中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (4): 676-691.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.04.005
收稿日期:
2024-06-28
接受日期:
2024-10-31
出版日期:
2025-02-16
发布日期:
2025-02-24
通信作者:
联系方式:
王文娟,E-mail:3192028814@qq.com。
基金资助:
WANG WenJuan(), SHI ShangLi(
), KANG WenJuan(
), DU YuanYuan, YIN Chen
Received:
2024-06-28
Accepted:
2024-10-31
Published:
2025-02-16
Online:
2025-02-24
摘要:
【目的】精胺(spermine, Spm)可提高植物对非生物胁迫的耐受力,减少非生物胁迫对植物造成的伤害。探究干旱胁迫下外源Spm对紫花苜蓿抗旱性的影响,为外源Spm提高紫花苜蓿抗旱性提供理论依据,进而为利用外源Spm增强植物抗旱性的应用提供科学依据。【方法】以陇中紫花苜蓿(Medicago sativa L. cv. Longzhong)为试验材料,使用聚乙二醇6000模拟干旱胁迫。研究在正常水分和干旱条件下,根施浓度为0.1、0.5和1.0 mmol·L-1 Spm后陇中苜蓿株高、叶片相对含水量(RWC)、光合色素含量、气体交换参数、抗氧化酶活性、抗氧化剂含量、超氧阴离子($O^{\bar{.}}_{2}$)含量、过氧化氢(H2O2)含量、丙二醛(MDA)含量和渗透调节物质含量等生理指标的变化特征。【结果】干旱胁迫下,外源Spm可增加陇中苜蓿的株高和叶片RWC,减缓叶绿素a、叶绿素b(Chlb)和类胡萝卜素的降解,提升叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔导度,降低胞间二氧化碳浓度,增强超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,提高抗坏血酸(ASA)含量、ASA/氧化型抗坏血酸(DHA)比值、谷胱甘肽(GSH)含量和GSH/氧化型谷胱甘肽(GSSG)比值,降低DHA和GSSG含量,增强抗坏血酸过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶活性,减少$O^{\bar{.}}_{2}$和H2O2的产生,抑制MDA积累,增加脯氨酸和可溶性糖含量。通过主成分分析及计算各个处理下所有生理指标的平均隶属函数值,结果表明,在正常水分条件下施用Spm对紫花苜蓿的生长没有影响,而干旱条件下施用Spm可提高干旱胁迫下陇中苜蓿的抗旱性,其中0.5 mmol·L-1 Spm的提升效果最佳。进一步冗余分析表明,0.5 mmol·L-1 Spm主要通过减缓叶片Chlb的降解,提高ASA-GSH循环和CAT活性来增强陇中苜蓿的抗旱性。【结论】外源Spm能够通过减缓光合色素的降解,改善干旱胁迫对苜蓿叶片的非气孔限制,提高SOD、POD、CAT活性,促进ASA-GSH循环,增加渗透调节物质含量,以减少$O^{\bar{.}}_{2}$和H2O2的产生,降低膜脂过氧化程度,从而增加干旱胁迫下陇中苜蓿的株高和叶片RWC,进而增强其抗旱性。外施0.5 mmol·L-1 Spm是提高干旱胁迫下紫花苜蓿抗旱性的有效方法,可将其应用于提高旱区紫花苜蓿抗旱性的实际生产中。
王文娟, 师尚礼, 康文娟, 杜媛媛, 殷辰. 干旱胁迫下陇中紫花苜蓿对外源精胺的生理响应[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 676-691.
WANG WenJuan, SHI ShangLi, KANG WenJuan, DU YuanYuan, YIN Chen. The Physiological Response of Longzhong Alfalfa to Exogenous Spermine Under Drought Stress[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(4): 676-691.
表1
试验处理与方法"
处理Treatment | 具体方法Concrete method |
---|---|
正常水分+0 Spm Normal water+ 0 Spm | 未经Spm预处理的陇中紫花苜蓿在Hoagland营养液中培养 Longzhong alfalfa without Spm pretreatment was cultivated in Hoagland nutrient solution |
正常水分+0.1 mmol·L-1 Spm Normal water + 0.1 mmol·L-1 Spm | 经0.1 mmol·L-1 Spm预处理的陇中紫花苜蓿在Hoagland营养液中培养 Longzhong alfalfa pretreated with 0.1 mmol·L-1 Spm was cultivated in Hoagland nutrient solution |
正常水分+0.5 mmol·L-1 Spm Normal water + 0.5 mmol·L-1 Spm | 经0.5 mmol·L-1 Spm预处理的陇中紫花苜蓿在Hoagland营养液中培养 Longzhong alfalfa pretreated with 0.5 mmol·L-1 Spm was cultivated in Hoagland nutrient solution |
正常水分+1.0 mmol·L-1 Spm Normal water + 1.0 mmol·L-1 Spm | 经1.0 mmol·L-1 Spm 预处理的陇中紫花苜蓿在Hoagland营养液中培养 Longzhong alfalfa pretreated with 1.0 mmol·L-1 Spm was cultivated in Hoagland nutrient solution |
干旱+0 Spm Drought+ 0 Spm | 未经Spm预处理的陇中紫花苜蓿在含有-1.2 MPa PEG-6000 的营养液中培养 Longzhong alfalfa without Spm pretreatment was cultivated in nutrient solution containing -1.2 MPa PEG-6000 |
