【正文】 園 藝 學(xué) 報(bào) 2022， 41（ 12）： 2419– 2426 : // . ahs. ac. Acta Horticulturae Sinica Email: 收稿日期： 2022– 10– 17；修回日期： 2022– 12– 04 基金項(xiàng)目：山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)資金項(xiàng)目（ SDAIT0202205） * 通信作者 Author for correspondence（ Email： ） 硅對(duì)干旱脅迫下番茄根系細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)及線粒 體活性氧代謝的影響 曹逼力，劉燦玉，徐 坤 * （山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 /農(nóng)業(yè)部黃淮地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018） 摘 要：以番茄品種 ‘ 金棚 1號(hào) ’ 為試材，采用水培方法，研究了 PEG6000模擬干旱脅迫條件下， 硅對(duì)根系細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)及線粒體活性氧代謝的影響。結(jié)果表明，隨干旱脅迫時(shí)間的延長，番茄植株根系 活力逐漸降低，丙二醛（ MDA）含量逐漸升高，細(xì)胞線粒體超氧陰離子生成速率和過氧化氫（ H2O2）含 量亦逐漸升高，而超氧化物歧化酶（ SOD）、過氧化物酶（ POD）及過氧化氫酶（ CAT）活性在脅迫初期 迅速增強(qiáng)，達(dá)峰值后又快速降低；施硅處理顯著抑制了干旱脅迫引發(fā)的上述變化。干旱脅迫處理 12 d時(shí)， 施硅較不施硅處理番茄根系的 MDA含量、超氧陰離子生成速率和 H2O2含量分別降低了 %、 % 和 %， 而根系活力、 SOD活性、 POD活性和 CAT活性分別提高了 %、 %、 %和 %。施硅處理還減輕了干旱脅迫導(dǎo)致的根系細(xì)胞質(zhì)壁分離程度，緩解了線粒體、細(xì)胞核、生物膜等 的損傷。 關(guān)鍵詞：番茄；硅；干旱；細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)；線粒體；活性氧代謝 中圖分類號(hào)： S 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 0513353X（ 2022） 12241908 Effects of Silicon on Ultrastructure and Active Oxygen Metabolism in Mitochondria of Tomato Roots Under Drought Stress CAO Bili， LIU Canyu， and XU Kun* （ College of Horticulture Science and Engineering ， Shandong Agricultural University ， State Key Laboratory of Crop Biology ， Key Laboratory of Biology and Geic Improvement of Horticultural Crops in HuangHuai Region ， Ministry of Agriculture ， Tai’an ， Shandong 271018， China ） Abstract： The effects of silicon on ultrastructure and active oxygen metabolism in root mitochondria were studied with a tomato（ S lanum lycopersicum ） cultivar‘Jinpeng 1’in cultured hydroponics under PEG6000 simulated drought. The results showed that with the extension of drought stress， the root activity of tomato plants gradually decreased. Malondialdehyde（ MDA） content， mitochondrial superoxide anion（ ） productivity rate and hydrogen peroxide（ H2O2） content gradually increased， but the activities of superoxide dismutase（ SOD）， peroxidase（ POD） and catalase（ CAT） rapidly increased in the early stage of drought stress， and then rapidly decreased after peak. The application of silicon significantly effected the change of the related indicators caused by drought stress. After 12 days of drought stress，the content of 2420 園 藝 學(xué) 報(bào) 41卷 MDA， %， %， %， respectively. But root activity， SOD activity， POD activity and CAT activity were higher by %， %， %， %， respectively. In addition， the application of silicon not only reduced plasmolysis of tomato root cells， but also relieved the damage of mitochondria，nuclei and biofilms. Key words： tomato； silicon； drought； cell ultrastructure； mitochondria； active oxygen metabolism 植物根系作為土壤水分的直接吸收器官，可對(duì)干旱脅迫迅速作出應(yīng)激反應(yīng)（桂世昌 等， 2022； 劉艷 等， 2022）。干旱主要破壞根系的滲透調(diào)節(jié)功能、保護(hù)酶系統(tǒng)及膜系統(tǒng)，尤其膜系統(tǒng)通常被認(rèn) 為是干旱脅迫損傷的原初關(guān)鍵部位（孫涌棟 等， 2022）。干旱脅迫下植物體內(nèi)過量的自由基引起膜 脂過氧化，產(chǎn)生的 MDA可與蛋白質(zhì)交聯(lián)、結(jié)合，使細(xì)胞膜失活，嚴(yán)重時(shí)會(huì)致使植物細(xì)胞死亡（桂 世昌 等， 2022）。在細(xì)胞程序性死亡的過程中線粒體起 著重要作用（ Loeffler amp。 Kroemer， 2022）。 由于線粒體既能進(jìn)行氧化磷酸化，生成 ATP，又能產(chǎn)生活性氧，造成脂質(zhì)過氧化（趙云罡和徐建興， 2022），所以維持細(xì)胞線粒體的結(jié)構(gòu)完整和正常生理功能具有重要的生物學(xué)意義。 干旱脅迫下根系細(xì)胞內(nèi)的線粒體膜結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，主要與膜脂過氧化傷害有關(guān)（ Smith et al.， 1982； Yamamoto et al.， 2022）。衛(wèi)星等（ 2022）報(bào)道，干旱脅迫下水曲柳根系線粒體內(nèi) H2O2和 MDA 含量增加，線粒體膜裂解。而植物在抵御干旱脅迫過程中，甜 菜堿、脯氨酸、有機(jī)酸、保護(hù)酶及鉀、 硅等可通過調(diào)節(jié)不同的代謝途徑發(fā)揮作用（ Farooq et al.， 2022），其中硅元素既可影響細(xì)胞的結(jié)構(gòu) （ RomeroAranda et al.， 2022），也可調(diào)節(jié)相關(guān)生理代謝（ Ma et al.， 2022）。 Isa等（ 2022）研究發(fā) 現(xiàn)，水稻對(duì)硅的吸收沉積增加了細(xì)胞壁的強(qiáng)度和剛性；同時(shí)加入外源硅還可顯著提高干旱脅迫下小 麥（ Gong et al.， 2022）、草坪草（杜建雄和劉金榮， 2022）、黃瓜（周秀杰 等， 2022）的 SOD、 POD 和 CAT活性，降低小 麥（ Pei et al.， 2022）、水稻（明東風(fēng) 等， 2022）在干旱脅迫下葉片的 H2O2 和 MDA含量，從而增加生物膜的穩(wěn)定性。錢瓊秋等（ 2022a， 2022b）研究發(fā)現(xiàn)，硅能顯著降低鹽 脅迫下黃瓜根系線粒體的 H2O2和 MDA含量，增強(qiáng)線粒體抗膜脂過氧化能力，維持膜的完整性。 番茄（ Solanum lycopersicum ）雖然對(duì)硅的吸收速率較低（ Takahashi et al.， 1990），但作者研究 發(fā)現(xiàn)，水培番茄添加適量的硅，可顯著促進(jìn)幼苗生長，提高光合速率和水分利用效率（曹逼力 等， 2022）；梁永超等（ 1993）的研究也表明，番茄在砂培、土培條件下施用硅肥，植株生長勢均較對(duì)照 增強(qiáng)，產(chǎn)量提高 30%以上。為了探討硅在維持番茄根系細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能中的作用，采用水培方法研 究了硅對(duì) PEG模擬干旱脅迫下番茄根系細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)、根系活力及活性氧代謝的影響，旨在明確硅 緩解植物干旱脅迫的生理機(jī)制。