ff r e s hw e i g h tw i t h r e l a t i v ef r u i t - s e tr a t ei sn e g a t i v ea n dp o s i t i v er e s p e c t i v e l y , w h i l et h ec o r r e l a t i o no fq p a f t e rs t r e s sf o r3d a y sa n d 中p s w i t hi r r e g u l a rf r u i tr a t ei n c r e a s e db yl o w t e m p e r a t u r e s t r e s si sp o s i t i v ea n dn e g a t i v er e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：t o m a t o ，s e e d l i n g , s u b - l o wt e m p e r a t u r e ，n e tp h o t o s y n t h e s i sr a t e ， c h l o r o p h y l lf l u o r e s e e n e ep a r a m e t e r s ，r e p r o d u c t i v eg r o w t h , c h i l l i n gi d e n t i f i c a t i o n v a b a c a p d d w r f 0 f s 凡 r f m f w g s h p n p si p s q p t r m m o l m p s i t a b s c i s i ca c i d 缩略词表 a b b r e v i a t i o n s 脱落酸 c e o l da c c l i m a t i o n i n d u c e dp r o t e i n 冷驯化诱导蛋白 d a y d r yw e i g h t 天 干重 m i n i m a lf l u o r e s c e n c ey i e l d s 最小荧光产量 i n i t i a lf l u o r e s c e n c ei nt h el i g h t v a r i a b l ef l u o r e s c e n c ey i e l d s t h em a x i m a lp h o t o c h e m i c a l e f f i c i e n c yo f p si i f r e s hw e i g h t s t o m a t ac o n d u c t a n c e h o b r n e tp h o t o s y n t h e s i sr a t e p h o t o s y s t e m i p h o t o s y s t e mi i p h o t o c h e m i c a lq u e n c h i n g t r a n s p i r a t i o nr a t e q o 阻n t u me f f i c i e n c y o fp si ip h o t oc h e m i s t r y 光适应下切始荧光 稳定荧光产量 可变荧光产量 p si i 最大光化学效率 鲜重 气孔导度 小时 净光合速率 光系统i 光系统i i 光化学猝灭系数 蒸腾速率 p s i i 光化学量子效 室 i i 致谢 转眼2 年研究生学习生活就过去了。在论文即将完成之际，我的心情无法 平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同事、同学、朋 友给了我无言的帮助，在这罩请接受我诚挚的谢意! 本课题在选题及研究过程中得到杨悦俭、陈利萍老师的悉心指导。杨老师、 陈老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、 热忱鼓励。