外源喷施1-甲基环丙烯(1-MCP)对干旱胁迫下芍药幼苗生长的影响及作用机理.pdf

江苏农业学报 王韬远 陶 冶 夏德美 等 外源喷施 甲基环丙烯 对干旱胁迫下芍药幼苗生长的影响及作用机理 江苏农业学 报 外源喷施 甲基环丙烯 对干旱胁迫下芍药 幼苗生长的影响及作用机理 王韬远 陶 冶 夏德美 王 恺 朱志国 芜湖职业技术学院 安徽芜湖 收稿日期 基金项目 芜湖职业技术学院校级自然重点基金项目 安徽省自然科学基金项目 芜湖职业技术学院 院级科技创新团队基金项目 作者简介 王韬远 男 黑龙江哈尔滨人 硕士 讲师 主要从事 园林植物遗传育种及生理生态研究 通讯作者 朱志国 摘要 为了提高芍药的耐旱性 本研究以芍药品种粉玉奴为试验材料 采用自然干旱胁迫方法 研究叶面喷 施 甲基环丙烯 对芍药幼苗耐旱性的影响及作用机理 结果表明 自然干旱胁迫 明显抑制了芍药幼 苗的生长 旱害指数达到 外源喷施 可明显缓解干旱胁迫对芍药幼苗造成的损伤 处理的效果最佳 干旱胁迫达到 时 喷施 的芍药幼苗株高 茎粗 干质量和总根长分别较自然 干旱胁迫对照 提高 和 旱害指数降低 叶片叶绿素含量 和根系活力分别较 提升 和 净光合速率 气孔导度 和蒸腾速率 分别较 提 升 和 相对电导率 丙二醛 含量 过氧化氢 含量及超氧阴离子 产生速 率分别较 降低 和 干旱胁迫达到 时 喷施 的芍药幼苗 叶片脯氨酸 可溶性糖 可溶性蛋白质含量均达到最高 分别较 提升 和 综上所述 外源喷施 可通过提高芍药幼苗抗氧化能力和渗透调节能力 有效降低因干旱胁迫而导致的活性氧 积累和膜脂过氧化 缓解干旱胁迫损伤 提高耐旱性 关键词 甲基环丙烯 芍药 干旱胁迫 耐旱性 中图分类号 文献标识码 文章编号 近年来 水资源短缺问题随着全球气候变暖而 愈发严重 干旱胁迫已成为非生物逆境胁迫中对植 物危害最大的自然灾害之一 不仅影响农作物的产 量和品质 还严重降低了园林绿化植物的景观美化 效果 大量研究结果表明 干旱胁迫常导致植物 体内产生并积累大量活性氧 造成氧化损伤 细胞膜 稳定性下降 引起光合作用 呼吸作用等代谢紊乱以 及生理老化 内源激素水平变化对植物抗逆性 具有明显影响 前人研究结果表明 植物遭遇逆 境胁迫时 体内会迅速产生大量乙烯 进而导致植物 叶片黄化 脱落 抗性降低 产量下降 降低逆境 胁迫下植物体内的乙烯含量 已成为提高植物抗逆 性的关键途径之一 甲基环丙烯 是一种新型的乙烯受体 抑制剂 可通过与乙烯受体结合来抑制乙烯信号转 导 从而降低果蔬对乙烯的敏感性 延缓成熟和衰 老 目前 广泛应用于果蔬保鲜领域 可明 显降低果蔬中乙烯的产生速率和呼吸速率 保持果实 色泽 抑制果实软化 褐变和腐烂 减少营养物质流 失 延缓果蔬衰老 此外 在缓解植物逆 境胁迫损伤方面也取得了一定的研究进展 外源喷 施 可降低高温胁迫下辣椒植株的乙烯产生速 率 缓解高温胁迫 外源喷施 可明显缓解干 旱胁迫对甘蔗 小麦 和棉花 造成的伤害 提 高抗旱能力 芍药 属芍药 科芍药属多年生草本植物 是中国传统名花之一 在 中国主要分布于干旱和半干旱地区 干旱常导致芍药 植株矮小 叶片发黄卷曲等 已成为限制其推广应用 的主要因素之一 目前 关于 缓解园林植物 逆境胁迫方面的研究较少 是否可以提高芍药 的抗旱能力 作用机理如何 尚需进一步研究 因此 