水杨酸对黄瓜幼苗生理的影响.pdf

第 33 卷第 1 期 2012 年 1 月 内蒙古农业大学学报 Journal ofInnerMongoliaAgriculturalUniversity Vol 33No 1 Jan 2012 水杨酸对黄瓜幼苗生理的影响 * 王晓黎1， 2， 崔世茂1， 郝敬虹2， 张志刚2， 尚庆茂2 ( 1内蒙古农业大学农学院， 呼和浩特010019; 2中国农业科学院蔬菜花卉研究所， 北京100081) 摘要: 为了明确不同浓度外源水杨酸( Salicylic acid，SA) 处理对黄瓜幼苗生长的影响， 以黄瓜品种 “中农 203 号” ( Cucumis sativus L cv ZhongNong 203) 为试材， 采用水培方法设计根际0 05 mmol/L、 0 1 mmol/L 和0 5 mmol/L SA 处理， 研究黄瓜幼苗对 SA 的生理响应。结果表明: 黄瓜幼苗叶片净光合速率( Pn) 、 胞间 CO2浓度( Ci) 、 气孔导度 ( Gs) 、 蒸腾速率( Tr) 、 叶绿素含量、 植株含水量、 电解质渗透率和 MDA 含量对 SA 的响应存在明显的浓度依存性和时 间效应。0 05 mmol/L 和 0 1 mmol/L SA 处理增加了 Ci 和叶绿素含量; 降低了电解质渗透率和 MDA 含量， 提高了 Pn， 以 0 1 mmol/L SA 处理效果最佳; 而 0 5 mmol/L SA 处理降低了 Ci 和叶绿素含量， 提高了 Tr， 最终导致 Pn 下降。 结果表明， 适宜浓度的 SA 处理有利于幼苗的生长。 关键词: 水杨酸; 黄瓜幼苗; 生长; 浓度效应 中图分类号:S642 201 文献标识码: A文章编号: 1009 3575( 2012) 01 0055 06 EFFECT OF SALICYLIC ACID ON GROWTH OF CUCUMBER SEEDLING WANG Xiao li1， 2，CUI Shi mao1，HAO Jing hong2，ZHANG Zhi gang2，SHANG Qing mao2 ( 1College of Agriculture， Inner Mongolia Agriculture University， Huhehaote010019， China; 2Institute of Vegetables and Flowers， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing100081， China) Abstract: This work was performed to illustrate the action mechanism of exogenous salicylic acid ( SA)on growth of Cucumber seed- ling utilizing the material of cucumber seedling cultivated in nutrient solution supplemented with 0 05 mmol/L， 0 1 mmol/L and 0 5 mmol/L SA The results showed that net photosynthetic rate ( Pn) ，intercellular CO2concentration ( Ci) ，stomatal conductance( Gs) ， transpiration rate( Tr) ，chlorophyll content ，water content of plant ，MDA content and permeation rate of electrolyte were responded to exogenous SA，and existed dose dependent 0 05 mmol/L and 0 1 mmol/L SA increased intercellular CO2concentration ( Ci)and chlorophyll content ;Compared to control，both 0 05 mmol/L and 0 1 mmol/LSA reduced MDA content and permeation rate of elec- trolyte，which finally improved Pn，and the function of 0 1 mmol/L SA was appeared more strong