干旱+0.1 mmol·L-1 Spm Drought+ 0.1 mmol·L-1 Spm | 经0.1 mmol·L-1 Spm预处理的陇中紫花苜蓿幼苗在含有-1.2 MPa PEG-6000 的营养液中培养 Longzhong alfalfa pretreated with 0.1 mmol·L-1 Spm was cultivated in nutrient solution containing -1.2 MPa PEG-6000 |
干旱+0.5 mmol·L-1 Spm Drought+ 0.5 mmol·L-1 Spm | 经0.5 mmol·L-1 Spm预处理的陇中紫花苜蓿幼苗在含有-1.2 MPa PEG-6000的营养液中培养 Longzhong alfalfa pretreated with 0.5 mmol·L-1 Spm was cultivated in nutrient solution containing -1.2 MPa PEG-6000 |
干旱+1.0 mmol·L-1 Spm Drought+ 1.0 mmol·L-1 Spm | 经1.0 mmol·L-1 Spm预处理的陇中紫花苜蓿幼苗在含有-1.2 MPa PEG-6000的营养液中培养 Longzhong alfalfa pretreated with 1.0 mmol·L-1 Spm was cultivated in nutrient solution containing -1.2 MPa PEG-6000 |
图1
干旱胁迫下外源Spm对陇中苜蓿株高和叶片RWC的影响 A:0.1 mmol·L-1外源Spm处理下苜蓿生长状况 Alfalfa growth condition under 0.1 mmol·L-1 exogenous Spm treatment;B:0.5 mmol·L-1外源Spm处理下苜蓿生长状况 Alfalfa growth condition under 0.5 mmol·L-1 exogenous Spm treatment;C:1.0 mmol·L-1外源Spm处理下苜蓿生长状况 Alfalfa growth condition under 1.0 mmol·L-1 exogenous Spm treatment;D:株高 Plant height;E:叶片相对含水量 Relative water content of leaves 图片上方数字代表外源Spm预处理浓度 The number above the picture represents the concentration of exogenous Spm pretreatment。“ns”,“*”和“**”分别表示无Spm的正常水分处理与其他处理无显著差异(P>0.05),有显著差异(P<0.05)和有极显著差异(P<0.01) “ns”, “*” and “**” indicated that the normal water without Spm treatment was not significantly difference from the other treatments (P>0.05), significantly difference (P<0.05) and highly significant difference (P<0.01), respectively;“ ns”,“ *”和“ **”分别表示无Spm的干旱处理与有Spm的干旱处理之间无显著差异(P>0.05),有显著差异(P<0.05)和有极显著差异(P<0.01) “ ns”, “ *” and “ **” indicated that the drought without Spm treatment was not significantly difference from the drought with Spm treatments (P>0.05), significantly difference (P<0.05) and highly significant difference (P<0.01), respectively。下同 The same as below"
表2
外源Spm对陇中紫花苜蓿生理指标影响的隶属函数排名"
处理 Treatment | 平均隶属函数值 Average affiliation function values | 隶属函数排名 Ranking of affiliation functions |
---|---|---|
正常水分+0 Spm Normal water +0 Spm | 0.49 | 4 |
正常水分+0.1 mmol·L-1 Spm Normal water +0.1 mmol·L-1 Spm | 0.52 | 3 |
正常水分+0.5 mmol·L-1 Spm Normal water +0.5 mmol·L-1 Spm | 0.52 | 3 |
正常水分+1.0 mmol·L-1 Spm Normal water +1.0 mmol·L-1 Spm | 0.52 | 3 |
干旱+0 Spm Drought +0 Spm | 0.24 | 6 |
干旱+0.1 mmol·L-1 Spm Drought +0.1 mmol·L-1 Spm | 0.47 | 5 |
干旱+0.5 mmol·L-1 Spm Drought +0.5 mmol·L-1 Spm | 0.80 | 1 |
干旱+1.0 mmol·L-1 Spm Drought +1.0 mmol·L-1 Spm | 0.61 | 2 |
图8
干旱胁迫下外源Spm陇中紫花苜蓿生理指标影响的PCA分析 Chla:叶绿素a;Chlb:叶绿素b;Chla/b:叶绿素a/b;Chla+b:叶绿素a+b;Car:类胡萝卜素;Car/Chla+b:类胡萝卜素/叶绿素a+b;Plant height:株高;Pn:净光合速率 Net photosynthetic rate;Tr:蒸腾速率 Transpiration rate;Gs:气孔导度 Stomatal conductance;Ci:胞间二氧化碳浓度 Intercellular carbon dioxide concentration;SOD:超氧化物歧化酶活性;POD:过氧化物酶活性;CAT:过氧化氢酶活性;ASA:抗坏血酸;GSH:谷胱甘肽;DHA:脱氢抗坏血酸;GSSG:氧化型谷胱甘肽;ASA/DHA:抗坏血酸/脱氢抗坏血酸;GSH/GSSG:谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽;APX:抗坏血酸过氧化物酶活性;GR:谷胱甘肽还原酶活性;$O^{\bar{.}}_{2}$:超氧阴离子;H2O2:过氧化氢;MDA:丙二醛;SP:可溶性蛋白;SS:可溶性糖;Pro:脯氨酸。下同 The same as below"
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