较高的相对湿度提高了在封闭植物工厂的白菜幼苗的叶片烧伤抗性


发布时间:

2022-12-18

来源:

植物表型资讯

作者:

PhenoTrait

确保蔬菜作物每年产量的植物工厂引起了广泛关注。本研究以8科25种30种普通蔬菜作物为研究对象(图1),在封闭植物工厂的多层水培系统中进行适应性试验。共有20种蔬菜作物,隶属于4科14种,意外地出现了不同程度的叶缘坏死,首先是下部叶片,然后是上部叶片,逐渐出现叶缘坏死。我们将这种新的生理疾病定义为“叶烧伤”。它在十字花科叶菜中更为常见和严重。采用2种不同光强(150和105µmol m−2 s−1光合光子通量密度(Photosynthetic photon flux density,PPFD))、3种光周期条件(12、10和8 h d−1)和2种冠层相对湿度(Relative air humidity,RH)(70%和90% RH)对2个商品开花白菜品种(“四九”和“赤心”)叶片烧伤发生的抑制作用进行了研究。我们发现光照条件的改变并不能完全抑制“四九”叶片烧伤的发生(图2),但较低的光照强度和较短的光周期在一定程度上抑制了叶片烧伤的发生(图3)。有趣的是,当冠层RH从70%提高到90%时,叶片烧伤的发生完全被抑制。其中,低RH处理幼苗出现不同程度的叶片烧伤症状,叶片水势迅速下降,而高RH处理显著降低了叶片水势下降(图4),光合色素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率增加,叶片气孔孔径和气孔密度减小(图5和图6),从而降低了“四九”和“赤心”叶片烧伤的发生率。分别从28.89%和18.52%降到零。综上所述,冠层高RH有利于维持叶片水势,提高光合作用性能,共同调节叶片烧伤发生率和植株生长,如图7。

    图1 人工光照下封闭植物工厂栽培30种常见蔬菜作物的表型。D、播种后天数; B. campestris, Brassica campestris; B. oleracea, Brassica oleracea; B. juncea, Brassica juncea。LV1,植株在整个生育期不出现叶片烧伤,生长发育正常; LV2,植株有轻微的叶片烧伤,新健康叶的产生率高于较低叶的叶片烧伤率,即健康叶的数量总是大于烧焦叶,植株可以持续生长到收获。LV3,植株发生严重的叶片烧伤,下部叶片的叶片烧伤率高于新叶产生率,植株不能正常生长,最终死亡。

   图2 植株工厂栽培的两个开花大白菜品种叶片烧伤率对不同光照条件的响应。(A) PPFD 150 μ mol m−2 s−1在12 h d−1条件下,叶片烧伤程度不同的植株表型。(B)叶片烧伤发生率。T1时,PPFD 150 μ mol m−2 s−1在12 h d−1;T2、T3、T4时,PPFD 105μ mol m−2 s−1分别在12、10、8 h d−1时。值为平均值±标准误差(n = 45),不同小写字母表示不同处理和品种间差异显著,邓肯多区间检验的显著水平为0.05。

 

图3 植物工厂栽培的两个开花大白菜品种对不同相对空气湿度的叶片烧伤发生和植株生长响应。(A)播种后14天在高、低相对空气湿度条件下的植株表型。(B)播种后35天高空气相对湿度条件下的植株表型。(C)播种后14 d叶片烧伤发生率(n = 45)。(D)播种后14天全株鲜重(n = 15)。(E)播种后14天全株干重(n = 15)。(F)播种后35天,在空气相对湿度较高的条件下,植株的出笋鲜重。(G)播种后35天高相对空气湿度条件下植物可溶性蛋白含量。(H)播种后35天高相对空气湿度条件下植物可溶性糖含量。(一)播种后35天高空气相对湿度条件下植物的维生素C含量。LH:空气相对湿度低;HH,空气相对湿度高。数值为均数±标准误差(n,样本重复),不同字母表示不同处理和品种之间存在显著性差异,邓肯多区间检验的显著性水平为0.05。

 

    图4 两种盆栽大白菜开花品种播种后12、14、16天的叶片水势(A)和播种后14天的叶片温度(B)对不同相对空气湿度的响应。LH:空气相对湿度低;HH,空气相对湿度高。值为平均值±标准误差(n = 5),不同字母表示不同处理、不同品种间差异显著,邓肯多区间检验显著性水平为0.05。

 

图5 密闭工厂栽培的2个开花大白菜品种对播种后12、14、16天不同相对空气湿度的叶片气孔密度(A)和气孔孔径(B)的响应LH:空气相对湿度低;HH,空气相对湿度高。值为平均值±SE (n = 6),不同小写字母表示不同处理和品种间差异显著,Duncan多区间检验显著水平为0.05。

 

图6 植物工厂栽培的两个开花大白菜品种光合参数对不同相对空气湿度的响应(A) Fv/Fm (n = 18)。(B-E)光合色素含量(n = 3)。(F) Anet (n = 3)。(G) Gs (n = 3)。(H) Ci, (n = 3)。(I)蒸腾(n = 3)。值表示平均值±标准误差(n,样品重复),不同小写字母表示不同处理和品种之间的差异,邓肯多区间检验的显著性水平为0.05。

 

图7 高相对空气湿度控制叶片烧伤发生的模型。

 

 

来 源

Kang Y, Wu Q, Qin J, Zhong M, Yang X, Chai X. 2022. High relative humidity improves leaf burn resistance in flowering Chinese cabbage seedlings cultured in a closed plant factory. PeerJ 10:e14325 https://doi.org/10.7717/peerj.14325

 

编 辑

王春颖

 

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