低温下外源水杨酸对水稻幼苗光合作用的影响

摘 要 :以水稻(Oryza sativa L.)品种西农优1号为材料,用0.5 mmol/L外源水杨酸(SA)对水稻幼苗进行叶面喷施和灌根预处理.结果表明,用0.5 mmol/L SA预处理使水稻幼苗叶片在低温胁迫下总叶绿素含量增加,气孔导度及胞间CO2含量下降,净光合速率增加,电解质渗漏率和丙二醛(MDA)含量降低.说明SA可能为低温胁迫下水稻幼苗的光合器官提供保护作用,从而减轻低温胁迫对水稻幼苗的伤害,提高水稻幼苗的抗寒性.

关 键 词 :水稻(Oryza sativa L.);幼苗;低温;外源水杨酸(SA);光合作用

中图分类号:S511;Q946.885 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2012)05-0883-04

Effects of Salicylic Acid on Photosynthesis of Rice Seedlings under Chilling Stress

ZHANG Rui1,GONG Shou-fu2,LI Ke-fan1,WANG San-gen3,L Jun3

(1.Department of Biological Engineering, Zhoukou Vocational Technical College, Zhoukou 466000,Henan,China;

2. Department of Planning and Design, Xinyang Agricultural College, Xinyang 464000, Henan,China;

3.College of Agronomy and Biotechnology,Southwest University, Chongqing 400716, China)

Abstract: The effect of salicylic acid(SA) pretreatment on photosynthesis of “Xinongyou 1” rice seedlings under chilling stress was investigated. The results showed that 0.5 mmol/L SA pretreatment increased the chlorophyll content, and net photosynthetic rate, while decreased stomatal conductivity, intercellular content, electrolytes leakage and malondialdehyde(MDA). It was indicated that SA pretreatment could increase chilling resistance of rice seedling by protecting photosynthetic organization.


Key words: rice(Oryza sativa L.); seedling; chilling stress; salicylic acid(SA); photosynthesis

低温冷害是一种世界范围的自然灾害,已经成为危害农业生产的主要问题之一.水稻(Oryza sativa L.)是我国重要的农作物之一,受温度影响较大.外源水杨酸(Salicylic acid,SA)是植物体内普遍存在的一种小分子酚类化合物,被认为是一种新的激素参与调节植物的许多生理过程.目前的研究主要集中在SA诱导植株抗病性方面,有关SA在植物抗逆境方面的研究报道也较多[1-6],最近的研究表明SA能通过调节其抗氧化机制提高水稻幼苗的抗寒性[7]和抗热性[8],SA能保护黄瓜幼苗的光合器官,从而提高黄瓜幼苗的光合性能[9-12],提高休眠期茶树的光合作用和抗冻性[13],明显减轻高温强光胁迫对小麦光合器官的破坏,维持较高的净光合速率[14,15].但关于SA对提高水稻幼苗抗寒性与其光合性能的关系的研究在国内外还鲜见报道.本试验主要研究外源SA预处理对低温胁迫下水稻幼苗物质生产等方面的影响,以探究其光合性能在低温下的变化,从对水稻幼苗的光合器官保护方面研究SA预处理是否能提高其抗寒性.

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试水稻品种为西农优1号,由西南大学水稻研究所提供.

1.2 培养和处理方法

SA为分析纯,先用蒸馏水溶解,再用1 mol/L NaOH调至pH 6.8,配成100 mmol/L的母液,使用前配成所需浓度0.5 mmol/L.

种子按常规方法消毒,浸种和催芽后播于自制的带有尼龙网的培养钵内,每钵播100粒,用1/2浓度的国际水稻所研制的水稻培养液,在人工气候室(25~27 ℃)下培养至二叶一心时对水稻幼苗进行6 ℃下持续5 d的低温处理,用SA对其叶片进行喷施处理和对其根系进行灌根处理.叶面喷施处理:低温处理前24 h用0.5 mmol/L的SA喷洒水稻幼苗叶片,同时设有低温对照,低温对照只喷洒等量清水,每个处理均设3次重复.灌根处理:低温处理前24 h用0.5 mmol/L的SA灌根处理,同时设有低温对照,每个处理设3次重复.水稻幼苗在6℃下处理5 d,测定各项指标,每个处理重复3次.低温处理6、12、24、48 h,取水稻叶片各1次.

细胞膜透性测定和丙二醛(MDA)含量的测定参照邹琦[16]的方法;叶绿素含量的参照李合生[17]的方法.光合指标用LI-6400便携式光合作用测定系统进行测定.各个处理用LI-6400光合系统测定仪于6月2日下午2∶00和6月3日上午10∶00左右进行测定,光照度为60 μmol/(m2s).

