Plant Physiol. Bioch.|施钾通过调节内源保护酶活性和激素含量促进棉花对土壤涝渍胁迫的适应

论文内容

研究背景：

夏季是棉花生长发育的关键期，直至铃期。在黄河和长江流域的棉区，夏季的季节性降雨往往引发洪水，其逆境可直接作用于根系，对棉花地上部分的生长构成生理性干旱威胁。在棉铃期缺氧条件下，棉花植株动态平衡失调，活性氧代谢动态平衡失衡，内源激素含量变化迅速，土壤涝渍恢复时间缓慢，作物光合性能降低，最终品质或产量显著降低。棉花植株本身具有完整的自适应保护机制来减少洪水损失。抗氧化酶系统由植物体内存在的SOD、CAT、POD等组成，能有效抵抗活性氧离子，维持植物体自身代谢的稳定性。土壤涝渍对不同作物抗氧化酶系统的影响表现出不同的响应。植物内源激素含量的变化是土壤涝渍胁迫的调节生理指标，它们在极低浓度下相互协调，使植物能够及时准确地感知和响应，其中ABA、ZR、IAA、GA等内源激素在协调中发挥的作用最为显著。前人对番茄、白三叶草、荔枝、大豆的研究发现，在涝渍逆境下，叶片ABA含量升高导致气孔关闭，IAA、ZR和GA含量降低或升高，形成协同或拮抗作用，对逆境反应迅速。同样，涝渍棉花内源激素水平的改变抑制了IAA、GA和CTK的合成，增加了ABA和乙烯的合成。Guinn和Brummett认为棉花叶片中发生的激素如ABA含量升高、IAA降低、ZR降低气孔孔径等现象，可导致植株代谢减慢，减少逆境损失。

棉花偏爱无机元素和能显著提高棉花抗水分胁迫能力的施肥。对植物水分胁迫下氮代谢调控的研究较多，而施钾对植物水分胁迫的作用机制尚不明确。既往研究表明，施钾可提高棉花叶片SOD和CAT活性，降低MDA含量和POD活性，减缓棉花叶片衰老;施钾可以调节植物体内内源激素的分布和运输。在干旱胁迫下，对作物施钾缓解水分胁迫进行了广泛研究。相比之下，只有少数试验研究了土壤施钾和叶面喷钾对改善涝渍条件下棉花必需养分供应和有机毒性的影响。但在涝渍逆境下，钾对棉花内源保护酶活性、激素含量变化及其平衡的影响尚未见报道。因此，我们提出研究施钾对棉花铃期内源保护酶活性和激素含量的影响，探讨提高棉花抗水分胁迫的机理，寻找钾对棉花抗水分胁迫逆境生理特性的依据，以期为棉花在多雨年份的高产生产提供理论指导。

研究内容：

为了研究施钾对棉花涝渍胁迫后损害的缓解效果，在棉花开花期进行了2个施钾水平(0和150 kg K2O hm-2)和3种土壤涝渍处理(0d、3d和6d)的试验。结果表明:(a)在单纯土壤涝渍胁迫下，棉花叶片内源激素IAA、GA3和ZR含量的增量随着土壤涝渍天数的增加而降低。可溶性蛋白、MDA和ABA含量显著升高，ZR/ABA、IAA/ABA和GA3/ABA含量显著降低。CAT和POD酶活性随土壤涝渍时间延长而升高，SOD活性随涝渍时间延长而降低。(b)与单独涝渍相比，渍水配施钾显著影响了抗氧化酶活性和内源激素平衡，导致可溶性蛋白显著增加，H2O2含量、O2生成速率和MDA含量显著降低，IAA、GA3和ZR含量显著增加，ABA含量显著降低。同时保持较高的SOD、CAT活性，POD活性缓慢升高。(c)施钾对土壤涝渍后棉花有明显的补偿效应，促进了棉花生理酶活性和ABA含量的快速恢复。6d土壤涝渍恢复时间较长。研究结果可为减少洪涝灾害、提高棉花产量提供科学理论依据。

研究结论：

综上所述，施钾显著提高了棉花对土壤涝渍的抗性，尤其是对短期胁迫的抗性，主要是通过提高CAT和SOD的抗氧化酶活性来降低H2O2和O2-的生成，防止棉花叶片中MDA含量降低对细胞膜的损害。此外，施用钾肥引发了棉花花期土壤涝渍胁迫后叶片新的内源激素平衡。具体来说，随着土壤涝渍恢复的时间，IAA快速增加，GA3和ZR逐渐增加，而ABA明显减少。施钾处理显著提高了ZR/ABA、IAA/ ABA和GA3/ABA的激素平衡，明显有利于棉花从土壤涝渍胁迫中恢复。有趣的是，施用钾肥处理3d短期涝渍胁迫，棉花土壤涝渍停止后14d有补偿效应，6d土壤涝渍恢复时间较长(本试验为21d)。因此，为了提高棉花的抗逆性，促进棉花从土壤涝渍胁迫中恢复，应考虑适度施钾。

转自：“农科学术圈”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！