马仲炼 赵玉仙 刘健君 田虹 马永翠
摘要 以红芸豆(地豆王)为材料,采用15%聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫,研究外源水杨酸(salicylic acid,SA,100 mg/L)和萘乙酸(α-naphthaleneacetic acid,NAA,0.015 mmol/L)对红芸豆幼苗抗旱性的影响。结果表明,干旱条件下,喷施外源NAA、SA处理均能有效减少叶片水分流失,维持叶片相对含水量在较高水平,在干旱胁迫24 h后,叶片相对含水量仍高达81.30%、77.00%。SA、NAA处理可有效减缓MDA含量的积累,与CK处理相比分别低48.20%、49.12%;24 h内NAA较CK处理总叶绿素含量增加40.63%,在干旱胁迫36 h内SA可使红芸豆叶绿素a含量增加,但SA、NAA会造成可溶性蛋白质含量的降低,但总体而言,NAA、SA处理能提高红芸豆幼苗的抗旱能力。
关键词 红芸豆;水杨酸;萘乙酸;抗旱性
中图分类号 S643.1 文献标识码 A
文章编号 0517-6611(2021)24-0067-03
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.24.015
Effects of Exogenous Salicylic Acid and Naphthalic Acid on Drought Resistance of Red Kidney Bean Seedlings
MA Zhong-lian,ZHAO Yu-xian,LIU Jian-jun et al (College of Agronomy and Life Sciences,Zhaotong University,Zhaotong,Yunnan 657000)
Abstract The effects of salicylic acid (SA,100 mg/L) and α-Naphthaleneacetic acid (NAA,0.015 mmol/L) on physiological characters of red kidney bean (land bean king) under drought stress of 15% polyethylene glycol (PEG)during bean seedlings were studied. The results showed that spraying exogenous NAA,SA under the drought conditions could effectively reduce the loss of leaf water and maintain the relative water content of the leaves at a high level. After 24 h of the drought stress,the relative water content of the leaves was still high,which was 81.30% and 77.00%. SA and NAA processing could effective reduce the accumulation of MDA contents,which was 48.20% and 49.12% lower than that processed by CK respectively. Within 24 h of the drought stress,NAA could increase the total chlorophyll content,which was 40.63% higher than that processed by CK respectively. Within 36 h of the drought stress, SA could increase the content of chlorophyll a,but SA and NAA would reduce the soluble protein content.In general,NAA and SA processing could improve the drought resistance ability of red kidney bean seedlings.
Key words Red kidney bean;Salicylic acid;Naphthalene acetic acid;Drought resistance
基金項目 云南省一流课程植物生理学线下课程项目。
作者简介 马仲炼(1988—),男,云南昭阳人,讲师,从事作物逆境栽培研究。*通信作者,教授,从事作物病虫害生理研究。
收稿日期 2021-04-12
云南属热带、亚热带季风气候,全年降水不均,特别是春季干旱少雨,蒸发旺盛,日温变化大,这使云南的蔬菜种植面临严峻考验,其中红芸豆作为云南广泛种植的蔬菜同样受到干旱影响。近年来使用外源生长物质提高植物的抗旱性已成为热点,其中水杨酸(salicylic acid,SA),即邻羟基苯甲酸,是一种脂溶性有机酸,为白色结晶粉状物,是植物体内产生的简单酚类化合物,是一种新的植物内源激素,对缓解植物遭受逆境胁迫具有重要作用,目前在许多植物上运用并表现出良好的抗性。
