外源亚精胺对草莓NaCl胁迫的缓解效应_马媛媛.pdf
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1、马媛媛,孙军利,赵宝龙,等 外源亚精胺对草莓 NaCl 胁迫的缓解效应 J 江苏农业科学,2023,51(4):139 145doi:10 15889/j issn1002 1302 2023 04021外源亚精胺对草莓外源亚精胺对草莓 NaClNaCl 胁迫的缓解效应胁迫的缓解效应马媛媛,孙军利,赵宝龙,鲁倩君,陈丽靓,刘迎(特色果蔬栽培生理与种质资源利用兵团重点实验室/石河子大学农学院,新疆石河子 832003)摘要:以甜查理草莓品种为试材,外源施加不同浓度(0 25、0 50、1 00 mmol/L)的亚精胺(Spd),测定 5 g/L NaCl胁迫下草莓的光合色素含量、光合特性、叶绿素
2、荧光和抗氧化酶活性,为提高草莓耐盐性提供理论依据。结果表明,外源施加 Spd 显著提高 NaCl 胁迫下草莓幼苗叶片光合色素含量、光合特性、叶绿素荧光和抗氧化酶活性,其中0 50 mmol/L 浓度的处理效果最佳,处理后 9 d 草莓叶片的叶绿素 a(Chl a)、叶绿素 b(Chl b)、类胡萝卜素(Car)和总叶绿素含量分别增加 32 02%、38 34%、25 59%、33 75%;净光合速率(Pn)、胞间 CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)分别增加 143 15%、18 05%、151 08%、111 43%;最大荧光(Fm)、PS潜在光化学效率(Fv/Fo)和 P
3、S最大光化学效率(Fv/Fm)分别增长 19 40%、60 01%、8 64%,Fo上升速度显著降低;过氧化酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化酶(APX)活性分别增长 31 97%、34 43%、21 24%、71 87%。对不同处理进行综合评价,由高到低排名为清水对照 0 50 mmol/L 0.25 mmol/L 1 00 mmol/L NaCl 胁迫。表明外源施加 0 5 mmol/L 浓度的 Spd 缓解草莓幼苗 NaCl 胁迫的效果最佳。关键词:草莓;亚精胺;NaCl 胁迫;光合特性;光合色素含量;叶绿素荧光;抗氧化酶活性;缓解效应中图分类号
4、:S668 401文献标志码:A文章编号:1002 1302(2023)04 0139 07收稿日期:2022 03 18基金项目:石河子大学科技服务项目(编号:KJTP2022112)。作者简介:马媛媛(1998),女,新疆人,硕士研究生,主要从事 NaCl胁迫下的草莓生理生态研究。E mail:2352156001 qq com。通信作者:赵宝龙,硕士,研究员,主要从事园艺植物栽培与育种研究。E mail:1504201794 qq com。草莓(Fragaria ananassa Duch),蔷薇科草莓属,多年生温带常绿草本植物,原产地南美洲,在中国各地以及全球均有广泛的种植,具有株体小
5、、易种植、成熟早、周期短和收益高等特点,是我国重要的经济作物之一1。我国是盐渍土分布广泛的国家之一,从沿海到内陆、热带到寒带以及湿润地区到沙漠地区均有大量盐渍土的分布,面积达到9 913 万 hm2,占全国可利用土地面积的 4 88%,成为制约我国农产品增产的主要原因之一2。我国在不断克服盐碱地对作物造成的损害,所以利用外源物质提高植物耐盐性成为近几年的研究热点。多胺(polyamines,简称 PAs)是广泛存在于植物体内的一类低分子含氮碱,是一种重要的植物生长调节物质,主要包括腐胺(putrescine,简称 Put)、亚精胺(spermidine,简称 Spd)、精胺(spermine,
6、简称Spm),其中 Spd 与植物抗逆性的关系最密切3。Spd 又称三盐酸亚精胺,是植物体内的重要代谢物,并且由于其多价阳离子的特性,导致生理功能更强,在植物受到环境胁迫时可以直接作为保护物质,还可以在胁迫信号转导中作为信号分子,有助于促进胁迫抗性机制的构建4 5,还能够保护非生物胁迫条件下植物光合器官功能的完整性,来维持较高的光合效率6。前人研究已证明 Spd 能够缓解逆境胁迫对植物的影响,已在低温7、水淹8、干旱9 和盐胁迫10 等多种非生物胁迫中被证实。海霞等对盐胁迫下的燕麦外源施加0 75 mmol/L Spd,发现可通过提高燕麦幼苗的渗透调节和抗氧化能力,维持生物膜系统的稳定,有效减