本研究拟以芍药品种粉玉奴为试验材料 探究外源喷施不同浓度 对芍药生长 光合作 用 抗氧化能力和渗透调节能力的影响 以期为芍药 抗旱栽培提供一定的参考和借鉴 材料与方法 试验材料 试验于 年 月 日在芜湖职业技术学院 试验基地的日光温室内进行 供试芍药品种为粉玉 奴 购自芜湖市常青苗圃 试验用 为分析纯 购自生工生物工程 上海 股份有限公司 试验采 用盆栽方式进行 花盆规格为 高 直 径 栽培基质为草炭土 每盆装基质 定植幼 苗 株 缓苗 缓苗期间给予常规管理 年 月 从中选取大小 长势一致的幼苗进行干旱胁 迫试验 试验方法 试验设计 试验采用自然干旱胁迫方法进 行 浇水使各处理基质相对含水量达到 左右 随后不再浇水 开始为期 的自然干旱胁迫试 验 试验共设置 个处理 即正常灌水 自然 干旱胁迫 自然干旱胁迫 自然干旱胁迫 和自然 干旱胁迫 每个处理 盆 次重复 共计 盆 自然干旱胁迫试验前 处理喷施相应浓度的 喷施量以芍药 幼苗叶片水珠悬挂不滴为准 和 处理喷施 等量清水 分别于自然干旱胁迫处理的第 基 质相对含水量 第 基质相对含水量 第 基质相对含水量 第 基 质相对含水量 和第 基质相对含水量 进行生理生化指标测定 并于第 进行生 长指标测定和旱害指数调查 江苏农业学报 年第 卷第 期 测定指标及测定方法 株高 总根长采用直 尺测定 茎粗采用游标卡尺测定 干质量采用烘干法 测定 芍药幼苗旱害程度参照表 进行分级 并按照 公式 进行旱害指数计算 叶绿素含量和根系活 力分别采用丙酮 乙醇混合法和氯化三苯基四氮唑 法测定 光合作用参数采用 便携式光 合作用仪测定 光照度为 流速 为 超氧化物歧化酶 过氧化物酶 过氧化氢酶 和抗坏血酸过氧化物酶 的活性分别采用氮蓝四唑法 愈创木酚法 紫 外分光光度法和试剂盒法进行测定 相对电导率 丙二醛 含量 过氧化氢 含量 及超氧阴离子 产生速率分别采用电导仪法 硫代巴比妥酸显色法 四氯化钛沉淀法和羟胺氧化 法测定 脯氨酸 可溶性糖和可溶性蛋白质的含量 分别采用磺基水杨酸提取法 蒽酮比色法和考马斯 亮蓝 染色法测定 旱害指数 旱害级数 本级株数 最高级 数 总株数 数据分析 采用 软件进 行数据处理 采用 软件进行统计分析 表 干旱胁迫条件下芍药旱害分级 旱害级数芍药表观形态 植株生长正常 无黄化或萎蔫症状 有少部分叶片萎蔫下垂 叶尖 叶缘变黄 约有 叶片的叶尖和叶缘变黄 卷曲发干 大部分叶片有卷曲 干枯现象 叶枯 枝枯直至整个植株死亡 结果与分析 干旱胁迫下 对芍药幼苗生长和旱害指 数的影响 表 显示 干旱胁迫明显抑制芍药幼苗生长 提 高旱害指数 干旱胁迫达到 时 处理的芍 药幼苗株高 茎粗 单株干质量和总根长分别较 降低 和 旱害指数达到 外源喷施 对芍药幼苗 干旱胁迫具有明显的缓解作用 缓解效果随喷施质量 浓度的增大而呈现先升高后降低趋势 干旱胁迫达 到 时 喷施 的芍药幼苗株高 茎 粗 单株干质量和总根长分别较 提高 和 旱害指数降低 说明 外源喷施 可明显缓解芍药幼 苗干旱胁迫 以 处理的效果最佳 干旱胁迫下 对芍药幼苗叶绿素含量和 根系活力的影响 图 显示 芍药幼苗叶片叶绿素含量和根系活 力在干旱胁迫条件下明显降低 干旱胁迫达到 时 处理的芍药幼苗叶片叶绿素含量和根系活 力分别较 降低 和 与 相 比 外源喷施 