However，exogenous SA at the con- centration of 0 5 mmol/L declined intercellular CO2concentration ( Ci)and chlorophyll content，and enhanced transpiration rate( Tr) ， resulted in the decrease of Pn These results revealed that the positive or passive regulation of exogenous SA on growth of Cucumber seedling Key words: Salicylic acid; cucumber seedling;growth;concentration effect 植物干物质约 90% 左右实际上是直接、 间接地 来自光合作用合成的有机物质， 增强光合作用有助 于提高植物干物质积累及收获器官的产量 1 ， 光合 作用是植物发育的基础， 又是抗逆的生理基础， 因 此， 对植物光合作用的探讨是人类永久的命题2 。 目前， 已经明确植物光合速率影响因素有两类， 一类 为气孔因素， 即气孔开度引起的叶肉细胞胞间 CO2 浓度改变; 另一类为非气孔因素， 即内部的调控机 *收稿日期: 2011 04 18 基金项目: 国际科技合作项目 ( S2010KR0976) 作者简介: 王晓黎， 博士研究生， 主要从事设施农业及生理的研究 * 通讯作者: E mail: cuishimao sina com 制， 包括卡尔文循环酶活性， 如 Rubisco， 叶绿体超微 结构， 中间产物累积， PS活性及电子流等 3 4 。水 杨酸(Salicylic acid ， SA)在介导植物的抗病性和超 敏细胞死亡( hypersensitive cell death) 中发挥着重要 作用 5 。SA 对光合作用的调节也是最近受关注的 问题。Singh and Usha6 研究表明 SA 能够提高 Rubisco 含量及其基因转录水平， 进而提高叶片净光 合速率( Pn) ， Moharekar7 等则认为 SA 能激活小麦 类胡萝卜素和叶黄素复合体的活性， 同时降低叶绿 素含量， 使叶绿素 a/b 比率降低， 从而导致光合速率 的下降。但是， 迄今为止有关 SA 对光合作用的调节 机制还不是很清楚。近年来的研究还表明 SA 与非 生物逆境引发的氧化伤害也密切相关。黄瓜作为 1 种大宗型蔬菜， 栽培面积广， 产量大， 但对环境条件 比较严格， 适宜的土壤 EC 值， 黏壤土为 0 6mS cm 1 0 8mScm 1， 砂壤土为 0 3mScm1 0 4 mScm 18 。本试验以黄瓜为试材， 研究 SA 对黄 瓜幼苗叶片光合作用相关因素、 叶绿素含量、 MDA 等含量的影响， 以期探讨 SA 对黄瓜幼苗生长的影 响， 为生产实践中合理利用 SA 提供理论依据。 1材料与方法 1 1材料培养 黄瓜( Cucumis sativus L) “中农 203”品种，来 自中国农业科学院蔬菜花卉研究所。用 5% 的 Na- ClO 溶液对种子进行表面消毒 15min， 蒸馏水冲洗 3 遍， 浸种 4 h， 置铺有一层滤纸的 9 cm 培养皿中， ( 28 0 5) 催芽箱内催芽。待胚根长出后， 选取萌 发一致的种子播种在 0 7% 琼脂培养基( 含 1/2 Ho- agland 营养液) ， 置人工气候箱， 环境条件为 27 / 16( 白天/夜间) 、 300molm 2s1光强度、 10h/ 14h 光周期( 8: 00 18: 00) ， 75% 相对湿度。两片子 叶平展时， 挑选生长一致的幼苗移入装有 1/2 Hoag- land 营养液( pH =6 3) 的水培装置， 每隔 2 d 更换 1 次营养液。 1 2试验设计 幼苗一叶一心时， 调配营养液 SA 浓度分别达到 0 05 mmol/L、 0 1 mmol/L 和0 5 mmol/L， 以不加 SA 的 1/2 Hoagland 营养液为对照( CK) 对幼苗进行处 理。在处理后 0、 3、 6、 9、 13d 的上午 10 点取样测定 各项指标。幼苗培养环境条件同上述子叶期。 1 3光合强度及荧光参数的测定 采用 Li 6400 便携式光合仪及荧光叶室( Licor Inc，Lincoln，NE，USA) ， 在光量子通量密度( PFD) 为 500 molm 2s1下， 测定各 SA 处理黄瓜第 1 片真叶的 Pn、 胞间 CO2浓度( Ci) 、 气孔导度( Gs) 、 蒸 腾速率( Tr) 等光合作用指标。 