SA参与植物的多种生理生化过程,能够诱导植物产生抗旱、抗盐碱等多种生理性状。研究显示,干旱胁迫下SA处理显著提高了小麦根系和叶片细胞质膜透性、丙二醛(MDA)含量以及抗氧化酶活性[1],能降低干旱对黄瓜幼苗生长的伤害和水分利用能力的下降,减小膜脂过氧化程度 [2],增加番茄叶片相对叶绿素、可溶性蛋白和脯氨酸含量[3],通过研究烟草[4]、玉米[5]等植物种子耐旱性发现,SA保持种子内抗坏血酸过氧化物酶(APX)等酶活性,缓解活性氧的积累,膜脂过氧化作用被抑制,表现为MDA含量降低。SA处理促进了渗透调节物质和脯氨酸的积累,抑制蛋白质和MDA在蛋白质分子外联中的积累,维持正常的细胞渗透压,降低对细胞膜结构和功能的伤害,提高种子萌发和幼苗生长过程中的抗旱能力。萘乙酸(NAA)是较为常用的植物生长调节剂,具有促进植物细胞分裂,增强幼苗生活力、适应力,增强光合作用,加速生长发育[6-8],增强植物对不良环境的抵抗调节作用[9],研究表明,NAA预处理能促进干旱下活性氧前期积累,增强植物抗氧化能力,减少干旱后期活性氧(ROS)水平,以减轻干旱对细胞结构和代谢的干扰,维持一个更高效的碳和氮代谢水平[10],NAA能降低或延缓细胞因超氧自由基和MDA造成的损伤,提高植物抵抗力[11]。而NAA以往多用于防止落花落果,促进光合作用,加速生长发育方面,而将其用在缓解植物干旱胁迫上的研究还不够深入。
SA和NAA在玉米、烟草、大豆、茄类、瓜类等作物上已经开展了相关方面的研究,但在红芸豆上研究甚少,因此,笔者以红芸豆为材料,采用15%聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫,研究喷施SA和NAA对红芸豆幼苗生理特性的影响。
1 材料与方法
1.1 试验材料 试验选用红芸豆(地豆王)为材料(市场上购买获得)。
1.2 试验方法
设置4个处理:正常,ZC处理(蒸馏水);对照,CK处理(蒸馏水+15%PEG);S处理(100 mg/L SA+15%PEG);N处理(0.015 mmol/L NAA+15%PEG)。具体处理方法:对CK、S、N处理分别加入10 mL 15%PEG,ZC处理加入10 mL蒸馏水,12 h后对CK、S、N处理分别叶面喷施等量蒸馏水、SA、NAA,ZC处理喷施等量蒸馏水,每个处理4个重复,在干旱胁迫12、24、36、48 h对幼苗摘叶取样进行生理指标测定。
1.3 测定项目与方法
采用鲜重法测定叶片相对含水量(RWC),采用乙醇提取法[12]测定叶绿体色素提取液中叶绿素a、b及总叶绿素含量,采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[12]测定MDA含量,采用考马斯亮蓝G-250染色法 [13](Coomassie brilliant biue G-250)測定蛋白质含量。
1.4 数据统计 试验数据采用Microsoft Excel 2003进行整理,并用SPSS 17.0统计软件的邓肯新复极差法进行差异显著性分析。
2 结果与分析
2.1 NAA、SA对干旱胁迫下红芸豆叶片相对含水量(RWC)的影响
由图1可知,随着干旱胁迫时间的延长,干旱处理组RWC持续下降,外源NAA、SA处理可以缓解干旱胁迫下红芸豆RWC下降程度。处理组第12 h后,N处理组RWC较CK处理高3.85%,且差异显著;S处理组RWC较CK处理高11.96%,且差异显著。处理组第24 h后,N处理组RWC较CK处理高13.47%,且差异显著,S处理组较CK处理高12.37%,且差异显著。处理组第36 h后,N处理组RWC较CK处理高11.16%,且差异显著;S处理组RWC较CK处理高0.92%,但差异不显著。处理组第48 h后,N处理组RWC较CK处理高24.41%,S处理组RWC与CK处理差异不显著。由此可知,NAA处理RWC在胁迫过程中呈较平稳变化趋势,且能保持良好的RWC。这说明干旱胁迫下NAA处理能缓解叶片水分流失,SA处理在干旱胁迫24 h前能有效缓解叶片水分流失,而在24 h后缓解能力下降。
2.2 NAA、SA对干旱胁迫下红芸豆叶片丙二醛(MDA)含量的影响
由图2可知,随着胁迫时间的延长,在0~48 h CK处理组MDA含量呈升高趋势,在第48 h MDA含量达到最大。处理组第12 h后,N处理组MDA含量较CK处理低32.72%,且两者差异显著;S处理组MDA含量较CK处理低21.15%,但两者差异不显著。处理组第24 h后,N处理组MDA含量较CK处理低50.37%,且两者差异显著;S处理组MDA含量较CK处理低54.31%,且两者差异显著。处理组第36 h后,N处理组MDA含量较CK处理低46.67%,且两者差异显著;S处理组MDA含量较CK处理低41.11%,且两者差异显著。处理组第48 h后,N处理组MDA含量较CK处理低58.69%,且两者差异显著;S处理组MDA含量较CK处理低63.25%,且差异显著。可见干旱胁迫下SA、NAA处理可以减缓红芸豆叶片MDA含量的积累,其中NAA缓解效果最好。
