选用目前生产上主推的抗虫棉品种99B和鲁棉研28, 用400 mg mL-1甜菜碱浸种, 及用含或不含0.4% NaCl的Hoagland营养液盆栽培养, 以研究其对棉花幼苗生理特性的影响。结果表明, 无论在盐胁迫还是非盐胁迫条件下, 甜菜碱浸种对棉花幼苗生理特性均有显著影响, 可促进棉花苗期叶片叶绿素合成, 降低叶绿素的a/b值, 增加叶绿素荧光动力学参数Fv/Fm、Fv/Fo、光合电子传递速率(ETR)和光系统Ⅱ的实际量子效率(ΦPSⅡ)值, 从而提高棉花苗期叶片的光合能力; 并提高棉花苗期叶片和茎秆可溶性糖含量及叶片脯氨酸含量, 降低棉花苗期子叶相对电导率, 提高棉花苗期渗透调节能力, 缓解盐胁迫伤害; 同时还增强棉苗子叶硝酸还原酶活性, 促进棉苗氮素代谢。两种品种对甜菜碱的反应趋势一致, 但99B比鲁棉研28更敏感一些。
Cotton is a main agricultural product in the world and salty soils have a tremendous impact on farmers livelihood. Finding ways to increase salt tolerance of cotton is crucial in agricultural. Glycinebetaine (GB) is an amino-acid derivative accumulated in certain plants under water stress, which has been studied as an osmoprotectant in the adaptation to water, salt and cold stress. The adaptation varies with and depends on numerous factors including types of crop, timing and rate of fertilizer application, and environmental conditions. Exogenous GB may help to reduce the negative effects of salt stress in cotton production. The objective of this study is to determine the effects of seed soaking with GB on the salt tolerance of cotton seedlings whether under salt stress or not. Two transgenic insect resistant cotton cultivars 99B and LMY28 abroad generalized in production were used in these examinations. Some of the seeds of the two cotton cultivars were soaked with 400 μg mL-1 GB for 15 h and others with water for 15 h, and then cultured with Hoagland solution or Hoagland solution containing 0.4% NaCl in pots under field conditions. The results indicated that seed soaking with GB promoted the synthesis of chlorophyll, but decreased the value of Chl a/b; increased the chlorophyll fluorescence dynamic parameters Fv/Fm, Fv/Fo, photosynthetic electron transport rate (ETR) and actual quantum efficiency (ΦPSⅡ), which improved the photosynthetic capacity of cotton seedlings, leaves consequently. In addition, seed soaking with GB also increased the soluble sugar content in leafs and stems of cotton seedlings, increased the proline content in leafs of cotton seedlings, but decreased the relative electrical conductivity of cotyledon, indicating that seed soaking with GB can promote osmotic adjustment ability and alleviate the harm caused by salt stress. Seed soaking with GB also promoted N metabolism through increasing the activity of NR of cotyledon. Two cotton cultivars had the same reaction trend to GB treatment.
全 文 :作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2008, 34(2): 305−310 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
基金项目: 国家自然科学基金项目(30260051);山东省农业良种产业化开发项目(2004113, 200510);山东农业大学博士科研启动基金(23220)
作者简介: 李玉静(1979–),女,山东临沂人,硕士,主要从事棉花高产优质栽培生理研究。
* 通讯作者(Corresponding author): 孙学振。E-mail:sunxz@sdau.edu.cn;王振林, E-mail:zlwang@sdau.edu.cn
Received(收稿日期): 2006-11-30; Accepted(接受日期): 2007-02-25.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.00305
