褪黑素对棉花苗期盐与干旱胁迫的生理缓解效应研究_陈明媛.pdf

第 卷 第 期 年 月石河子大学学报（自然科学版）（）收稿日期：基金项目：国家重点研发计划项目（）作者简介：陈明媛（），女，硕士研究生，专业方向为作物生理生态。通信作者：刘建国（），男，教授，从事农田生态环境与农作制度方向的研究，：。：.文章编号：（）褪黑素对棉花苗期盐与干旱胁迫的生理缓解效应研究陈明媛，罗雪梅，何皇成，王腾飞，刘建国（石河子大学农学院 新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子）摘要：为探究褪黑素对棉花盐旱胁迫下的缓解效应，采用盆栽试验，以棉花品种惠远 为材料，测定不同盐（、）、干旱（田间持水量、田间持水量）和盐旱复合（田间持水量）胁迫条件下褪黑素（）处理对棉花生物量、抗氧化酶活性、渗透调节物质及过氧化氢（）含量影响。结果表明：喷施 褪黑素使棉花植株生物量有不同程度增加，较未喷施褪黑素组显著提高了盐旱复合胁迫下棉花叶片超氧化物歧化酶（）活性、过氧化物酶（）活性及过氧化氢酶（）活性，分别为.、.、.；盐与褪黑素处理下可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸含量较未喷施褪黑素下的盐处理分别提高了.、.和.；干旱胁迫下经褪黑素处理后降低了 和 的含量，分别为.、.。综合分析认为喷施外源褪黑素可提高盐和干旱胁迫下棉花叶片抗氧化酶活性和渗透调节物质积累量，并有效清除过量的活性氧，缓解氧化损伤，增强棉花抵抗盐和干旱胁迫能力。关键词：棉花幼苗；盐胁迫；干旱胁迫；褪黑素；生理特性中图分类号：文献标志码：，（，）：，（）（，），（，）（），（），.，.，.，.，：；新疆是中国纺织工业发展的重要基地，其中棉花是其主要农作物之一，从 年开始，其种植面积和产量都在全国处于领先地位。棉花是新疆农业中重要的一部分，它在农业生产中所占比例在之间，并且对于新疆棉农来说，它们的收益高达。新疆处于干旱、半干旱地带，同时盐碱多发，水资源严重匮乏并伴随土壤盐碱化同时发生。干旱和土壤盐碱化对棉花生长发育过程构成了极大的威胁，严重影响棉花的生产。因此提高棉花耐盐抗旱能力、解决棉花种植中的诸多问题成为了新疆棉花产业的重中之重。当面临盐分和干旱胁迫时，植株会对不同的反应机制做出反应，第 期陈明媛，等：褪黑素对棉花苗期盐与干旱胁迫的生理缓解效应研究 包括生长发育、形态结构、生理生化、活性氧代谢以及渗透调节，这些反应机制有所相同，也有一定差异。因此，盐与干旱胁迫对棉花植株生长发育的作用机制需深入探究，这对掌握棉花在盐碱旱地的适应性方面有重要意义。褪黑素（，）是一种重要的化学物质，它能够调节植物的生长、发育和衰老，在对抗植物非生物胁迫过程中有突出表现。研究表明，促进了根系的吸收利用，提高植物抗逆性。在抗氧化酶系统中贡献巨大，在启动活性氧清除机制方面有重要作用，从而降低了胁迫带来的膜脂过氧化程度。吴鹏等研究发现 可维持植株体内渗透调节物质的含量，降低细胞渗透压，以保护细胞结构并降低了质膜过氧化程度。王慧等发现干旱胁迫下喷施 后植株生物量显著增多，叶片中丙二醛含量显著下降。外源施用 明显提高盐旱胁迫下苗期玉米的耐受性，改善由盐旱胁迫带来的细胞损伤。目前针对 在单一逆境胁迫下对棉花研究较多，而关于外源 对盐旱复合胁迫下棉花植株的影响研究较少，因此本试验模拟不同盐、干旱和盐旱复合胁迫处理，从生理层面上探究外源 对复合盐旱胁迫下棉花生长发育的缓解效应，以期为生产上提高棉花对盐碱胁迫的耐受性提供参考。材料与方法.材料 试验于 年 月在石河子大学农学院试验站进行。