作为一名在职研究生，他们对我工作和学习的理解及支持，是我能顺 利完成研究生学习的关键。杨老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实 的精神，不仅授我以文，而且教我做人。对杨老师的感激之情是无法用言语表达 的。陈老师在细胞生物学上的建树帮我开阔了学术眼界，让我学会了用另一种思 路去考虑问题，对此我深表感谢。 感谢曹家树老师、喻景权老师、卢刚老师、李国景老师等对我的教育培养。 他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。 同时我要感谢我的同事陈新娟、叶青静、阮美颖、李志邈、周国治、姚祝平 对我学习和工作的支持和帮助，尤其是陈新娟和叶青静，她们为我试验的顺利完 成提供了很多建议和帮助，为此我要再次向她们表示我谢意! 在此，我还要感谢我的同学马胜和赵曼，j 下是由于你们的帮助和支持，我才 能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 最后，向我的婆婆、爱人致谢，感谢他们对我的理解与支持。 王荣青 2 0 0 7 年5 月 前言 番茄( l y c o p e r s i c o n e s c u l e n t u m m i l l ) 是世界范围普遍栽培的重要蔬菜作 物，以其丰富的营养、独特的风味和食用方式的多样性而深受人们喜爱，在人 们的日常生活中占据重要的地位番茄是茄科作物，原产于南美洲的安第斯山 脉，属于喜温蔬菜，不耐低温、对冷敏感。整个生育期的最适温度为1 8 - 2 5 ， 当1 0 以下时，生育量降低，绝大多数品种会受冷害，低于6 条件时间长， 植株就会死亡，即使短期低温，植株生长也受到阻碍，当气温低于1 4 时， 植株就不能正常开花结果。关于番茄的耐低温性，研究丌展较早，时间较长， 但一直没有取得突破性进展，人们大多把重点放在低温对植物体理化指标影响 的研究上，而没有突出生产中存在问题的解决方法。我国的设施栽培大多以非 加温的同光温室和塑料大棚为主，番茄是设施栽培的主要果菜之一，在冬春季 节生产时，设施内的低温，弱光逆境常常限制番茄生产，影响番茄的产量和商 品性。我国南方早春栽培中，番茄的低温冷害主要发生在苗期，尤其是苗期长 期的1 0 5 亚低温，表现为落花落果，果实畸形，影响产品的品质和产量。 因此我们的工作重点应放在低温或亚低温对番茄生殖生长的影响的研究上，一 旦取得突破定会给生产带来巨大经济效益。 随着设施农业的发展，选育出低温耐受能力强的、品质比较优良的品种已 成为当前保护地番茄育种的主要研究方向。耐低温品种的选育，首先要对种质 资源进行耐低温鉴定，在鉴定时，需要有一套准确、适用的耐低温鉴定标准， 也就是说要有一种方法能够准确评价出某一材料是否耐低温及程度大小。这种 评价方法必需是建立在深入细致研究低温对番茄生长发育的影响基础上才能 获得。 本试验选用了1 0 个不同基因型的番茄品种( 系) ，从低温条件下各品种 ( 系) 在不同的生长发育阶段所表现出的差异入手。对不同基因型番茄苗期亚 低温处理期间和恢复期间净光合速率和叶绿素荧光参数的变化进行了探讨；并 对不同苗龄阶段亚低温处理后番茄生殖生长的变化进行了探讨；根据有关的抗 寒理论和机理。在番茄种子萌发期、苗期和开花结果期，探讨了耐低温性相关 生理、生化指标的变化，以期获得番茄不同时期对低温的反应情况和对低温的 抗性及品种间差异，获得番茄低温简易鉴定方法，为番茄耐低温育种以及低温 条件下番茄生产提供理论基础。 第一章综述 1 低温对番茄生殖生长的影响 番茄是一种连续开花、不断结果并以果实作为产品器官的蔬菜作物。果实 的大小、数量以及外观直接影响番茄的产量和品质。番茄果实发育形成是通过 生殖生长来完成的，生殖生长主要包括花芽分化、雌雄配子形成、开花、授粉 受精、子房发育和果实膨大转色等阶段。 