番茄缺氧胁迫引发钙失调的相关形态异化现象

    番茄的水培具有比土壤栽培生长速度快,产量品质提高明显的优点,这是因为水培植物的根系是在一个直接接触营养液的环境中生长,摄取水分与矿质营养变得极为直接而快捷,但同时也存在因外界环境胁迫所造成的缺氧障碍,如气温过高的夏季,常导致营养液温度的骤然升高,造成溶解氧的极剧下降,当低于临界值时,就会出现生理障碍。最为直接的影响是根系的呼吸作用由原来富氧状态的有氧呼吸,变成缺氧状态下的无氧呼吸,使根系吸收水分及矿质营养的生理机能受到影响,使根系能量代谢的有效率降低,根系吸收水分及营养耗能不能得以充分供给,从而使根系与植株的生长速度减缓,甚至影响到矿质营养吸收的有效性,会出现磷代谢及钙代谢之障碍,导致植株的缺磷或者缺钙,这种缺素症是因环境引起的间接障碍,并不是因养液成分引起的营养障碍。在生产上更需注意综合性的观察判断,找准影响因子,然后进行针对性地解决,单一从营养液配方上是找不到问题症结的。通过对于番茄出现的形态及发育特征的异化,进行综合分析,阐明了因根域环境缺氧而导致缺素症及发育畸变与特化的内在机理,以下就缺氧导致根发育、枝发生及缺素症状形成的过程进行分析,以指导生产上形成正确的疹断思路与采取相对应的预防措施。

一、相关胁迫因子的形成

在厌氧胁迫环境下,会使胞质内的钙素大幅度提高,以其为第二信使,来激发各种相关基因作出表达以提高抗逆性.但氧气缺乏的情况下,同时也影响了钙素的吸收运输,从而使大量的钙素往成熟的叶片富集,导致新叶产生缺素表现,抑制了新叶的细胞分裂及生长,从而形成了新叶黄化畸变异化,老叶变厚僵硬等因胁迫引起的生态适应性表达.

二、缺氧导致根构型的异变

缺氧的环境,引起钙素吸收的生理障碍,从而激发了根构型的异变,从原来的二分枝变成了鲱骨状分枝,或叫排状根,这种根短而粗,在表观上伸长区短缩粗化,伸长生长受抑,根的数量缺极剧增加,以适应因缺氧而导致的各种生理障碍.

有较长的伸长区(正常)

为明显的二分枝根构型(正常)

排根

伸长区短缩,根生长受抑


为鲱骨状的根构型

伸长区退化而短缩

根尖因缺钙而黑化


三、影响矿质营养的正常代谢

在根系在矿质营养的吸收上,主要靠有氧呼吸提供能量,从而让植物根系维持正常的吸收代谢,但在缺氧情况下,矿质营养吸收障碍中,钙的吸收表现得最为快速,特别是在水培条件下,常因钙瞬变,而植株新生器官表现为瞬间的缺素症,这种症状出现的速度与生长速度成正比,所以在水培番茄生产上,常因气温的骤然升高,在短时内表现即可表现新生器官的缺钙表现.此时大量的钙素因激发了钙通道和膜去极化,使胞质的钙浓度瞬间提高,从而使新生器产生相应的缺素反应.

新生器官黄化

叶畸变



四、植株形态发生抗逆反应

在厌氧胁迫下,因钙调素的信使作用,又会促发植株体内大量乙烯的形成,从而使番茄的植株产生大量的气生根. 

附百合在厌氧环境下的缺素黄化症及根构型的变化

富氧情况下大多数水培植物的根构型