Ind. Crops. Prod.|干旱胁迫下外源褪黑素对籽棉根系生长、寿命及产量的影响

论文内容

研究背景：

干旱胁迫是全球作物损失的主要原因，因为它限制了可耕地面积三分之一以上的农业生产，这导致全球作物产量和生产力损失近70%。此外，由于水资源分布不均、水资源稀缺性增加以及未来全球变暖导致的气候变化，预计干旱胁迫将更加强烈和频繁。棉花是全球最普遍种植的纤维作物，是经济上最重要的经济作物之一。全球约70%的棉花种植区受到干旱影响，导致棉花产量和品质显著下降。这种下降严重威胁着棉花生产的安全。因此，以环境友好的方式提高棉花的抗旱性将对棉花的生产产生实质性的好处。

植物生长调节剂的外源施用已被证明可以通过多种方式减轻干旱胁迫对作物的不利影响。褪黑素(n -乙酰基-5-甲氧基色胺)是一种天然存在的吲哚，广泛存在于植物中，是一种众所周知的植物生长调节剂，可以提高植物对各种生物和非生物胁迫的抗性。近年来，褪黑素因其在缓解干旱胁迫和清除自由基方面的强大的功能显示出巨大的前景。Hu等最近发现，在干旱胁迫下，施褪黑素可使种棉产量提高38.3-60.6%。

大量研究证明，褪黑素可以改善干旱胁迫下叶子的特性。褪黑素通过保护光合色素、增加二氧化碳同化速率和气孔导度来提高光合作用效率。最近，Yang等发现褪黑激素通过维持叶绿体片层结构的完整性来减少棉花叶片叶绿体的损伤，从而促进干旱胁迫下的光合性能。此外，褪黑素还可以通过降低丙二醛和活性氧含量来提高作物的抗旱性;增加抗坏血酸、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白和谷胱甘肽的含量;增强抗坏血酸过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶的活性。褪黑素还可以通过促进根系生长来提高作物的抗旱性。

综上所述，由于土壤的不透明和根系的复杂性，与叶片相比，利用褪黑激素缓解干旱胁迫对作物根系发育和寿命的不利影响的研究较少。棉花是一种主根作物，其根系由主根、侧根、分枝根、毛根和根毛组成。系统研究了缺水和养分不足使用我们团队开发的原位根表型平台RhizoPot。特别是在干旱胁迫下，棉花根系的生长和寿命明显受到抑制。基于这些结果，我们推测在干旱胁迫下，褪黑素可以促进根系生长，延长根系寿命，提高最终产量。为了解决这一假设，我们制定了以下目标:(1)探索褪黑激素对干旱胁迫下根系生长的调节作用;(2)阐明褪黑激素对干旱胁迫下侧根和根毛寿命的影响;(3)确定种子棉根系生长、根系寿命和叶片性质与产量的关系。据我们所知，这是第一次系统地探索褪黑素对棉花根系生长和寿命的影响。此外，还系统研究了干旱胁迫下褪黑素与籽棉叶片性状及产量的关系。这将有利于农业充分了解褪黑素缓解干旱胁迫对棉花不利影响的机制，提高棉花的抗旱性。

研究内容：

干旱胁迫是抑制棉花生长、降低产量的主要环境因子。外源应用褪黑激素已被证明可以减轻干旱胁迫损害，但尚不清楚褪黑激素是否通过防止干旱诱导的根系生长抑制来减轻干旱胁迫损害。为了解决这一差距，我们对在RhizoPotsto中生长的棉花植株进行了彻底浇水、干旱胁迫和补充外源褪黑激素的干旱胁迫处理。与非褪黑素处理相比，褪黑素处理在干旱胁迫下促进了地上部生长，提高了株高、茎粗、叶面积、SPAD值和净光合速率。褪黑素通过增加棉铃重，显著地防止了干旱引起的产量损失。与干旱胁迫处理相比，干旱胁迫+褪黑素处理的根长、根表面积、根体积和比根长分别显著增加18.36%、25.46%、26.07%和18.53%。在干旱胁迫下，褪黑素通过增加最大积累速率和平均积累速率增加根长，通过增加最大积累速率和平均积累速率增加主根直径。与干旱胁迫处理相比，干旱胁迫+褪黑素处理显著增加了侧根和根毛的寿命。综上所述，外源褪黑素可以通过促进根系生长和延缓根系衰老来提高棉花的抗旱性和产量。

研究结论：

在这项研究中，我们系统地探索了褪黑激素对干旱胁迫下棉花根系生长和寿命特性的影响。外源褪黑素的施用通过增加主根直径的最大和平均生长率增加了主根直径，通过增加最大和平均积累率增加了根长。此外，外源褪黑素的应用增加了根毛的长度，延长了根和根毛的寿命。综上所述，外源褪黑素通过促进叶片和根系的特性来提高抗旱性，从而提高干旱胁迫下的最终产量。本研究全面了解了外源褪黑素在干旱胁迫下是如何通过促进根系发育、延缓根系衰老来提高棉花抗旱性、提高棉籽棉产量的。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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