7、轻离子毒害对植株的伤害,以达到提高燕麦耐盐性,促进幼苗生长的目的11。杨妮等对 NaCl 胁迫下茶树外源施加不同浓度 Spd,发现可有效缓解叶绿素降解,促进植株光合作用,提高茶树耐盐性,促进植株生长,0 5 mmol/L 浓度 Spd 处理效果最佳12。此外,Spd还在甜高粱13、豇豆14、核桃15、菠菜16 等多种植物中施用,表明可以缓解多种植物的盐胁迫。本试验以甜查理草莓品种为材料,对 NaCl 胁迫下的草莓外源施加不同浓度的 Spd,研究其光合色素含量、光合特性、叶绿素荧光和抗氧化酶活性,明确 Spd 对草莓幼苗 NaCl 胁迫的缓解机制,为提高草莓耐盐性提供理论依据和新的技术途径,对我
8、国盐931江苏农业科学2023 年第 51 卷第 4 期渍化土地较重区域的草莓产业发展具有重要的意义。1材料与方法1 1试验材料试验草莓品种为甜查理,选取 6 8 张叶、长势均匀健壮的植株,移栽定植到装有 20 L 营养液的水培盒 80 cm 50 cm 30 cm 中,每盒放入 15 株,共10 盒。使用霍格兰营养液(电导率为 1 2 mS/cm),每 5 d 更换 1 次,24 h 通气。所有试验材料生长到7 8 张叶后进行处理。1 2试验设计试验于 2021 年 56 月在石河子大学试验站温室进行。在同一天对草莓植株进行处理(表 1),叶片正面和反面喷施均匀(记作 0 d),以药液附于叶
9、面但不下滴为标准,喷施等量蒸馏水为对照。处理后 3、6、9 d 取样测定光合色素含量、光合特性、叶绿素荧光和抗氧化酶活性,采集的叶片经过液氮处理,放入 80 超低温冰箱,待 3 次叶片采集完成,同时测定。表 1草莓幼苗的不同 Spd 浓度组合处理处理NaCl 浓度(g/L)亚精胺浓度(mmol/L)CK00T050T150 25T250 50T351 001 3测定指标与方法1 3 1光合色素含量的测定取样品 0 1 g,剪碎后加入 95%乙醇,黑暗处浸提 26 30 h,至叶片颜色变白,叶绿素提取完全,使用紫外分光光度计分别在 470、649、665 nm 下测定吸光度,每个处理重复3 次,
10、计算叶绿素 a、叶绿素 b、总叶绿素、类胡萝卜素含量17。1 3 2光合特性相关指标采用开放式气体交换Li 6400 便携式光合仪于处理后 3、6、9 d 10:0012:00 测定草莓幼苗自上至下第 2 4 张完全展开功能叶片的气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr),每个处理重复3 次。1 3 3荧光指标的测定处理后 3、6、9 d 的12:0013:00 进行叶片遮光 30 min 后,选取从上到下第 2 4 张完全展开的功能叶片,采用植物效率仪(M PEA)测定叶片初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、PS潜在光化学效率(Fv/Fo)和 PS最大光化
11、学效率(Fv/Fm),每个处理重复 3 次。1 3 4抗氧化酶相关指标酶提取液的获得:称取0 2 g 样本放入预冷研钵,加 2 mL pH 值=7 8 的0.05 mol/L 磷酸缓冲液(含 EDTA),冰浴研磨,匀浆倒入离心管中,于 4 离心机 10 500 r/min 离心20 min,上清液(酶液)倒入干净的离心管中,置于0 4 条件下保存待用。过氧化物酶(POD)活性通过愈创木酚法测定;超氧化物歧化酶(SOD)活性通过氮蓝四唑(NBT)还原法测定;过氧化氢酶(CAT)的活性根据 H2O2的分解速度来测定;抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性通过紫外分光光度法测定18 19。1 4数据统计分
12、析全部试验数据均重复3 次以上,利用 SPSS 20 0软件进行显著性分析和主成分分析,OriginPro 7 5软件作图。采用 Duncans 检验比较平均差异(=0 05)。2结果与分析21外源 Spd 对 NaCl 胁迫下草莓幼苗叶片光合色素含量的影响由图 1 可知,与对照相比,T0 处理下草莓幼苗叶片的叶绿素 a(Chl a)、叶绿素 b(Chl b)、类胡萝卜素(Car)和总叶绿素(Cal a+b)含量均呈下降的趋势,光合色素含量在处理后 9 d 达到最低值。外源施加不同浓度 Spd,均能够提高草莓叶片的光合色素含量,T2 处理效果最佳。从图 1 A 可以看出,处理后3、6、9 d,
13、与 T0 相比,T2 处理下的 Chl a 含量显著增加 32 02%、45 98%、45 98%。从图 1 B可以看出,外源施加 Spd 后,不同浓度处理下的Chl b 含量均显著高于 T0,T2 处理后 3 d 与 CK 相比增加 5 64%,与 T0 相比显著增加 79 24%。从图1 C 可以看出,外源施加 Spd 后,草莓幼苗的总叶绿素含量均显著高于 T0,在处理后 3 d,T1、T2、T3分别增加 29 06%、40 67%、24 10%。从图 1 D可以看出,Car 在处理后 3、6 d,T2 处理增幅最显著,与 CK 相比分别增加13 93%、3 61%,与 T0 相比增加 2