1 4叶绿素含量的测定 在不同浓度 SA 处理后 0d、 3d、 6d、 9d 和 13d 的 上午 8: 30， 取各处理黄瓜幼苗第一片真叶 0 1g， 用 V乙醇: V丙酮=1: 1 的混合液黑暗条件下浸提 24h 后， 用 Lambda25 紫外/可见分光光度计测定在663nm 和 645nm 处的吸光度值， 即 OD663和 OD645值， 根据叶绿 素 a 和叶绿素 b 吸收光谱的不同， 由公式计算出叶 绿素含量。单株取样， 重复 3 次。CA=12 7 OD663 2 59 OD663; CB=22 9 OD645 4 67 OD663; CA + B=20 3 OD645+8 04 OD663; 其中 CA和 CB分 别为叶绿素 a 和 b 的浓度， CA + B为叶绿素 a 和 b 的总 浓度， 单位是 mg/L， 叶绿素含量( mg/g)= ( C V) / ( A 1 000) 。C: 叶绿素浓度( mg/L) ; V: 提取液总体 积( mL) ; A: 叶片鲜重( g) 9 。 1 5植株含水量、 电解质渗透率和 MDA 含量的测 定 植株含水量( %)= ( 单株鲜重 单株干重) / 单株干重 100%9 电解质渗透率测定参照 Kuo et al ( 2006) 方 法 10 。取试管若干个， 加入 5mL 蒸馏水， 测定其电 导率( V0) ， 然后取黄瓜叶片， 用打孔器打取 10 个圆 片， 于试管中震荡， 放入真空干燥器中反复抽放气 3 次 4 次， 测定电导率值作为处理电导率值( Vt) ， 将 试管放入沸水中 10min 15min 杀死组织， 再测定电 导率(Vf) 。 电解质渗出率( %)= Vt V0 VfV0 100% MDA 含量参照 El Tayeb( 2005) 11 方法测定， 取 0 5g 样品， 加入2mL 预冷的0 05molL 1 pH7 8 的磷酸缓冲液， 加入少量石英砂， 研钵内研磨成匀 浆， 移入 5mL 刻度离心试管， 将研钵用缓冲液洗净也 移入离心管中， 最后用 缓 冲 液 定 容 至 5mL。在 4500r/min 离心10min， 上清液即为 MDA 提取液。吸 取 2mL 的提取液于刻度试管中， 加入 0 5% 硫代巴 比妥酸的 5% 三氯乙酸溶液 3mL， 于沸水浴上加热 10min， 迅速冷却。于 4500r/min 离心 10min。以蒸 馏水为空白， 取上清液测定 OD532、 OD450、 OD600。 C/mol/L = 6 45( A532 A600) 0 56 A450 其中 A532和 A600分别是532nm 和600nm 波长处 65内蒙古农业大学学报2012 年 的吸光度值; L 为比色杯厚度( 1cm) ; 计算出的 C 为 mol/L， 再根据公式测定 MDA( mol/g FW)= ( C 提取液体积mL) / 植 物组织鲜重 g 1 6统计与分析方法 采用 Excel 2007、 DPS 专业版 3 01 软件对试验 数据进行处理并做图， Duncans 新复极差多重比较法 进行统计分析。 2结果与分析 2 1SA 处理对黄瓜幼苗叶片 Pn 的影响 由图 1 可知， 随着黄瓜幼苗叶片的发育进程， Pn 呈先上升后下降的变化趋势。在处理第 6 d 达到 峰值， 约为 13 8 mol CO2m 2 s 1。不同浓度 SA 对 Pn 有明显的影响。其中 0 05 mmol/L SA 和 0 1 mmol/L SA 处理均大幅度提高了叶片 Pn， 差异 显著( p 0 05) ， 增幅在处理第 6 d 达到最大， 分别 比对照增加 12 25% 和 15 06%; 与对照相比， 0 5 mmol/L SA 处理前期， 叶片 Pn 无明显变化， 之后稍 低于对照。表明低浓度 SA 促进黄瓜幼苗的光合作 用， 而高浓度的 SA 作用相反。 图 1水杨酸施用对黄瓜幼苗叶片净光合速率的影响 Fig 1Effect of exogenous SA on net photosynthetic rate in leaves of cucumber seeding 2 2SA 处理对黄瓜幼苗叶片光合作用相关因素的 影响 由图 2 可知， 在处理期内， 对照植株叶片的蒸腾 速率( Tr) 和气孔导度( Gs) 与 Pn 有相似的变化趋 势， 即先上升后下降， 在处理第 6d 达到峰值。随着 叶片的生长， 胞间 CO2浓度( Ci) 呈逐渐升高的变化 趋势， 到最后稍有下降。不同浓度 SA 处理后， 对蒸 腾速率( Tr) 、 气孔导度( Gs) 和胞间 CO2浓度( Ci) 都 有明显的影响。