甜菜碱浸种对棉苗耐盐性的影响
李玉静 宋宪亮 杨兴洪 刘 娟 李学刚 朱玉庆 孙学振* 王振林*
(作物生物学国家重点实验室/山东农业大学农学院, 山东泰安 271018)
摘 要: 选用目前生产上主推的抗虫棉品种 99B和鲁棉研 28, 用 400 μg mL−1甜菜碱浸种, 及用含或不含 0.4% NaCl
的 Hoagland营养液盆栽培养, 以研究其对棉花幼苗生理特性的影响。结果表明, 无论在盐胁迫还是非盐胁迫条件下,
甜菜碱浸种对棉花幼苗生理特性均有显著影响, 可促进棉花苗期叶片叶绿素合成, 降低叶绿素的 a/b值, 增加叶绿素
荧光动力学参数 Fv/Fm、Fv/Fo、光合电子传递速率(ETR)和光系统Ⅱ的实际量子效率(ΦPSⅡ)值, 从而提高棉花苗期叶
片的光合能力; 并提高棉花苗期叶片和茎秆可溶性糖含量及叶片脯氨酸含量, 降低棉花苗期子叶相对电导率, 提高
棉花苗期渗透调节能力, 缓解盐胁迫伤害; 同时还增强棉苗子叶硝酸还原酶活性, 促进棉苗氮素代谢。两种品种对甜
菜碱的反应趋势一致, 但 99B比鲁棉研 28更敏感一些。
关键词: 棉花; 甜菜碱; 浸种; 盐胁迫; 生理特性
Effects of Seed Soaking with Glycinebetaine on the Salt Tolerance of
Cotton Seedlings
LI Yu-Jing, SONG Xian-Liang, YANG Xing-Hong, LIU Juan, LI Xue-Gang, ZHU Yu-Qing,
SUN Xue-Zhen*, and WANG Zhen-Lin*
(Key Laboratory of Crop Biology of China /Agronomy College of Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong, China)
Abstract: Cotton is a main agricultural product in the world and salty soils have a tremendous impact on farmers livelihood.
Finding ways to increase salt tolerance of cotton is crucial in agricultural. Glycinebetaine (GB) is an amino-acid derivative accu-
mulated in certain plants under water stress, which has been studied as an osmoprotectant in the adaptation to water, salt and cold
stress. The adaptation varies with and depends on numerous factors including types of crop, timing and rate of fertilizer applica-
tion, and environmental conditions. Exogenous GB may help to reduce the negative effects of salt stress in cotton production. The
objective of this study is to determine the effects of seed soaking with GB on the salt tolerance of cotton seedlings whether under
salt stress or not. Two transgenic insect resistant cotton cultivars 99B and LMY28 abroad generalized in production were used in
these examinations. Some of the seeds of the two cotton cultivars were soaked with 400 μg mL−1 GB for 15 h and others with
water for 15 h, and then cultured with Hoagland solution or Hoagland solution containing 0.4% NaCl in pots under field condi-
tions. The results indicated that seed soaking with GB promoted the synthesis of chlorophyll, but decreased the value of Chl a/b;
increased the chlorophyll fluorescence dynamic parameters Fv/Fm, Fv/Fo, photosynthetic electron transport rate (ETR) and actual
quantum efficiency (ΦPSⅡ), which improved the photosynthetic capacity of cotton seedlings, leaves consequently. In addition,
seed soaking with GB also increased the soluble sugar content in leafs and stems of cotton seedlings, increased the proline content
in leafs of cotton seedlings, but decreased the relative electrical conductivity of cotyledon, indicating that seed soaking with GB
can promote osmotic adjustment ability and alleviate the harm caused by salt stress. Seed soaking with GB also promoted N me-
tabolism through increasing the activity of NR of cotyledon. Two cotton cultivars had the same reaction trend to GB treatment.