番茄在第2 3 片真叶展丌时，第一花序开始分化；第4 5 片真叶展开时，第 二花序丌始分化；第6 7 片真叶展丌时，第三花序开始分化( 杜永臣，1 9 9 6 ) 为了准确判断不同叶龄期与花的发育关系，王富( 2 0 0 0 ) 以东农7 0 4 、k a a t e a i 和s i n t i a m 为试材，从2 叶期开始，利用实体解剖显微镜，对幼苗和花的发 育进行了追踪观察，结果表明，在2 叶期幼苗已经分化出7 枚叶原基，尚未见花 芽分化，3 叶期时己分化出8 枚叶原基，此时已处于花芽分化始期，4 叶时第一 花序的第一花原基己分化出花萼、花瓣原基，此时己分化到第9 节，在幼苗发 育到第5 - 6 片叶时，第一花序缓慢长大，第一花各部分形态已分化完毕，第1 花 的花药处于小孢子母细胞阶段，而雌蕊己分化形成柱头、花柱和子房。子房内 的胚珠处于造孢原始阶段。苗龄达7 8 片叶时，第一朵花的花蕾大小在4 5 5 0 m l n 之间，花药长2 0m m 左右，此时正处于减数分裂时期，以后进入小孢子产 生及花粉发育阶段，但品种之间有差异。 在一定低温范围内，温度越低，花芽分化数增加速度越慢，分化期延长。 斋藤隆等( 1 9 8 1 ) 于不同昼夜温水平下进行了研究，在2 5 2 0 ，花芽分化最 早；2 0 1 5 ，约迟2 3d ；1 5 1 0 ，花芽分化显著延迟。但是低温诱导花芽 数增加，降低始花节位。伊藤等以古谷早生为试材，发现始花节位f l j 2 0 的9 2 节下降n 1 5 的7 8 5 节。法达科等( 1 9 6 6 ) 进行的气温和地温的组合实 验表明：气温影响着始花节位，地温影响第一花序的着花数。滕井健雄等( 1 9 4 3 ) 指出，短时间高温，番茄花芽分化数增加的速度快，但分化停止得早；而温度 较低，花芽数增多。在8 1 8 条件下，花序上的花朵数明显增加，1 3 条件 下花序上产生的花比1 8 下多8 个，花穗分化时低温可促进花穗分杈，在小孢 子形成的减数分裂期遇至l j l 0 左右的低温都会减少花粉的产生。 开花期是受温度胁迫的重要时期，花期受到的低温伤害表现为花的不j f 常 发育或者不结实。低温对辣椒花器结构的影响主要表现在雄蕊、花丝、雌蕊和 柱头均有变异其中柱头变短尤为明显，子房的重量也较轻，花粉变劣，生活力 下降( 沈善铜等，1 9 9 5 ) ，甚至造成雄性不育( p o l o w i e k ，1 9 8 5 ) 。e p r e s s m a n ( 1 9 9 8 ) 认为低温增加辣椒花柱长度、减小胚珠的直径，花粉数目减少，萌发 减弱，座果率降低，种子数目减少，授粉( 重复授粉) 能减轻由低温带来的不 良影响。 王富( 2 0 0 0 ) 认为低温处理使番茄开花期推迟，以丌花前期低温处理推迟 时日j 最长，在花芽分化丌始时和花粉形成过程中进行低温处理对花粉的生活力 影响最大。7 8 叶期进行低温处理对花粉生活力影响最大，在3 叶期处理也有一 定影响，而在小孢子母细胞形成以前的4 叶、5 叶6 叶期以及开花后的9 叶期影 响不大。在减数分裂期处理温度降低，时间延长、花粉败育的程度加重。低温 使花粉的萌发速度减慢，花粉管伸长迟缓，并伴有花粉管伸长停滞现象。 m a i s o n n e u v e 等( 1 9 8 2 ) 报道，小孢子形成的减数分裂期遇n l o 左右的低温 会减少花粉粒的产生。 低温对座果率影响比较复杂，果实座果需要有花粉发育，雌蕊发育和授粉 受精等几个阶段的正常进行并协调配合才能完成。番茄1 5 5 时丌花不良，自 然受粉结果也不良。番茄花粉的萌发率直接影响到其坐率，而其本身又极易受 温度的影响( 斋滕隆等，1 9 8 1 ) 。番茄花粉萌发需要一定的温度条件：2 5 下需1h ，1 0 下需5h ，5 下便需2 0h 花粉才能发芽。温度1 0 3 5 范围 内花粉管生长速率随温度的升高而递增，但超出这温度范围花粉发芽率下降。 超出5 3 7 c 温度范围花粉萌发率下降。番茄花粉发芽的最低温度一般认为1 3 1 5 左右，但s m i t h ( 1 9 8 0 ) 认为是从l o 丌始有可能发芽。