2 结果与分析

2.1 SA预处理对水稻幼苗总叶绿素含量的影响

图1表明,在低温胁迫下,SA叶面喷施和灌根处理水稻幼苗叶片的叶绿素含量明显高于低温对照植株.表1数据分析也表明,在低温胁迫下随着低温处理时间的延长水稻幼苗叶片的叶绿素含量均有所下降,但SA预处理植株的叶片叶绿素含量降低速度较慢,其差异均达到极显著水平.

2.2 SA预处理对水稻幼苗气孔导度的影响

气孔导度是植物遭受环境胁迫的敏感指标之一,研究表明低温引起植物叶片气孔阻力增加.试验结果如图2和表1.图2和表1结果表明,在低温胁迫下,SA处理水稻幼苗叶片的气孔导度明显低于低温对照植株,在低温胁迫6 h时,SA叶片处理和灌根处理植株的气孔导度与对照差异达极显著水平,叶片气孔阻力增加.

2.3 SA预处理对水稻幼苗胞间CO2含量的影响

胞间CO2是与光合作用密切相关的一个重要指标,其数值大小很大程度上可以反映光合作用的强弱,可用于分析光合速率下降的原因.图3和表1结果表明,在低温胁迫下,SA预处理水稻幼苗叶片的胞间CO2含量明显低于低温对照植株,差异达到极显著水平.而两次测量植株胞间CO2含量相差较大,可能是由于所测定的时间不同所致.

2.4 SA预处理对水稻幼苗净光合速率的影响

低温对光合作用最明显的影响是净光合速率下降,当植物出现低温伤害症状时,一般来说光合速率都有明显的下降.图4和表1结果表明,随着低温处理时间的延长水稻幼苗叶片的净光合速率均有所下降,但SA叶片喷施和灌根处理植株的叶片净光合速率降低速度较慢.SA预处理水稻幼苗其叶片的净光合速率明显高于低温对照植株,在低温胁迫6、24 h时,SA叶面喷施和灌根处理植株的净光合速率比对照高,差异达到显著或达极显著水平.


2.5 SA预处理对水稻幼苗膜渗透性和MDA含量的影响

表2结果表明,0.5 mmol/L SA叶面喷施处理和灌根处理水稻幼苗,在低温胁迫过程中电导率均低于对照,在低温处理48 h后,处理植株电解质渗漏率与低温对照相比,差异均达到显著水平,说明未处理植株的细胞膜结构受到严重破坏,而外源SA预处理能够减缓水稻幼苗的电解质渗漏.在低温胁迫过程中水稻幼苗叶片中MDA均呈上升趋势,MDA含量的上升说明细胞质膜结构受到了不同程度的破坏.但未经SA预处理的植株体内MDA含量上升很快,而经SA预处理的植株体内MDA含量虽然也呈上升趋势,但含量一直低于未处理植株.在低温下胁迫48 h时,叶片处理植株MDA含量比低温对照植株降低31.5%,根处理植株MDA含量比低温对照植株降低24.4%,差异达到极显著水平.说明SA预处理可降低低温下水稻幼苗体内MDA的含量,且叶片处理效果要好于根处理.

3 讨论

低温下,大多数植物都表现出光合速率的明显下降,低温直接影响了光合器官的结构和活性,如叶绿体类囊体膜的组分、透性和流动性,叶绿体的亚显微结构等,低温还通过影响植物体内的其他生理过程间接地影响光合作用,如引起水分胁迫、气孔对CO2扩散阻力增强和光合运输受阻等.

0.5 mmol/L SA预处理为低温胁迫下的香蕉幼苗的光合器官提供了保护作用,从而提高了叶片的净光合速率[6];SA预处理能保护黄瓜幼苗的光合器官,从而提高黄瓜幼苗的光合能力[9-12],提高休眠期茶树的光合作用和抗冻性[13],明显减轻高温强光胁迫对小麦光合器官的破坏,维持较高的净光合速率[14,15].通过试验发现,SA预处理与对照相比能够在低温胁迫下维持相对高的净光合速率,并且在低温处理过程中总叶绿素含量始终比对照高;SA显著地降低了低温胁迫下水稻幼苗叶片的相对电导率和MDA含量,降低了寒害下水稻幼苗的质膜透性.本试验中SA提高了低温下水稻幼苗叶片的净光合速率,可能与叶绿素含量的增加和SA诱导下的膜系统稳定性的保护有关,也可能与此时叶片气孔导度的增强有关,光合性能的增强有助于水稻幼苗抗寒性的提高.

综上所述,SA可能通过提高质膜系统的稳定性,降低质膜透性来诱导低温下水稻幼苗的抗低温能力,从而降低低温对植物体内其他生理过程的影响而间接地影响光合作用.

致谢:衷心感谢王三根教授在论文写作和修改过程中提供的无私帮助和指导.

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