脫落酸對澇漬條件下棉花幼苗生長及相關(guān)生理指標(biāo)的影響

江敏+劉才+寧慧宇++鄒華文

摘要：澇漬脅迫是長江中下游棉花產(chǎn)區(qū)面臨的主要逆境之一。在前期研究基礎(chǔ)上，利用5 μmol/L脫落酸（ABA）噴施澇漬脅迫條件下的棉花幼苗葉片，檢測澇漬處理期間棉花幼苗葉片內(nèi)超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）的活性，以及葉綠素、丙二醛（MDA）、過氧化氫（H2O2）、可溶性糖及脯氨酸的含量，并于澇漬處理后測量株高及生物量。結(jié)果顯示：與對照相比，ABA處理可以顯著提高澇漬條件下棉花幼苗的株高、生物量、葉綠素含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量及SOD、POD、CAT活性，顯著降低MDA及H2O2含量。由結(jié)果可知，外源噴施ABA可以提高棉花的耐澇性。

關(guān)鍵詞：棉花；澇漬；脫落酸；生物量；生理指標(biāo)

中圖分類號： S562.01文獻標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）07-0073-03

湖北省是我國的產(chǎn)棉大省，棉花種植面積、總產(chǎn)量及產(chǎn)值均僅次于新疆、山東、河北，排在全國第4位，居長江流域各省（區(qū)）之首[1]。江漢平原與美國的植棉帶處于同一緯度地區(qū)，是我國最早引進美國陸地棉并成功試種的地區(qū)，同時也是湖北省最重要的植棉區(qū)，占全省棉花種植面積的70%[2]。江漢平原同時也是澇漬災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，高溫耦合陰雨天氣常常發(fā)生在棉花的苗期及蕾期，嚴重影響棉花的營養(yǎng)及生殖生長，造成產(chǎn)量和品質(zhì)下降[3-4]。目前，生產(chǎn)上除選用適應(yīng)在易澇地區(qū)種植的棉花品種外，有選擇地施用植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)也是提高棉花耐澇漬脅迫的重要措施之一。

作為一種逆境激素，脫落酸在調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，尤其是非生物脅迫（高鹽、低溫、干旱等）等多個生理過程中起到非常重要的作用[5]。研究表明，多種非生物脅迫都會誘導(dǎo)植物體內(nèi)脫落酸（ABA）含量的升高，同時，外施ABA也可以提高植物對多種逆境脅迫的抗性[6-7]。前期研究表明，外源ABA可以提高澇漬條件下試驗小區(qū)內(nèi)鄂抗棉13的產(chǎn)量和品質(zhì)[8]。本研究繼續(xù)以鄂抗棉13為材料，探討澇害條件下外源ABA對溫室條件下棉花苗期生長的影響及可能的耐澇生理機制。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1棉花鄂抗棉13，由長江大學(xué)棉花研究所提供。

1.1.2試劑試驗所用試劑（分析純）均購自生工生物工程（上海）股份有限公司。

1.2方法

1.2.1棉花催芽及培養(yǎng)棉花種子經(jīng)0.1% HgCl2溶液消毒10 min后，用消毒濕毛巾包裹，置于30 ℃溫箱黑暗條件下催芽。待根長等于種子長度時播于裝有營養(yǎng)土（草炭土與蛭石等體積混勻）的營養(yǎng)盤中，轉(zhuǎn)入溫室內(nèi)培養(yǎng)，溫室條件：晝溫—夜溫25 ℃—22 ℃，空氣相對濕度50%，光照度400～600 μmol/（m2·s），光—暗周期12 h—12 h。培養(yǎng)10 d后選取長勢一致的幼苗移入裝有相同培養(yǎng)土的營養(yǎng)缽（20 cm×15 cm）中，每盆3株。

1.2.2ABA及澇漬處理待棉花幼苗2張真葉完全展開時，開始澇漬處理。澇漬處理方法：將生長有棉花幼苗的營養(yǎng)缽套入稍大的塑料桶中，向營養(yǎng)缽中加水至營養(yǎng)土表面出現(xiàn)明水，且澇漬處理期間始終保持此水位。澇漬處理24 h后開始噴施5 μmol/L ABA，每3 d噴施1次，以同樣澇漬條件下噴施蒸餾水為負對照（-CK），正常水分條件下生長且不噴施任何試劑的幼苗為正對照（+CK），連續(xù)處理24 d后測量株高及生物量并拍照。分別于澇漬處理的前1 d及澇漬處理后的第6、12、18、24天測定相關(guān)生理指標(biāo)。

1.2.3相關(guān)指標(biāo)的測定參考鄒華文等方法[9]測量棉花幼苗株高、鮮質(zhì)量及干質(zhì)量；參考Wang等方法[10]測量棉花幼苗葉片內(nèi)葉綠素、可溶性糖、脯氨酸、H2O2、丙二醛（MDA）等含量，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）及過氧化氫酶（CAT）活性。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

試驗重復(fù)3次，采用Excel 2007、SPSS 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1ABA對澇漬條件下棉花幼苗生長的影響

逆境對植物最直接的影響是抑制生長，降低生物量。從圖1可以看出，澇漬處理條件下，負對照（-CK）的植株高度明顯低于正常水分條件下生長的植株（+CK）；與負對照相比，ABA處理可明顯提高澇漬條件下棉花幼苗的株高，維持一定的長勢。表1數(shù)據(jù)表明，+CK和ABA處理的株高及干、鮮質(zhì)量都顯著高于-CK，ABA處理的幼苗株高及干、鮮質(zhì)量略低于+CK，但是差異沒有達到顯著性。結(jié)果表明，ABA處理能使?jié)碀n條件下棉花幼苗的生長接近正常對照水平，在很大程度上降低澇漬脅迫對棉花生長造成的影響。