供试棉花品种为惠远，由石河子农业科学院棉花研究所提供。供试土壤质地为壤土，.，盐度（）.。.试验设计 试验采用盆栽法（直径 ，高 ），每盆装土 ，挑选大小均匀的棉花种子于（）光照培养箱内进行催芽处理后播种，每盆播种 粒种子，待真叶展平后定苗 株。试验设盐分（分析纯）和褪黑素供体（分析纯，）。出苗 后进行盐化和干旱处理，试验共 个处理，每处理重复 次（见表）。盐化处理使用 的，隔天连续浇灌 次，其他处理同时浇灌等量清水；干旱处理采用称重法进行控水，逐步使土壤含水量达到田间持水量的，正常供水处理保持土壤含水量为田间持水量的，共胁迫 周。于盐、干旱胁迫 后每晚 点叶面喷施 ，对照组使用蒸馏水进行相同操作。选取棉花幼苗倒三、倒四叶进行测定。试验处理中 为对照，为盐处理，为干旱处理，为褪黑素处理。加水量目标田间持水量对应的盆钵重量盆钵整体实际重量目标田间持水量对应的盆钵重量 每桶干土重每个桶中干土重目标土壤重量含水量表 试验处理及对应编号处理氯化钠（）田间持水量 褪黑素（）.测定项目 选取 株棉花幼苗分器官冲洗并擦净测定其鲜重，分别放置与牛皮纸袋中 烘箱下杀青 后 烘干至恒重，于千分之一天平下准确测定其干重，由“根系干质量 茎叶干质量”计算得出根冠比。参照 等的方法测定 活性、活性、活性和 含量；脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白质量参考 等的方法；采用硫代巴比妥酸比色法测定丙二醛（，）含量。.数据统计分析采用 进行数据处理，用.进行统计分析，并运用 法进行差异显著性检验（.），用 .作图。结果与分析.盐与干旱胁迫下褪黑素对棉花植株生物量的影响 由表 可知，盐胁迫与干旱胁迫对棉花植株根冠比无显著影响，而盐旱复合胁迫显著影响根冠比（.），各胁迫处理间喷施 后根冠比差异不显著。盐、旱、盐旱复合胁迫显著降低了棉花植株地上部干鲜重，较 处理分别 减 少 了.、.，.、.，.、.，可得出 种胁迫均加重了植株损伤。外源喷施 使棉花植株生物量有不同程度增加，如盐胁迫处理下经 喷施后较盐处理组植株地下部干鲜重分别提高 石河子大学学报（自然科学版）第 卷了.、.；干旱胁迫处理下经 喷施后较干旱处理组植株地下部干鲜重分别提高了.、.；盐旱复合胁迫处理下经 喷施后较未喷施 下的盐旱处理组植株地下部干鲜重分别提高了.、.。喷施 后，盐胁迫下处理 组 的 地 上 部 及 地 下 部 鲜 重 恢 复 至 的.、.；干旱胁迫下处理组的地上部及地下部鲜重恢复至 的.、.；盐旱复合胁迫下处理组的地上部及地下部鲜重恢复至 的.、.。这表明在盐、旱和盐旱复合胁迫下喷施外源 均能有效缓解胁迫带来的生长抑制。表 盐与干旱胁迫下褪黑素对棉花生物量的影响处理地上部鲜重地下部鲜重地上部干重地下部干重根冠比.注：同列数值不同字母表示处理间差异显著（.）。.盐与干旱胁迫下褪黑素对棉花叶片抗氧化酶活性的影响 、和 作为酶促防御系统重要的组成成分，在清除生物体代谢产生的活性氧中有重大贡献。由图 所示，单一盐处理下，棉花叶片中、活性变化不显著；而单一干旱处理下，棉花叶片中、活性有所升高，分别提高了 的.、.，可看出干旱胁迫下、活性表现更为敏感（图，图）。施加 处理后，处于盐胁迫下的棉花叶片、活性分别为.、.、.，相比 单 盐 处 理 组 显 著 提 高 了.、.、.；施加 处理后，处于干旱胁迫下的棉花叶片、活性分别为.、.、.，对比干旱处理显著提高了.、.、.。由此可见，的施加对处于干旱胁迫下的棉花植株更为组有效，能更好的缓解膜脂过氧化程度，增强棉花植株对活性氧的清除能力。