第 36 卷第 2 期西南大学学报 ( 自然科学版 ) 2014 年 2 月 Vol.36 No.2 JournalofSouthwestUniversity (NaturalScienceEdition) Feb. 2014 文章编号 :1673 9868(2014)2 0062 06 水杨酸缓解干旱 高温及双重胁迫下 1 对紫御谷内源激素及渗透调节物质的影响 易小林, 李名扬, 池浩, 黄娟 西南大学园艺园林学院, 重庆 400716 摘要 : 以紫御谷为材料, 研究了在干旱 高温以及双重胁迫处理下, 水杨酸处理对紫御谷幼苗叶片的内源激素及渗透调节物质含量的影响. 结果表明 : 干旱 高温及双重胁迫时叶片的可溶性蛋白 可溶性糖 IAA 含量降低,Pro ABA 和 JA 含量增加 ; 水杨酸 (SA) 处理能降低干旱 高温及双重胁迫时叶片 Pro ABA 和 JA 含量, 增加可溶性蛋白 可溶性糖和 IAA 含量. 试验表明 :SA 能有效增强紫御谷对干旱 高温以及双重胁迫的抵抗能力, 帮助其在这些逆境下的生长及生存. 关键词 : 紫御谷 ; 水杨酸 ; 胁迫 ; 内源激素 ; 渗透调节物质中图分类号 :Q945.78 文献标志码 :A 紫御谷 (Pennisetumglaucum PurpleMajesty), 又名珍珠粟, 禾本科狼尾草属植物, 其株形修长 叶 色雅致, 叶片和颀长的茎杆均为深紫色 ; 花穗长 20~35cm, 紫红的颜色尤显别致. 作为生态系统的一 分子, 植物无时无刻都在和环境进行着物质 信息和能量的交流. 环境中植物相关的因子多种多样, 且 处于动态变化之中, 植物对每一个因子都有一定的耐受限度, 一旦环境因子的变化超越了这一耐受限 [1] 度, 就形成了逆境. 在逆境条件下, 植物体会受到危害, 发生一系列生理变化 : 吸水能力降低, 体内水 分亏缺 ; 原生质膜结构遭到破坏, 主动运输能力下降, 透性增大, 胞内物质外渗 ; 气孔关闭, 酶活性降 低, 光合作用下降 ; 呼吸作用增强, 消耗大量营养物质 ; 糖类和蛋白质大量水解 ; 各细胞器也遭受可逆 [2] 或不可逆的损伤. 水杨酸 (Salicylicacid,SA) 是植物体内自身合成的酚类化合物, 它能够激活植物过敏反应和系统获 [3-4] 得性抗性. 近年来的大量研究表明, 高温胁迫条件下, 不仅内源 SA 对逆境可以作出应答, 通过外 [5-8] 施 SA 也可提高植株的耐热性, 并显著影响植株内源激素的变化. 此外, 还有研究表明, 外源 SA 能 [9-12] 调节植物的抗旱 抗高温 抗盐 抗病等多种抗逆生理过程, 能起到一定保护作用. 重庆被称为中 国四大火炉城市, 具有 冬冷夏热 的气候特点, 因此凡是引种到重庆的草坪品种都要面临高温伏旱的问 题, 另一方面, 随着城市用水的日益紧张, 节水型草坪也显得愈加重要, 而紫御谷作为绿化植物被引种 到重庆后, 相关抗逆性研究较少. 本研究以紫御谷为材料, 研究了在高温 干旱及双重胁迫的逆境条件 下,SA 处理对紫御谷内源激素及渗透调剂物质的影响, 以期为紫御谷抗旱抗高温的生理代谢机理研究 提供一定理论依据. 1 收稿日期 :2013 02 26 基金项目 : 中央高校基本科研业务费重点项目 (XDJK2012B022); 重庆市建委 十一五 科技基金项目 ( 城科字 2007 第 53 号 ) 基金资助. 作者简介 : 易小林 (1975 ), 男, 四川双流人, 博士, 讲师, 主要从事园林植物生理生态研究. 通信作者 : 李名扬, 教授, 博士生导师.