Keywords: Cotton; Glycinebetaine; Soaking seed; Salt stress; Physiological characteristics
306 作 物 学 报 第 34卷
据统计, 全世界的盐渍土约占陆地面积的 1/3,
我国大约有 667 万公顷, 分布地区地势平坦土层深厚,
地下地表水资源都较丰富, 生产潜力较大, 随着人
口的增加和耕地面积的日益减少, 开发利用盐碱地
变得越来越重要[1]。棉花是我国最重要的经济作物,
是较耐盐碱的大田作物之一, 因此, 棉花是改良利
用盐渍土、提高土地生产力的一种先锋作物。但是
棉花的耐盐碱能力也是有限的 , 盐碱地棉花成苗
难、缺苗断垄、苗弱晚发、产量低而不稳, 影响植
棉效益。
甜菜碱是生物界广泛存在的一种非毒性渗透调
节物质,被认为是最有希望的渗透保护剂,在植物抗
盐、耐旱研究中已越来越受到重视。许多高等植物
在受到水/盐胁迫时积累大量甜菜碱, 它不仅作为无
毒害的渗透调节剂维持细胞膨压 ,而且还能稳定酶
和细胞膜结构,清除自由基等[2]。许兴等通过对宁夏
枸杞主要渗透调节物质的研究 ,发现盐胁迫下枸杞
体内积累甜菜碱是枸杞抗盐生理的一个主要方
面[3]。外源甜菜碱可缓解盐渍造成的小麦幼苗叶片
的水分损失,改善小麦幼苗的水分状况,这种作用主
要是通过促进脯氨酸和可溶性糖的积累进而提高小
麦叶片的渗透调节能力来实现[4-5]。外源甜菜碱还可
以维持盐胁迫下小麦幼苗叶片的抗氧化酶 (SOD,
APX, POD)活性,缓解盐渍造成的盐胁迫伤害,对盐
胁迫下小麦幼苗生物膜的稳定性和完整性起到保护
作用[5]。赵新西等研究发现[6], 甜菜碱预处理能够显
著缓解盐胁迫导致的小麦类囊体膜各类脂肪酸配比
的下降, 以此来缓解叶绿素含量的降低, 维持良好
的 Ca+-ATPase活性及 Hill反应活力。前人对外源甜
菜碱增强小麦[5]、玉米[7]、大麦[8]等作物耐盐性方面
做了大量研究, 但在利用甜菜碱提高棉花抗盐性研
究方面国内少有报道。本试验拟探讨甜菜碱对棉花
抗盐性的作用和生理机制, 这对丰富棉花耐盐理论,
开发盐碱地棉花生产的高效简约化栽培技术都具有
重要意义。
1 材料与方法
1.1 试验材料与设计
1.1.1 供试材料 选用 99B和鲁棉研 28(LMY28)
两个生产上正在推广的抗虫棉新品种, 种子经硫酸
脱绒, 清水冲洗干净后晾干, 播前选外观(大小、性
状、色泽等)一致的种子, 用 0.1% HgCl2消毒 10 min,
清水洗净, 自然晾干。甜菜碱为 Sigma 公司生产的
甘氨酸甜菜碱。
1.1.2 试验设计 于山东农业大学科技示范园 ,
选塑料盆(28 cm × 18 cm × 24 cm), 装 10 kg石英砂,
将处理好的种子每盆 20粒均匀播种。置自然条件下,
每天每盆用相应的培养液定量浇灌, 各处理间苗、
定苗、病虫害防治等措施相同。
①清水浸种 15 h, 用 Hoagland营养液培养作为
对照 1(CK1); ②400 μg mL−1甜菜碱浸种 15 h, 用
Hoagland营养液培养作为处理 1(Ⅰ); ③清水浸种 15
h, 用含有 0.4% NaCl的Hoagland营养液培养作为对
照 2(CK2); ④400 μg mL−1甜菜碱浸种 15 h, 用含有
0.4% NaCl 的 Hoagland 营养液培养作为处理 2(Ⅱ),
每个处理 36盆。
1.1.3 取样方法 于 1~2 真叶期, 测定棉苗子叶
的相对电导率和硝酸还原酶(NR)活性; 于 3~4 真叶
期, 测定第 1 片真叶的叶绿素含量、荧光动力学参
数和光合速率。然后取全株并分成茎、叶两部分, 放
入烘箱以 105℃杀青 30 min, 再以 80℃烘至恒重, 干
样用秸秆磨样机磨碎。分别取茎、叶干粉, 用于可
溶性糖含量和脯氨酸含量的测定。
1.2 测定项目及方法
1.2.1 叶绿素含量 用 95%乙醇提取 48 h, 用日
本岛津公司 UV-2450 紫外可见分光光度计测定
OD665、OD649值, 计算叶绿素含量[9]。
