





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"
| [1] |
doi: 10.1016/j.plantsci.2015.05.003 pmid: 26089148 |
| [2] |
|
| [3] |
|
| [4] |
|
| [5] |
|
| [6] |
|
| [7] |
|
| [8] |
|
| [9] |
|
| [10] |
王文娟, 师尚礼, 何龙, 武蓓, 刘旵旵. 干旱胁迫下多胺在植物体内的积累及其作用. 草业学报, 2023, 32(6): 186-202.
doi: 10.11686/cyxb2022303 |
|
|
|
| [11] |
|
| [12] |
doi: 10.1016/0003-2697(71)90370-8 pmid: 4943714 |
| [13] |
|
| [14] |
pmid: 2233309 |
| [15] |
|
| [16] |
|
| [17] |
doi: 10.1016/0003-9861(57)90241-2 pmid: 13412116 |
| [18] |
王志恒, 赵延蓉, 黄思麒, 王悦娟, 起金娥, 魏玉清. 外源海藻糖影响甜高粱幼苗抗旱性的生理生化机制. 植物生理学报, 2022, 58(4): 654-666.
|
|
|
|
| [19] |
赵东晓, 董亚茹, 孙景诗, 娄齐年, 朱红, 陈传杰, 王照红. 外源亚精胺对桑树盐胁迫的缓解效应. 蚕业科学, 2019, 45(4): 484-493.
|
|
|
|
| [20] |
|
| [21] |
|
| [22] |
|
| [23] |
苏芸芸, 付菲菲, 欧晓彬. 外源钙对干旱胁迫下桔梗幼苗生理特性和药用品质的影响. 西北植物学报, 2024, 44(4): 551-561.
|
|
|
|
| [24] |
李舒琦, 许喆, 吴邦高, 任健, 代微然. 外源脱落酸对干旱胁迫下狗牙根幼苗光合特性的影响. 草原与草坪, 2024, 44(1): 99-105.
|
|
|
|
| [25] |
曾继娟, 朱强, 岑晓斐, 李双喜. 胡枝子幼苗对干旱胁迫的生理响应. 北方农业学报, 2022, 50(2): 53-60.
doi: 10.12190/j.issn.2096-1197.2022.02.07 |
|
|
|
| [26] |
|
| [27] |
|
| [28] |
|
| [29] |
doi: 10.1007/s12298-019-00744-7 pmid: 32158131 |
| [30] |
|
| [31] |
|
| [32] |
|
| [33] |
|
| [34] |
|
| [35] |
doi: 10.1016/j.plaphy.2010.08.016 pmid: 20870416 |
| [36] |
|
| [37] |
|
| [38] |
|
| [39] |
曲涛, 南志标. 作物和牧草对干旱胁迫的响应及机理研究进展. 草业学报, 2008, 17(2): 126-135.
|
|
|
|
| [40] |
张玲, 麻冬梅, 刘晓霞, 马巧利, 侯汶君, 李嘉文, 苏立娜, 杭嘉慧. 根灌外源褪黑素对干旱胁迫下紫花苜蓿生理特性的影响研究. 草地学报, 2024, 32(1): 198-206.
doi: 10.11733/j.issn.1007-0435.2024.01.021 |
|
doi: 10.11733/j.issn.1007-0435.2024.01.021 |
|
| [41] |
|
| [42] |
|
| [43] |
|
| [44] |
doi: 10.1021/pr400479k pmid: 23944872 |
| [45] |
|
| [46] |
张翠梅. 不同抗旱性紫花苜蓿响应干旱的生理及分子机制研究[D]. 兰州: 甘肃农业大学, 2019.
|
|
|
|
| [47] |
李丽杰. 外源亚精胺(Spd)对玉米干旱胁迫的缓解效应及调控机理[D]. 哈尔滨: 东北农业大学, 2019.
