S-誘抗素對低溫干旱復合脅迫下垂穗披堿草 光合特征的影響

中圖分類號：S543.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0435（2025）05-1418-07

Abstract：In order to investigate the efects of S-ABA（S-abscisic acid） on the photosynthesis characteristic of Elymus nutans under combined low temperature and drought stresses. By using wild Elymus nutans as the study material，we investigated the efects of exogenous spraying of S-ABA and endogenous ABA inhibitor （Fluridone） on plant morphology，photosynthetic pigments，gas exchange parameters，chlorophyllfluorescence parameters，and stomatal state of Elymus nutans under combined low temperature and drought stresses，with the aim of providing a theoretical basis for abiotic stress study of Elymus nutans.The results showed that the combined low temperature and drought stresses significantly decreased the content of photosynthetic pigments and photosynthetic capacity of Elymus nutans. The application of S-ABA significantly increased P_n ， G_s ， T_r ， F_v/F_m ，and ETR，and decreased C_i and NPQ. Additionally，S-ABA mitigated the effects of stress on leaf stomatal conductance，improved plant morphology，and promoted increases in plant height，leaf width，and relative water content，while Fluridone application attenuated these positive efects. In summary，S-ABA effectively mitigates the adverse efects of combined low temperature and drought stresses on the photosynthesis of Elymus nutans，providing crucial guidance for improving forage production eficiency in arid and cold regions.

Key words：S-ABA;Combined stress;Elymus nutans;Photosynthesis characteristic

光合作用是植物生長發育的基礎，可通過將光能轉化為化學能，為植物提供所需的能量和有機物[1]。高效的光合作用不僅能夠促進植物生長和提高產量，還能增強植物的抗逆性，改善其對不良環境的適應能力2。光合效率的提高直接關系到植物的生產力，對于農業和草牧業的發展具有重要意義。低溫會破壞葉綠體結構，使其膜通透性增加，酶促反應速率減慢，葉綠素合成被抑制，光系統II受損，最終導致植物的光合作用下降[3。在干旱條件下，植物通過根部和葉片感知外界水分短缺的信號，并合成相應的信號分子如脫落酸（Abscisicacid，ABA）。ABA可通過激活SnRK2s蛋白激酶，調節保衛細胞內多個蛋白質的活性，引起葉片氣孔關閉。此外，鈣離子（ Ca²⁺ ）的信號傳導途徑也在氣孔關閉中起重要作用[4]。氣孔關閉減少了水分蒸騰，從而減輕干旱對光合器官的損害[5]。然而，氣孔關閉的同時也限制了植物與外界的氣體交換，進一步抑制了 CO₂ 的擴散，使得光合速率下降和光合產物積累減少，進而降低植物生物量6。因此，低溫和干旱脅迫嚴重影響了植物的光合能力。

S-誘抗素（S-abscisicacid，S-ABA）是一種環境友好型植物生長調節劑，其有效成分主要是ABA，在調節植物生長發育、提高抗逆性等方面發揮重要作用[7]。一些研究表明，噴施S-ABA促進了喀西茄（SolanumaculeatissimumJacquem.）種子的萌發和幼苗的生長發育[8]。在低溫和干旱脅迫下，S-誘抗素提高了玉米（ZeamaysL.）植株中抗氧化物酶活性和滲透調節物質含量，減少膜質過氧化損傷[9]。此外，Yang等人[10]的研究發現S-ABA還通過上調鹽反應相關基因的轉錄水平，提高了木薯（ManihotesculentaCrantz）的耐鹽性。

