外源 24-表油菜素内酯诱导棉花耐冻性的生理机制初探

王倍贝

巴里坤县气象局 839200

摘要:为明确外源24-表油菜素内酯EBR是否提高棉花耐冷能力，研究了外源24-表油菜素内酯(EBR)对低温胁迫下棉花幼苗光合、生理的影响。以鲁棉研28和泗棉3号为试验材料，在中棉所东场试验站采用大田试验，棉花苗期第一次低温来临前叶面喷施蒸馏水（对照）和不同浓度的EBR（0.1mg/L和0.2mg/L),采用仪器或者方法测定叶片的相对电导率、叶绿素含量，绘制了快速叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP）及荧光参数。外源EBR显著降低低温胁迫下棉花叶片的相对电导率、缓解低温对PSⅡ反应中心的破坏，增加有活性PSⅡ反应中心的数量。外源EBR可以提高棉花幼苗耐低温能力和缓解低温对棉花光合作用的抑制作用。

关键字:棉花;低温;生理指标;外源24-表油菜素内酯

引言

棉花是我国最重要的经济作物之一，近年来接近60%的棉花产量都来自西北内陆棉区，但西北内陆无霜期短，前期易遭受冷害和终霜期危害，造成棉花生长发育受挫甚至缺苗断垄导致重播，低温冷害是影响当地棉花生产的重要因素之一^[1,2]，棉花是喜温作物，对低温敏感。棉花出苗期及苗期易遭受倒春寒，冷害发生频繁，严重影响植株的生长发育和产量形成。光合作用对低温胁迫非常敏感,尤其是光系统Ⅱ反应中心，可以作为反映植物受到低温伤害程度的指标^[3]。低温胁迫使叶绿素降解，破坏光合机理，影响光能量的吸收、俘获、转化和分配，阻碍光合电子的传递，最终导致光合能力下降。^[4]。快速叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP）可以反映光系统Ⅱ复合体的生理状态，分析逆境胁迫影响光合作用的部位，已经成为研究植物耐逆性的方便、快速、无损伤的重要手段之一。

1.材料与方法

1.1试验设计

试验于2017年3月-4月在中国农业科学院棉花研究所东场试验站基地（河南省安阳县，

36Ｏ07’N，114Ｏ22’E）进行。以鲁棉研28（lumianyan 28）和泗棉3号(simian3hao)为供试材料，采用完全随机区组设计,3次重复。3月26日播种，双层塑料薄膜覆盖。幼苗及时释放。4月9日降温前一天叶面喷施蒸馏水（CK）、0.1mg/L(T1)和0.2mg/L(T2)24-表油菜素内酯（EBR）。3天后测定子叶的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线和生理指标。

从田间试验站获得试验田气象资料，3月26-4月8号平均气温13.11℃，日照时间合计为88h，≥10℃活动积温183.6℃。地膜覆盖可以增加地温2-5℃。4月9号-11号平均气温11.3℃，日照时间合计7.3h，≥10℃活动积温33.7℃。

1.2相对电导率和叶绿素含量的测定

相对电导率（RCE）使用METTLER TOLEDO型电导率仪，取棉花子叶先用蒸馏水冲洗3-4次，然后用滤纸吸干表面水分。避开主叶脉将叶片剪成均匀的条状，称取0.1g左右置于试管中，第一组加入10ml去离子水室温浸泡12h，用电导仪测定提取液的电导率（R1），第二组用沸水浴30min,冷却至室温摇匀再次测提取液的电导率（R2）。相对电导率= R1/ R2×100%。

叶绿素含量的测定采用的是丙酮乙醇混合液法。

1.3快速叶绿素荧光诱导曲线测量和JIP-参数计算

采用便捷式植物效率分析仪Handy-PEA(Han satech,英国)测量快速叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP）。测量之前棉花子叶用暗适应夹进行暗适应30min，采用3000µmol m-2s-1红光诱导叶绿素荧光,测定时间1s。本实验利用的基础荧光参数为：20um时荧光（O相，Fo）、2ms时荧光（J相，Fj）、30ms时荧光（I相，Fi）、最大荧光（P相，Fm）、最大光化学效率Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm、时间t的相对可变荧光Vt=(Ft-Fo)/（Fm-Fo）。其它荧光参数参照Strasser&Drivastava(2000)计算。

