番茄是重要的园艺作物，在温室、大棚等设施中因有保温覆盖材料，再加上气候和季节的变化，易形成弱光逆境条件，而导致番茄的产量和品质下降。前人研究表明，光照减弱降低了番茄叶片的光合能力，延迟花期[1]；叶面积变小，总干质量与茎粗均有所降低[2]。在对黄瓜、番茄、桃等研究时发现，弱光条件下植株叶片变薄、变大、平展，叶色变淡[3-5]；朱延姝等[6]研究发现，弱光导致番茄的叶面积和比叶重变小。番茄在弱光逆境条件下营养体生长衰弱，番茄红素和含糖量降低，品质变劣，产量下降[7]。弱光条件下同化产物流向叶片和茎的比例增加，而向果实中的分配比例减少，叶片内光合产物输出比例减少，改变了光合产物的流向[8]。齐红岩等[4]研究发现，弱光导致番茄叶片中的叶绿素含量增加，许多人从黄瓜、大豆、辣椒、甜瓜等作物上也证实了这一结论[9-12]。目前，弱光逆境是限制冬季设施番茄栽培发展的重要因素之一，因此，研究弱光环境下番茄的生长发育和生理代谢过程的变化是很有必要的，因为它可以为耐弱光番茄育种工作提供理论依据，为冬季设施栽培番茄提供技术支持。作为植物第二信使的钙在提高和改善作物的抗性方面有明显的作用，有试验表明弱光逆境下CaCl2处理可显著提高壮苗指数，提高SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性，降低番茄叶片MDA含量[13-14]；李益清等[15]报道弱光下Ca2+处理的番茄植株最终产量及果实风味品质都较遮光对照植株有所提高；在低温弱光条件下，CaCl2处理的番茄植株生长健壮，保护光合机构，抑制膜质过氧化，有效防护了弱光逆境对番茄植株造成的伤害[16]。虽然钙对弱光下番茄的调控已有一些报道，但提高番茄弱光耐受性的方法并无定论，并且，至今也没有明显改善植株弱光性，提高产量和品质的成熟配方。本试验以普通栽培番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)品种辽园多丽为试材，研究各种钙素配方对弱光下番茄的补偿作用，筛选出可应用于生产的钙素配方，以期达到有效提高番茄幼苗弱光耐受性，提高番茄产量，改善品质的目的。
1 材料和方法
1.1 试验材料
试验在沈阳农业大学园艺基地日光温室内进行。供试番茄品种为辽园多丽。钙素配方由生长素、Ca2+、水杨酸等物质按一定比例配合制成。
1.2 试验方法
2012年3月13日播种，采用穴盘基质育苗，幼苗四叶一心时移至12 cm×13 cm的塑料育苗钵中，采用营养基质育苗。幼苗移植后长到六叶一心时，用遮阳网进行遮光处理，以温室内自然光强(855～1 033 μmol/(m2·s))为无遮光区、以50%温室内自然光强(427～516 μmol/(m2·s))作为遮光区进行处理；遮光处理的当天8：00，无遮光区植株喷洒蒸馏水作为自然光对照(CN，Control natural light)，遮光区喷洒蒸馏水作为遮光对照(CL，Control low light)，分别采用钙素配方P1、P2、P3喷洒遮光区植株作为处理，用微量喷雾器均匀喷洒番茄全株，白天温度25～28 ℃，晚间温度10～15 ℃。
在弱光处理0，3，6，9，12 d时选择各处理中生长势相近的3株番茄为调查样本，分别测定株高(子叶至生长点)、茎粗(茎基部)、根、茎、叶干质量。耐弱光系数根据番茄开花坐果期的耐弱光性回归方程计算：Y=-0.702 9X+1.104，X为相对的株高/茎粗[17]。在处理后的0，3，12 d采用TTC法测定番茄根系活力。采用便携式光合作用仪GFS-3000(德国WALZ公司)分别在处理后0，3，6，9，12 d的晴天8：30-9：30测定植株自上向下第4片叶的光合参数。采用Dual-PAM-100荧光仪(德国WALZ公司)在处理后测定植株自上向下第4片叶PS Ⅱ的荧光参数。超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性及过氧化物酶(POD)活性测定分别采用NBT法、比色法和愈创木酚法[18]；MDA含量的测定采用硫代巴比妥酸法。