垂穗披堿草（Elymusnutans）是高寒草地優質牧草品種之一，在改良高寒地區退化草地，恢復其生產力的過程中發揮關鍵作用[11]。青藏高原自然生態環境的脆弱性使垂穗披堿草經常面臨多種環境脅迫[12]，特別是低溫和干旱兩種結合類型的非生物脅迫嚴重抑制了垂穗披堿草的生長發育。然而，目前尚不明確S-ABA是否能夠調節低溫干旱復合脅迫下垂穗披堿草的光合作用。因此，本研究以垂穗披堿草‘當雄’為研究對象，通過模擬低溫干旱復合脅迫下外源噴施S-ABA和內源ABA抑制劑（Fluridone），測定光合色素含量、氣體交換參數、葉綠素熒光參數和電鏡掃描觀察葉片氣孔狀態，旨在初步闡明S-ABA對低溫干旱復合脅迫下垂穗披堿草光合作用的調控作用，為S-ABA在干旱和寒冷地區牧草高效生產提供重要的指導作用。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗設計

供試野生垂穗披堿草材料采集于西藏拉薩市當雄縣 （30^°28^′23^′′N ， 91^°06^′04^′′E） ，命名為‘當雄’。使用 0.1%（w/v） 次氯酸鈉（NaCIO）溶液對種子進行表面消毒，蒸餾水沖洗后，置于發芽盤上于室溫下萌發一周。選擇生長良好，長勢均一的幼苗移至小花盆中，每盆種植4株幼苗，每6個小花盆放入一個托盤上，作為1組，共設20組，置于人工氣候箱中培養，氣候箱設置參數為光通量密度 500μmol?m^-2?s^-1 光期 16h ，溫度 25^°C ；暗期8h，溫度 20^°C ，相對濕度50% 。培養期間適量澆水，每周澆灌霍格蘭德（Hoagland）營養液2次。培養28d后，將幼苗分為5個處理組，分別為：CK（對照組），TD（低溫干旱組， 4^°C 低溫 + 土壤相對含水量控制在 40%～50% ）， TD+S （TD+100 μmol?L^-1 S-ABA）， TD+F （ TD+ Fluridone）和 S-AI Fluridone），其中Fluridone是一種有效的ABA生物合成抑制劑。S-ABA和Fluridone每隔3d噴施1次，以葉面水珠不滴落為標準，對照組噴施等量蒸餾水，7d后進行相關指標測定。

1. 2 測定指標及方法

每組隨機選取長勢一致的植株5株，即每個處理20株，測量其鮮重、株高、葉長及葉寬；之后放入105^°C 的烘箱中殺青 15min ，在 85^°C 下烘干至恒重，計算植株含水量；植物葉綠素含量采用丙酮-乙醇浸提法（3：1）測定[13]；利用便攜式光合作用系統（Li-6400）和葉綠素熒光儀（PAM-2500）測定垂穗披堿草第2片葉的光合參數和葉綠體熒光參數；利用電子顯微鏡（S-3400N）觀察葉片氣孔結構。簡單來說，隨機剪取各處理第二片葉約 的樣品，用 2.5% 戊二醛于 4^°C 固定 ⁶h ，并用磷酸緩沖鹽溶液（Phosphatebuffersaline，PBS）漂洗干凈；再用 1% 俄酸于 4^°C 固定 2h ，用PBS漂洗干凈。隨后，用不同濃度的乙醇和叔丁醇梯度脫水，最終在純叔丁醇中干燥，并固定到樣品臺上，用電子顯微鏡觀察并拍照。

1.3 數據處理與作圖

使用IBMSPSSStatistics22.O軟件進行單因素方差分析，Duncan's檢驗各處理間的顯著性差異（ Plt;0.05; ，圖表繪制使用SigmaPlot12.5。

2 結果與分析

2.1S-ABA對低溫干旱復合脅迫下垂穗披堿草生 長特征的影響

低溫干旱復合脅迫顯著抑制了垂穗披堿草的生長，與對照組相比，株高、葉長和葉寬分別降低了 24.93% . 8.59% 和 16.70% 。相反，S-ABA減輕了低溫干旱復合脅迫帶來的不利影響，與TD組處理相比，噴施S-ABA后垂穗披堿草幼苗株高、葉長、葉寬和相對含水量分別顯著升高了24.96% ， 5.49% ，15. 30% 和 8.38% （ Plt;0.05） 。噴施Fluridone后， TD+F 與TD，在株高、葉長和相對含水量上無顯著差異；與 TD+F 相比， TD+ FS處理組中各形態指標均不同程度增加，其中葉長和葉寬增加最顯著（圖1）。綜上，S-ABA可有效緩解低溫干旱復合脅迫對垂穗披堿草生長的影響。