1.2.2 光合速率 晴天 10:00—13:00, 选取受光
方向相同、大小相近的 6片叶, 用 LI-6400型便携式
光合测定系统测定。
1.2.3 荧光动力学参数 晴天 10:00—13:00, 采
用英国 Hansatech 公司生产 FMS-2 型便携调制式荧
光仪测定。
1.2.4 可溶性糖含量 采用蒽酮比色法测定[9]。
1.2.5 脯氨酸含量 用茚三酮显色法测定[9]。
1.2.6 相对电导率 参照赵士杰等的方法测定[10]。
相对电导率 Y = (RC-RC0)/(RC’-RC0) × 100%。
1.2.7 硝酸还原酶活性测定 参照陈薇、张德颐
活性测定法[11]。称取剪碎叶片 1.000 g左右, 放入试
管, 加 9 mL 提取液, 真空抽气 10 min, 中间放气
2~3 次, 置于暗室 20 min, 取出后加入反应终止液
1 mL, 立即震荡, 分别取浸提液 2 mL置试管中, 加
4 mL 0.02% α-萘胺, 震荡摇匀静置 35 min, 测 OD540
值。
测定数据采用 DPS软件进行处理。
第 2期 李玉静等: 甜菜碱浸种对棉苗耐盐性的影响 307
2 结果与分析
2.1 甜菜碱浸种对棉花苗期光合色素含量和光
合速率的影响
由表 1 可以看出, 在无盐胁迫条件下, 甜菜碱
浸种能够提高叶片中 Chla、Chlb、Chla+Chlb 含量
和光合速率, 降低 Chla/b 比值, 两品种表现有一定
差异, 99B的 Chla、Chlb、Chla+Chlb含量、Chla/b
比值和光合速率与 CK1 均达显著差异; 鲁棉研 28
Chla+Chlb含量显著提高, Chlb含量和 Chla/b比值与
CK1 达极显著差异, Chla 含量和光合速率差异不显
著。盐胁迫极显著地降低了叶片叶绿素含量和光合
速率, 提高了 Chla/b比值。在盐胁迫条件下, 甜菜碱
浸种提高了叶片 Chla、Chlb、Chla+Chlb 含量和光
合速率, 且均与 CK2 达极显著差异, 对 Chla/b 比值
无显著影响, 两品种表现趋势一致。
表 1 甜菜碱浸种对棉花苗期光合色素含量和光合速率的影响
Table 1 Effects of seed soaking with GB on the chlorophyll content and photosynthetic rate at seedling stage
品种
Cultivar
处理
Treat-
ment
叶绿素 a含量
Chla
(mg g−1 FW)
叶绿素 b含量
Chlb
(mg g−1 FW)
叶绿素总含量
Chla+Chlb
(mg g−1 FW)
叶绿素 a/b
Chla/b
光合速率
Photosynthetic rate
(μmol CO2 m−2 s−1)
CK1 1.68 Ab 0.54 Ab 2.22 Ab 3.08 Bb 10.55 ABb
Ⅰ 1.75 Aa 0.59 Aa 2.33 Aa 2.97 Bc 12.15 Aa
CK2 1.46 Bc 0.45 Bc 1.91 Bc 3.23 Aa 9.40 Bb
99B
Ⅱ 1.79 Aa 0.55 Aab 2.34 Aa 3.30 Aa 12.53 Aa
CK1 1.75 Aa 0.55 Bb 2.30 Ab 3.19 Bb 11.96 Aa
Ⅰ 1.79 Aa 0.61 Aa 2.39 Aa 2.96 Cc 12.46 Aa
CK2 1.38 Cc 0.40 Dd 1.78 Cd 3.39 Aa 9.91 Bb
鲁棉研 28
LMY 28
Ⅱ 1.63 Bb 0.49 Cc 2.12 Bc 3.32 Aa 12.26 Aa
表中标以不同小、大写字母的同列数值分别在 0.05和 0.01水平上差异显著。
Values followed by a different small or capital letter are significantly different in a column at the 0.05 or 0.01 probability levels.