其中 0 05 mmol/L SA 和 0 1 mmol/ L SA 处理均降低了叶片蒸腾速率( Tr) ， 差异显著( p 0 05) ， 降幅在处理 6d 后， 比对照降 低 了 约 13 49%; 0 5 mmol/L SA 处理前期， 叶片 Tr 稍低于 对照， 处理 6d 后高于对照， 增幅约 9 84%。各浓度 SA 处理前期， 气孔导度( Gs) 高于对照， 处理 6d 低于 对照， 其中 0 5 mmol/L SA 处理与对照达显著性( p 0 05) 差异水平。0 05 mmol/L SA 和 0 1 mmol/L SA 处理后， 胞间 CO2浓度( Ci) 呈逐渐升高的趋势且 高于对照， 分别比对照增加了约 11 65% 和10 03%， 0 5 mmol/L SA 处理前期 Ci 稍高于对照， 处理 6d 后 低于对照， 降幅约 4 27%。 图 2水杨酸处理对黄瓜幼苗叶片光合作用相关因素的影响 Fig 2Effect of exogenous SA on photosynthesis related factors in leaves of cucumber seeding 75第 1 期王晓黎等: 水杨酸对黄瓜幼苗生理的影响 2 3SA 处理对黄瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响 叶绿素是光合作用的物质基础， 在光合作用中 起到吸收光能、 传递光能的作用( 少量的叶绿素 a 还 具有光能转换的作用) ， 是光合作用的光敏化剂， 和 光合作用关系密切， 叶片中叶绿素含量直接影响叶 片的光合效率。许多研究认为， 可以将叶绿素作为 衡量叶片光合能力的一项重要指标。叶绿素的生物 合成绝大多数都有酶的参与。 图 3 为不同浓度 SA 处理下黄瓜幼苗第一片真 叶叶绿素含量的变化。从图中可以看出， 对照植株 叶片的叶绿素 a、 b 和总叶绿素含量呈先升高后降低 的趋势变化， 峰值出现在第 6d， 叶绿素 a/b 在叶片生 长前期呈升高的趋势变化， 后期变化平稳。不同浓 度 SA 处理后， 对叶片的叶绿素 a、 b 和总叶绿素含量 都有明显的影响， 其中 0 05 mmol/L SA 和 0 1 mmol/L SA 处理均增加了叶绿素 a、 b 和总叶绿素含 量， 与对照差异显著( p 0 05) ， 0 5 mmol/L SA 处理 后三者与对照差异性不大， 在处理前期都稍高于对 照， 处理 6d 后都稍低于对照， 没达到显著性差异水 平; 0 05 mmol/L SA 和 0 1 mmol/L SA 处理后叶片 的叶绿素 a/b 高于对照， 以0 1 mmol/L SA 处理最显 著， 0 5 mmol/L SA 处理后处理前期高于对照， 6d 后 低于对照。SA 处理对叶绿素 a 含量变化的影响要大 于对叶绿素 b 含量的影响。 2 4SA 处理对黄瓜幼苗植株含水量的影响 图 4 为不同浓度 SA 处理下黄瓜幼苗植株含水 量的变化。从图中可以看出， 施用外源 SA 能提高植 株含水量， 与对照相比， 0 05 mmol/L SA 和 0 1 mmol/L SA 处理平均使植株含水量提高约 3 29% 和 4 86%， 达到显著性差异水平 ( p 0 05) 。0 5 mmol/L SA 处理在前期稍高于对照， 到处理后期低 于对照。说明适宜浓度的外源 SA 能保持植物体内 较高的水分含量。 图 3水杨酸处理对黄瓜叶片叶绿素含量的影响 Fig 3Effect of exogenous SA on chlorophyll content in leaves of cucumber seeding 85内蒙古农业大学学报2012 年 图 4水杨酸处理对黄瓜幼苗植株含水量的影响 Fig 4Effect of exogenous SA on water content of plant of cucumber seeding 2 5SA 处理对黄瓜幼苗叶片电解质渗透率和 MDA 含量的影响 MDA 是膜脂质过氧化产物， MDA 含量的高低可 代表细胞膜损伤程度的大小， 通常利用它作为膜脂 过氧化程度的指标， 表示细胞膜的过氧化程度和植 物对逆境条件反应的强弱。由图 5 可知， 与对照相 比， 施用不同浓度的 SA 处理后，MDA 含量都下降。 其中 0 05 mmol/L SA 、 0 1 mmol/L SA 和0 5 mmol/ L SA 处理平均使 MDA 含量下降约 3 94% 、 6 76% 和 6 05%， 均达到显著性差异水平( p 0 05) 。