盐旱复合胁迫下喷施 后较未喷施 下的盐旱处理组显著提高了棉花叶片、和 活 性，提 高 了.、.、.。上述结果说明 能增强盐胁迫和干旱胁迫下棉花幼苗抗氧化酶的活性，以增强棉花植株面对逆境胁迫的耐受性。同列数值不同字母表示处理间差异显著（.）。图 盐与干旱胁迫下褪黑素对棉花抗氧化酶活性的影响.盐与干旱胁迫下褪黑素对棉花叶片渗透调节物质含量的影响 由图 可知，不同处理下棉花叶片中渗透调节物质含量变化趋势一致。盐处理与干旱处理均使得叶片的可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸含量呈升高趋势，而施加 后使其含量进一步提高。第 期陈明媛，等：褪黑素对棉花苗期盐与干旱胁迫的生理缓解效应研究 盐与 处理下可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸含量较盐处理组提高了.、.和.；干旱与 处理下较干旱处理组则提高了.、.和.。与 相比下，盐旱复合胁迫处理下的可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸含量分别升高了.、.和.；盐旱复合胁迫下经 处理后可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸含量分别较 提高了.、.、.。方差分析表明，盐、旱和盐旱复合胁迫下棉花植株可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量与 差异显著（.）。盐、旱和盐旱复合胁迫处理下，棉花植株可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量均随着 的添加而显著提高（.）。同列数值不同字母表示处理间差异显著（.）。图 盐与干旱胁迫下褪黑素对棉花渗透调节物质含量的影响.盐与干旱胁迫下褪黑素对棉花叶片 和 含量的影响 盐、干旱和盐旱复合胁迫 种处理均使棉花叶片中 含量显著升高（.）（图），分别提高了 的.、.和（.）；而 水平也分别提高了 的.、.和.（图）。添加了 后，盐、干旱和盐旱复合胁迫 种处理下的 含量降低了 的.、和.；含量降低了 的.、.和.。显著降低 种胁迫处理下的的棉花幼苗叶片 和 含量，其中盐胁迫下 和 含量经 处理后较盐胁迫处理组降低了、.；干旱胁迫下 和含量经 处理后较干旱胁迫处理组降低了.、.。盐旱复合胁迫较盐胁迫显著降低了叶片 和 含量，分别减少了.、.；较干旱胁迫显著分别减少了.、.。而盐旱复合胁迫下 和 含量经 处理后降低了.、.。方差分析表明，盐、旱和盐旱复合胁迫下棉花植株 和 含量与 差异显著（.）。盐、旱和盐旱复合胁迫处理下，棉花植株 和含量均随着 的添加而显著降低（.）。同列数值不同字母表示处理间差异显著（.）。图 盐与干旱胁迫下褪黑素对棉花 和 含量的影响 石河子大学学报（自然科学版）第 卷 讨论与结论.讨论新疆棉花生产过程中面临威胁最大的非生物胁迫便是盐害与干旱，而高盐和水分缺失会导致棉花生长缓慢，严重时可造成不可逆转的损伤甚至死亡。高盐条件下会造成离子毒害现象，造成植株非正常生长或者死亡；干旱影响植物光合与呼吸作用，以致植株发育减缓等。研究表明，在抵御由逆境胁迫带来的损伤方面有重大作用。本研究表明，盐胁迫与干旱胁迫均使叶片及根系干物质积累量有所减少，说明高盐与干旱抑制了植株植株的生长。施加 后，盐胁迫、干旱胁迫及盐旱胁迫下的棉花植株的干物质量积累均得到了一定提高。土壤盐碱化与水分亏缺是植株受非生物胁迫伤害最主要的胁迫因子，会导致植株体内产生大量的活性氧，并引起膜脂的氧化损伤。