光质通过调控生长素运输来影响烟苗侧根发育开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

当前，我国烟草生产中烟苗的培育主要推行日光大棚集中漂浮育苗，但在南方烟草的主产区，如西南方的贵州、广西、广东和川渝等地区，东南方的福建等地区，在烟草的育苗期都会不同程度的遭受低温寡照天气的影响。同时，塑料薄膜及其他保温措施使得原本阴雨的天气下大棚内光照严重不足。由此造成烟苗发育迟缓，育苗期变长，成本增加，烟苗素质差也严重影响了烟草的产量和品质。鉴于此，优化育苗大棚内的光照环境就显得尤为重要。良好的根系形态对于烟苗移栽后的早生快发尤为重要，苗期的根系主要由侧根构成。侧根不仅对烟苗起固着的作用，还有助于烟苗从土壤中吸收水分和营养。侧根发育受其生长环境影响较大，特别是在苗期遭遇持续的阴雨天气，光照不足会严重影响侧根的形成。在育苗工作中，人们常常进行人工光源补光来克服低温寡照天气对幼苗生长的影响，但不同光质对烟苗侧根形成的影响目前仍不清楚。目前国内外研究已知红蓝光对烟草生长有促进作用，而黄光则是抑制作用。前人在该方面做了大量的研究，McCree[1] 研究了7 种谷物、4 种油料作物、7 种蔬菜瓜果以及4 种其他植物对单色光的光合应答，得到基本一致的响应曲线，结果表明红、蓝光对植物光合作用的相对量子效率最高。提纯的叶绿素对光波最强的吸收区也主要在红光和蓝光区域，而自然光中约30% 的绿光和90% 左右的的远红光都会被叶片反射掉[2]。时向东等[3] 发现蓝光明显抑制漂浮育苗中烟苗叶片、茎秆伸长及光合作用，红光则更有利于Chlb 含量的增加，红蓝光处理并未对烟苗的茎围造成明显影响。张艳艳等[4] 的研究结果显示，红、蓝及绿光均不利于烟苗质体色素的积累，深红光处理下烟苗光合性能最强，蓝光显著增加了可溶性蛋白的含量而减少了可溶性糖的积累，红光处理的效应正好与蓝光相反。林叶春等研究了光质对漂浮培育烟苗的影响，发现蓝光显著提高了Chla、Chlb 及类胡萝卜素的含量，蓝光下烟苗净光合速率最高而红光处理最低。同时，还发现红、蓝光均显著增加了根系长度、根系表面积、根系直径和根系体积，其中蓝光处理下根系长度最长[5-6]。筛选出对烟草生长有利的光质能提高烟草的品质与产量。

[1] McCree K J. The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants[J] .Agricultural Meteorology, 1972, 9: 191-196.[2] Kasperbauer M J. Far-red light reflection from green leavesand effects on phytochrome-mediated assimilate partitioning under field conditions [J]. Plant Physiology, 1987, 85: 350-354.[3] 时向东, 王林枝, 满晓丽, 等. 不同光质对烤烟漂浮育苗中烟苗生长发育及光合特性的影响[J]. 中国烟草学报, 2013, 19 (1): 43- 46.[4] 张艳艳, 梁晓芳, 张本强, 等. 光质对烤烟苗期幼苗色素含量和光合特性的影响[J]. 中国烟草学报,. 2013, 19 (2):42- 46.[5] 林叶春, 陈伟, 黄锡才, 等. 光质对立体托盘育苗烟苗生长及叶片光合特性的影响[J]. 烟草科技, 2014, 3: 66- 70.[6] 林叶春, 陈伟, 薛原, 等. 光质对立体浮盘培育烟苗叶片光合特性及根系生长的影响[J]. 中国农业大学学报, 2014, 19 (1): 87- 92.