可 见， 外源 SA 处理可以使植株膜脂过氧化程度降低， 抗逆性增强， 0 1 mmol/L SA 处理效果最好， 同时 SA 作用具有时效性， 0 5 mmol/L SA 在处理前期效果最 好， 到第 6d 后， 效果降低。 电解质渗透率和 MDA 一样也是衡量细胞膜稳 定性的常用指标。不同浓度的 SA 处理使电解质渗 透率显著降低的趋势， 说明 SA 对叶片细胞膜具有显 著的保护作用。由图 5 可知， 与对照相比， 3 个浓度 的 SA 处理前期， 电解质渗透率稍高于对照， 可能是 刚施用 SA 后， 对幼苗的暂时性不良反应。处理 3d 后， 电解质渗透率都低于对照， 分别比对照降低约 4 13%、 7 26%和 3 58%， 以 0 1 mmol/L SA 处理效果 最好。 图 5水杨酸处理对黄瓜幼苗叶片 MDA 含量和电解质渗透率的影响 Fig 5Effect of exogenous SA on MDA content and permeation rate of electrolyte of cucumber seeding 3讨论 有些研究表明 SA 对植物光合作用具有明显的 调节功能。罗赛男 12 等发现适宜浓度的 SA 能显著 增加叶片叶绿素含量， 从而提高叶片光合速率 Pn。 Fariduddin13 发现外源 SA 可以提高胞间 CO2浓度、 水分利用效率和气孔导度， 并认为气孔导度变化可 能是 Pn 提高的主要原因。然而， 也有不同的结论， Pancheva14 对大麦的研究发现， Rubisco 活性随 SA 作用浓度提高而降低， Pn 下降。本试验设计了 0、 0 05mmol/L、 0 1mmol/L 、 0 5 mmol/L 4 个 SA 浓度 水平， 研究表明 0 05 mmol/L 和0 1mmol/L SA 处理 显著提高黄瓜幼苗叶片叶绿素含量和胞间 CO2浓度 ( Ci) ， 叶绿素能吸收和传递光能， CO2是光合作用的 原料， 所以叶绿素含量和胞间 CO2浓度的提高有利 于光合速率 Pn 的提高， 使幼苗可以同化更多的有机 物， 增加光和积累， 而 0 5 mmol/L SA 作用相反。蒸 腾作用是植物对水分吸收和运输的一个主要动力， 在不影响光合作用的前提下， 适当减少蒸腾速率有 利于植物生长。该试验结果表明 0 05 mmol/L 和 0 1mmol/L SA 处理使植株蒸腾速率 Tr 都低于对照， 其中 0 1mmol/L SA 处 理 效 果 最 好， 低 于 对 照 13 03%， 差异显著( p 0 05) ， 而 0 5 mmol/L SA 处 理使蒸腾速率 Tr 高于对照。也就是说低浓度的 SA 促进植物光合作用， 而高浓度反而起抑制作用。 Ghai15 和 Hayat16 等分别在芸苔属植物和小麦的研 究上也得到类似结论。由此推断， SA 对植物叶片 Pn 95第 1 期王晓黎等: 水杨酸对黄瓜幼苗生理的影响 的调节具有明显的浓度效应。 MDA 是膜脂过氧化产物， 具有极强的细胞毒 性， 对蛋白质、 核酸等均有很强的破坏作用， 并参与 破坏生物膜结构与功能 17 。MDA 含量通常作为膜 过氧化程度的指标， 表示细胞膜的过氧化程度和植 物对逆境条件反应的强弱 18 。薛建平等3 的研究 表明， 喷施 0 5 mmol/LSA 减少了半夏叶片 MDA 的 生成， 保护细胞亚显微结构膜系统， 增强半夏对逆境 的抵抗能力。本试验结果也表明外源施用 0 05 mmol/L、 0 1 mmol/L 和 0 5 mmol/L 浓度的 SA 处理 都可以减少黄瓜幼苗叶片 MDA 的生成， 但是以 0 1 mmol/LSA 处理效果最好， 可见 SA 对 MDA 含量的变 化调节也具有明显的浓度效应。电解质渗透率和 MDA 一样也是衡量细胞膜稳定性的常用指标 19 。 不同浓度的 SA 处理使电解质渗透率有显著降低的 趋势， 说明 SA 对叶片细胞膜具有显著的保护作用。 适宜浓度 SA 处理显著提高了胞间 CO2浓度 ( Ci) 、 叶绿素含量， 降低蒸腾速率 Tr， 进而提高了 Pn; 高浓度 SA 降低胞间 CO2浓度( Ci) 、 叶绿素含 量， 提高蒸腾速率 Tr， 导致叶片 Pn 下降。同时适宜 浓度的 SA 处理可以降低叶片电解质渗透率， 减少 MDA 的生成， 保护叶片细胞膜， 保持植物体内较高 的水分含量。 