2 结果与分析
2.1 钙素配方对弱光影响番茄幼苗生长的补偿作用
2.1.1 钙素配方对弱光影响番茄株高、茎粗、耐弱光系数的补偿作用 从图1可以看出，与遮光对照(CL)相比，配方一(P1)和三(P3)处理3 d时番茄株高均明显降低。茎粗有所增加，但未达到显著水平。与遮光对照(CL)相比，配方处理均可提高番茄的耐弱光系数，其中P1和P3处理与对照相比提高了23.6%和23.8%。可见，P1与P3处理的效果较为明显。
2.1.2 钙素配方对弱光影响番茄干质量的补偿作用 从图2中可以看出，遮光对照(CL)的根干质量明显低于自然光对照(CN)，但是P1与P2均明显高于CL；P1和P3茎干质量与CN之间无显著差异，与CL相比二者分别提高了71.5%和51.9%；与CL相比，P1和P2的叶干质量分别升高24.5%和23.0%；P1、P2、P3的总干质量均较明显高于CL，其中P1效果最明显，比CL提高了39.0%。所以从物质积累来看，P1的效果最好。
图1 钙素配方对弱光影响植株生长量的补偿作用
Fig.1 Compensating effects of calcium formulation on the plant growth vigor under low light stress
图2 钙素配方对弱光影响植株干质量的补偿作用
Fig.2 Compensating effects of calcium formulation on the weight of dought of plant under low light stress
2.1.3 钙素配方对弱光影响番茄根系活力的补偿作用 根系活力是反映植株根系对水分和矿质元素吸收能力的指标。从图3中看出，随着植株生长，根系活力呈上升趋势，但是在不同取样时间里，各处理之间存在着差异。在处理3 d时，P1、P2明显高于CL，分别提高了68.1%和27.0%。到了第12天时，P1明显高于CL 39.1%。从根系活力方面来分析P1的作用效果明显，且作用时间长。
2.1.4 钙素配方对弱光影响番茄壮苗指数的补偿作用 由表1可知，弱光条件下茎粗变细，钙素配方有增加弱光下茎粗的趋势。从幼苗株高来看，弱光时植株明显徒长，钙素配方可以缓解植株徒长，其中配方三(P3)最佳，配方一(P1)次之，分别降低株高9.2%和2.5%。从幼苗干质量来看，弱光下幼苗全株干质量明显降低，各配方均提高了弱光下番茄干质量，其中配方一(P1)最佳，配方二(P2)次之，配方三(P3)再次之，增幅分别为42.2%，28.2%，17.4%。从壮苗指数看，钙素配方极大地提高了壮苗指数，其中配方一(P1)的作用最大，比弱光对照CL提高了57.7%。
图3 钙素配方对弱光影响植株根系活力的补偿作用
Fig.3 Compensating effects of calcium formulation on the root activity under low light stress
表1 钙素配方对弱光影响番茄幼苗生长的补偿作用
Tab.1 Compensating effects of calcium formulation on growth of tomato seedling under low light stress
喷施配方Spray formulation茎粗/mmStem diameter株高/cmStem length全株干质量/gDry weight壮苗指数Index of sound seedlingCN6.03a34.00a6.10a2.138CL5.69a41.00cd3.68c0.984P16.05a40.00bc5.23ab1.553P25.74a43.33d4.72bc1.338P35.78a37.23b4.32bc1.236
注：同列中相同字母表示经邓肯氏新复极差检验在5%水平上差异不显著。
Note：Mean separation within columns by Duncan′s multiple range test at P=0.05.