而、及 等抗氧化物酶通过自身相互协调，防止细胞受损。是抗氧化作用很强的内源性自由基清除剂，在保护植物免受氧化胁迫中贡献巨大。本研究发现，当逆境胁迫较轻时，植株体内、含量均有所增高，而植株体内胁迫加重时，抗氧化酶活性降低。推测其原因可能有两个：（）胁迫强度。植物体内活性氧含量不同会造成不同的生理效应。当逆境胁迫在植物忍耐范围以内，植物保护酶活性能力增强，而一旦超出忍耐范围，保护酶活性将快速降低。（）活性氧产生位点不同。盐和干旱、以及盐旱复合胁迫下所产生的活性氧无论是含量、产生位点均存在差异，从而造成的生理效应也不同。结果表明通过喷施 可增强盐、旱和盐旱复合胁迫下、和 活性，的施用提升了盐、旱胁迫下棉苗清除 和自由基的能力。脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白在植物遭遇外部自然环境变化时，会很快作出反应启动自身防护机制，为植株节省更多的能力来对抗胁迫。研究表明，可溶性蛋白在干旱条件下起到了关键的渗透调节作用。本研究中盐胁迫与干旱胁迫下的棉花植株脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白显著升高，且盐旱复合胁迫下棉花植株的受损程度低于单一胁迫处理，如在干旱处理的同时进行盐处理反而能够缓解干旱胁迫下植株受到的损伤。喷施外源 后棉花植株叶片脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均明显增加，其含量的提高有助于降低细胞渗透势，维持细胞内膨压，降低细胞因失水造成的损伤。说明 能够通过调节细胞渗透势，增强细胞代谢水平和渗透调节能力，进而维持细胞膜的稳定性，提高棉花植株的耐盐抗旱胁迫能力。研究表明，是一类含量最多、相对稳定的活性氧分子，严重影响胁迫信号的传导。的含量代表着膜结构的完整性，它的增多会加重细胞膜的损伤。应用 增强了植物体内对胁迫的应激能力，并维持 和 的低含量。本研究中盐胁迫和干旱胁迫使棉花植株体内的过氧化氢含量迅速积累，从而影响植株生长发育。叶面喷施 后降低了叶片 和 含量，缓解了植株的膜脂过氧化损伤。本试验中单一干旱胁迫处理对膜脂过氧化的影响高于单一盐处理，而复合胁迫影响最小，同时 缓解了棉花植株叶片细胞膜面对逆境胁迫下的损害，提高了植株的抗压能力。推测在盐旱复合胁迫下棉花植株内部清除膜脂过氧化产物的相关代谢过程被激活。范海霞等研究证实植株通过吸取外源，激活了抗氧化酶活性，减少了因胁迫对植物产生的抗氧化损害，这与本研究结论相符。.结论 综上所述，单一盐胁迫和干旱胁迫或盐旱复合胁迫处理下，棉花植株生长均会受到阻碍，抗氧化系统受到损伤，渗透调节系统遭抑制、膜脂过氧化程度增加。而叶面喷施 后能有效抵御由盐胁迫和干旱胁迫带来的严重危害，显著提高棉花植株的生长能力，缓解了盐旱胁迫带来的不利影响，并提高植物对逆境的抵抗力。参考文献（）汤明尧，沈重阳，张炎，等新疆棉花化肥利用效率研究中国土壤与肥料，（）：，（）：张亚林，吴冬梅，王文魁，等棉花“保险期货”模式助力南疆主产棉区脱贫攻坚中国棉花，（）：，（）：刘丽娟，李小玉干旱区土壤盐分积累过程研究进展生态学杂志，（）：，第 期陈明媛，等：褪黑素对棉花苗期盐与干旱胁迫的生理缓解效应研究 ，（）：高荣嵘，杨莎，郭峰，等盐旱交叉胁迫对花生生长发育和生理特性的影响中国油料作物学报，（）：，（），（）：，（）：，（）：张明聪，何松榆，秦彬，等外源褪黑素对干旱胁迫下春大豆品种绥农 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