参考文献: 1 SUN Y( 孙艳) ， MA Y R( 马艳蓉) ，DING Q ( 丁勤) Effect of Salicylic acid on Photosynthesis of cucumber seedling J Act AgricuIturae Boreal Occident Sin ( 西北农业学报) ，2000，9 ( 3) :110 111 ( in Chi- nese) 2 Abdul K，Hiroshi F Photosynthetic performance of Vigna radiate L leaves developed at different temperature and ir- radiance leavesJ Plant Science，2003，164:451 458 3 XUE J P( 薛建平) ， ZHANG A M ( 张爱民) ， FANG Z M ( 方中明) ， SHENG W ( 盛玮) Effect of Salicylic acid on growth of Pinellia ternataJ China Journal of Chinese Materia Medicacta( 中国中药杂志) ， 2007， 32( 4) :12 14 ( in Chinese) 4 Abreu M E，Munne Bosch S Salicylic acid may be in- volved in the regulation of drought induced leaf senes- cence in perennials:a case study in field grown Salvia officinalis L plantsJ Environmental and Experimental Botany 2008， 64 ( 2) ， 105 112 5 Munns R Comparative physiology of salt and water stress J Plant Cell Environ， 2002， 25: 239 250 6 Singh B， Usha K Salicylic acid induced physiological and biochemical changes in wheat seedlings under water stress J Plant Growth Regulation， 2003， 39: 137 141 7 Moharekar S T， Lokhande S D， Hara T， Tanaka R， Tana- ka A，Chavan P D Effects of salicylic acid on chlorophyll and carotenoid contents of wheat and moong seedlings J Photosynthetica 2003， 41: 315 17 8ZOU Q( 邹琦) Experiment guide for plant physiology Beijing:Chinese AgricuIturaI Press( 中国农业出版社) ， 2000， 159 160 ( in Chinese) 9 LI H S( 李合生) Principal and techniques of plant phys- iology biochemical experiment Beijing:Higher Education Press( 高等教育出版社) ，2000，258 260 ( in Chi- nese) 10 Allen D J，Ort D R Impacts of chilling temperatures on photosynthesis in warm climate plantsJ Trends in Plant Science， 2001， 6: 36 42 11 Wang L J，Li S H The effect of salicylic acid on distri- bution of 14C assimilation and photosynthesis in young grape plants under heat stressJ Acta Horticulturae， 2007， 738: 779 785 12 LUO S N( 罗赛男) ， JIANG D( 姜 东) ， DAI Y B( 戴廷 波) ， JING Q( 荆 奇) ， CAO W X( 曹卫星) Effect of shading on photosynthesis and chlorophyll fluorescence characters in wheat flag leavesJ Scientia Agricultura Sinica( 中国农业科学) ，