2 西南大学学报 ( 自然科学版 ) htp://xbbjb.swu.cn 第 36 卷 1 材料与方法 1.1 供试材料与处理方法 1.1.1 供试材料 供试材料为进口美国泛美种子公司的紫御谷种子. 1.1.2 幼苗培养 选择大小均匀且饱满的紫御谷种子在 72 孔的穴盘中进行育苗. 基质采用德国维特介质, 将长势良好一 致的幼苗 ( 约 7~9cm 时 ) 连同基质一同转移到以德国维特介质为主要原料的塑料盆钵里 ( 盆钵高 10.5cm, 直径 11.5cm). 维特介质的主要原材料为波罗的海苔藓泥炭 (sphagnum peatmoss), 此材料具有结构稳 定, 持水性 通气性好的特点, 且还拥有优良的孔隙结构, 有机质含量高, 而灰分含量少, 能长时间保持介 质特性的一致. 维特介质里面添加有专用肥料, 每立方泥炭添加 1kg 专用肥料. 幼苗在 30 /22 ( 昼 / 夜 ), 光照 12h, 光照强度 3000lx 的人工气候箱中进行培养, 等幼苗长至六叶一心时, 进行干旱 高温及 双重胁迫处理以及进行叶面喷施 SA 处理. 测定时每处理选择 20 株生长健壮 整齐一致的幼苗, 每项测定 选择幼苗 3 株, 每株的第 3 或 4 片叶, 测定时重复 3 次. 1.1.3 干旱胁迫处理 将六叶一心的幼苗放入 30 /22 ( 昼 / 夜 ) 的人工气候箱中进行培养, 用 5mL 的 25% 聚乙二醇 (PEG 6000) 灌溉幼苗, 进行胁迫处理 [13], 模拟干旱条件, 胁迫处理过程中的第 3d 5d 7d 和 9d 进行动态取样 测定相关指标. 1.1.4 高温胁迫处理 将六叶一心的幼苗放入 45 /37 ( 昼 / 夜 ) 的人工气候箱中进行培养, 昼夜相隔时间 12h, 强度设定 为 12000lx, 培养时正常浇水. 胁迫处理过程中的第 3d 5d 7d 和 9d 进行动态取样测定相关指标. 1.1.5 高温干旱双重胁迫处理 将六叶一心的幼苗放入 45 /37 ( 昼 / 夜 ) 的人工气候箱中进行培养, 昼夜相隔时间 12h, 强度设定 为 12000lx, 同时用 5mL 的 25% 的聚乙二醇 (PEG6000) 灌溉幼苗. 胁迫处理过程中的第 3d 5d 7d 和 9d 进行动态取样测定相关指标. 1.1.6 水杨酸 (SA) 处理 在进行胁迫处理前 24h, 用 0.5mmol/L 的 SA 分别喷洒叶面, 胁迫处理过后 24h, 重复喷洒一次 ; 对 照幼苗喷洒等体积的去离子水. 1.2 测定项目 1.2.1 内源激素含量的测定 采用间接酶联免疫吸附法 (ELISA) 测定 3 种内源激素 IAA ABA JA 的含量. 1.2.2 可溶性蛋白 可溶性糖以及脯氨酸含量的测定 [14] 参照萧浪涛等的方法测定. 1.3 数据统计分析 测定数据利用 Excel2003 和 SPSS13.0 软件进行统计分析. 2 结果与分析 2.1 SA 对干旱 高温及其双重胁迫下紫御谷幼苗叶片可溶性蛋白质含量的影响 由图 1 可以看出, 对照紫御谷的幼苗叶片中可溶性蛋白含量随着幼苗生长而逐渐增加, 但整个变化 幅度不大. 干旱与双重胁迫处理时, 紫御谷幼苗叶片的可溶性蛋白含量都呈先增加后下降的趋势. 双重 胁迫处理第 5d 时, 可溶性蛋白含量达到最大值, 而后下降 ; 干旱胁迫处理在第 7d 达到最大值, 随后下 降 ; 高温胁迫处理时, 紫御谷幼苗叶片的可溶性蛋白含量在第 5d 达到最大值, 随后显著下降, 到第 7d
