首页分享外源褪黑素对低温胁迫下烟草幼苗生理指标的影响

外源褪黑素对低温胁迫下烟草幼苗生理指标的影响

来源：花匠小妙招时间：2024-11-28 01:28

张嘉雯，卢绍浩，赵喆，赵铭钦

(河南农业大学烟草学院，郑州 450002)

烟草是一种经济作物，原产于热带和亚热带，作为一种喜温作物，其对温度的变化比较敏感[1]。烟草植株在10～35 ℃范围内都能生长，最适温度为25～28 ℃，当温度降到12 ℃以下时，光合速率受阻，出苗率受到影响，苗期生长缓慢[2]。低温胁迫下，烟草幼苗除生长受到抑制，生理代谢发生紊乱，植株受到氧化伤害，抗逆性减弱[3]。对南方很多烟区而言，在早春季节常有“倒春寒”等低温危害发生，不利于壮苗的培育，导致移栽后苗质差，缓苗期延长，烟叶的产量和质量受到影响[2]。如何缓解低温胁迫对烟草植株的伤害一直是人们急待解决的问题。

褪黑素(melatonin，MT)又称松果体素，是一种生命必需的吲哚胺类物质，存在于许多物种之中[4]。近年来，国内外学者在植物褪黑素方面的研究取得较多成果，尽管植物体内的褪黑素含量很少，却在增加植物抗逆性以及生理调节方面有着重要作用[5-6]。褪黑素被认为是一种新的植物生长调节剂和生物刺激剂，具有很强的抗自由基作用，能减少动植物体内过氧化氢和超氧阴离子的含量，增加抗氧化酶基因的表达；还能缓解多种胁迫对高等植物的损伤，增强植物的抗逆性[7-8]。李猛等[9]研究表明，外源褪黑素可以显着增强盐胁迫下烟草幼苗的光合能力和抗氧化能力。王英利等[10]发现，褪黑素处理能缓解绿豆幼苗UV-B辐射引起的氧化胁迫。Li等[11]报道，外源褪黑素能有效增强植物对高盐环境的适应能力，提高植物的光合效率，降低高盐环境对植物的氧化性损伤。烟草对温度变化较为敏感，在实际生产中，苗期常受到低温的影响而使移栽后的幼苗抗性较弱。目前，褪黑素对低温胁迫下一些农作物的研究较广，而对低温胁迫下烟草幼苗生理特性的影响研究，还未见报道。本研究以烟草幼苗为材料，针对烟草苗期易受冷害现状，通过施加不同浓度的外源褪黑素，研究低温胁迫下烟草的生理特性变化，进一步探究外源褪黑素在植物抗冷方面的作用，旨在为烟草栽培与管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年10月在河南农业大学烟草学院RXZ智能型人工气候箱(宁波江南仪器厂)中进行。供试品种为云烟87。培养条件为：光周期14 h昼/10 h夜、昼夜温度(25±1)/(18±1)℃、相对湿度50%。

1.2 试验设计

将烟草种子用2%的H2O2溶液消毒10 min，蒸馏水冲洗后浸种24 h，点种至育苗盘。待烟叶长至3叶1心时，选取形态大小基本一致的幼苗移入装有1/3 Hoagland营养液的黑色塑料盆中，每盆4株，每3 d换一次营养液，营养液浓度随烟叶长势增大而增加，当烟叶幼苗生长至4片叶时，浇施1/2 Hoagland营养液，长至5片叶时，浇施全营养液。

通过前期预试验，确定并筛选出效果比较明显的褪黑素浓度。当烟叶长至5叶时选取形态长势基本一致的幼苗移至装有Hoagland营养液的水培盒中，分别加入浓度为0(CK)、50(T1)、100(T2)、150(T3)、200(T4)μmol·L-1的外源褪黑素(索莱宝生物有限公司)。处理3 d后将幼苗置于温度为(8±1)℃、湿度为50%的人工气候箱中进行低温胁迫处理，在0、24、48、72 h时，采集第3、4片烟叶，用于各生理指标测定，3次重复。