2.3 NAA、SA对干旱胁迫下红芸豆叶片可溶性蛋白质含量的影响
由图3可知,S、N处理组在处理第12~24 h时可溶性蛋白质含量呈下降趋势,在第36 h后可溶性蛋白质含量呈上升趋势,CK处理组在各测定时间可溶性蛋白质含量均高于S、N处理组。在处理组第12 h,S处理组可溶性蛋白质含量较CK处理低12.93%,且差异显著;N 处理组可溶性蛋白质含量较CK处理低22.41%,且差异显著。在处理组第24 h,S处理组可溶性蛋白质含量较CK处理低2.92%,但两者差异不显著;N处理组可溶性蛋白质含量较CK处理低16.96%,且差异显著。在处理组第36 h,S处理组可溶性蛋白质含量较CK处理低16.08%,且差异显著;N处理组可溶性蛋白质含量较CK处理低11.56%,且差异显著。在处理组第
48 h,S处理组可溶性蛋白质含量较CK处理低7.62%,且差异显著;N处理组可溶性蛋白质含量较CK处理低13.15%,且差异显著。由此可知,干旱胁迫下,SA、NAA处理造成叶片可溶性蛋白质含量降低。
2.4 NAA、SA对干旱胁迫下红芸豆叶片总叶绿素、叶绿素a和叶绿素b含量的影响
由表1可知,处理组第12 h,S处理组叶绿素a含量较CK处理高4.78%,但差异不显著;N处理组叶绿素a含量较CK处理高25.84%,且差异显著。处理组第24 h,S处理组叶绿素a含量较CK处理低16.27%,且差异显著; N处理组叶绿素a含量与CK处理相比低7.54%,但差异不显著。处理组第36 h,S处理组叶绿素a含量较CK处理高16.03%,且差异显著;N处理组叶绿素a含量较CK处理高0.58%,但差异不显著。处理组第48 h,S处理组叶绿素a含量较CK处理低36.17%,且差异显著;N处理组叶绿素a含量较CK处理低6.69%,但差异不显著。由此可知,在胁迫开始至36 h,SA、NAA可缓解红芸豆叶片叶绿素a含量的降低。36 h后缓解能力下降。
处理组第12 h,S处理组叶绿素b含量较CK处理高1.18%,但差异不显著;N处理组叶绿素b含量较CK处理高9.41%,且差异显著。处理组第24 h,S处理组叶绿素b含量较CK处理高19.05%,且差异显著;N处理组叶绿素b含量较CK处理高233.33%,且差异显著。处理组第36 h,S处理组叶绿素b含量较CK处理低42.86%,且差异显著;N处理组叶绿素b含量较CK处理低11.69%,差异显著。处理组第48 h,S处理组叶绿素b含量较CK处理高67.06%;N处理组叶绿素b含量与CK处理相比低9.41%,差异显著。
处理组第12 h,S处理组总叶绿素含量较CK处理高3.39%,但差异不显著;N处理组总叶绿素含量较CK处理高20.68%,且差异显著。处理组第24 h,S处理组总叶绿素含量较CK处理低9.21%,但差异不显著;N处理组总叶绿素含量较CK处理高40.63%,且差异显著。处理组第36 h,S处理组总叶绿素含量较CK处理高5.48%,但差异不显著;N处理组总叶绿素含量较CK处理低1.67%,但差异不显著。处理组第48 h,S处理组总叶绿素含量较CK处理低14.98%,但差异不显著;N处理组总叶绿素含量与CK处理相比低7.25%,但差异不显著。由此可知,在胁迫开始至24 h NAA处理可使红芸豆叶片总叶绿素含量增加。SA处理48 h后效果减弱,总体上NAA处理前期效果较好。
3 结论与讨论
该试验研究喷施不同浓度外源SA与NAA在干旱胁迫下对红芸豆幼苗生理特性的影响。通过测定叶片相对含水量、MDA含量、可溶性蛋白含量、叶绿素a、b及总叶绿素含量等指标来判定其对幼苗抗旱能力的影响。MDA含量可反映植物细胞膜质过氧化程度,结果表明,干旱条件下喷施SA、NAA可减缓红芸豆叶片MDA积累量,在一定程度上降低细胞膜质过氧化,进而提高了红芸豆叶肉细胞抗旱性。
可溶性蛋白质是植物重要的渗透调节物质,植物可通过积累可溶性蛋白质来降低细胞渗透势,增强植物的保水能力,从而表现为可溶性蛋白质含量升高。而经SA、NAA处理的红芸豆可溶性蛋白质含量出现下降,这可能是因为在干旱條件下,SA、NAA处理可能开始了以某些可溶性蛋白质为底物的防御途径,这与马仲炼等[14]的研究结果一致。
叶绿素是植物进行光合作用、获取能量的重要物质,干旱胁迫下,植物体内的叶绿素分解加速,光合作用效率降低,在经过SA处理后 ,红芸豆叶绿素a和总叶绿素含量在36 h增加明显,NAA处理在24 h,红芸豆叶绿素b和总叶绿素含量增加显著,这可能是SA、NAA处理增强了叶片保水能力,降低了叶肉细胞活性氧水平,减轻了过氧化作用,缓解了叶绿素的分解。植物叶片相对含水量能充分反映植株水分状况,干旱条件下,相对含水量下降越少说明植株抗旱性越强,经过SA、NAA处理的叶片相对含水量能保持稳定水平,也进一步说明SA、NAA处理增强了叶片保水能力。
因此,该试验中红芸豆在干旱胁迫下,喷施SA、NAA可使叶片保水能力增强,减缓红芸豆MDA的积累量,对叶绿素a、b和总叶绿素的影响较大,会使叶片可溶性蛋白质含量的积累量降低,总体而言,SA、NAA处理可增加红芸豆幼苗抗旱能力。
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