2.2 钙素配方对弱光影响番茄幼苗光合能力的补偿作用
2.2.1 钙素配方对弱光影响番茄叶片光合变化的补偿作用 从图4-A中可以看到，弱光(CL)胁迫导致番茄幼苗的净光合速率(Pn)明显低于自然光对照(CN)；而施用钙素P1、P2、P3在一定程度上提高了弱光下番茄幼苗Pn，与弱光(CL)相比，喷施3 d时分别提高了4.8%，4.6%，6.5%。从图中进一步看出，P3的有效时间在6 d内较明显；P1和P2作用时间虽长，但是缓解Pn降低的效果稍差。
从图4-B中看出，总体来说遮荫处理后气孔导度(Gs)比自然光对照(CN)高，其中P2高出CN16.2%。图4-C中表明弱光处理后胞间CO2浓度(Ci)在前3 d没有显著变化，但是第6天开始各个配方处理后的Ci均明显高于CL，与CN相比，P3提高了10.8%。气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均有所升高，气孔限制值(Ls)下降，胞间CO2浓度(Ci)与对照无显著差异，表明弱光导致番茄叶片净光合速率下降是非气孔因素；施用钙素配方虽较明显提高了弱光下番茄叶片Gs、Tr、Ci，但未能显著影响弱光下番茄叶片Ls。这说明增施钙素对弱光下番茄光合作用调控的机制可能与Gs、Tr、Ls和Ci关系不大。
图4 钙素配方对弱光影响番茄叶片气体交换的补偿作用
Fig.4 Compensating effects of calcium formulation on the photosynthesis in leaves under low light stress
2.2.2 钙素配方对弱光影响光系统Ⅱ(PSⅡ)荧光参数的补偿作用 PSⅡ荧光参数是反映植物受逆境胁迫程度的重要指标之一。从图5中反映的是Fv/Fm的变化情况，Fv/Fm是PSⅡ的最大量子产量，反映植株的潜在最大光合能力。图5中显示弱光(CL)下植株的Fv/Fm下降，但并未达到显著水平，而钙素配方处理比CL有所提高，在第3天时P3的作用效果明显，第6天出现明显下降，此时P1与P2均逐步升高更接近CN。说明P1与P2能有效提高PSⅡ反应中心最大光合效率长达12 d。
图5 钙素配方对弱光影响番茄最大光能转化效率的补偿作用
Fig.5 Compensating effects of calcium formulation on the Fv/Fm of PSⅡ in leaves under low light stress
从图6中可以看出，Fo是初始荧光，经过充分暗适应以后PS Ⅱ反应中心处于完全开放状态时的荧光产量。试验中，处理6 d内Fo均呈上升趋势，而弱光(CL)处理的Fo明显上升；qP是基于“沼泽模型”的光化学淬灭，即光合作用引起的荧光淬灭，qP反映了光合活性的高低。第9天开始弱光下的光化学淬灭qP降低，与CN相比变化明显。Y(NO)是PS Ⅱ的非调节性能量耗散的量子产量，弱光下Y(NO)有所升高，但均未达到显著水平；弱光胁迫下，实际光化学效率[Y(Ⅱ)]有所下降。qN是非光化学淬灭，在弱光下qN值有所下降，表明番茄植株的光保护能力下降。Y(NPQ)是调节性能量耗散的量子产量，在弱光下其变化幅度很小。
图6 钙素配方对弱光影响番茄叶片PSⅡ的Fo、 Y(Ⅱ)、 Y (NO)、 Y (NPQ)、 qN、qP的补偿作用
Fig.6 Compensating effects of calcium formulation on the Fo, Y(Ⅱ), Y (NO), Y (NPQ), qN and qP of PSⅡ in leaves under low light stress
2.3 钙素配方对弱光影响番茄叶片抗氧化能力的补偿作用
2.3.1 钙素配方对弱光影响叶片中超氧化物歧化酶(SOD)活性的补偿作用 从图7中可以看出，弱光处理后的SOD活性(以鲜质量计)总体呈现下降的趋势。在处理后前6 d，各处理之间的SOD活性无显著变化。但从第6天开始，弱光处理(CL)的植株表现出SOD活性下降最明显。而配方二(P2)和配方三(P3)表现出SOD活性明显下降，尤其是第9天时，也与自然光对照(CN)有明显变化。3个配方处理都在不同程度上缓解了SOD活性的下降，其中，配方一(P1)的效果最明显，与自然光下基本没有差异。
2.3.2 钙素配方对弱光影响叶片中过氧化物酶(POD)活性的补偿作用 从图8中可以清晰地看到，POD活性在6 d内呈现上升趋势，6 d后又出现下降趋势。与弱光对照(CL)比，自然光对照(CN)与各配方在6 d前的变化都更敏感。而到了第12天时，各个处理基本没有差异，说明，配方的作用只维持到9 d左右。从图中可以清楚地看到，P1的效果在前6 d与CN比较接近，P3的效果在第9天时与CN比较接近。
