【摘 要】
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土壤有效磷亏缺是制约作物生长发育的非生物胁迫因素之一,通过生物学途径提高作物对磷的吸收利用率和缓解低磷对作物的伤害成为目前的研究热点。硅（Si）是作物生长的有益元素,可以促进作物生长发育并提高其对逆境胁迫的抗性。然而,低磷条件下外源Si对番茄生长发育的调控效应和机理尚不清楚。本试验以‘中杂9号’番茄为试材,采用水培法,设置对照(0.66 mmol·L-1)、轻度低磷(0.44 mmol·L-1)、
【基金项目】
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山西省重点研发计划重点项目子课题（201703D211001-04-03）； 国家自然科学基金青年科学基金项目（31501750,31501807）；
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土壤有效磷亏缺是制约作物生长发育的非生物胁迫因素之一,通过生物学途径提高作物对磷的吸收利用率和缓解低磷对作物的伤害成为目前的研究热点。硅（Si）是作物生长的有益元素,可以促进作物生长发育并提高其对逆境胁迫的抗性。然而,低磷条件下外源Si对番茄生长发育的调控效应和机理尚不清楚。本试验以‘中杂9号’番茄为试材,采用水培法,设置对照(0.66 mmol·L-1)、轻度低磷(0.44 mmol·L-1)、重度低磷(0.22mmol·L-1)、缺磷(0 mmol·L-1)4个磷浓度水平,研究了Si(1.5 mmol·L-1)对不同供磷水平下番茄幼苗生长、光合作用、抗氧化系统、渗透调节及养分吸收利用特性的影响;同时,利用高通量测序技术分析了Si对轻度低磷胁迫下番茄根系转录组的影响。主要研究结果如下:1.低磷胁迫下,番茄根系功能受损,叶片显微结构遭到破坏,叶片相对含水量、光合色素含量及净光合速率降低,表现为生物量显著减小。外源Si缓解了低磷对番茄幼苗生长和光合作用的抑制效应,且对轻度低磷胁迫的缓解效果最佳。2.低磷胁迫下,番茄叶片和根系的丙二醛含量显著增加,质膜完整性受损,主要抗氧化酶活性和抗氧化物质含量均显著下降。外源Si通过诱导番茄幼苗抗氧化酶活性增强（SOD、CAT、POD、MDHAR）和抗氧化物质的积累（GSH）,增强其抗氧化能力,进而维持了低磷胁迫下细胞膜的完整性。3.低磷胁迫下,番茄叶片的渗透势呈下降趋势,但未达显著水平（P<0.05）,而根系的渗透势在重度低磷和轻度低磷下则分别显著降低37.93%和41.38%。低磷下外源Si有效促进了番茄植株渗透调节物质的积累,且叶片中脯氨酸、甜菜碱贡献最大,增幅均高于20%。根系中可溶性糖、游离氨基酸含量在轻度低磷条件下,加硅后其增幅分别达到40.59%、54.55%,从而维持良好的渗透调节能力,对细胞功能起到保护作用。4.低磷胁迫下,番茄根系对Ca、Mg、Na、K、Fe、Mn、Zn、Cu的吸收量均显著下降。外源Si促进了根系对矿质元素的吸收,且显著提高了轻度低磷下P、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu在茎叶中的分配比率。重度低磷胁迫下,根系中氨基酸含量呈下降趋势,其中组氨酸的降幅最大,达51.48%,低磷下外源Si可显著（P<0.05）诱导苏氨酸、天冬氨酸、组氨酸及丙氨酸的积累。5.转录组结果表明,低磷胁迫下外源Si处理诱导的番茄根系差异表达基因主要参与了抗氧化防御反应、有机酸代谢、谷胱甘肽代谢、光合作用和转录后调控。对差异基因的GO分析显示,低磷下外源Si诱导上调表达的基因在有机酸代谢通路上显著富集,初步证明低磷下外源Si可能通过介导根系柠檬酸循环关键酶基因的表达来影响有机酸的分泌,进而缓解低磷胁迫伤害。
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