2.2ABA對澇漬條件下棉花幼苗體內(nèi)葉綠素含量的影響

澇漬脅迫會造成葉片細胞葉綠素降解，葉片失綠。由表2可知，總?cè)~綠素含量在前11 d內(nèi)各處理間沒有顯著差異；第18天+CK及ABA處理的葉片內(nèi)葉綠素含量顯著高于-CK，+CK與ABA處理之間沒有顯著差異；第18天后-CK葉片內(nèi)的葉綠素含量急劇下降，顯著低于+CK、ABA處理，而ABA處理葉片內(nèi)的葉綠素含量也顯著低于正常生長的對照。結(jié)果表明，ABA處理可以維持澇漬脅迫條件下棉花幼苗葉片內(nèi)葉綠素含量的相對高水平，維持較高的光合能力。

2.3ABA對澇漬條件下棉花幼苗體內(nèi)保護酶活性的影響

植物體內(nèi)保護酶系統(tǒng)可以有效清除逆境條件下產(chǎn)生的活性氧及自由基，對植物細胞起到一定的保護作用。從表3可以看出，所測量的3種保護酶活性呈現(xiàn)大致相同的變化規(guī)律，即-CK葉片內(nèi)的保護酶活性隨著澇漬處理時間的延長呈下降趨勢；+CK葉片內(nèi)保護酶活性穩(wěn)定上升；隨著澇漬處理時間的延長+CK及ABA處理的棉花幼苗體內(nèi)保護酶活性顯著高于-CK，處理后期+CK則顯著高于ABA處理。結(jié)果表明，ABA可以通過維持棉花幼苗體內(nèi)較高的保護酶活性來提高棉花的抗?jié)碀n脅迫能力。

2.4ABA對澇漬條件下棉花幼苗體內(nèi)可溶性糖及脯氨酸含量的影響

可溶性糖和脯氨酸是植物細胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在逆境條件下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可有效降低細胞內(nèi)的水勢，使細胞能繼續(xù)從外界吸水，維持細胞正常的生長代謝。從表4可以看出，隨著澇漬脅迫的加深，-CK及ABA處理的棉花幼苗體內(nèi)可溶性糖和脯氨酸含量都呈含量下降趨勢，但是ABA處理可以在一定程度上減緩這2種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量下降的速度，在處理后期ABA處理的棉花幼苗體內(nèi)可溶性糖、脯氨酸含量顯著高于-CK。結(jié)果表明，ABA可以通過提高細胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，保護細胞，提高棉花幼苗的耐澇漬能力。

2.5ABA對澇漬條件下棉花幼苗體內(nèi)MDA及H2O2含量的影響

H2O2是植物細胞在逆境條件下產(chǎn)生的一種活性氧，MDA是植物細胞膜脂過氧化的產(chǎn)物，二者含量的高低反映了植物細胞受到活性氧傷害程度的大小。從表5可以看出，正常水分條件下生長棉花幼苗的對照體內(nèi)丙二醛及H2O2含量保持相對穩(wěn)定，澇漬處理后期的含量顯著低于-CK及ABA處理；澇漬脅迫條件下棉花幼苗體內(nèi)丙二醛及H2O2含量在一定范圍內(nèi)增加；相對于-CK，ABA處理可以有效減緩這2種物質(zhì)增加的幅度，維持在相對較低水平；澇漬處理后期這2種處理之間的差異也達到顯著水平。結(jié)果表明，ABA可以顯著降低澇漬脅迫條件下棉花幼苗體內(nèi)的活性氧含量及活性氧傷害。

3討論與結(jié)論

植物受澇漬脅迫后形態(tài)會發(fā)生明顯的變化，其中最直觀的表現(xiàn)就是葉綠素合成能力下降，葉片失綠，光合功能下降，植物生長受到抑制，生物量累計減少[11]，所以生物量的大小是衡量植物對澇漬脅迫抗性強弱的一個重要指標(biāo)。在本研究中，ABA處理可以顯著提高澇漬條件下棉花幼苗的生物量。對各處理幼苗葉片內(nèi)的葉綠素含量進行測定，結(jié)果表明，特別是在澇漬處理后期，負對照葉片內(nèi)的葉綠素含量急劇下降，而ABA處理的葉片內(nèi)葉綠素含量則維持在相對較高水平，說明ABA可能是通過延緩逆境條件下葉綠素降解，維持較高的光合同化能力來提高棉花幼苗的生物量。

澇漬脅迫在生理上最常見的危害是造成細胞代謝紊亂及電子滲漏，使細胞內(nèi)活性氧（包括O-2· 、H2O2、·OH及NO等）大量積累。過量的活性氧攻擊（過氧化）細胞內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)、膜脂等重要大分子物質(zhì)，導(dǎo)致細胞生理功能紊亂，甚至造成程序性細胞死亡的發(fā)生[12-13]。SOD、POD和CAT等是植物體內(nèi)重要的酶促保護系統(tǒng)，可以通過酶促反應(yīng)有效清除活性氧。與對照相比，ABA處理可以顯著提高澇漬條件下這3種保護酶的活性，同時顯著降低MDA和H2O2的含量，表明ABA處理可以通過提高澇漬脅迫下的抗氧化酶活性，有效減少活性氧的積累，減輕活性氧危害，提高棉花幼苗的抗?jié)承?。在本研究中還發(fā)現(xiàn)，ABA處理可以顯著提高澇漬條件下棉花幼苗體內(nèi)可溶性糖、脯氨酸含量，表明ABA還可能通過一定的信號途徑來提高細胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，從而維持細胞的水勢，避免過度失水傷害。當(dāng)然，ABA在植物對澇漬響應(yīng)過程中更確切的生理及分子機制仍需要進一步研究。

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