可提升芍药幼苗叶片叶绿素含 量和根系活力 并且相同胁迫天数下叶绿素含量和 根系活力随 喷施质量浓度增加而表现为先上 升后降低 干旱胁迫达到 时 喷施 的芍药幼苗叶片叶绿素含量和根系活力分别 较 提升 和 这说明 外源喷 施 可明显缓解芍药幼苗因干旱胁迫导致的叶 绿素含量和根系活力降低 以 处理 的效果最佳 表 干旱胁迫下 甲基环丙烯 对芍药幼苗生长及旱害指数的影响 处理株高 茎粗 单株干质量 总根长 旱害指数 正常灌水 自然干旱胁迫 自然干旱胁迫 自然干旱胁迫 自然干旱胁迫 同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异显著 王韬远等 外源喷施 甲基环丙烯 对干旱胁迫下芍药幼苗生长的影响及作用机理 见表 注 图 干旱胁迫下 对芍药幼苗叶绿素含量和根系活力的影响 干旱胁迫下 对芍药幼苗光合作用的 影响 图 显示 干旱胁迫降低了芍药幼苗叶片的净 光合速率 气孔导度 和蒸腾速率 光 合作用受到抑制 随着干旱胁迫时间的延长 芍药 幼苗叶片的 和 均逐渐降低 而胞间二氧化 碳浓度 则先降低后升高 干旱胁迫达到 时 处理的 和 分别较 降低 和 则无明显变化 外 源喷施 可提升干旱胁迫条件下芍药幼苗叶片 和 降低 并且相同胁迫天数的 和 随 喷施质量浓度增加而表现为先上升后降 低 干旱胁迫达到 时 喷施 的 芍药幼苗叶片 和 分别较 提升 和 降低 表明 外源喷 施 可提升干旱胁迫下芍药幼苗的光合作用 以 处理的效果最佳 见表 注 图 干旱胁迫下 对芍药幼苗叶片光合参数的影响 干旱胁迫下 对芍药幼苗叶片抗氧化酶 活性的影响 图 显示 干旱胁迫下 随着胁迫时间的延长 芍药幼苗叶片抗氧化酶 和 活 性均表现为先升高后降低趋势 处理的芍药幼 苗叶片 和 活性在干旱胁迫达 江苏农业学报 年第 卷第 期 到 时均达到最高 分别较 提升 和 随后则迅速下降 干 旱胁迫条件下 外源喷施 可提升芍药幼苗叶 片的抗氧化酶活性 并且相同胁迫天数下抗氧化酶 活性随 喷施质量浓度的增加表现为先上升后 降低 干旱胁迫达到 时 喷施 的芍药幼苗叶片 和 的活性最 高 分别较 提升 和 说明 外源喷施 可明显提升芍药幼 苗抗氧化酶活性 清除因干旱胁迫而积累的过量活 性氧 减少干旱胁迫损伤 以 处理 的效果最佳 见表 注 超氧化物歧化酶 过氧化物酶 过氧化氢酶 抗坏血酸过氧化物酶 图 干旱胁迫下 对芍药幼苗抗氧化酶活性的影响 干旱胁迫下 对芍药幼苗相对电导率 含量 含量及 产生速率的影响 图 显示 干旱胁迫提高了芍药幼苗的相对电 导率 含量 含量及 产生速率 并且随 胁迫时间延长而逐渐升高 干旱胁迫达到 时 处理的芍药幼苗叶片相对电导率 含量 含量及 产生速率分别较 提升 和 外源喷施 可降低干旱胁迫下芍药幼苗叶片的活性氧含 量 并且相同胁迫天数下活性氧含量随 喷施 质量浓度的增加而表现为先降低后上升 干旱胁迫 达到 时 喷施 的芍药幼苗叶片 相对电导率 含量 含量及 产生速率 分别较 降低 和 表明 外源喷施 可缓解芍药幼苗因 干旱胁迫导致的活性氧含量上升 从而降低干旱胁 迫损伤 以 处理的效果最佳 干旱胁迫下 对芍药幼苗渗透调节物质 含量的影响 表 显示 在干旱胁迫处理下 随着干旱胁迫时 间的延长 芍药幼苗叶片渗透调节物质含量均表现为 