壳聚糖及其衍生物通过调控ABA信号通路增强温室番茄在水分亏缺条件下的光合效率及果实品质

为解决水分亏缺条件下温室番茄产量和品质下降的问题，伊朗霍尔木兹甘大学研究人员开展壳聚糖及其衍生物（N-Succinyl和N,O-dicarboxymethylate）作为生物激发子的研究。研究发现N-Succinyl处理显著提高叶片ABA含量（增加16.6%），降低气孔导度（gs）和蒸腾速率（TR），同时提升净光合速率（Pn），在严重水分亏缺条件下使商品果实产量提高54.2%。该研究为干旱地区温室番茄节水栽培提供了新策略。

　　

在全球气候变化和淡水资源日益紧缺的背景下，农业用水矛盾日益突出。番茄作为全球最重要的蔬菜作物之一，其温室栽培对水分需求尤为敏感。传统灌溉方式往往造成水资源浪费，而简单的节水措施又会导致果实产量和品质下降。如何在保证产量的同时提高水分利用效率，成为困扰农业科研人员的难题。

伊朗霍尔木兹甘大学的研究人员在《Scientia Horticulturae》发表的研究中，创新性地将壳聚糖这种天然多糖的两种新型衍生物——N-琥珀酰壳聚糖（NSU）和N,O-二羧甲基壳聚糖（NOD）应用于温室番茄栽培。研究采用裂区试验设计，设置三种灌溉水平（充分灌溉、中度亏缺和重度亏缺）和四种处理（对照、壳聚糖、NSU和NOD），通过测定叶片ABA含量、光合参数、抗氧化酶活性及果实品质等指标，系统评估了这些生物激发子的作用效果。

研究主要采用高效液相色谱（HPLC）测定ABA含量，便携式光合仪测量气孔导度（g_s）、蒸腾速率（TR）和净光合速率（P_n），分光光度法检测过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性，并采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量（TPC）。

在叶片ABA和光合气体交换方面，研究发现NSU处理使叶片ABA含量显著提高16.6%，气孔导度降低18.9%，蒸腾速率下降27.4%，而净光合速率反而提升8%。在抗氧化系统方面，NSU在重度水分亏缺条件下使CAT活性提高66.9%，并显著增加总酚含量（21.97 mg GAE g FW^-1）和番茄红素含量（25.49 mg kg^-1）。在产量表现上，NSU处理在重度水分亏缺条件下的商品果实产量达到104.7吨/公顷，较对照提高54.2%。在水资源利用方面，NSU处理使基于商品果实产量的水分利用效率（WUEm）在重度水分亏缺条件下提升53.7%。

研究结论表明，壳聚糖衍生物特别是NSU通过调控ABA信号通路，优化气孔行为，平衡光合作用和水分消耗，同时激活抗氧化防御系统，从而在节水条件下维持甚至提升番茄产量和品质。这项研究不仅为温室番茄节水栽培提供了切实可行的解决方案，也为其他作物的抗旱栽培提供了新思路。更重要的是，该研究展示了生物高分子材料在可持续农业中的应用潜力，为应对全球气候变化下的粮食安全挑战提供了创新性方案。