2.2 对棉花苗期荧光动力学参数的影响
在荧光诱导动力学参数的测定中, Fv/Fm可代表
光系统Ⅱ光化学的最大效率或光系统Ⅱ原初光能转
化效率, 而 Fv/Fo 可代表光系统Ⅱ的潜在活性, ETR
是光合电子传递速率, ΦPSⅡ可代表光能实际转化效
率。由表 2可以看出, 在无盐胁迫条件下, 甜菜碱浸
种能够提高棉苗叶片 Fv/Fm值、Fv/Fo值、ETR 值和
ΦPSⅡ值, 两品种表现有一定差异, 99B的 4个参数值
与 CK1 均达极显著差异; 鲁棉研 28 的 Fv/Fm值与
CK1 达极显著水平, 而 Fv/Fo值、ETR 值和 ΦPSⅡ值
与 CK1没有显著差异。盐胁迫对棉花苗期这四个参
数值影响不显著, 两品种表现一致。在盐胁迫条件
下, 甜菜碱浸种显著提高了 99B 的 Fv/Fm值、Fv/Fo
值, 极显著提高了其 ETR 值和 ΦPSⅡ值; 鲁棉研 28
的 Fv/Fm值和 ETR 值与 CK2 差异达显著水平, 而
Fv/Fo值和 ΦPSⅡ值与 CK2无明显差异。
表 2 甜菜碱浸种对棉花苗期荧光动力学参数的影响
Table 2 Effects of seed soaking with GB on the chlorophyll fluorescence parameters at seedling stage
品种
Cultivar
处理
Treatment
Fv/Fm Fv/Fo ETR ΦPSⅡ
CK1 0.75 Bb 3.37 Bbc 2.20 Cc 0.60 Bbc
Ⅰ 0.81 Aa 4.26 Aa 3.24 Bb 0.66 Aa
CK2 0.75 Bb 3.08 Bc 2.00 Cc 0.58 Bc
99B
Ⅱ 0.78 Ba 3.58 Bb 3.71 Aa 0.63 Aab
CK1 0.74 Bbc 3.72 Aa 3.68 Aab 0.63 Aa
Ⅰ 0.81 Aa 3.75 Aa 3.83 Aa 0.65 Aa
CK2 0.73 Bc 3.37 Aa 3.40 Ab 0.62 Aa
鲁棉研 28
LMY28
Ⅱ 0.80 ABab 3.66 Aa 3.80 Aa 0.63 Aa
表中标以不同小、大写字母的同列数值分别在 0.05和 0.01水平上差异显著。
Values followed by a different small or capital letter are significantly different in a column at the 0.05 or 0.01 probability levels.
308 作 物 学 报 第 34卷
2.3 甜菜碱浸种对棉花苗期可溶性糖含量的影响
由表 3 可以看出, 在无盐胁迫条件下, 甜菜碱
浸种提高了棉苗叶片和茎秆中可溶性糖含量, 两品
种叶片中的可溶性糖含量与 CK1 差异极显著, 99B
茎秆中的可溶性糖含量与 CK1差异显著。盐胁迫降
低了叶片和茎秆中可溶性糖含量, 两品种 CK2 与
CK1 差异极显著或显著。盐胁迫条件下, 甜菜碱浸
种提高了两品种叶片和茎秆中可溶性糖含量 , 与
CK2差异均达极显著水平。
表 3 甜菜碱浸种对棉花苗期可溶性糖含量的影响
Table 3 Effects of seed soaking with GB on the soluble sugar
content at seedling stage
可溶性糖 Soluble sugar content(%)品种
Cultivar
处理
Treatment 叶片 Leaf 茎秆 Stem
CK1 12.85 Bb 12.68 ABb
Ⅰ 13.93 Aa 13.49 Aa
CK2 9.76 Dd 11.65 Cc
99B
Ⅱ 10.33 Cc 12.51 ABb
CK1 12.69 Bb 11.03 ABa
Ⅰ 13.02 Aa 12.40 Aa
CK2 10.11 Cd 10.59 Bb
鲁棉研 28
LMY28
Ⅱ 12.73 Bb 11.83 Aa
表中标以不同小、大写字母的同列数值分别在 0.05和 0.01
水平上差异显著。
Values followed by a different small or capital letter are sig-
nificantly different in a column at the 0.05 or 0.01 probability levels.