王孝宣等( 1 9 9 6 ) 试验结果表明，8 c 低温条件下，6h 左右花粉开始萌发，8h 后花粉管长度只有 3 8t i n ，萌发率较低，在0 2 8 0 之间；1 2 低温条件下，花粉2 3h 开始萌 发，6 h 后花粉管长度提至1 1 - 2 9c m ，萌发率提至8 4 3 ；1 5 、2 5 温度 条件下，花粉8 0m i n 左右丌始萌发，且发芽率提高，花粉管生长速度快。滕井 健雄使番茄在夜侧遇n 5 ，昼温3 0 以上，昼夜温差达2 6 一2 8 的条件 下，开花、开药、授粉，受精正常，对着果没有任何不良影响。p i e k e n 认为当 气温低于1 3 时，番茄就不能正常座果。陈新伟( 1 9 9 6 ) 研究表明，短期的 亚低温对花粉活力虽有较明显的降低作用，但没有影响到座果率，只有长期的 低温才能影响到座果率。王富( 2 0 0 0 ) 认为，低温条件下，花粉生活力与座果 率呈明显正相关。李树德( 1 9 9 6 ) 也认为，由于番茄花粉量较大，容易授粉， 所以花粉活力不是影响座果率的主要因素。在低温下座果被认为是一个不同于 发育的独立问题，而低温下花药不能丌裂是其主要限制因素。 低温对雌性器官的发育和功能的影响要低于对雄性器官的影响。有人曾做 过这样的试验，以低温处理的雌蕊上授予正常的花粉，以正常的雌蕊授予低温 处理的花粉，就受精结实情况来看前者几乎正常而后者都很差，从而证明雄蕊 比雌蕊对低温敏感得多。r y l s k i ( 1 9 7 3 ) 根据自己的研究结果和有关资料认为， 畸形果的形成是低温对子房的发育影响造成的，予房可能发育不全或产生单性 果。 在亚适温和适温条件下，同一发育期的花，在花的大小上可以看到相当大 的差别，处在低温区的花芽相当肥大。昼、夜温度为1 5 1 0 、2 0 1 5 分别 比2 5 2 0 时的第一个花重增, n 2 0 0 和6 6 7 ，第一个花的花药重增加1 4 1 9 4 和4 5 1 6 ，第一个花的子房重增n 4 2 8 5 7 和7 1 4 3 。昼夜温1 5 1 0 ，1 7 9 的亚适温区，花的发育速度缓慢，从花芽分化到开花需要的时日j 较长，丌花 明显迟缓( 斋滕隆，1 9 8 1 ) 。低夜温对丌花和结果有影响，当昼夜温度由2 1 3 1 0 降至2 1 3 5 时，开花数增n 4 8 2 ，落花率增 j 1 2 2 。p a p a d o p o u l o u sa p 等( 1 9 8 3 ) 发现不同番茄品种对低夜温的反应不一样。2 4 8 1 2 条件下，o h i o m r l 3 比在2 4 1 7 下开花显著延迟，而v e n d o r 的花期则不受影响。在白天保持 2 4 气温下，夜间气温从1 7 向8 下降时，番茄总果数无显著变化，但其 中小果数量随之减少。当夜温由1 4 降至8 时，果实成熟显著延迟。随温 度降低，座果率逐渐下降。当2 5 时，番茄座果率为8 5 3 - 9 4 2 ；温度降 至1 5 、1 2 、8 时，座果率也分别降至7 0 7 - 9 1 7 ，2 6 2 一8 4 3 。 1 2 2 8 4 4 。1 7 向8 下降时，番茄总果数无显著变化，但其中小果数量 随之减少。当夜温由1 4 降至8 时，果实成熟显著延迟。随温度降低，座 果率逐渐下降。当2 5 时，番茄座果率为8 5 3 一9 4 2 ；温度降至1 5 、1 2 、8 时。座果率也分别降至7 0 7 - 9 1 7 ，2 6 2 一8 4 3 ，1 2 2 8 4 4 。 王富( 2 0 0 0 ) 认为低温处理对番茄座果率有较大影响，以7 叶期处理对座果率 影响最大、4 叶期处理影响较小，不同品种在生殖生长过程中对低温的抗性不 同。 果实发育、成熟果实发育速度明显地受温度影响。番茄座果的最适温度为 1 5 2 0 ，果实成熟的最低温度为1 2 8 ，在此温度下，果实颜色和风味都 好。番茄红果品种，在2 0 以下为黄色，2 5 下由于茄红素发育良好，果实 4 鲜红，果实着色不均匀，多数是由于果实局部温度的不同引起的。降低果温可 使果实成熟过程变慢。