|
|
|
|
| [48] |
|
| [49] |
|
| [1] | 鲁雪莉, Syeda Wajeeha Gillani, 孟晨, 李晓彬, 宋奕汝, 柏雨, 王菊英, 冯晓菲, 刘晨晨, 李义强, 徐宗昌. 不同类型盐胁迫对狼尾草种子萌发的影响及钠调控转录组研究[J]. 中国农业科学, 2026, 59(7): 1400-1419. |
| [2] | 王佳诺, 陈桂平, 李盼, 王丽萍, 南运有, 何蔚, 樊志龙, 胡发龙, 柴强, 殷文, 赵连豪. 免耕地膜两年覆盖提高绿洲灌区玉米产量的灌浆期光合生理机制[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1189-1202. |
| [3] | 陈敏, 焦紫岚, 乔承彬, 许昊, 张碧, 马东花, 孔维儒, 王敬文, 宋佳伟, 罗成科, 李培富, 田蕾. 不同亚种水稻种质资源对盐胁迫的形态生理响应及适应策略[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 705-722. |
| [4] | 郭富城, 唐海江, 郝馨怡, 马国林, 杨九菊, 黄霖锋, 田蕾, 王彬, 罗成科. 不同灌溉方式对宁夏盐渍化土壤水盐运移、水稻产量及水分利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 750-764. |
| [5] | 廖婷璐, 石亚飞, 肖东浩, 舍杨梦斐, 郭富城, 杨九菊, 唐海江, 罗成科. 外源硝普钠对碱胁迫下水稻幼苗糖代谢的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(2): 265-277. |
| [6] | 张玲, 曹磊, 蔡诚, 颜欣怡, 项博才, 艾佳, 詹新杨, 宋有洪, 朱玉磊. 自然老化条件下冬小麦种子活力及生理指标变化[J]. 中国农业科学, 2025, 58(5): 877-889. |
| [7] | 苏明, 李翻过, 洪自强, 周甜, 柳强娟, 班文慧, 吴宏亮, 康建宏. 施氮缓解旱地马铃薯花后高温早衰的抗氧化特性研究[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 660-675. |
| [8] | 高荣, 李恒宇, 陈丽娟, 马晖玲. 5‑AzaC缓解紫花苜蓿盐碱胁迫的生理效应及其对DNA甲基化酶基因表达的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4482-4496. |
| [9] | 吕缓缓, 李如月, 刘青松, 许蕾, 徐嫣然, 于浩洁, 郭长虹, 龙瑞才. 紫花苜蓿MsKTI3基因克隆及耐盐功能分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4497-4511. |
| [10] | 杨永念, 曾祥翠, 刘青松, 李如月, 龙瑞才, 陈林, 王雪, 何飞, 康俊梅, 李明娜. 盐碱胁迫下的紫花苜蓿幼苗蛋白组差异分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4512-4527. |
| [11] | 黄红梅, 王思琦, 杨青川, 郭长虹, 王雪. 磷转运蛋白MsPT5调控紫花苜蓿磷吸收利用[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4544-4556. |
| [12] | 张帆, 杨青川. 紫花苜蓿育种历史、现状与展望[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4471-4481. |
| [13] | 包明芳, 秦燕, 陈彩锦, 张尚沛, 张国辉, 沙晓弟. 111份紫花苜蓿种质资源苗期表型抗旱性鉴定评价[J]. 中国农业科学, 2025, 58(19): 3825-3836. |
| [14] | 李若鸿, 马馼, 赵士强, 毛培胜. 紫花苜蓿老化种子吸胀过程中胚根线粒体抗氧化生理及激素响应规律[J]. 中国农业科学, 2025, 58(19): 4014-4025. |
| [15] | 方娅婷, 赵剑, 盛倩男, 李凯旭, 王祥华, 张洋洋, 朱俊, 丛日环, 陆志峰, 李小坤, 任涛, 鲁剑巍. 长期化肥和有机物料投入对稻油轮作作物产量和养分利用的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(16): 3164-3177. |
|
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