2.4 甜菜碱浸种对棉花苗期叶片脯氨酸含量的
影响
脯氨酸的积累可以提高植物的耐盐性。在盐胁
迫条件下, 脯氨酸可以作为渗调剂、氮源、酶和细
胞结构保护剂, 防止质膜通透性的变化, 保护质膜
的完整性, 稳定膜结构[12]。
图 1显示, 甜菜碱浸种促使非盐胁迫条件下棉
图 1 甜菜碱浸种对棉花苗期叶片脯氨酸含量的影响
Fig. 1 Effects of seed soaking with GB on the praline content
of leaves at seedling stage
苗叶片合成脯氨酸, 99B 和鲁棉研 28 脯氨酸含量分
别比 CK1增加 16.4%和 3.9%(P<0.01)。盐胁迫导致
两品种叶片内脯氨酸含量分别增加 14.0%和 156.5%
(P<0.01)。甜菜碱浸种能够进一步促使盐胁迫条件
下棉苗叶片合成脯氨酸, 两品种处理Ⅱ分别比 CK2
增加 190.0%和 10.2% (P<0.01)。由此说明, 甜菜碱
浸种可促进叶片中脯氨酸的合成, 在盐胁迫条件下
品种间表现有差异, 鲁棉研 28叶片脯氨酸的积累量
高于 99B。
2.5 甜菜碱浸种对棉花苗期子叶相对电导率的
影响
当植物处于盐胁迫条件下时, 首先造成的破坏
是膜伤害, 导致膜的透性增加。因此可以根据组织电
解质外渗量来判断盐胁迫条件下对植物造成的伤害
程度。图 2 显示, 甜菜碱浸种能够降低非盐胁迫条
件下棉苗子叶相对电导率, 99B 和鲁棉研 28 与 CK1
相比分别下降 10.2%和 5.5%(P<0.01)。盐胁迫导致两
品种相对电导率分别升高 205.7%和 147.0%(P<0.01)。
菜碱浸种能够缓解盐胁迫造成的膜伤害, 两品种处
理Ⅱ与 CK2相比分别下降 20.4%和 15.0%(P<0.01)。
同时显示, 在盐胁迫条件下 99B 相对电导率升高的
幅度大于鲁棉研 28。
图 2 甜菜碱浸种对棉花苗期子叶相对电导率的影响
Fig. 2 Effects of seed soaking with GB on the relative electric
conductivity of cotyledon at seedling stage
2.6 甜菜碱浸种对棉花苗期子叶硝酸还原酶活
性的影响
硝酸还原酶(Nitrate Reductase, NR)为 NO3−同化
过程中的第一个关键酶, 影响着植物体内的氮素循
环。图 3显示, 甜菜碱浸种能够提高非盐胁迫条件下
棉苗子叶硝酸还原酶活性, 99B和鲁棉研 28硝酸还原
酶活性分别比 CK1提高 26.1%和 17.7% (P< 0.01)。盐
胁迫导致两品种硝酸还原酶活性分别下降 13.2%和
3.4% (P<0.01)。甜菜碱浸种能够缓解盐胁迫造成的
硝酸还原酶活性下降, 两品种处理Ⅱ分别比 CK2 提
第 2期 李玉静等: 甜菜碱浸种对棉苗耐盐性的影响 309
高 25.1%和 18.9%(P<0.01)。
图 3 甜菜碱浸种对棉花苗期子叶硝酸还原酶活性的影响
Fig. 3 Effects of seed soaking with GB on NR activity of coty-
ledon at seedling stage
3 讨论
光化学反应的进行和光合电子的传递要求适当
的生理环境以及完整的光合膜。盐胁迫产生渗透胁
迫和离子胁迫, 使细胞失水以及离子大量进入叶绿
体, 导致类囊体膜片层松散、扭曲、光合速率下降、
同化物供应减少, 导致作物产量下降[13]; NaCl或 Cl−
能提高叶绿素酶的活性, 促使叶绿素分解, 使其含
量降低, 从而影响植物光合作用的光反应和植物生
长[14]。本研究发现, 0.4% NaCl 溶液胁迫显著降低
3~4 真叶期棉苗的叶绿素含量和光合速率, 这主要
因为在盐胁迫下出现了氧化胁迫色素漂白加重[15]、
类囊体膜各类脂肪酸不饱和度改变以致严重影响其
