外源水楊酸對干旱脅迫下栝樓光合生理響應的影響

1選題背景和意義

栝樓（Trichosanthes kirilowii Maxim.）是葫蘆科栝樓屬多年生攀緣草本植物，別名苦瓜、吊瓜、瓜萎等。生于海拔200-1800米的山坡林下、灌叢中、草地和村旁田邊，產遼寧、華北、華東、中南、陜西、甘肅、四川、貴州和云南。栝樓籽粒經炒后食用風味獨特，深受廣大消費者喜愛。而栝樓作為中國藥典規定的藥材原植物，其根、果實、果皮和種子為傳統的中藥天花粉、栝樓、栝樓皮和栝樓仁[1]。現代藥理學指出，瓜萎具有降低血清膽固醇、擴張冠脈、抗心肌缺血、抗心律失常等作用[2]；栝樓皮具有解熱止渴、利尿、鎮咳祛痰等作用，從中提煉得到的黃色素在某種程度上發揮著抗氧化性的作用[3]；栝樓籽油中的不飽和脂肪酸，對于闡明栝樓具有抑制多種炎癥、降低血脂等多種藥理活性有一定參考價值[4]。栝樓兼具較好的藥用、食用和觀賞等價值，在我省已有廣泛的大規模的種植。

我國南方紅壤丘陵區農業水資源總量豐沛，但年度和季節之間的分配不均，季節性干旱脅迫常導致丘陵坡地農田系統光合生產潛力難以正常發揮，甚至導致嚴重減產[5]。栝樓喜溫暖潮濕的環境，不耐干旱，因此，研究栝樓抗旱機制及提高栝樓抗旱性的途徑對于提高栝樓產量具有重要意義。本研究以兩種不同抗旱栝樓品種為材料，研究干旱脅迫下外源施加水楊酸后栝樓生長生理及光合特性的變化，以期為栝樓栽培和抗旱提供參考，為栝樓在南方地區推廣種植提供理論支持，為提高栝樓產量提供理論指導。

2國內外研究現狀

目前對大豆、水稻、玉米、花生等農作物抗旱性的研究已較為全面深入。研究表明，干旱脅迫導致植物組織含水量下降、水勢降低、質膜透性增大，同時，干旱脅迫可以破壞植物體內自由基形成與清除之間的平衡，降低了自由基清除系統的清除能力，自由基大量積累會使蛋白質氧化，引起膜脂過氧化、丙二醛（MDA）含量增加、電解質外滲，從而影響植株生長發育[6]。

除此之外，干旱脅迫也是抑制光合作用的重要環境因素[7]。有關干旱脅迫與光合作用的關系，以及作物在適應干旱環境的光合生理響應一直是植物生理生態學研究的熱點。研究發現，水分脅迫時葉片光合作用被抑制是氣孔和非氣孔因素共同作用的結果[8]。在干旱脅迫條件下，植物葉表面氣孔關閉，從而阻止CO2進入體內，導致光合作用下降。同時，由于得不到外界CO2，光所形成的化學能不能像在正常CO2濃度條件下被用掉，葉片就會發生光抑制作用，造成葉綠素超微結構持續的損害或不可逆的破壞[9]。

植物耐干旱脅迫的機理也與光合作用密切相關。植物通過關閉氣孔來減少蒸騰失水，但也要保持足夠的CO2吸收用于光合作用，因此氣孔開閉在控制同化與蒸騰的平衡中起著關鍵的作用。氣孔調節是氣孔對水分脅迫的有益反應，而滲透調節是氣孔開閉過程的主要機制之一[7]。

水分利用效率（water use efficiency，WUE）是反映植物產量與所消耗水量之間關系的一個重要指標[10]，也是評價植物生長適宜程度的綜合生理生態指標。不同種植物具有不同的WUE，同一種植物處于不同的環境條件下，其WUE也會發生很大變化。楊濤等[11]研究干旱脅迫下玉米品種WUE差異的生理學機理時發現，氣孔導度與凈光合速率和蒸騰速率均呈直線相關，且氣孔導度對蒸騰速率的相關性大于凈光合速率。因此，干旱脅迫下氣孔開度減小，氣孔阻力增加，蒸騰速率的下降速度大于凈光合速率，從而使WUE升高。

水楊酸（salicylic acid， SA）是植物體內普遍存在的一種簡單的小分子酚類化合物，化學名稱為“鄰羥基苯甲酸”，是肉桂酸的衍生物[12]。水楊酸是一種內源信號分子，近年來， 關于水楊酸誘導植物抗逆性信息傳遞的研究已較多，關于外源SA 通過調節植物多種生理代謝從而提高抗逆性的研究也已經取得了一定的進展.。

適宜濃度的SA 能夠提高植物的光合作用，進而提高生理代謝能力和脅迫適應能力[13]。蔡漢等研究表明，水楊酸預處理可緩解因低溫脅迫導致的Pn 、Gs 、PsⅡ原初光化學效率（Fv/Fm ）以及葉綠素含量的下降；緩解因低溫脅迫導致的脯氨酸含量的上升；SA預處理能減緩低溫脅迫對茉莉光合作用及相關生理特性的影響，有效提高茉莉耐寒性指標[14]。研究表明SA促進滲透調節以維持部分氣孔開放和一定的光合作用強度，從而避免或減輕光合器官受到的光抑制作用[15，16]。

3研究方法和技術路線

3.1材料

供試材料選用兩個抗旱性不同的栝樓品種幼苗：低抗的KXY-005栝樓品種和高抗的KXY-001栝樓品種[17]。

3.2試驗處理

長勢相同的栝樓幼苗清洗干凈后種植于石英砂：營養土為1：1的混合培養土中，在室內進行盆栽培養。室內培養條件保證適宜且相同的光照強度、光照時間、溫度和濕度。分別用0.05mmol/L、0.5mmol/L、1mmol/L水楊酸和水進行葉面噴灑，預處理1d后開始脅迫，不同預處理條件下分別設置不同程度的干旱脅迫，用0%、10%、20%PEG-6000營養液澆灌土壤，脅迫一周后采樣測定各項指標，每個處理重復3次。用Excel軟件進行繪圖分析。

3.3指標測定與方法

生長、生理指標：根長、株高用直尺直接進行測量；地上部鮮重用電子天平測量。酶活性測定依照李文巧方法[18]：采用愈創木酚法測定過氧化物酶（POD）的活性；NBT氯化硝基四氮唑藍法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，過氧化氫酶（CAT）活性測定采用Na2S2O3滴定法。丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸法（TBA）。游離脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮顯色法。

光合特性指標測定：用LI-6400光合測定系統測定植株上部健康且葉齡適中葉片的各光合參數值，包括：凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度等。用便攜式葉綠素熒光儀（PAM-2000W alz，Germany）測定葉綠素熒光誘導動力學參數，包括：初始熒光、最大熒光、瞬時熒光、光系統Ⅱ的原初光能轉化效率等，并計算PsⅡ潛在活性、光化學淬滅系數、非光化學淬滅系數等。葉綠素含量測定采用乙醇丙酮混合液浸提比色法。

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