2. 研究的基本内容和问题

本课题旨在研究不同光质对烟草生长的影响，以能促进烟草生长的红蓝色光为研究对象，以白光为对照，对烟草幼苗的根系长度进行观测。目前，对于不同光质对烟苗生长发育的影响研究较多，也涉及到光合特性、质体色素积累和形态建成等诸多方面，但不同光质下烟苗根系的形态构成及侧根的发生发育的系统研究尚不完善。鉴于此，本研究采用类似于漂浮育苗的水培方式，以冷白光为对照，系统研究了红、蓝两种对植物光合作用效率较高的单色光对烟苗根系形态构成的影响，以期为烟草工厂化育苗大棚里的光环境调控提供依据。

拟解决的问题：不同光质通过什么途径来调控烟草根系的生长

3. 研究的方法与方案

实验将于南京农业大学牌楼教学试验基地的温室内进行，以烤烟品种k326为试验材料，将草炭、蛭石以1:1（v/v）的比例混匀并灭菌，作为育苗基质。待种子出苗后25 天，用水轻轻将其从基质中冲出，尽量不伤害根系。选择长势一致（包括地上和地下部分）的烟苗，将其移至1/4 霍格兰营养液中，置于自然光下缓苗两天。两天后将水培烟苗置于红、蓝单色光及冷白光下培养，待三种处理间烟苗形态表现出明显差异后进行性状调查。

水培条件：以1/4 霍格兰营养液作为水培营养液，置于不透明的塑料周转箱中，周转箱上方用不透明的泡沫板覆盖，均匀打20 个小孔，小心将幼苗放入孔中，并用海绵将烟苗固定。整个水培过程中，烟苗的根系处于避光条件下。周转箱规格：长 宽 高=31.523.514 cm，20 株/ 箱，每处理三个周装箱。每两天更换一次营养液，并利用小型通气泵每小时通气十分钟（定时开关自动控制）。日照时长为13h（6：0019:00）。根据天气状况，通过控制温室上方遮阳网和天窗及侧面的风机调整温室内的温度，白天温度为(282) ℃，夜间为21 ℃左右。

本研究中所用led 光源由青岛卡尔光电科技有限公司提供，光强及光谱能量分布使用asd fieldspechandheld 测定仪进行测定。用钢架组装培养架，光源置于培养架顶部，通过纱网阻挡及调整光源与烟株之间的距离保证各处理的烟株接收的光照强度一致，均约为108wm²。整个培养架用不透明的遮光布遮光，处理之间也采用遮光布阻隔。各处理光周期均为 16/8 (day/night)，通过纱布遮挡及调整灯与烟苗之间的距离保证各处理烟苗所受光照强度为 108 wm²。每处理 12 个重复，完全随机设计。处理后 12 天采收烟苗，样品置于-40c保存。

对拟解决的问题预测:光质通过改变生长素分布调控烟苗侧根发育。

4. 研究创新点

不同光质对烟草幼苗生长发育的影响差异显著，但对烟苗根系发育的影响及其作用机理目前仍不清楚。

本实验准备利用 HPLC（高效液相色谱）测定烟苗叶片及根系生长素含量；利用 DR5::GUS 转基因烟草研究不同光处理下烟苗中生长素的分布情况；研究NPA 对红光处理烟苗、NAA 对蓝光处理烟苗根系发育的作用效果；采用荧光定量 PCR 分析 PIN 家族基因 mRNA 表达水平。

5. 研究计划与进展

2017年3月，如上述水培条件，移栽后在蓝光处理的营养液中加入外源生长素 naa（溶于1m naoh）设 0、5、10、20、40nm 5个浓度梯度。在红光处理营养液中加入生长素运输抑制剂 npa（溶于 dmso），设 0、20、40、80、160nm 5个浓度梯度。

在光处理第 12 天，调查烟苗侧根的性状：人工数出一级（1）侧根和二级（2）侧根数量；用尺子测定 1侧根的长度；利用根系分析系统（regent instruments, montreal, qc, canada）测定并计算出 2长度，2侧根长=（根系总长1侧根总长）/二级侧根数量；2侧根密度= 2侧根数量/1侧根长度。

iaa 含量测定采用 hplc（高效液相色谱），在光处理第 12 天上午9:00到11:00 采集幼苗叶片及根系样品，称重后迅速置于液氮中保存代用。