2.2S-ABA對低溫干旱復合脅迫下垂穗披堿草光 合色素含量的影響

低溫干旱復合脅迫不同程度的降低了垂穗披堿草葉片光合色素含量，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量分別降低了 44.80% 42.89% 44.33% 和 16.62% 。然而，噴施S-ABA可以顯著提高葉綠素a和總葉綠素的含量（ Plt; 0.05），與TD處理組相比，分別提高了 20.16% ，23.21% 。此外， TD+FS 與 TD+F 處理組之間無顯著性差異（圖2）。

2.3S-ABA對低溫干旱復合脅迫下垂穗披堿草葉 片光合特征的影響

低溫干旱復合脅迫嚴重影響了垂穗披堿草葉片的氣體交換參數。與對照組相比，TD處理顯著降低了垂穗披堿草葉片的凈光合速率 ?（P_n） 蒸騰速率 （T_r） 和氣孔導度（G_s） ，而增加了胞間 CO₂; 濃度 （C_i）（Plt;0.05） 。相反，噴施S-ABA處理的植株光合能力有所恢復，與TD處理相比，T_r，P_n 和 G_s 分別提高了 166.57%，54.39%，170.39% 而C顯著降低了 15.96%（Plt;0.05） 。與 TD+F 處理組相比，TD十FS處理能顯著升高垂穗披堿草葉片的 T_r 和 G_s ，降低 C_i（ 圖3）。這些結果表明，S-ABA能夠在一定程度上緩解低溫干旱復合脅迫對光合指標的影響。

2.4S-ABA對低溫干旱復合脅迫下垂穗披堿草葉 片葉綠素熒光參數的影響

低溫干旱復合脅迫使PSII最大光化學效率[Maximum quantum yield of PSII（photosystem II），F_v/F_m ]、光化學淬滅系數（Photochemical quenchingcoefficient，qP）和相對電子傳遞速率（Relativeelectrontransportrate，ETR）顯著降低，非光化學淬滅系數（Non-photochemical quenching coeficient，

NPQ）顯著升高 （Plt;0.05） ，這表明葉片吸收的光能用于電化學反應的比例降低，用于熱耗散的份額升高。然而，S-ABA的添加一定程度上逆轉了低溫干旱復合脅迫的不利影響，與TD處理組相比， F_v/F_m 和ETR顯著升高，NPQ顯著降低 .Plt;0.05） 。此外，在 TD+F 處理組的基礎上添加S-ABA能顯著升高垂穗披堿草葉片的 F_v/F_m 和ETR，降低NPQ（圖4）。

2.5S-ABA對低溫干旱復合脅迫下垂穗披堿草氣孔結構的影響

氣孔開放程度是影響葉片內外氣體交換和水分蒸騰的重要因素。與對照相比，低溫干旱復合脅迫使垂穗披堿草葉片氣孔的長度顯著增加，寬度顯著下降。外源噴施S-ABA后，與TD處理組相比，氣孔長度顯著下降 （Plt;0.05） ，氣孔寬度變化不明顯。與 TD+S 處理相比， TD+ FS處理顯著降低了氣孔長度和寬度（ Plt; 0.05）（圖5）。

3討論

逆境脅迫下植物的生長發育受阻，形態指標能夠直觀的反映出植株的生長狀況和受脅迫程度。

本研究結果表明，低溫干旱復合脅迫顯著抑制了垂穗披堿草的生長，而噴施S-ABA顯著促進了株高、葉長、葉寬和相對含水量的增加，增強了植物的抗性。之前的研究也表明適量濃度的S-ABA可促進鹽脅迫下水稻（OryzasatiuaL.）幼苗的生長[14]，增加小麥（TriticumaestiuumL.）的分藥數和產量[15]。此外，ABA還可通過與細胞分裂素和乙烯等植物激素相互作用，構成一個復雜的激素網絡，共同調節植物的生長[16]。因此，S-ABA可有效減輕低溫干旱復合脅迫對垂穗披堿草幼苗生長的抑制作用，提高植株抗逆性。