第 2 期 易小林, 等 : 水杨酸缓解干旱 高温及双重胁迫下对紫御谷内源激素及渗透调节物质的影响 3 时, 达到最低值, 随后又上升. 干旱 高温及双重胁迫处理时, 紫御谷幼苗叶片的可溶性蛋白含量只有在高温胁迫处理的第 5d 高于同期对照, 其它时期均显著低于同期对照 (p<0.05). 由此可知, 干旱 高温以及双重胁迫处理时, 可溶性蛋白含量逐渐下降, 但是通过水杨酸预处理可以增加紫御谷幼苗叶片的可溶性蛋白含量. 2.2 SA 对干旱 高温及其双重胁迫下紫御谷幼苗叶片可溶性糖含量的影响由图 2 可知, 高温胁迫时, 紫御谷幼苗叶片的可溶性糖含量和对照组差异不大, 表明可溶性糖含量不随温度升高而发生显著改变 ; 干旱胁迫处理的第 3d 第 5d 和第 7d 的可溶性糖含量均高于同期对照, 且紫御谷幼苗叶片的可溶性糖含量在第 5d 达到最大值, 而后下降, 第 9d 时降到对照水平 ; 双重胁迫处理下 4 个时期, 可溶性糖含量显著或极显著高于同期对照, 且紫御谷幼苗叶片的可溶性糖含量呈先升后降, 随后又快速上升的趋势. 因此可知, 干旱 高温及干旱高温双重胁迫处理时, 可溶性糖含量逐渐降低, 但是通过水杨酸预处理可以增加紫御谷幼苗叶片的可溶性糖含量. 图 1 SA 对干旱 高温及其双重胁迫下 紫御谷幼苗叶片可溶性蛋白质含量的影响 图 2 SA 对干旱 高温及其双重胁迫下 紫御谷幼苗叶片可溶性糖含量的影响 2.3 SA 对干旱 高温及其双重胁迫下紫御谷幼苗叶片 Pro 含量的影响由图 3 可知, 对照 干旱 高温及双重胁迫处理的紫御谷幼苗叶片 Pro 含量变化趋势相同, 均随时间变化出现先升后降的趋势, 且 Pro 含量都在第 7d 时达到最大值, 而后下降. 高温胁迫处理前期,Pro 含量显著高于对照且差异显著, 后期 Pro 含量略高于对照, 但差异不明显 ; 干旱以及双重胁迫处理下的紫御谷幼苗叶片 Pro 含量均显著或极显著的高于同期对照 ; 干旱胁迫 +SA 处理时的紫御谷幼苗叶片 Pro 含量均低于同期干旱胁迫处理而高于同期对照 ; 高温胁迫 +SA 处理下的紫御谷幼苗叶片 Pro 含量均低于同期相同胁迫处理和同期对照, 而只有第 9d 时略高于对照 ; 双重胁迫 +SA 处理下的紫御谷幼苗叶片 Pro 含量低于同期相同胁迫处理而高于同期对照. 表明在高温 干旱及双重胁迫时, 紫御谷的 Pro 含量逐渐增加, 但是通过 SA 处理可以显著降低紫御谷幼苗叶片 Pro 含量. 2.4 SA 对干旱 高温及其双重胁迫下紫御谷幼苗叶片 IAA 含量的影响由图 4 可知, 对照的 IAA 含量呈缓慢增加趋势 ; 干旱和高温胁迫第 3d 和第 5d,IAA 含量高于对照, 但随时间变化,IAA 含量逐渐下降, 第 7d 和第 9d 时,IAA 含量低于对照 ; 双重胁迫时,IAA 含量一直高于所有处理和对照 ; 干旱胁迫 +SA 的第 3d 和第 5d,IAA 含量高于同期对照而低于同期干旱胁迫处理 ; 第 7d 和第 9d 时, 均高于同期对照和同期干旱胁迫处理 ; 高温胁迫 +SA 处理第 3d 时,IAA 含量和同期对照相当, 但低于同期高温胁迫处理, 第 5d 时, 低于同期高温胁迫处理, 略高于同期对照, 第 7d 和第 9d 时, 均高于同期对照和同期高温胁迫处理 ; 双重胁迫 +SA 处理的第 3,5,7,9d 时,IAA 的含量均低于同期双重胁迫处理的 IAA 含量. 因此可知, 干旱和高温胁迫时, 紫御谷的 IAA 含量逐渐降低, 但是通过 SA 处理能增加紫御谷幼苗叶片的 IAA 含量, 而双重胁迫时却不明显.
