水杨酸对高温强光胁迫下小麦叶片光合机构的保护作用

摘要

小麦是我国第二大粮食作物,其产量的丰欠直接影响人民生活水平和国民经济发展。然而,在决定小麦产量形成的灌浆期,常常遭遇高温和强光双重胁迫,导致光合机构破坏,叶片功能早衰,有机营养匮乏,籽粒发育受阻,造成严重的产量下降。本文研究了外源sA对高温强光胁迫下小麦抗氧化代谢、渗透调节、细胞膜稳定性、光合速率及叶绿体psbA基因表达的影响,旨在阐明其对光合机构防护作用的机理,为生产中采取抗逆技术提供理论依据。
　　 试验于河南农业大学科教园区进行,设置盆栽为主,沙培和大田栽培为辅3组试验,主要结果如下:
　　 1、外源SA提高了高温强光胁迫下小麦叶片psbA基因的表达量
　　 高温强光胁迫导致了psbA基因表达量的降低,叶面喷施SA可有效抑制高温强光所致的psbA基因表达量的降低,减轻了逆境条件下小麦的光抑制。暗恢复后使psbA基因的表达量迅速恢复到接近胁迫前水平,有效保护了PSⅡ反应中心免遭破坏,维护了植物光合机构有效运转。各处理浓度间的效应较为显著,以0.3mmol·L-1的SA作用效果最好。
　　 2、外源SA提高了高温强光胁迫下小麦叶片对活性氧的清除能力
　　 因为SOD的活性受其底物浓度的诱导,在各生育时期的胁迫初期,受O-(2)含量增加的刺激,SOD活性增强,但随着胁迫时间的延长和胁迫程度的加深SOD活性又急剧下降。受底物浓度的影响,APX活性变化趋势和SOD相似。虽然叶面喷施SA没有改变SOD和APX活性先增加后下降的趋势,但是喷施SA的处理SOD和APX活性始终高于CK处理。同时,SA对于CAT的活性下降也起到了较好的抑制作用。所以SA使高温强光胁迫下的小麦叶片相对维持了较高的清除活性氧的能力,减少了高温强光胁迫条件下自由基的积累,缓解了其对生物膜系统的伤害,使膜脂过氧化程度降低,因而原生质膜的通透性变小,离子渗漏减少。说明SA对高温强光胁迫下的小麦叶片细胞膜起到了一定的保护作用,且以浓度为0.3mmol·L-1的SA保护效果最好。
　　 3、外源SA提高了高温强光胁迫下小麦叶片的渗透调节能力
　　 植物的抗逆性与体内游离脯氨酸和蛋白质等物质密切相关。叶面喷施SA增加了高温强光胁迫下植株体内脯氨酸的积累,起到了渗透调节的作用。脯氨酸对逆境胁迫很敏感,胁迫时小麦叶片脯氨酸含量迅速积累,在随后的恢复阶段SA处理又可以有效的抑制脯氨酸含量的降低。植物在逆境条件下通过增加可溶性蛋白质的合成,直接参与其适应逆境的过程。叶面喷施SA在胁迫初期对蛋白质的合成起促进作用,随着胁迫程度的加剧,又对其降解起到了抑制作用。说明在高温强光胁迫下,SA通过促进新蛋白质的合成或者抑制蛋白质分解使其保持一定的含量水平,使细胞的亲水性增强,间接地增强了小麦叶片抵抗高温强光胁迫的能力。
　　 4、外源SA提高了高温强光胁迫下小麦叶片光合作用的潜能和效率
　　 高温强光胁迫下光合电子传递受阻,PSⅡ光化学效率降低,PSⅡ反应中心失活,净光合速率降低。高温强光胁迫对PSⅠ电子传递速率的影响明显小于PSⅡ,说明光抑制的主要部位是PSⅡ。在小麦经受高温强光胁迫之前,喷施适量的SA后,有效抑制了逆境对D1蛋白伤害,从而维持了较高的光合速率。SA处理在经过3h的暗恢复之后光合速率基本恢复,而CK处理在随后的恢复阶段并没有恢复到胁迫前的水平。说明SA处理仅仅发生了可逆失活,CK则可能发生了不可逆的失活。由此可以说明,外源SA提高了高温强光胁迫下小麦叶片光合作用的潜能和效率。
　　 综合本研究结果,一方面,外源SA能够增加高温强光胁迫下小麦叶片脯氨酸含量和可溶性蛋白质的含量,增强胁迫条件下膜脂稳定性,减少电解质外渗。另一方面,外源SA能够增加高温强光胁迫下小麦叶片活性氧清除酶系统SOD、APX的活性,加强其对ROS的清除能力,减少活性氧对D1蛋白的破坏,提高psbA基因的表达,从而保持较高的光合速率。最终表现在对光和机构的保护,增强干物质的积累,从而为增加小麦的产量提供保证。