14、5.59%、51 85%。表明外源施加不同浓度Spd 都可以有效缓解 NaCl 胁迫导致的草莓幼苗叶片光合色素含量下降,且以 0 5 mmol/L 的浓度为最佳。041江苏农业科学2023 年第 51 卷第 4 期22外源 Spd 对 NaCl 胁迫下草莓幼苗叶片光合参数的影响由图 2 可知,T0 处理下草莓幼苗叶片光合特性显著低于 CK,净光合速率(net photosynthetic rate,Pn),蒸腾速率(transpiration rate,Tr)、气孔导度(stomatal conductance,Gs)在处理后 9 d 达到最低值,与 CK 相 比 显 著 降 低 68 09%
15、、72 00%、73.96%。T0 处理下的胞间 CO2浓度(intercellularCO2concentration,Ci),随着时间的延长,呈现出上升的趋势,处理后 9 d 达到峰值。由图 2 A 可以看出,外源施加不同浓度 Spd 后,草莓叶片的 Pn显著高于 T0 处理,T1、T2、T3 处理的增幅在处理后 3 d分别为 107 76%、143 15%、76 50%,随着处理时间的延长,呈现出下降的趋势,在处理后 9 d 下降到最低值。由图 2 B 可以看出,外源施加 Spd 后,显著提高 T0 处理下草莓叶片的 Tr。处理后 3 d 与 T0相 比,T1、T2、T3 处 理 分 别
16、 增 加 124 97%、151.08%、118 63%。由图 2 C 可以看出,外源施加 Spd 后草莓叶片的 Ci呈现出下降的趋势,处理后9 d 达到最低值。由图 2 D 可以看出,外源施加Spd 后,草莓叶片的 Gs呈现出先上升再下降的趋势,在处理后 6 d 达到峰值,与 T0 相比,T1、T2、T3处理分别增长 70 45%、93 18%、38 64%。由此说明,外源施加 Spd 可显著缓解 NaCl 胁迫下草莓叶片光合特性的降低,随着胁迫时间的延长,Spd 处理效果逐渐减弱。23外源 Spd 对 NaCl 胁迫下草莓幼苗叶片荧光参数的影响由图 3 可知,在 NaCl 胁迫下,草莓幼苗
17、叶片的最大荧光(Fm)、PS最大光化学效率(Fv/Fm)、PS 潜在光化学效率(Fv/Fo)均呈现出下降的趋势,处理后9 d 降为最低值,初始荧光(Fo)则呈现出上升的趋势,处理后 9 d 上升为最大值。由图 3 A可以看出,外源施加 Spd 后草莓叶片的 Fm在处理后 3 d 高于 CK 和 T0,随着处理时间的延长,逐渐开始下降,在 6、9 d 低于 CK,高于 T0。由图 3 B 可以看出,外源施加 Spd 后,草莓叶片的 Fo与 T0 相比显著降低,处理后 9 d 降幅最大,T1、T2、T3 处理分别下降 29 92%、34 80%、25 87%。由图 3 C 可以看出,外源施加 Sp
18、d 后草莓叶片的 Fv/Fm显著高于 T0 处理,T1 处理在处理后 3 d 缓解效果最佳,与T0 相比,显著增加12 17%。处理时间延长至6、9 d时,T2 缓解效果为最佳。由图 3 D 可以看出,外源施加 Spd 后显著提高了草莓叶片的 Fv/Fo,处理后141江苏农业科学2023 年第 51 卷第 4 期9 d 缓解效果最佳。由此说明,外源施加 Spd 可有效提高草莓幼苗叶片 NaCl 胁迫下的光能转化效率,缓解 NaCl 胁迫对草莓光系统的破坏。24外源 Spd 对 NaCl 胁迫下草莓幼苗抗氧化酶的影响由图 4 可知,草莓幼苗叶片的 POD、SOD、CAT241江苏农业科学2023
19、 年第 51 卷第 4 期和 APX 活性随着外源 Spd 处理浓度的升高,呈现出先上升后下降的趋势。从图 4 A 可以看出,草莓叶片的 POD 活性在 T0 处理 3、6、9 d 分别增加16.58%、19 27%、5 69%,外源施加不同浓度 Spd后显著高于 T0,T1、T2 和 T3 处理后 6 d 达到了峰值,与 T0 相 比 显 著 增 加 37 58%、118 10%和3.38%;与 CK 相比显著增加 64 09%、160 12%和23.29%。由图 4 B 可以看出,外源施加不同浓度Spd 后草莓叶片 SOD 活性显著高于 T0 和 CK,T2 处理效果为最佳,处理后 3 d
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