番茄耐荫株系IL2-2通过改变生长素稳态提高高密度种植下的果实产量

本研究揭示了番茄（Solanum lycopersicum）耐荫株系IL2-2在模拟遮荫（W+FR）和高密度（HD）条件下的独特表现。通过比较野生型M82与IL2-2株系，发现后者表现出生长素（auxin）相关基因表达紊乱、伸长生长减弱但果实品质保持稳定的特性。田间试验证实IL2-2在HD条件下（6株/m2）产量显著提升，为高密度种植和间作农业系统提供了理想种质资源。

　　

番茄耐荫株系的发现与特性

在光照条件复杂的自然环境中，植物通过光敏色素（phytochrome）感知红光（R）与远红光（FR）比值（R:FR）的变化。当检测到低R:FR时，典型的避荫反应（SAS）包括茎秆伸长和光合色素降解。研究团队通过系统筛选21个地方品种和20个野生番茄（Solanum pennellii）渐渗系，发现IL2-2株系表现出独特的耐荫表型。

分子机制解析

RNA测序显示IL2-2株系存在显著的生长素（auxin）稳态紊乱。与野生型M82相比，该株系在正常白光（W）下即呈现生长素合成基因（YUC5/YUC9/TAR2）、转运基因（PIN3/PIN4）和信号基因（IAA1/IAA7/ARF10B）的异常高表达。特别值得注意的是，两个番茄ATHB2同源基因（拟南芥中已知的荫蔽响应负调控因子）在IL2-2中持续上调。这种"预激活"状态导致其对补充远红光（W+FR）处理的响应幅度显著减弱。

表型验证实验

在幼苗阶段，IL2-2表现出：

• 茎秆伸长减少50-70%（ hypocotyl和epicotyl）

• 叶绿素（Chl）含量保持稳定

• 光合速率（Pn）变化不显著

  成年植株在温室条件下：

• 株高对W+FR无响应（M82增加15-20%）

• 果实可溶性固形物（°Brix）提升20%

• 维生素C和类胡萝卜素含量显著增加

田间高密度试验

在意大利和西班牙两地进行的开放田间试验（6株/m² vs 3株/m²）显示：

• IL2-2单产提高15-18%（M82仅5-8%）

• 果实品质参数保持稳定

• 光合效率不受密度影响

  值得注意的是，这种增产效应在两种气候条件下（意大利温差较大，西班牙较稳定）均能保持。

农业应用前景

该研究首次证实：

1. 通过调控生长素通路可获得"耐荫不减产"的番茄株系

2. 茎秆伸长与光合色素降解存在遗传分离的可能性

3. 实验室W+FR处理可有效预测田间高密度表现

   IL2-2株系特别适合：

   • 高密度种植（>5株/m²）

   • 与高秆作物间作

   • 垂直农业系统

     研究者建议后续可开发基于SPAD-502叶绿素仪的快速筛选方案，或通过CRISPR靶向编辑ATHB2同源基因创制新种质。