先升高后降低趋势 在 处理中 干旱胁迫达到 的芍药幼苗叶片脯氨酸含量 可溶性糖含量和可 溶性蛋白质含量均最高 分别较 提升 和 干旱胁迫条件下 外 源喷施 和 的 可提升芍药幼 苗叶片的渗透调节物质含量 而 处理 对可溶性蛋白质含量则无明显提升作用 干旱胁迫 达到 时 喷施 的芍药幼苗叶片 脯氨酸 可溶性糖 可溶性蛋白质含量均达到最高 分 别较 提升 和 说明 提高渗透调节能力也是外源喷施 缓解芍药幼苗干旱胁迫的主要机理之一 以 处理的效果最佳 王韬远等 外源喷施 甲基环丙烯 对干旱胁迫下芍药幼苗生长的影响及作用机理 见表 注 丙二醛 过氧化氢 超氧阴离子 图 干旱胁迫下 对芍药幼苗相对电导率 含量 含量及 产生速率的影响 讨论 植物生长状况的好坏可以反映出植物对干旱胁 迫的抗性强弱 大量研究结果表明 干旱胁迫会 明显抑制植物生长 株高 茎粗 单株干质量等生长 指标均明显降低 常导致植株早衰 本研究 发现 干旱胁迫抑制了芍药幼苗生长 与 相比 干旱胁迫处理下芍药幼苗的旱害指数显著提升 外源喷施 可明显缓解芍药幼苗干旱 胁迫 以 处理的效果最佳 株高 茎 粗 单株干质量和总根长分别较 提高 和 旱害指数降低 本结果与邓娇燕等 王小乐 研究结 果一致 可能是因为外源喷施 降低了干旱胁 迫下植物体内的乙烯产生速率 延缓根系衰老 提高 植物根系活力 根系对水分和养分的吸收能力明显 增强 从而促进芍药幼苗生长 光合作用是植物生长发育的重要代谢过程 叶 绿素含量直接影响光合性能 干旱胁迫条件 下 植物叶片的叶绿素容易氧化分解 植物光合作用 效率明显降低 本研究结果表明 干旱胁迫促进 芍药幼苗的叶绿素分解 导致根系活力下降 光合作 用受到明显抑制 外源喷施 可缓解因干旱胁 迫而造成的叶绿素降解和根系活力下降 提升干旱 胁迫下光合作用的效率 以 处理的 效果最佳 干旱胁迫达到 时 叶绿素含量 根系 活力 净光合速率 气孔导度和蒸腾速率分别较 提升 和 本结果与邓娇燕等 王小乐 的研究 结果一致 干旱胁迫会导致植物体内产生大量的活性氧自 由基 引起细胞膜膜脂过氧化 造成植物代谢 紊乱 其中 相对电导率和 含量是衡量膜脂过 氧化程度的重要指标 为了适应干旱环境 植物 常通过提高自身的保护酶 和 等 活性来清除体内过量的活性氧 从而减轻活性 氧对自身的伤害 维持代谢平衡 叶面喷施 可提升高温胁迫下辣椒幼苗和干旱胁迫下甘 蔗幼苗的抗氧化酶活性 降低氧化损伤 相对电导 率 含量 含量及 产生速率等明显降 低 在葡萄采摘前喷施 可提升采摘后 葡萄的 活性和 活性 降低 含量 明 显延缓葡萄衰老 本研究发现 干旱胁迫导致芍 药幼苗产生大量的活性氧 造成膜脂过氧化 相对电 江苏农业学报 年第 卷第 期 表 干旱胁迫下 对芍药幼苗渗透调节物质含量的影响 处理处理时间 脯氨酸含量 可溶性糖含量 可溶性蛋白质含量 见表 注 导率 含量 含量及 产生速率明显提 升 芍药幼苗 和 活性则先上升 后下降 说明芍药幼苗具有一定的抗氧化酶诱导合 成能力 具有一定抗旱性 外源喷施 可明显 缓解因干旱胁迫而导致的芍药幼苗抗氧化酶活性降 低 抑制膜脂过氧化和活性氧含量的上升 以 处理的效果最佳 干旱胁迫达到 时 芍药幼苗叶片 和 活性达到 最高 分别较 提升 和 干旱胁迫达到 时 喷施 的芍药幼苗叶片相对电导率 含量 含量及 