4 西南大学学报 ( 自然科学版 ) htp://xbbjb.swu.cn 第 36 卷 图 3 SA 对干旱 高温及其双重胁迫下 紫御谷幼苗叶片 Pro 含量的影响 图 4 SA 对干旱 高温及其双重胁迫下 紫御谷幼苗叶片 IAA 含量的影响 2.5 SA 对干旱 高温及其双重胁迫下紫御谷幼苗叶片 ABA 含量的影响由图 5 可知, 对照叶片 ABA 含量一直处于较低水平 ; 干旱 高温和双重胁迫后,ABA 含量明显提高, 其中双重胁迫后 ABA 含量最高 ; 在干旱胁迫 高温胁迫 双重胁迫 3 种胁迫的同时喷施 SA, 叶片 ABA 含量都比相应的单纯胁迫处理有所降低, 其中 SA+ 双重胁迫的 ABA 含量降低最为显著. 由此表明, 通过干旱 高温及双重胁迫后, 叶片中 ABA 含量有所提高, 推测植物遭受了逆境伤害后, 通过水杨酸预处理, 叶片 ABA 含量有所下降, 表明遭受的伤害有所缓解. 2.6 SA 对干旱 高温及其双重胁迫下紫御谷幼苗叶片 JA 含量的影响由图 6 可知, 对照的 JA 含量呈缓慢升高趋势 ; 干旱胁迫处理时,JA 含量与同期对照相当, 随后 JA 含量显著升高 ; 高温胁迫处理时,JA 含量变化不大, 和对照差异不明显 ; 双重胁迫处理时, 第 3dJA 含量略低于对照, 随后 JA 含量快速升高, 第 5d 7d 9dJA 含量都高于同期对照的 JA 含量. 干旱胁迫 高温胁迫和双重胁迫 3 种胁迫同时施用 SA,JA 含量几乎都低于相应同期胁迫处理的 JA 含量, 唯一例外是双重胁迫 +SA 第 9d 时 JA 含量高于双重胁迫第 9d 时 JA 含量. 因此表明, 高温 干旱及双重胁迫时, 紫御谷的 JA 含量逐渐增加, 但是 SA 处理则降低了高温 干旱以及双重胁迫处理下的紫御谷幼苗叶片 JA 含量. 图 5 SA 对干旱 高温及其双重胁迫下 紫御谷幼苗叶片 ABA 含量的影响 图 6 SA 对干旱 高温及其双重胁迫下 紫御谷幼苗叶片 JA 含量的影响 3 讨论与结论 干旱是自然界常见的逆境胁迫因素, 不仅制约植物的生长, 也会引起植物结构与功能的变化 [15], 同时 在胁迫因子中, 温度也对植物的生长发育有着十分重要的影响 [16], 过高或过低的温度胁迫在植物生长中都 [17] [18] 会造成不利影响, 而高温干旱协同胁迫时会比单一胁迫对植物造成的伤害更大. 水杨酸是植物莽草
第 2 期 易小林, 等 : 水杨酸缓解干旱 高温及双重胁迫下对紫御谷内源激素及渗透调节物质的影响 5 酸代谢途径中的一种酚类衍生物, 参与植物细胞信号传导, 不仅影响植物的种子萌发 生长 开花 气孔关 闭离子吸收转运 细胞膜透性光合作用等一系列生理生化过程, 还可作为激活植物抗病性反应的信号分子 [19] 调控相关基因表达提高植物抗性. 大量研究表明 : 在高温和干旱胁迫时, 水杨酸可以通过调节植物体内 内源激素和渗透调节物质来提高植物抗逆性. 宋运贤等研究表明 : 在高温胁迫时, 通过 SA 处理过后的半 夏幼苗的 IAA 含量高于对照, 而 ABA JA 含量低于同期对照 [20] ; 李同根等研究表明 : 外源 SA 能通过提 [21] 高渗透调剂物质含量来有效减轻高温对皖贝母叶片的伤害. 本试验的数据表明 : 在高温, 干旱以及双重 胁迫时, 外施 SA 能够增加紫御谷的 IAA 可溶性蛋白质 可溶性糖含量, 降低 ABA JA Pro 含量. 这与 以上研究结果一致, 说明外施 SA 可以有效地参与紫御谷体内的渗透调节物质和内源激素调节, 从而提高 植物的抗性, 减少植物在逆境下所遭受的伤害. 但是在高温 干旱以及双重胁迫时, 渗透调节物质和内源 激素是否都在逆境信号的同一条转导链上, 目前还尚不清楚, 因此以紫御谷为模式植物, 利用分子生物学 的研究手段寻找抗逆基因, 揭示 SA 提高防御高温 干旱以及双重胁迫的分子机理, 对进一步研究紫御谷 的抗旱和抗高温生理代谢机理有十分重要的意义. 