全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2014, 50 (5): 660~664　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2014.0013660
收稿 2014-01-08　　修定 2014-03-06
资助 国家科技支撑计划(2012BAD20B03)。
* 通讯作者(E-mail: yejun.shz@163.com; Tel: 13309930077)。
低温胁迫下棉花幼苗对外源水杨酸的生理响应
辛慧慧, 李防洲, 侯振安, 冶军*, 康文晶, 罗建
石河子大学农学院, 新疆石河子832000
摘要: 以棉花幼苗为试材, 通过叶面喷施不同浓度水杨酸的处理方法, 研究外源水杨酸对低温胁迫下棉花幼苗的缓解效
应。结果表明, 0.6~0.8 mmol·L-1水杨酸预处理可以显著降低棉花幼苗叶片相对电导率(REC)和丙二醛(MDA)的积累量, 从
而缓解低温对质膜的过氧化伤害, 并通过提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性和可
溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等渗透调节物质的含量来适应低温环境。
关键词: 棉花幼苗; 水杨酸; 低温胁迫; 生理响应
Physiological Response of Cotton (Gossypium hirsutum L.) Seedling to Exog-
enous Salicylic Acid under Low Temperature Stress
XIN Hui-Hui, LI Fang-Zhou, HOU Zhen-An, YE Jun*, KANG Wen-Jing, LUO Jian
College of Agriculture, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832000, China
Abstract: Alleviating effect of exogenous salicylic acid on the cotton seedling under low temperature stress
was elucidated by foliar-sprayed with different concentrations of salicylic acid. The results showed that 0.6–0.8
mmol·L-1 salicylic acid pretreatment could significantly reduce the accumulation of the relative conductivity
(REC) and malondialdehyde (MDA) content in the cotton seedling, which alleviated the oxidative damage of
low temperature on plasma membrane. And the salicylic acid pretreatment could improve the activities of su-
peroxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT), and the contents of soluble sugar, soluble pro-
tein, proline to adapt to low temperature environment.
Key words: cotton (Gossypium hirsutum) seedling; salicylic acid; low temperature stress; physiological
response
棉花具有重要的经济和社会效益, 新疆作为
我国最大棉区, 在播种至幼苗生长期间, 经常遭遇
寒潮等低温气象灾害, 地表温度远低于棉花幼苗
最低生长温度, 甚至达0 ℃以下, 严重影响植株生
长发育和产量形成 (赖先齐等2008; 胡汝骥等
2001)。如2006年5月上旬的低温冷害, 仅石河子棉
区就损失一千万元(赵强等2007)。已有研究认为,
低温逆境会导致棉花幼苗多方面损伤, 包括生物
膜透性增大, 活性氧积累进而引起氧化胁迫, 渗透
调节失衡等(武辉等2013; 廖金柯等2013)。研究低
温胁迫对棉花幼苗的伤害机理, 寻找提高其抗寒
性的有效方法一直为人们所关注。
水杨酸(salicylic acid, SA)是植物中广泛存在
的一种简单酚类化合物, 它能够激活植物过敏反
应和获得系统抗性(王利军等2002; 孟雪娇等2010),
参与调节植物的许多生理过程, 使植物产生一系
列的生理生化变化, 以提高植物对逆境胁迫的适
应(Raskin 1992)。研究表明水杨酸通过调节抗氧
化酶活性和积累渗透调节物质的含量, 增强水稻
(张蕊等2012)、大豆(常云霞等2012)、玉米(张富
平和张蕊2007; 朱玉龙和王玺2013)和小麦(齐付国
等2008)等低温逆境中作物的抗逆性。而外源水杨
酸对低温胁迫下棉花幼苗的缓解效应的研究在国
内还较少。
本研究采用外源喷施水杨酸的处理方法, 从
膜系统、抗氧化物酶系统、渗透调节物质角度,
研究外源水杨酸在棉花幼苗抵抗胁迫过程中的生
理功能及作用机制, 旨在为棉花抗冷生理研究和