森俊人认为在弱光照条件下，夜间后半夜温度3 7 范围内果实发育得良好，但这与光照强度有关。在低温条件下，果实成熟期延 长，且常常会产生由单性结实引起空洞果等现象。当温度低于1 0 ，光照又 弱的情况下，单果重及果实种子数都会降低另外斋藤隆( 1 9 8 1 ) 研究认为， 苗期夜间1 7 处理植株第l 、2 花序的着果数、单果重和产量均高于2 4 和3 0 处理。 番茄果实畸形是指一类果形不具品种特征的不完整果，包括椭圆形果、尖 头形果、偏心形果、菊形果、多心型果、突指形果和脐裂形果等。发生的原因 可归纳为两个方面：一是由于花芽分化和发育不正常引起：二是由于果实发育 过程中的不均衡引起的。这两个方面均有许多复杂的影响因素。第一方面是由 于环境和营养条件不适当造成的，张光星( 1 9 9 8 年) 报道，在低温情况下，不 论氮素营养高低，都会产生各种畸形果，说明低温起决定性作用。第二方面是 由于授粉受精不良造成的，主要原因是低温使授粉受精效果不好，产生种子较 少或种子分布不均现象。李天来等( 1 9 9 7 ) 试验表明，番茄苗期低温提高畸形 果率、畸形果平均级数和综合指数，也增加了畸形果的类型，从而降低了果实 的商品产量和质量。 由于温度能够影响光合作用、呼吸作用及淀粉合成速率，因而低温能够改 变同化产物往果实内运转的速率。夜温在亚适温条件下，而昼温在适温区，可 促进糖的运转，减少呼吸的消耗。但亚适温区的地温会导致单果重下降、筋腐 果增加、番茄产量下降。在气温2 5 1 3 5 区内，地温下降3 5 时，单果重 下降5 0 3 ，筋腐果增加0 6 ，产量下降1 1 8 2 。当温度由1 9 - 2 4 降至1 5 时，茄红素显著减少。w o t h m a n ( 1 9 7 8 ) 认为低温可能造成果实着色不均。 2 低温对光合作用的影响 上世纪初，许多专家学者就低温对作物光合作用的影响展开了研究。近年 来，随着研究手段的不断提高，对光合作用的研究也更加的深入。 植物光合器官及其酶系统对低温相对来讲较其它部位敏感。低温对光合作 用的直接影响一般表现为对叶绿体类囊体膜、叶绿素含量、光系统i 、光系统i i 以及光化学反应和暗反应的酶系统等方面的伤害及抑制。 5 时片解剖结构和叶绿体超微结构均与叶片的光合强度密切相关。叶片栅栏 组织厚度越大，层次越多，细胞排列越紧密，光合能力越强；叶绿体基粒片层 数越多，基粒片层排列越致密，光合能力越强( 唐茜，1 9 9 7 ) ；叶绿体结构的 正常与否是判断植物细胞活性以及植物耐寒性的一个重要指标。而叶绿体是温 度敏感型器官，在低温胁迫下极易受到伤害，甚至过度低温还会导致叶绿体的 降解。董合铸等( 1 9 8 0 ) 指出，小麦植株经冰冻后，最先受到伤害的是叶绿体， 线粒体则表现出相对的稳定性。刘洪波等( 2 0 0 5 ) 报道，纹荚相思树在经过5 1 2 3 h 低温胁迫后，线粒体结构消失，叶绿体皱缩，多数叶绿体结构破碎，片层 结构消失，细胞内出现很大的空隙，其中偶见较小淀粉粒，细胞空泡化严重等。 刘爱琴( 1 9 9 7 ) 对不同种源衫木研究结果表明，低温对不同种源衫木均有不同 程度的影响，随低温处理时问的延长，叶绿体降解逐渐明显，首先是叶绿体膜 破裂，随后基粒片层紊乱，类囊体空泡化，基质片层断裂，基粒丌始降解，最 后叶绿体降解成凝聚状态。而且低温下植物的叶绿体超微结构发生不同程度破 坏，光照下低温处理比黑暗中低温处理变化更为明显( 王以柔等，1 9 8 6 ) 黄 瓜幼苗在2 5 1 5 控制条件下生长正常，叶片叶肉组织细胞中叶绿体表现出正 常的结构状态，1 5 5 处理5d 后，除叶片绿色稍变淡外，植物水平并无其它 异常表现，在超微结构水平上叶绿体结构保持萨常结构，但淀粉颗粒大为减少 或完全消失。连续5 5 处理5d 后，幼苗叶片则明显黄化、萎蔫，超微结构水 平相当部分叶绿体表现结构异常，双层被膜完整性丧失，基质和基粒片层变得 松散，一些片层内腔膨大，叶片细胞结构受到严重损伤，细胞失去正常功能。 7 d 低夜温( 1 21 2 、9 、6 ) 处理后，番茄叶片叶绿体内形成大颗粒状的 淀粉粒，温度越低，淀粉粒越大；经7d 适温恢复，处理温度越低，淀粉粒越小 ( 李国强，2 0 0 6 ) 。