功能[6]。前人研究发现, 盐胁迫导致玉米[16]、小麦[5]、
大豆[17]、枸杞[3]等 Fv/Fo、Fv/Fm、ΦPSⅡ显著下降, 但
是棉花在盐胁迫下光合、荧光会如何变化却少有报
道。本试验显示, 盐胁迫对棉苗荧光动力学参数并
无明显影响, 这可能与棉花本身的耐盐特性和试验
盐处理浓度有关。
甜菜碱能够促进 PSⅡ的氧化活性与 ATP 的合
成, 减轻胁迫对光合膜的损伤 [18-19], 甜菜碱处理的
小麦幼苗单位叶面积的色素含量会显著高于未施用
外源甜菜碱的小麦幼苗[5]。Harinasut等[20]和 Makela
等 [21]也曾报道甜菜碱对蛋白质和色素的保护作用 ,
但其作用机理还不清楚。本研究也发现, 无论在非
盐胁迫还是盐胁迫条件下, 400 μg mL−1甜菜碱浸种
可以提高棉花苗期叶绿素含量, 降低叶绿素 a/b 值,
同时提高 Fv/Fo、Fv/Fm、光合电子传递速率(ETR)和
光系统Ⅱ的实际量子效率(ΦPSⅡ)值, 增强光系统Ⅱ
的活性和光系统Ⅱ光化学的最大效率, 提高光系统
Ⅱ反应中心开放部分的比例, 提高 ΦPSⅡ和 ETR, 减
少棉苗叶片荧光耗散, 从而提高叶片的光合速率。
这对盐胁迫下棉花苗期光合速率的维持具有积极意
义。
植物在多种逆境下都会发生水分状况的恶化 ,
同时植物在多种逆境下也会有渗透调节作用的发
生。大量试验表明盐胁迫下, 植物细胞通过合成、
积累在渗透上有活性而对细胞无毒的有机物来进行
渗透调节 [21-23]。部分盐生植物和非盐生植物在盐渍
环境中合成大量的渗透调节物质,如脯氨酸、甜菜碱
和可溶性糖等[24], 这些渗透调节物质可以保持细胞
内水分和从外部吸水, 以改善植物水分状况。根施
甜菜碱对水分胁迫下小麦幼苗水分状况的改善作用
充分证明了这一点[4]。本试验结果显示, 甜菜碱浸种
可提高棉花苗期叶片和茎秆内可溶性糖含量, 提高
叶片脯氨酸含量 , 这与在小麦上的研究结果一
致[4,6]。盐胁迫破坏了生物膜的稳定性和完整性,而甜
菜碱浸种的棉花幼苗在盐胁迫下虽然相对电导率也
有一定程度的增加, 但增加程度要明显低于未经甜
菜碱处理的叶片, 说明甜菜碱可对盐胁迫下的棉花
幼苗叶片的生物膜起到一定的保护作用, 这与郭启
芳等[5]的研究结果一致。但甜菜碱是如何促进这些
物质的积累以保护膜的稳定性的还需进一步研究。
硝酸还原酶(NR)是氮代谢过程中的第一个酶 ,
其活性常被作为衡量植物体内氮素代谢的重要指
标。本研究表明, 无论在盐胁迫还是非盐胁迫条件
下, 甜菜碱浸种均可显著提高棉花子叶中硝酸还原
酶的活性,从而促进氮素代谢。还有试验报道, 甜菜
碱能够保护盐胁迫下小麦叶片的部分抗氧化酶(主
要包括 SOD、APX、CAT 和 POD)的活性, 进而缓
解盐胁迫造成的氧化胁迫对小麦叶片的膜脂和生物
大分子的破坏作用[5]。在枸杞[3]、大麦[8]上也有类似
的报告。如果甜菜碱浸种对棉花幼苗也有类似的效
应, 那么这也可能是其在减轻 NaCl对光合机构的伤
害, 促进光能转化利用与渗透调节物质合成, 保护
生物膜的稳定性和完整性的原因之一。对此我们将
作进一步研究。
4 结论
甜菜碱浸种在盐胁迫逆境下能够维持棉苗细胞
膜的稳定性, 减轻具有精细结构的叶绿体和类囊体
膜的盐渍伤害, 从而维持较高光合能力和较低叶片
相对电导率; 提高棉苗有机渗透调节物质合成, 以
适应胁迫环境; 发挥对生物大分子的保护作用, 使
310 作 物 学 报 第 34卷
棉苗硝酸还原酶维持较高的活性, 间接提高棉花幼
苗的抗盐能力; 同时对非盐胁迫下棉苗生理特性也
有一定的改善作用。因此, 施用外源甜菜碱对提高
棉花耐盐性是有效的。99B较鲁棉研 28对甜菜碱处
理更敏感, 可能与其耐盐性差异有关。
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