产生速率分别较 降低 和 说明 缓解 逆境胁迫下植株抗氧化酶活性的降低是 提高 植物抗逆性的主要机制之一 渗透调节是植物遭遇干旱胁迫时的重要生理反 应 脯氨酸 可溶性糖和可溶性蛋白质等渗透调节剂 含量的增加有助于提升细胞液浓度并降低水势 从 而增加植物的吸水能力 缓解干旱胁迫损伤 前人研究结果表明 外源喷施 可明显促进高 温胁迫下辣椒幼苗可溶性糖和可溶性蛋白质的积 累 缓解高温胁迫对辣椒幼苗造成的伤害 本研 究中 干旱胁迫增加了芍药幼苗体内的脯氨酸 可溶 性糖和可溶性蛋白质含量 而且外源喷施 可 进一步促进渗透物质的积累 处理 效果最佳 干旱胁迫达到 时 脯氨酸 可溶性糖 和可溶性蛋白质含量分别较 提升 和 这说明 提高逆境胁迫下植物 的渗透调节能力也是 提高植物抗逆性的重要 机制之一 综上所述 可明显缓解干旱胁迫对芍药 幼苗生长发育的抑制 降低旱害指数 其机理主要是 可明显提升干旱胁迫下芍药幼苗的抗氧化能 力和渗透调节能力 从而缓解干旱胁迫对芍药幼苗 造成的氧化损伤 提高耐旱性 处理 的效果最佳 本研究结果可以为 应用于植物 旱作栽培提供一定的参考和借鉴 参考文献 曾惠敏 赵 冰 个八仙花品种叶片解剖结构与植株耐旱性 的关系 东北林业大学学报 叶 君 邓西平 王仕稳 等 干旱胁迫下褪黑素对小麦幼苗生 长 光合和抗氧化特性的影响 麦类作物学报 姚春娟 郭圣茂 马英超 等 干旱胁迫对 种决明属植物光合 作用和叶绿素荧光特性的影响 草业科学 罗 倩 董运常 严过房 等 植物生长调节剂在园林植物生产 王韬远等 外源喷施 甲基环丙烯 对干旱胁迫下芍药幼苗生长的影响及作用机理 及抗逆性上的应用研究 安徽农学通报 张 弢 董春海 乙烯信号转导及其在植物逆境响应中的作用 生物技术通报 邓丙乾 张 鹏 李江阔 等 不同浓度 对柿果保鲜效果 研究及灰色关联性分析 保鲜与加工 史 萌 郑秋丽 高丽朴 等 处理对韭菜采后贮藏生理 和品质的影响 保鲜与加工 姜启金 谢 玮 陈燕子 等 对浆果品质及采后生理研 究进展 农产品加工 邓娇燕 黄 斌 吕立军 等 叶面喷施 缓解辣椒幼苗高 温伤害的机理研究 园艺学报 王小乐 干旱胁迫下乙烯利和甲基环丙烯对甘蔗苗期生理生 化特性影响的初步研究 兰州 甘肃农业大学 常青山 张利霞 王建章 等 干旱和复水对 个芍药品种生理 指标的影响及品种抗旱性评价 南京林业大学学报 自然 科学版 陈 月 孙宪芝 杨景慧 等 水分胁迫下嫁接对杭白菊渗透调 节物质及相关代谢酶基因表达的影响 植物生理学报 陈 彪 李继伟 王小东 等 外源硒对干旱胁迫下烤烟生长和 生理特性的影响 植物生理学报 杨 柳 何正军 赵文吉 等 红景天属植物生长及生理生化特 征对遮阴的响应 江苏农业科学 李本峰 杜红梅 褪黑素预处理对多年生黑麦草抗旱性的影响 上海交通大学学报 农业科学版 陈浩维 邓明华 黄尧瑶 等 干旱胁迫对玫瑰花瓣膜脂过氧化 及抗氧化酶活性的影响 西北植物学报 李江阔 曹 森 张 鹏 等 采前处理对葡萄采后相关 酶活性与品质的影响 食品科学 黄相玲 林妃妃 张明月 等 盐胁迫对小叶榄仁幼苗生长和渗 透调节物质含量的影响 南方农业学报 宋吉轩 李金还 刘美茹 等 油菜素内酯对干旱胁迫下羊草渗 透调节及抗氧化酶的影响研究 草业学报 责任编辑 王 妮 江苏农业学报 年第 卷第 期