2.3.3 钙素配方对弱光影响叶片中过氧化氢酶(CAT)活性的补偿作用 从图9中CAT活性在第3天出现一个应激的下降，然后开始升高，其中CL升高最明显。各处理与CL相比，上升趋势都有所缓和。尤其在前9 d，P1缓和CAT活性上升基本达到了CN水平。而P2和P3也有缓和，只是与CN相差较大。由此，可认为P1效果最好。
2.3.4 钙素配方对弱光影响叶片中抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的补偿作用 在图10中，弱光逆境中APX的活性先是应激性升高，喷施了钙素配方后的植株应激性表现也更强烈。随着弱光的持续，APX活性之后逐渐下降，钙素配方处理后的植株下降幅度要小于弱光对照，而自然光下则是逐渐上升。其中，配方一(P1)与配方三(P3)一直保持较高水平，说明P1、P3在保护APX活性时效果较优，从而提高了植株的耐弱光性。
图7 钙素配方对弱光影响番茄叶片SOD活性的补偿作用
Fig.7 Compensating effects of calcium formulation on SOD activity under low light stress
图8 钙素配方对弱光影响番茄叶片POD活性的补偿作用
Fig.8 Compensating effects of calcium formulation onPOD activity under low light stress
图9 钙素配方对弱光影响番茄叶片CAT活性的补偿作用
Fig.9 Compensating effects of calcium formulation on CAT activity under low light stress
图10 钙素配方对弱光影响番茄叶片APX活性的补偿作用
Fig.10 Compensating effects of calcium formulation on APX activity content under low light stress
2.4 钙素配方对弱光影响番茄叶片膜脂过氧化的补偿作用
丙二醛(MDA)是膜脂过氧化的最终产物，其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度。因此，在弱光条件下，MDA含量也会发生相应变化。由图11可以看出，各处理的番茄叶片内MDA含量呈上升趋势，弱光对照(CL)的MDA含量要高于钙素配方处理。处理后3 d就出现差异，配方P2与弱光对照(CL)差异不显著，而其他配方一(P1)与配方三(P3)均与弱光对照有明显差异。
图11 钙素配方对弱光影响番茄叶片丙二醛含量的补偿作用
Fig.11 Compensating effects of calcium formulation on MDA content under low light stress
3 结论与讨论
本试验研究结果显示，弱光胁迫使得番茄干物质在根、茎、叶中的积累减少，而喷施钙素配方后，干物质积累有所增加，其中P1的效果最好。这与李天来等[19]用含钙素的配方处理弱光逆境下的番茄植株的研究结果相同，钙素配方能够调节番茄幼苗对弱光逆境的耐受性，提高弱光逆境下番茄植株单果重和单株产量。从根系活力方面来分析钙素配方P1的作用效果明显，且作用时间长。从壮苗指数看，增施钙素配方极大提高了壮苗指数，其中配方P1的效果最佳。钙素配方可以缓解Pn的降低，虽然较明显提高了弱光下番茄叶片Gs、Tr、Ci，但未能显著影响弱光下番茄叶片Ls。这说明增施钙素对弱光下番茄光合作用调控的机制可能与Gs、Tr、Ls和Ci关系不大，这与李益清等[20]研究结果一致。
本试验研究结果显示，各配方处理后净光合速率均高于弱光对照，其中，P3的调节作用在6 d内较明显；P1和P2作用时间稍长，但是缓解Pn降低的效果较差。钙可以保持植株较高的最大光化学效率(Fv/Fm)和较低的初始荧光(Fo)，保护高温强光逆境下光合结构[21]。本试验中，钙素配方有效提高了PSⅡ反应中心最大光合效率。配方处理在不同程度上缓解了SOD活性的下降，其中，P1的效果最明显。从POD活性角度分析，P1的效果在前6 d与CN比较接近，P3的效果在第9天时与CN比较接近。配方的作用时间约为6～9 d。在弱光下CAT活性降低，配方有效缓解其降低幅度。P1缓和CAT活性上升基本达到了CN水平，其效果最好。从APX活性变化分析，P1、P3提高植株的耐弱光性最佳。
综上所述，所采用的3种钙素配方均有降低弱光逆境下番茄株高，增加茎粗，从而提高植株的耐弱光系数的作用；还可以缓解弱光下植物干物质量的减少，促进干物质积累，提高根系活力，保证了植株对钙素营养的吸收与利用。其中，经过比较，发现配方一的效果最佳，是本试验中比较理想的提高番茄产量和品质的钙素复合配方。
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