应用提供理论依据, 以及寻求外源水杨酸提高棉
花幼苗抗冷性的最佳浓度阈值。
辛慧慧等: 低温胁迫下棉花幼苗对外源水杨酸的生理响应 661
材料与方法
1 试验设计
试验于2013年4月在石河子大学农学院试验
站温室进行, 棉花(Gossypium hirsutum L.)品种为
‘新陆早41号’。采用盆栽试验, 每盆保留棉苗10株,
在自然条件下培养至两叶一心, 移入智能光照培
养箱进行处理。在低温处理48 h进行水杨酸(SA)
叶片喷雾处理, 共设5个水杨酸浓度梯度, 分别为
0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 mmol·L-1, 以蒸馏水处理
作为对照, 每个浓度3个重复, 共喷施2次。然后在
5 ℃低温下处理48 h, 之后常温25 ℃恢复培养
24 h。分别于胁迫0、24 h以及恢复24 h时测定相
关指标。
2 测定指标
相对电导率(REC)采用DDS-307型电导率仪
测定。丙二醛 (MDA)含量采用硫代巴比妥酸
(TBA)法测定(赵世杰等1994)。超氧化物歧化酶
(SOD)活性采用氮蓝四唑法测定(李合生2000)。过
氧化物酶(POD)活性采用愈刨木酚法测定(陈建勋
和王晓峰2006)。过氧化氢酶(CAT)活性采用过氧
化氢紫外线法测定(张治安和陈展宇2008)。可溶
性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250法测定(李合生
2000)。可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定(李合
生2000)。脯氨酸含量采用硫代磺基水杨酸浸提法
测定(李合生2000)。
3 数据分析
采用Excel 2003和SPSS 19.0进行数据处理和
方差分析。
实验结果
1 水杨酸对低温胁迫下棉花幼苗细胞膜稳定性的
影响
细胞膜受伤害的程度可通过细胞膜的相对透
性和MDA含量的变化来间接反映。低温胁迫前,
不同浓度水杨酸处理棉花幼苗叶片REC和MDA含
量与对照相比差异不显著(图1)。低温胁迫24 h后,
不同浓度水杨酸处理的棉花幼苗叶片REC和MDA
含量与对照相比差异显著, 随着水杨酸浓度的增
加, REC和MDA含量均呈现先下降后升高的趋势,
0.6和0.8 mmol·L-1水杨酸处理棉花幼苗叶片REC与
对照相比显著下降34.03%、28.07%, MDA含量下
降30.44%、30.06%。常温光下恢复24 h后, 棉花幼
苗叶片REC和MDA含量变化规律与低温胁迫24 h
的相似, 0.6和0.8 mmol·L-1水杨酸处理的棉花叶片
REC与对照相比下降26.77%、19.84%, MDA含量
下降27.67%、21.94%。由此可见低温胁迫使棉
花幼苗细胞膜透性增大, 导致膜脂过氧化程度加
剧, 而0.6和0.8 mmol·L-1水杨酸能显著降低棉花幼
苗叶片REC和MDA含量, 减轻低温对棉花幼苗的
伤害。
2 水杨酸对低温胁迫下棉花幼苗抗氧化酶活性的
影响
从图2可以看出, 低温胁迫前, 不同浓度水杨
酸处理棉花幼苗叶片SOD、POD和CAT活性与对
照相比具有显著差异, 并随着水杨酸浓度增加呈
先升高后下降的趋势。0.6和0.8 mmol·L-1水杨酸处
理棉花幼苗叶片 S O D活性与对照相比升高
图1 外源水杨酸预处理对低温胁迫下棉花幼苗膜系统的影响
Fig.1 Effects of exogenous SA pretreatment on membrane systems of cotton seedling under low temperature stress
不同小写字母表示同一时间不同处理的差异显著(P<0.05)。下图同此。
植物生理学报662
SOD、POD和CAT活性与对照相比均有显著增
加。表明低温胁迫下喷施不同浓度的水杨酸可增
强棉花幼苗抗氧化酶的活性 , 其中 0 . 6和 0 . 8
mmol·L-1水杨酸能显著增强棉花幼苗抗氧化酶的
活性, 减轻低温对棉花幼苗的伤害。
3 水杨酸对低温胁迫下棉花幼苗渗透调节物质的
影响
渗透调节物质的变化是植物适应逆境的主要
方式之一。如图3所示, 不同的处理时间下可溶性
图2 外源水杨酸预处理对低温胁迫下棉花
幼苗抗氧化物酶活性的影响
Fig.2 Effects of exogenous SA pretreatment on antioxidant
enzyme activities of cotton seedling under
low temperature stress
15.32%、15.91%, POD活性升高11.05%、10.25%,
CAT活性升高90.52%、88.22%。低温胁迫24 h后,
棉花幼苗体内CAT活性有下降的趋势, 而POD和
SOD活性呈上升趋势, 变化规律与胁迫前相似, 与
胁迫前相比, 对照的 POD和SOD活性分别增加
6.88%、5.07%, 而经0.6和0.8 mmol·L-1水杨酸处理
棉花幼苗CAT活性与对照相比显著升高148.82%、
123.44%, POD活性升高12.25%、11.32%, SOD活
性升高27.76%、27.22%。恢复24 h后, SOD、POD
和CAT活性都呈升高趋势, 变化规律与胁迫前相
似, 0.6和0.8 mmol·L-1水杨酸处理的棉花叶片的
图3 外源水杨酸预处理对低温胁迫下棉花
幼苗渗透调节物含量的影响
Fig.3 Effects of exogenous SA pretreatment on osmotic regu-