1.3 测定项目与方法

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据统计及作图，利用SPSS 21.0对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫下外源褪黑素对烟草幼苗叶片产生速率和H2O2含量的影响

注：同一时间不同小写字母表示处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。

2.2 低温胁迫下外源褪黑素对烟草幼苗叶片脯氨酸含量和MDA含量的影响

由图2可知，烟草幼苗MDA含量随胁迫时间的延长而总体呈逐渐上升趋势。在5个处理中，MDA含量随褪黑素浓度的增加而呈先降低后升高趋势，胁迫处理0 h时，5个MT处理间的MDA含量无显着差异；胁迫处理24、48 h时，T2、T3处理的MDA含量最低，二者间无显着差异；胁迫处理72 h时，T2、T3、T4处理间无显着差异，T2处理显着低于CK和T1处理。烟草幼苗叶片中脯氨酸含量低温胁迫后显着高于胁迫前，呈单峰变化趋势，在24、48 h时脯氨酸含量较高。褪黑素处理的烟草幼苗中脯氨酸含量均显着升高。在胁迫处理0、48 h时，T1、T2处理的脯氨酸含量最高，二者间没有显着性差异；胁迫处理24、72 h时，T2、T3处理的脯氨酸含量最高，二者间没有显着性差异。胁迫24、48和72 h时，T2处理的脯氨酸含量分别比CK显着升高了41.17%、30.17%和35.95%。结果表明，经褪黑素处理的烟草幼苗膜脂过氧化产物MDA含量减少，而脯氨酸大量积累，因而减轻了低温胁迫对细胞膜的损伤，提高了植物的抗逆性。

注：同一时间不同小写字母表示处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。

2.3 低温胁迫下外源褪黑素对烟草幼苗叶片可溶性蛋白和可溶性糖含量的影响

可溶性蛋白和可溶性糖作为植物体内重要的渗透调节物质，对提高植物抗性具有重要作用。从图3可以看出，随着低温胁迫处理时间的延长，烟草幼苗可溶性蛋白和可溶性糖含量整体呈先增加后减小的趋势。可溶性蛋白含量在胁迫处理0、24 h时T2处理最高；胁迫处理48、72 h时T2、T3、T4处理较高，三者间无显着差异；胁迫处理0、24、48、72 h时，T2处理的可溶性蛋白含量分别比CK显着增加47.82%、31.39%、36.12%和58.68%。可溶性糖含量在胁迫处理48 h时达到峰值；胁迫处理24、48 h时，T2处理最高，显着高于其他处理；胁迫处理72 h时，T2、T3处理较高，二者之间没有显着性差异。低温胁迫0、24、48、72 h时，T2处理的可溶性糖含量分别比CK显着增加了25.49%、57.36%、34.79%和35.20%。结果说明，适宜浓度的褪黑素处理可以增加烟草幼苗叶片的可溶性蛋白和可溶性糖含量，提高烟草幼苗的渗透调节物质水平，增强抗逆性。

注：同一时间不同小写字母表示处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。

2.4 低温胁迫下外源褪黑素对烟草幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

SOD、POD和CAT是植物体内3种主要的抗氧化酶，它们在活性氧自由基的清除过程中发挥着重要作用。由图4可知，在低温胁迫下，SOD和CAT活性随着胁迫时间的延长呈先降低后升高再降低趋势，呈倒“N”型变化趋势；而POD活性随着胁迫时间的延长呈下降趋势。在胁迫处理 0 h 时，SOD、POD和CAT活性在5个处理间均没有显着差异。不同低温胁迫处理时间的烟草幼苗叶片SOD、POD和CAT活性均随褪黑素浓度的增加而呈先升高后下降趋势。在胁迫处理24、48 h时，T2、T3处理的SOD活性最高，二者间没有显着差异；72 h时，T2处理的SOD活性最高。在胁迫处理24、72 h时，T2、T3处理的POD活性最高，二者间没有显着差异；48 h时，T2处理的POD活性最高。在胁迫处理24 h时，T2、T3处理的CAT活性最高，二者间没有显着差异；48、72 h时，T2处理的CAT活性最高。在低温胁迫48 h时，T2处理使SOD和CAT活性分别比对照显着增加了46.82%和27.88%。可见，外源褪黑素对低温胁迫下烟草幼苗叶片抗氧化酶活性均有显着的促进效应，总体100 μmol·L-1褪黑素处理效果最好。

