Plant Physiol. Bioch. | 长期土壤干旱下棉花开花期和棉铃形成期碳分配、渗透调节、抗氧化能力及生长

论文内容

研究背景：

土壤干燥是限制全球作物生产的主要环境压力之一。限制土壤有效含水量严重改变了植物在一定时空尺度上的形态和生理特性，并对植物生长产生负面影响。棉花在世界各地广泛种植，并受到水分胁迫的负面影响。更糟糕的是，根据对全球气温升高的预测，气候变化可能导致干旱影响地区的扩大和干旱强度的增强。因此，了解棉花对水分胁迫的生理机制对于通过抗逆性基因型鉴定和管理实践提高棉花产量至关重要。

水分胁迫促进活性氧(ROS)的产生，吸收叶片中不能被光合作用利用的多余光子。为了保持活性氧产生和清除之间的平衡，植物发展了针对活性氧的清除系统，包括酶和非酶系统。在短期轻度缺水条件下，SOD、POD和CAT等抗氧化酶的活性增加，以消除多余的ROS，但MDA仍呈轻微上升趋势，表明抗氧化能力不足以抵抗水分胁迫。Zhang等报道，随着水分胁迫时间的延长，SOD活性降低，CAT活性先增强后下降，而POD活性在不同品种中受到的影响不同。

棉花对水分胁迫非常敏感，特别是在生殖生长期，这是对缺水最敏感的时期。因此，我们在棉花开花和结铃期间施加稳态和可重复的水分亏缺水平，旨在评估碳水化合物分布、OA、抗氧化能力的动态及其与棉花生长的关系。

研究内容：

植物对干旱的响应在很大程度上取决于水分胁迫的强度、持续时间和发育阶段。本研究旨在分析棉花生殖生长期叶片对不同程度土壤持续水分亏缺的生理响应动态。

在花后第一天(即1 DPA)至50 DPA，白花在第6e7个结果枝(FB6-7)的第一个结果位置开放时，土壤相对含水量(SRWC)分别维持在(75±5)%、(60±5)%和(45±5)%。结果表明:土壤水分的减少在生物量和叶面积的基础上减缓了棉花的生长。

然而，在干旱处理期间，尽管光合作用明显受到抑制，但碳代谢物水平在全球范围内均有所增加。在24 h的循环中，蔗糖和淀粉的浓度随土壤含水量的降低而降低，并对蔗糖水平进行了评价。在整个干旱期的大部分采样日期都观察到渗透调节(OA)。在10和24 DPA时，Kþ是渗透调节(OA)的主要贡献者，而在38和50 DPA时，Kþ被证明是氨基酸。随着花后天数的增加，受胁迫棉花活性氧(ROS)清除能力逐渐下降，主要原因是SOD活性永久性下降。碳水化合物水平升高表明棉花生长受到其他因素的抑制，而不是碳吸收。OA和抗氧剂可能是该树种抵御土壤水分亏缺的重要保护机制，并且随着干旱强度和持续时间的增加，这些机制发生了转变。

研究结论：

综上所述，我们的研究表明了以下几点:(1)土壤水分胁迫严重限制了棉花叶片的源容量，表现为A在不同时期急剧下降，淀粉浓度在光周期结束时出现短暂下降。叶片源容量和叶面积的减少共同抑制了胁迫植物的干物质积累；(2)水分亏缺导致棉花叶片可溶性碳代谢物浓度升高，可能是由于棉花生长受到的影响大于光合作用和碳代谢；(3)土壤水分亏缺的持续时间是影响OA的主要因素。水分亏缺期棉花叶片中Kþ和氨基酸对OA的贡献分别在生育前期和后期。棉花叶片累积糖对OA的贡献较小但随着土壤水分胁迫时间的延长，溶质含量呈轻微上升趋势；(4)土壤水分亏缺导致棉花叶片O2 产量增加，可能与SOD活性降低有关。在大多数采样日期，丰水植株和干旱植株的H2O2浓度差异不大，可能是由于CAT活性不变和POD活性增加所致。棉花叶片MDA浓度升高表明抗氧化水平不足以防止土壤水分亏缺造成的长期损害。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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