1.4外源EBR对低温胁迫下棉花幼苗相对电导率的影响

由低温胁迫下不同处理对棉花的相对电导率影响可知，在低温胁迫下，与喷施蒸馏水相比，外源喷施EBR显著降低棉花幼苗叶片的相对电导率。中棉所60和鲁棉研28 不同浓度EBR处理之间没有显著差异，但泗棉3号0.2mg/L EBR处理后叶片相对电导率显著低于0.1mg/L 。外源喷施0.1mg/L 和0.2mg/L EBR中棉所60、鲁棉28和泗棉3号相对电导率分别降低32.8%和19.9%、17.7%和23.2%、17%和32.3%。以上结果表明外源EBR可以降低低温胁迫下棉花幼苗叶片细胞膜的透性，缓解低温对棉花幼苗细胞膜的伤害，而且EBR的作用效果与其浓度相关。

1.5外源EBR对低温胁迫下棉花幼苗叶绿素含量的影响

低温胁迫下与喷施蒸馏水相比，叶片喷施适宜浓度的EBR显著提提高棉花幼苗叶绿素a（Chl a）和叶绿素b（Chl b）的含量。鲁棉研28和泗棉3号0.2mg/L EBR处理后叶绿素a和叶绿素b提高幅度最大分别为32.6%和15.3%、18.9%和15.0%。但0.1mg/L 和0.2mg/L EBR均显著提高了总叶绿素含量，鲁棉研28不同浓度的EBR之间差异不显著，与喷蒸馏水相比，总叶绿素含量提高6.7%-18.06%。以上结果表明，外源EBR可以提高低温胁迫下棉花幼苗叶绿素含量，且作用效果与EBR的浓度相关。

2.结果与分析

植物受到逆境影响时，细胞膜遭到破坏，膜透性增大，从而使细胞内的电解质外渗，植物细胞浸提液的电导率增大。Dex ter 首次将电导法用于植物抗寒性研究之后, 细胞膜透性被广泛的应用于鉴定植物的抗冷能力。我们发现低温胁迫下喷施EBR棉花幼苗叶片的相对电导率显著下降，表明外源EBR可以缓解低温对棉花叶片细胞膜的损害，提高棉花耐冷能力。低温易造成叶绿素降解，导致叶绿素含量降低。我们研究发现与对照相比，外源EBR处理棉花幼苗叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量不同程度的提高，表明外源EBR对低温胁迫下棉花幼苗叶绿素具有保护作用。同时，0.1mg/L和0.2mg/L外源EBR对鲁棉研28相对电导率和叶绿素含量的影响差异不显著，但泗棉3号不同浓度EBR作用效果差异显著，这可能是由于不同品种对EBR响应能力存在差异。

低温导致光合作用下降主要是由于对类囊体造成氧化破坏、阻碍光合电子传递、光系统Ⅱ蛋白质构相改变和解离、反应中心失活等。D.PRVANOVA 等研究发现低温显著降低烟草光系统Ⅱ反应中心捕获光能的利用效率和阻碍电子传递，在结缕草、小麦、黑麦、大豆发现相同的现象。我们利用JIP-test进一步分析发现与喷施蒸馏水相比，外源EBR可以减少失活的PSⅡ反应中心的数量，同时提高PSⅡ对吸收光能的捕获效率，增加进入电子传递链的电子以及增大QA下游电子受体库，促进光合电子传递。表明外源EBR可能通过缓解低温对棉花幼苗PSⅡ反应中心的破坏，进而维持PSⅡ较高的光化学活性。与李涛涛等研究外源BRs对多种环境胁迫下3种杨树的影响结果一致。

3.小结与讨论

外源24-表油菜素内酯能够减轻低温对棉花幼苗细胞膜的伤害，提高棉花幼苗的耐冷能力。通过提高叶绿素含量、保护PSⅡ反应中心活性和PSⅡ受体侧电子传递能力提高低温胁迫下棉花幼苗的光合能力。

参考文献

[1] 武威,张巨松,石俊毅等.棉花幼苗对不同程度低温逆境的生理响应[J].西北植物学报,2013,33（1）:0074-0082 Actabot.Boreal.Occident.Sin

[2] Liu Ao,Hu Zhengrong , Bi Aoyue .et al. Photosynthesis, antioxidant system and gene expression of bermudagrass in response to low temperature and salt stress[J]. Ecotoxicology (2016) 25:1445–1457DOI 10.1007/s10646-016-1696-9

[3] 刘春英,陈大印,盖树鹏等.高低温胁迫对牡丹叶片 PSⅡ功能和生理特性的影响[J].应用生态学报,2012,23(1)133－139 Chinese Journal of Applied Ecology

[4] 武威,戴海芳,张巨松等.棉花幼苗叶片光合特性对低温胁迫及恢复处理的响应[J].植物生态学报2014, 38 (10): 1124–1134 Chinese Journal of Plant Ecology

作者简介：王倍贝（1995-），女，汉族，新疆哈密市巴里坤县人，本科学历，从事气象工作。