本试验表明 :SA 处理能减缓干旱 高温以及双重胁迫对紫御谷可溶性蛋白质 可溶性糖 脯氨酸 IAA ABA JA 含量的影响, 增强紫御谷对干旱 高温以及双重胁迫的适应能力, 减少紫御谷在逆境胁迫 下的伤害. 因此, 通过 SA 诱导, 可以在生产上增强紫御谷在重庆及其他地区的长势和提高成活率. 参考文献 : [1] 陈辉蓉, 吴振斌, 贺锋, 等. 植物抗逆性研究进展 [J]. 环境污染治理技术与设备,2001,2(3):7-13. [2] 齐宏飞, 阳小成. 植物抗逆性研究概述 [J]. 安徽农业科学,2008,36(32):13943-13946. [3] 孙艳, 王鹏. 水杨酸对黄瓜幼苗抗高温胁迫能力的影响 [J]. 西北植物学报,2003,23(11):2011-2013. [4] 余小平, 贺军民, 张健, 等. 水杨酸对盐胁迫下黄瓜幼苗生长抑制的缓解效应 [J]. 西北植物学报,2002,22(2): 401-405. [5] 薛建平, 张爱民, 方中明, 等. 水杨酸对半夏植株生长的影响 [J]. 中国中药杂志,2007,32(12):1134-1136. [6] DATJF,LOPEZ-DELGADO H,FOYEC H,etal.ParalelChangesin H2O2andCatalaseDuringThermotolerance InducedbySalicylicAcidorHeatAcclimationinMusturdSeedlings[J].PlantPhysiology,1998,116(4):1351-1357. [7] SENARATNA T,TOUCHELL D,BUNN E,etal.AcetylSalicylicAcid(Aspirin)andSalicylicAcidInduce Multiple StressToleranceinBeanandTomatoPlants[J].PlantGrowthRegulation,2000(30):157-161. [8] 赵九洲, 汤庚国, 童丽丽. 水分亏缺下 SA 和 6-BA 对大花蕙兰的生理调控效应 [J]. 南京林业大学学报 : 自然科学版, 2004,28(3):27-30. [9] 汪晓峰, 张宪政.ASA 提高小麦抗旱性生理效应的研究 [J]. 植物学通报,1998,15(3):49-51. [10] 胡丽涛, 吴能表, 陈凤娟, 等. 水杨酸对 UV2B 胁迫下黄瓜荧光特性和抗氧化力的影响 [J]. 西南师范大学学报 : 自然科学版,2010,35(3):191-196. [11] 王淑芳, 杨雪清, 田桂香, 等. 水杨酸对 NaCl 胁迫下黄芩幼苗生长的影响 [J]. 西南师范大学学报 : 自然科学版, 2006,31(5):159-162. [12] 丁秀英, 张军, 苏宝林, 等. 水杨酸在植物抗病中的作用 [J]. 植物学通报,2001,18(2):163-168. [13] 吴汉花, 曹雪, 蒋芳玲, 等.PEG-6000 模拟干旱及 NaCl 和温度胁迫对不结球白菜种子活力的影响 [J]. 种子,2012, 31(7):1-6. [14] 萧浪涛, 王三根. 植物生理学实验技术 [M]. 北京 : 中国农业出版社,2005:111-112. [15] 王红梅, 包维楷, 李芳兰. 不同干旱胁迫强度下白刺花幼苗叶片的生理生化反应 [J]. 应用与环境生物学报,2008, 14(6):757-762. [16] 马晓娣, 彭惠茹, 汪矛, 等. 作物耐热性的评价 [J]. 植物学通报,2004,21(4):411-428. [17] 顾振将, 李方华. 水杨酸对植物生理特性的影响研究及应用前景 [J]. 河北农业科技,2008(21):53-54. [18] 刘瑞侠, 李艳辉, 陈绍宁, 等. 干旱高温协同胁迫对玉米幼苗抗氧化防护系统的影响 [J]. 河南农业大学学报,2008, 42(4):363-366.
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