另外，低温处理能使叶片叶绿素含量降低。黄瓜幼苗在光 照下低温处理，随处理时间的延长，子叶中叶绿素含量显著地下降( 曾韶西等， 1 9 9 1 ) 。弱光下，长期低温能引起番茄幼苗叶片叶绿素含量降低( b r u g g e m a n n e t a l 。1 9 9 2 ) 以及叶绿素a b 比值的上升( j u n ge t a l ，1 9 9 7 ) 。一般认为低温下叶 绿素含量降低不是因为合成系统受阻，而是由于原有时绿素受到破坏所致。 一般来说短时低温胁迫只对p si i 活性有抑制作用而对p si i 无伤害。黄瓜于 5 和l o 下处理1 6h 后对p s i 无伤害，只是使叶绿素的可变荧光、放氧活性 d c i p 光还原活性都受到明显的抑制，a n * 人工电子供体可使受抑制的可变荧光 d c i p 光还原活性恢复到对照水平，表明短时日j 的冷害温度对黄瓜p si i 的抑制 6 是发生在p s i i 的氧化侧，而对p s u 反应中心无伤害( 许春辉等，1 9 8 8 ) 。但最 近的一些实验发现低温弱光，主要引起p s i 活性的下降，并提出了低温弱光抑 制的部位可能是p s i 而不是p si i 。低温条件下，较低光照强度( 大约只需p st l 受抑制光强的十分之一) 就能抑制冷敏感植物p s i 的活性。俞红国等( 1 9 9 6 ) 发现：黄瓜幼苗于1 2 、1 2 0 u m 0 1 m - 2 s - 。p p f d 处理2 4h 后类囊体膜中反映p s i i 电子传递活性的h 2 0 b q 的放氧活力没有下降；4 8h 和7 2h 后分别为零时对照 的9 6 和8 2 。用离体p si i 膜碎片研究所得结果与类囊体膜电子传递活力变化 一致。但用于反映类囊体膜p s i 的电子传递活力的a s c m v 和d c i p m v 的吸氧 活力1 2 ， 2 4h 后类囊体膜p si 的电子传递活性为零时对照的8 2 ， 4 8h 后 只有零时对照的6 7 ， 7 2h 后则降n 5 0 。与p si l 电子传递活力相比，低温 处理后p si 电子传递活力下降较明显，关于低温下p si 活力受抑制程度大于p s i i 其机理有待于进步研究。 植物净光合速率的降低主要有气孔限制因素和非气孑l 限制因素两方面的 原因。一般认为，随温度降低，植物净光合速率降低，气孔对c 0 2 扩散阻力增 加，同时气孔导度下降。如果气孔限制因素占主导作用，则在净光合速率、气 孔导度下降的同时，胞问c 0 2 浓度也相应下降。m a r t i n 等( 1 9 8 1 ) 研究结果表 明，番茄植株经l o 处理1 6h ，其叶片光合作用显著下降，其中7 5 归因于叶 绿体受损，2 5 归因于气孔导度下降。只有当胞问c 0 2 浓度和净光合速率同步 变化，且气孔限制值升高，爿认为气孔导度是净光合速率下降的主要因素。胡 文海( 2 0 0 1 ) 研究表明，经1 0 处理的植株在正常生长条件下净光合速率能 迅速恢复到对照水平，而5 处理的植株则恢复缓慢，主要因为1 0 处理植 株光合作用的下降是由于气孔限制所致。而5 低温不仅是通过降低气孔导度 使光合作用下降，还可能通过影响光合机构或暗反应酶活性来影响光合作用。 低温对植物光合作用除了直接影响光合机构外，还影响到一些光合酶的含 量和活性。在植物光合作用q b r u b i s c o 是催化二氧化碳固定反应的酶。它是光合 细胞中数量最多的蛋白，可是光合作用的速率却仍受到它的限制。低温胁迫导 致r u b i s c o 活性下降。赵军等( 1 9 9 7 ) 发现：水稻幼苗经6 低温处理2 4h 后发 现叶片r u b i s e o 含量及比活性均大幅度下降，大小亚基含量也显著下降，小亚 基大亚基值上升；说明低温不仅影响了大小亚基的含量也影响了水稻中 r u b i s e o 大、小亚基基因表达的差异，从而也影响了全酶的合成。