lation substances of cotton seedling under
low temperature stress
辛慧慧等: 低温胁迫下棉花幼苗对外源水杨酸的生理响应 663
糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量具有相似的变化趋
势, 都随着水杨酸浓度增加呈先升高后下降的趋
势。胁迫前, 0.6 mmol·L-1水杨酸处理的棉花幼苗
叶片可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量与对照
相比显著增加19.78%、29.21%和35.15%。胁迫24
h后, 与胁迫前相比对照的可溶性糖、可溶性蛋白
和脯氨酸含量分别增加48.78%、23.34%和37.92%,
在一定程度上缓解了低温对棉花幼苗造成的伤害,
0.6 mmol·L-1水杨酸处理的棉花幼苗叶片可溶性
糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量最高, 与对照相比
增加74.13%、33.48%和40.88%。恢复处理24 h后,
可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量均呈下降趋
势, 0.6 mmol·L-1水杨酸处理棉花幼苗叶片可溶性
糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量与对照相比分别显
著升高了68.42%、28.34%和24.28%。0.8 mmol·L-1
水杨酸处理的棉花幼苗叶片可溶性糖、可溶性蛋
白和脯氨酸含量与0.6 mmol·L-1处理的在不同处理
时间下差异都不显著。表明低温胁迫下喷施不同
浓度的水杨酸在一定程度上可增加棉花幼苗渗透
调节物质的含量, 其中0.6和0.8 mmol·L-1水杨酸能
显著促进低温胁迫过程中渗透调节物质的合成积
累, 减轻低温对棉花幼苗的伤害。
讨　　论
植物在逆境条件下细胞内自由基代谢平衡被
破坏而有利于自由基的产生, 过剩自由基的毒害
之一是引发或加剧膜脂过氧化, 造成细胞膜系统
的损伤, 导致细胞膜的透性增大, 同时使膜脂过氧
化产物MDA含量增加(Larkindale和Huang 2004)。
本研究中, 5 ℃低温胁迫24 h后棉花幼苗叶片REC
和MDA含量上升, 表明低温使棉花幼苗膜结构和
稳定性受到影响, 导致细胞功能受损, 从而使棉花
幼苗产生冷害症状。
为了减轻或避免活性氧对细胞造成伤害, 植
物形成相应的酶促保护系统, SOD是活性氧清除反
应过程中第一个发挥作用的抗氧化酶, 能将超氧
阴离子自由基快速歧化为过氧化氢和分子氧, 可
以有效减少自由基对膜系统的伤害 (Bowler等
1992)。POD和CAT在植物体内的主要作用是清除
过氧化氢, 并将其分解为氧气和水, 有效地保护细
胞免受毒害损伤(Tsang等1991)。本实验结果表明,
低温胁迫后棉花幼苗叶片SOD和POD活性升高,
CAT活性下降, 表明棉花幼苗主要通过SOD和POD
来降低活性氧的积累, CAT的作用较小。另一方面
棉花幼苗叶片中可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯
氨酸含量增加, 在一定程度上降低了细胞渗透势
和水势, 增强棉花幼苗自身适应逆境的能力。这
与武辉等(2013)的研究结果一致, 证明了棉花幼苗
自身可通过调节渗透调节物质及抗氧化酶等生理
途径, 启动相应的抗逆响应机制来维持代谢平衡,
增强植株抗逆性。但这种作用较小而且有一定的
局限性, 而经水杨酸预处理显著降低了棉花幼苗
叶片REC和MDA含量 , 同时提高了保护酶系
(SOD、POD和CAT)的活性和渗透调节物质(可溶
性蛋白、可溶性糖和游离脯氨酸等)的含量, 说明
水杨酸能进一步增强棉花幼苗抵抗低温胁迫的
能力。
Horvath等(2007)研究表明水杨酸能与水杨酸
结合蛋白结合, 使植物体内过氧化氢含量水平上
升, 过量的过氧化氢激活抗氧化酶活性, 从而提高
植物的抗逆性。而Dat等(2000)认为过高浓度的水
杨酸会对植物产生一系列的毒害作用。初敏等
(2012)研究发现0.75 mmol·L-1外源水杨酸可通过增
加渗透调节物质质量分数和提高抗氧化酶活性来
提高萝卜幼苗对低温胁迫的抗性。刘伟等(2009)
研究表明水杨酸通过提高SOD、POD和CAT的活
性, 降低MDA含量, 调控黄瓜幼苗对低温弱光的抗
性, 适宜浓度为1.0 mmol·L-1。尚庆茂等(2007)报道
0.36 mmol·L-1外源水杨酸可提高黄瓜幼苗对盐胁
迫的抗性。郝敬虹等(2012)发现水杨酸对干旱胁
迫下黄瓜幼苗的适宜浓度为0.1 mmol·L- 1。水杨酸
在提高不同作物抵抗同一种逆境胁迫的浓度范围
是不同的, 而且水杨酸对同一种作物不同逆境胁
迫的适宜浓度也是不同的, 本研究中共设了5个水
杨酸浓度梯度, 结果表明0.6和0.8 mmol·L-1水杨酸
可显著提高棉花幼苗的抗寒性, 而较高浓度对棉
花幼苗的抗寒性作用明显降低。
综上所述, 外源水杨酸可以明显改善低温胁
迫下棉花幼苗的生理特性, 对低温胁迫具有较好
的缓解作用, 说明通过适当浓度的外源水杨酸处
理来提高棉花幼苗的抗寒性是可行的。针对早春
低温冷害多发的新疆棉区, 以水杨酸处理提高棉
植物生理学报664
花幼苗抗寒性的技术具有一定的应用前景。
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