光合作用是植物生長發育的基礎，也是評價生長調節劑的重要依據[1，葉綠素作為光合作用的關鍵色素，其含量決定了光合作用的強弱。本研究發現，低溫干旱復合脅迫顯著降低了垂穗披堿草葉片的光合色素含量，這與先前在黑麥（SecalecerealeL.）[18]和苜蓿（Medicago satioaL.）葉片[19]中的研究結果一致，光合色素含量的下降主要與葉綠體數量、面積和基粒片層數減少有關[20]。噴施S-ABA顯著增加了葉綠素a和總葉綠素含量，這可能與S-ABA可以抑制葉綠素的降解有關[21]。然而，噴施Fluri-done后， TD+F 與TD處理組的光合色素含量無顯著差異，表明內源ABA在光合色素的合成和積累過程中起到了重要作用。Fluridone作為ABA的合成抑制劑，通過減少內源ABA的合成，削弱植物的抗逆能力。此外，TD＋FS與TD十F處理組無顯著差異，這表明在Fluridone存在的情況下，外源噴施S-ABA未能完全補償內源ABA的缺失。綜上，S-ABA在提高植物光合色素方面具有重要作用，但其效果在很大程度上依賴于內源ABA的水平。

凈光合速率下降主要分為氣孔限制和非氣孔限制。氣孔限制是由于氣孔開合度下降或關閉，影響植物對 CO₂ 的吸收與利用[22]。非氣孔限制則是因同化力不足、葉肉光合活性下降等原因引起的光合速率下降[23]。本研究發現，低溫干旱復合脅迫下，垂穗披堿草葉片的 P_n ，T與 G_s 均顯著下降，而 C_i 顯著上升。這與之前的研究結果一致[24]，即非生物脅迫下光合作用的抑制主要依賴于非氣孔限制。然而，外源施加植物生長調節劑能有效緩解非氣孔因素造成的 P_n 下降，何昕孺等人[25]研究發現噴施S-ABA能有效提高枸杞（LyciumbarbarumL.）葉片的 P_n 和 G_s ，這與本研究結果相一致。葉綠素熒光則進一步反映出植物的光合效率和光合能力。噴施S-ABA顯著提高了 F_v/F_m 和ETR，表明S-ABA能夠增強PSII的光化學效率和電子傳遞速率，減少因非生物脅迫導致的熱耗散。這可能是由于S-ABA提高葉綠體膜的穩定性，減少脅迫帶來的氧化損傷[26]。此外，在非生物脅迫下，植物通過調節氣孔大小來控制內部與外界環境之間的水分和氣體交換，減輕逆境對其造成的傷害。研究結果表明，低溫干旱復合脅迫下，垂穗披堿草葉片的氣孔長度顯著增加，而氣孔寬度顯著下降，表明植物可通過減少氣孔寬度來限制水分蒸發，提高水分利用效率。此外，氣孔長度的增加可能是植物為保證一定的氣體交換所做出的適應性調整。噴施S-ABA顯著降低了氣孔長度，在一定程度上緩解了脅迫對氣孔形態的影響。之前的研究表明，ABA可通過調控細胞質 Ca²⁺ 信號的動態而調控氣孔的開閉度[27]。總的來說，S-ABA通過調節光合參數和氣孔形態，有效緩解了低溫干旱復合脅迫對垂穗披堿草的負面影響，增強其光合能力和抗逆性。

4結論

低溫干旱復合脅迫對垂穗披堿草造成了嚴重的影響，導致其光合作用下降。外源噴施S-ABA通過促進光合色素的合成、調節光合參數和氣孔形態，顯著提高了光合效率，最終增強垂穗披堿草對低溫干旱復合脅迫的抵抗能力。

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（責任編輯閔芝智）