b r u g g e m a n n 等( 1 9 9 3 ) 认为，弱光下番茄生长在6 1 0 低温下，引起生长停滞及光合能力 7 的降低并不是由于r u b i s o1 5 二磷酸核酮糖r u b p 羧化酶j h 氰酶的降解和活性 的降低，也不是囚为促进了叶片的衰老，而是由于低温引起成熟叶片光合作用 下降在恢复期难以恢复到正常水平。 3 蔬菜作物耐冷性常用鉴定指标 低温冷害是设施栽培生产中的主要环境胁迫因子之一，严重地影响到其产 量和品质。选育耐冷品种足提高蔬菜生产的有效途径。因此，世界各国非常重 视蔬菜耐冷性的遗传改良育种。然而植物的耐冷性是多基因控制的数量性状， 易受环境条件的影响，因而在育种工作中对喇冷性进行选育的难度较大。进行 耐冷性选育的关键是采用准确、可靠、快速的耐冷性鉴定方法和鉴定指标。 近年来，我国各地在选育耐低温弱光设施品种方面进行了大量的努力，并 取得了较大的进展。事实上，早在2 0 世纪6 0 7 0 年代国外便开展了不同基因型在 不同设施条件下的生长比较( 以叶面积指数、叶片发生间隔期和产量等为指 标) ，这虽是一种实用且可靠的鉴定方法，但存在费时和需样量大等缺点。进 入8 0 年代中期后，荷兰等国的研究者开始结合生理指标来鉴定品种间的耐低温 弱光能力，并研究了一些性状的遗传规律，在此基础上成功地选育了一批占据 国际市场的品种。如利用低温下种子发芽力、花粉萌发、幼苗冷冻指数、电解 质外渗率、束缚水含量、叶绿素含量、气孔丌度、光合作用强度、呼吸作用强 度、根系活性、酶系统变化等多种形态、生理、生化性状作为鉴定的指标。然 瓜，国外的大多数蔬菜均在加温温室中栽培，他们所谓的低温一般为1 5 左 右的亚适温，明显不同于我国的冷害低温( 0 1 0 ) 。因此，他们的鉴定指标 并不能完全适合于生长在我国无加温保温型温室蔬菜的育种工作中。进k 9 0 年 代，我国许多学者也开始了对黄瓜和番茄等主要设施栽培蔬菜耐冷性鉴定指标 的研究并取得了可喜的成果。如中国农业大学和北京市农业科学院在耐低温弱 光基因型鉴定方面开展了大量的工作，天津黄瓜研究所和中国农业科学院则先 后培育出系列耐低温弱光的黄瓜品种。 经过人们的多年努力，已经筛选出多种植物性抗冷性的鉴定方法，并在各 种蔬菜作物上试用，总体上可划分为两类，类是直接鉴定方法，另一类是间 接鉴定方法。 3 1 直接鉴定方法 直接鉴定就是给蔬菜作物低温胁迫后，直接从蔬菜作物的表现如受害情 况、死苗率、生长状况等方面鉴定其抗冷能力，根据提供胁迫的条件的方法不 同可分为开1 间自然鉴定和人工鉴定。自然鉴定是在自然条件下，使植物遭受低 温胁迫，利用生存率估计抗寒性的鉴定方法，其特点是使用方便，但浪费人力、 物力及财力较大，鉴定时间长，受气候变化影响大。重复性差。人工鉴定是借 助人工控制手段，将鉴定植物置于控制的低温下，观察其生存和受害状况，从 而评价其抗冷性，这种方法克服了田日j 自然鉴定缺点，具有快速、准确及重复 性高等特点，但此种方法需要一定的设备，难以进行大批量的筛选。 3 1 1 形态鉴定指标 低温胁迫会影响植物的生长发育，因此低温对植物的生长速度、干物质积 累、叶面积变化，组织变色等方面的影响为鉴定抗冷性提供了形态指标，抗冷 性鉴定的形态指标可分为以下几种： 3 1 1 1 生长指标：运用人工低温处理后，置于温室或生长箱内观察植株或 器官恢复生长能力，这类指标主要包括生长速度、株高、茎粗、根长、叶面积、 出苗率、存活率和死苗率等。据陈新伟( 1 9 9 6 ) 报道，法国番茄抗寒育种采用 在适宜的温湿度条件下播种，待子叶展丌后再移入昼夜温度分别为1 3 和7 的人工气候室内，3 0 - 4 0d 后用调查幼苗的叶片数、株高、紫色素深浅以及叶 片生理褪绿花斑的多少4 项指标进行鉴定。山川邦夫( 1 9 8 1 ) 认为低温胁迫对 黄瓜叶面积扩大有抑制作用 3 1 1 2 冷害指数：就是将蔬菜作物直接进行低温处理后，观察低温胁迫对 植物的伤害程度，并将冷害症状进行分级，进而计算出不同植株的冷害指数。 叶片冷害指数能反应低温胁迫对植株叶片的伤害程度，冷害指数越大则表明植 物受低温冷害的程度越高，植物的耐冷性越差。