Field. Crops. Res.|一氧化氮通过促进胁迫后补偿性生长来减少涝渍棉的产量损失

论文内容

研究背景：

棉花对涝渍的反应已经在农艺、形态、生理和分子水平上进行了广泛的研究。涝渍导致土壤缺氧，涝渍下土壤氧的减少，由于碳水化合物的生产和消耗失衡，再加上有毒代谢产物的积累，损害了植物的生长发育，最终导致产量损失甚至作物歉收。而棉花可以适应内涝。当遭受涝渍胁迫时，棉花植株通过形态、生理和分子策略迅速感知并逐渐适应胁迫，以减少损害或产量损失。棉花对涝渍胁迫有多种适应和保护机制，包括逃避机制、静止机制和自我调节补偿机制。虽然我们和其他人已经深入研究了棉花的逃逸和静止适应机制，涝渍棉的自调节补偿策略或涉及的补偿生长机制的研究很少。

一氧化氮(NO)是一种重要的内源性信号分子，参与多种生理过程，包括对非生物应激的反应。硝普钠(SNP)是一氧化氮的供体，叶面喷施硝普钠(SNP)可提高植物对非生物胁迫的耐受性或适应性，从而减少盐胁迫和干旱胁迫损害。我们前期研究表明，在涝渍胁迫缓解之前，叶面喷施SNP可提高涝渍棉花植株的NO含量，使籽棉产量损失减少28.4% 。胁迫解除当天，与无SNP对照相比，处理过SNP的植株的产量损失减少与损害减少有关，这表明，与无SNP对照相比，处理过SNP的植株的生物量和生理调整有所增加。据报道，使用氨氧化菌株接种可以增加玉米干旱后补水后的补偿性生长，而棉花在去除生殖器官后表现出很强的补偿性生长能力。因此，我们推测外源NO可以促进涝渍棉在胁迫解除后的代偿生长，这对减少涝渍棉的产量损失具有重要意义。因此，本研究的目的是确定(a)叶面喷施SNP是否增加了涝渍棉花植株的补偿性生长;(b) NO如何增加涝棉的补偿性生长和减少产量损失。本研究将有助于更好地了解植物生长调节剂减轻棉花涝渍胁迫的生理机制。

研究内容：

渍胁迫阻碍棉花生长发育，最终造成产量损失。一氧化氮(NO)能缓解棉花涝渍损害，但是否能促进棉花在涝渍缓解后的补偿性生长尚不清楚。以田间棉花为研究对象，对花期棉花植株进行10 d涝渍胁迫处理，并对涝渍期间叶面喷施硝普钠(SNP)的效果进行评价。连续2年测定涝渍解除后10 d植株组织中NO浓度、植株生物量及相关生理事件，以及收获时籽棉产量和产量构成。涝渍后10 d，未涝渍棉和涝渍棉的生物量分别比脱涝当天增加38.5%和48.3%，说明脱涝后发生了显著的补偿性生长。涝渍期叶面喷施SNP不仅使脱除胁迫前的NO浓度(40 ~ 183%)增加，而且使脱除胁迫后的NO浓度(30 ~ 75%)增加。随着NO浓度的增加，叶面喷施SNP比不喷施SNP提高了涝后10 d植株生物量、收获时的生物产量、铃密度和籽棉产量，分别提高了54.4%、8.0%、7.5%和7.6%，说明NO促进了涝后棉花的代偿生长，减少了产量损失。相关分析表明，产量损失减少与补偿生长呈正相关(R2 = 0.83**)。喷施SNP后，涝渍棉10 d丙二醛含量、醇脱氢酶和丙酮酸脱羧酶活性分别比未喷施SNP降低了15.2%、42.4%和38.2%，而生长素(IAA)、赤霉酸(GA)、叶绿素含量和光合速率分别比未喷施SNP提高了28.6%、59.6%、12.1%和6.4%，脱落酸(ABA)和乙烯含量分别降低了12.5%和8.5%。综上所述，即使在胁迫后10 d，喷施SNP也能提高涝渍棉花植株的NO含量。通过提高NO含量，增加IAA和GA，减少ABA和乙烯，实现激素的再平衡，促进胁迫解除后的光合恢复和代偿生长，最终减少产量损失。综上所述，促进棉花涝后补偿性生长是NO缓解涝后胁迫的重要机制。

研究结论：

叶面喷施SNP提高了涝棉植株NO含量，缓解了细胞膜脂质过氧化和厌氧呼吸，为后续的代偿性生长提供了基础。涝渍胁迫解除后，通过增加生长素和赤霉素的含量，降低ABA和乙烯的含量，实现内源激素的再平衡，促进光合生产能力的恢复，从而促进涝渍棉的补偿性生长，最终减少棉花的产量损失。因此，提高涝后棉花的补偿性生长是NO缓解涝渍胁迫的重要机制之一。但需要注意的是，我们之前的研究表明，一氧化氮可以通过减少缺氧损伤来提高棉花对涝渍胁迫的适应性，最终减少产量损失。虽然目前尚不清楚缺氧损伤是否影响代偿性生长，但我们倾向于认为代偿性生长在一定程度上取决于缺氧损伤的程度，因为严重的损伤不利于代偿性生长。当然，这两个因素之间的确切关系还需要进一步研究。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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