注：同一时间不同小写字母表示处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。

3 讨论

脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖是植物体内重要的渗透调节物质，在提高植物抗性方面发挥着重要作用[20]。在逆境条件下，脯氨酸含量大量积累，积累的脯氨酸除了维持体内渗透平衡外，还具有稳定生物大分子结构、清除活性氧以及促进幼苗生长的作用[21]。陈璇等[22]研究了新疆冬小麦和春小麦幼苗在低温条件下脯氨酸的积累情况，表明脯氨酸含量在低温胁迫时明显提高。本研究表明，低温胁迫下，烟草幼苗脯氨酸含量迅速增加，48 h后逐渐下降；外源褪黑素处理的烟草幼苗脯氨酸含量均明显提高。这可能由于低温胁迫后，植物体内生理生化特性发生变化，外源褪黑素能促进烟草幼苗合成更多的脯氨酸，渗透调节物质的积累可维持植物体内的代谢平衡[23]。可溶性蛋白含量常用作筛选抗性的指标之一，是植物体内重要的营养物质和渗透调节物质，能保护细胞的生命物质及生物膜，增强细胞的保水能力[24]。可溶性糖在植物体内不仅具有信号功能，而且为植物的生长发育提供能量和代谢中间产物，对植物的生命周期发挥着重要作用[25]。一般在逆境胁迫下植物体内可溶性蛋白和可溶性糖含量会发生累积。吴雪霞等[18]报道，茄子幼苗在低温胁迫下可溶性蛋白含量比对照显着增加，外施褪黑素提高了茄子幼苗叶片中渗透调节物质的含量。赵小红等[26]研究表明，低温胁迫下，黄瓜幼苗中可溶性糖含量先升高后降低，喷施100 μmol·L-1褪黑素能有效提高可溶性糖含量。本研究发现，在低温胁迫下，烟草幼苗叶片中可溶性蛋白和可溶性糖含量呈单峰变化趋势。这可能是低温导致植物合成更多的可溶性蛋白和可溶性糖，束缚细胞中更多的水分，增强细胞的持水力，减少原生质因结冰而伤害致死的机会[27]，而长时间低温导致蛋白质活性降低，光合作用的关键酶失活，使叶片中光合产物糖的含量降低[28]。施加褪黑素能显着提高烟草幼苗叶片中的可溶性蛋白和可溶性糖含量，说明褪黑素处理能增强植物抵御低温的能力，提高植物的抗逆性，但高浓度的褪黑素则有抑制作用，这也与吴雪霞等[18]、赵小红等[26]研究结果相一致。

SOD、CAT和POD是植物酶促防御系统的重要保护酶，它们对活性氧自由基的清除发挥着重要的作用，从而减轻逆境胁迫对植物的伤害[29]。本研究表明，SOD和CAT活性随着胁迫时间的延长先降低后升高，48 h后再缓慢下降，而POD活性一直呈下降趋势，这可能是由于植物在低温胁迫后，活性氧大量积累，消耗了更多的抗氧化酶，使酶活性降低；之后植株产生了一定的抗寒性，酶活性有所升高，长时间的低温又破坏了酶的活性，使酶活性又逐渐下降[30]。这与赵小红等[26]在黄瓜上的研究结果不同，其SOD、CAT活性随胁迫时间的增加呈先上升后下降趋势，这可能由于低温胁迫下不同植物的抵御方式不同。本研究中用外源褪黑素处理的烟草幼苗叶片SOD、POD和CAT活性均显着增加，褪黑素浓度过低促进作用较弱，浓度过高抑制植物生长。说明适宜的外源褪黑素能提高低温胁迫下幼苗抗氧化酶活性，增强幼苗对活性氧的清除能力，提高幼苗耐低温的能力。

本文由 @ 修订发布于 2024-11-23 22:07:13

本文来自网络，不代表本站立场。如有不愿意被转载的情况，请联系我们。