樊治成等( 1 9 9 9 ) 对来自不同 地区，经过4 6 代选育且性状稳定的8 个西葫芦品系进行耐冷性鉴定，结果表明 幼苗在5 低温下处理2 - 5d 后各品系闯冷害指数差异显著，较好地反应了西葫 芦品系耐冷性差异。 王孝宣等将番茄4 5 叶龄的幼苗在2 冰箱中低温处理4 8h 后据幼苗受伤 害的程度进行分级，统计各级植株数并进一步计算幼苗抗冷指数，以评价不同 品种的抗冷性。结果表明经低温处理后抗冷品种仅少数植株发生1 级或2 级冷 害，而冷敏感品种多数植株发生3 级或4 级冷害。抗冷性不同的品种间抗冷指数 存在较大差异。 3 1 1 3 相对结实受害率：将植物受低温影响的结实率与对照相比较，求得 9 抗冷指数。在鉴定耐低温材料方面，除了要求苗期有一定的耐低温能力外，更 要求成株期在1 3 1 5 低温条件下具有较强的座果能力。 3 1 1 4 叶表面结构指标：通过观察叶表面结构，测出一定数量化的指标， 如气孔面积、长度、数目、开张度等，进行抗冷性的观察，在甘薯中发现耐寒 性强的品种比耐寒性差的品种叶表面结构紧密，叶背面气孔数目较少，同时在 低温下气孔关闭较为严密。 3 1 2 种子萌发鉴定指标 用低温胁追条件下的种子发芽率评价抗冷性是一项既方便又可靠的指标。 f o o l a d 等将番茄种子置于不同低温条件下进行发芽试验，在1 0 2 5 范围内随 温度的降低种子发芽率也下降，温度低于1 0 时不能发芽。多数番茄栽培品 种在发芽期对低温敏感，但不j 司品种在低温下的发芽率存在较大差异。在种子 发芽期胚根对低温更加敏感，而且抗冷性不同的品种胚根对低温的敏感度存在 较大差异，因而也可用种子发芽期胚根生长的抑制度鉴定抗冷性。方法是当种 子在室温下发芽胚根长度达5l n n l 左右时，将正在发芽的种子置3 冰箱内低温 胁迫处理3 d ，然后测量胚根长度，并与未经低温处理的对照的胚根长度相比较 计算出胚根生长抑制度。王孝宣( 1 9 9 6 ) 等提出以8 1 2 温度条件下种子发芽 指数来鉴定番茄的耐低温能力。 3 2 间接鉴定方法 间接鉴定是从植物的解剖学、细胞学、生理生化等方面入手，试图找到蔬 菜抗冷性鉴定的方法，它是基于冷害发生的机理及植物抗冷途径之上的鉴定方 法，主要采用如下指标： 3 2 1 代谢指标 植物的代谢包含物质和能量两个方面，酶可以调节和控制代谢的方向，由 于物质和能量代谢的基础是光合和呼吸，酶又参与光合和呼吸两种作用，因此 代谢指标主要体现在光合、呼吸和酶活性等三个方面。 3 2 1 1 净光合速率：高的光合作用能力，可看作是能量平衡的特征，是新 陈代谢重组的表现，s m i t h ( 1 9 8 4 ) 指出，低温处理后，光合作用维持在一定 水平是植物抗寒性提高所必需的。尤其是冷敏感植物，当温度低于其最适生长 温度时即表现为净光合速率下降，而当温度降低到引起冷害的临界温度时，光 合作用则表现为强烈的抑制作用。近些年来的研究结果表明，低温处理后植物 光合作用的变化是一个植物耐冷性的较好的指标。黄瓜低温弱光处理后，随着 1 0 温度的下降光补偿点同步降低，但在1 5 以上的测定温度下各品种问的光补 偿点差异不明显，只有在低于1 5 耐低温弱光的品种的光补偿点明显低于不 耐低温弱光的品种( 王永健等，1 9 9 8 ) 。胡文海( 2 0 0 0 ) 等试验结果认为番茄 植株经低温弱光处理后耐低温弱光的品种的表观量子效率、中高光强下的净光 合速率、光饱合点等光合作用参数均明显高于不耐低温弱光的品种。朱为民 ( 1 9 9 8 ，2 0 0 1 ) 认为叶片中叶绿素含量可以作为鉴定番茄耐低温弱光性能的指 标之一，并认为净光合作用曲线可以作为设施番茄品种选育的一个比较理想的 群体指标。 3 2 1 2 叶绿素荧光参数植物体内发射的荧光被称为光合作用的内探针 ( p a p a g e o r g i o ug ，1 9 7 5 ) ，不少研究者发现植物叶片的荧光瞬间值的变化比 可见伤害的出现迅速得多( p o w l e s ，1 9 8 4 )