抗坏血酸提高棉花种子萌发耐盐性及其生理机制

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0771

中国农学通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (33): 53-60.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0771

抗坏血酸提高棉花种子萌发耐盐性及其生理机制

徐建伟¹(), 闫紫欣¹, 朱金成¹^,², 茹思博¹, 刘文红³, 李志博¹()

¹ 石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832000
² 新疆农垦科学院，新疆石河子 832000
³ 石河子大学资产管理处，新疆石河子 832000

收稿日期:2023-11-09 修回日期:2024-01-15 出版日期:2024-11-23 发布日期:2024-11-23
通讯作者:
李志博，男，1978年出生，甘肃镇原人，正高级实验师，研究方向：棉花新品种选育及抗逆生理、分子生物学。通信地址：832003 新疆石河子市北四路221号，石河子大学农学院，Tel：18909936335，E-mail：lzb_oea@shzu.edu.cn。
作者简介:
徐建伟，男，1976年出生，甘肃临夏人，副教授，研究方向：棉花新品种选育及抗逆生理。通信地址：832003 新疆石河子市北四路221号，石河子大学农学院，Tel：18097586650，E-mail：jwchxjw@shzu.edu.cn。
基金资助:
新疆生产建设兵团科技特派员创新创业项目“第三师广适性棉花新品种及配套绿色高效栽培技术示范推广”(2024CC002); 石河子大学科技特派员团队服务项目“第三师53团棉花耐盐碱种植技术”(KJTP202302); “第三师53团盐碱地棉花耐盐碱高效生产关键技术”(KJTP2022119); 国家自然科学基金“荒漠绿洲区不同生育期棉花耐冷性差异的生理机制及蛋白质组学研究”(31560074); 石河子大学大学生研究训练计划SRP项目“抗坏血酸对棉花种子萌发期耐盐性的作用效应及其渗透调节机制解析”(SRP2022001); 中国农科院西部中心“西部粮棉轮作技术创新团队”建设项目“陆地棉GhUBC1苗期耐盐功能及分子机制研究”(2023D01A015)

Improvement of Salt Tolerance in Cotton Seed Germination by Ascorbic Acid and Its Physiological Mechanism

XU Jianwei¹(), YAN Zixin¹, ZHU Jincheng¹^,², RU Sibo¹, LIU Wenhong³, LI Zhibo¹()

¹ College of Agriculture, Shihezi University/Key Laboratory of Oasis Ecology Agriculture, Xinjiang Production and Construction Corps, Shihezi, Xinjiang 832000
² Xinjiang Academy of Agricultural Reclamation Sciences, Shihezi, Xinjiang 832000
³ Asset Management Department, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832000

Received:2023-11-09 Revised:2024-01-15 Published:2024-11-23 Online:2024-11-23

摘要/Abstract

摘要：

本研究以新疆主栽棉花品种‘新陆早61号’为材料，旨在探讨抗坏血酸（AsA）浸种对提高棉花种子萌发期耐盐性的效果及其生理机制。通过分析不同类型盐胁迫（NaCl、Na₂SO₄和Na₂CO₃+NaHCO₃）下，抗坏血酸(AsA)浸种对棉花种子（棉种）主要发芽特性和生理指标的影响。结果表明，棉种的萌发随盐胁迫浓度升高而下降；但在AsA浸种处理后，棉种萌发特性显著增强，其中发芽率分别比对照提高了55.32%、56.10%和44.0%。最佳AsA浸种浓度分别为0.10 mmol/L（NaCl和Na₂SO₄）和0.15 mmol/L（Na₂CO₃+NaHCO₃）。此外，盐胁迫萌发过程中AsA浸种提高了棉种SOD、POD、CAT抗氧化酶的活性，增强了可溶性蛋白和可溶性糖的含量，同时降低了MDA和H₂O₂的水平。研究表明，AsA浸种通过增强抗氧化酶活性、增加渗透物质含量和减少膜脂过氧化，有效提升了棉花种子的耐盐性。

关键词: 抗坏血酸, 盐胁迫, 棉花, 种子萌发, 生理机制, 抗氧化酶

Abstract:

The study aims to explore physiological mechanisms of salt tolerance in cotton during seed germination stage. Using ‘Xinluzao NO.61’, a major local cotton variety, as the test material, the effects of ascorbic acid (AsA) soaking on key germination characteristics and physiological indicators of cotton seeds were analyzed under different types of salt stress. The results showed that the germination of cotton seeds decreased with increasing salt stress concentration; Under NaCl, Na₂SO₄, and Na₂CO₃+NaHCO₃ stress, the soaking with AsA enhanced the germination characteristics of cotton seeds, among them, the germination rate of cotton seeds increased the most, increasing by 55.32%, 56.10%, and 44.0% compared to the control, respectively, and the optimal AsA soaking concentration for improving salt tolerance was selected as 0.10 mmol/L, 0.10 mmol/L, and 0.15 mmol/L; during the germination process under salt stress, the activities of SOD, POD and CAT, and the contents of soluble protein and soluble sugar in cotton seeds soaked with AsA increased，while the content of MDA and H₂O₂ decreased, and all showed significant differences from the control group. It is concluded that AsA soaking can improve the salt tolerance of cotton seed during germination, as it enhances the main antioxidant enzyme activity, increases the content of osmotic substances, and alleviates membrane lipid peroxidation of cotton seed.

Key words: ascorbic acid, salt stress, cotton, seed germination, physiological mechanism, antioxidant enzymes

徐建伟, 闫紫欣, 朱金成, 茹思博, 刘文红, 李志博. 抗坏血酸提高棉花种子萌发耐盐性及其生理机制[J]. 中国农学通报, 2024, 40(33): 53-60.

XU Jianwei, YAN Zixin, ZHU Jincheng, RU Sibo, LIU Wenhong, LI Zhibo. Improvement of Salt Tolerance in Cotton Seed Germination by Ascorbic Acid and Its Physiological Mechanism[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2024, 40(33): 53-60.

图/表 6

参考文献 33

[1]	胡远艺, 谭炎宁, 刘小林, 等. 中国耐盐碱水稻产业化发展面临的问题与建议[J]. 杂交水稻, 2023, 38(5):1-5.
[2]	邵华伟, 孙九胜, 胡伟, 等. 新疆盐碱地分布特点和成因及改良利用技术研究进展[J]. 黑龙江农业科学, 2014(11):160-164.
[3]	李双男, 郭慧娟, 王晶, 等. 不同盐碱胁迫对棉花种子萌发的影响[J]. 种子, 2018, 37(1):38-45.
[4]	石婧, 刘东洋, 张凤华. 不同品种(品系)棉花对盐胁迫的生理响应及耐盐性评价[J]. 江苏农业学报, 2020, 36(4):828-835.
[5]	张国伟, 路海玲, 张雷, 等. 棉花萌发期和苗期耐盐性评价及耐盐指标筛选[J]. 应用生态学报, 2011, 22(8):2045-2053.
[6]	SINGH K, GUPTA N, DHINGRA M. Effect of temperature regimes, seed priming and priming duration on germination and seedling growth on American cotton[J]. Journal of environmental biology, 2018, 38:83-91.
[7]	陈莉, 刘连涛, 马彤彤, 等. 褪黑素对盐胁迫下棉花种子抗氧化酶活性及萌发的影响[J]. 棉花学报, 2019, 31(5):438-447. doi: 10.11963/1002-7807.cllcd.20190905
[8]	郑青松, 刘友良. DPC浸种提高棉苗耐盐性的作用和机理[J]. 棉花学报, 2001(5):278-282.
[9]	王鹏山, 贾林, 张金龙, 等. 不同盐胁迫下罗布麻种子耐盐性的比较研究[J]. 中国农学通报, 2021, 37(12):39-44. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2020-0391
[10]	ALVES R C, OLIVEIRA K R, LUCIO J C, et al. Exogenous foliar ascorbic acid applications enhance salt-stress tolerance in peanut plants through increase in the activity of major antioxidant enzymes[J]. South African journal of botany, 2022, 150:759-767.
[11]	刘奕媺, 于洋, 方军. 盐碱胁迫及植物耐盐碱分子机制研究[J]. 土壤与作物, 2018, 7(2):201-211.
[12]	辛承松, 董合忠, 唐薇, 等. 棉花盐害与耐盐性的生理和分子机理研究进展[J]. 棉花学报, 2005(5):309-313.
[13]	王宁, 霍飞超, 张逸彬, 等. 棉花种子萌发期耐盐机理初探[J]. 中国棉花, 2023, 50(5):7-11. doi: 10.11963/cc20220198
[14]	YANG W, ZHOU Z, CHU Z H. Emerging roles of salicylic acid in plant saline stress tolerance[J]. International journal of molecular sciences, 2023, 24:3388.
[15]	AKCAY U C, OKUDAN N. Exogenous serotonin improves drought and salt tolerance in tomato seedlings[J]. Plant growth regulation, 2023, 101:239-249.
[16]	郑丽华, 郑昊, 王超, 等. 盐条件下不同植物生长调节剂对冰菜种子萌发的影响[J]. 中国野生植物资源, 2019, 38(1):33-38.
[17]	林之林, 郝田, 于景金, 等. 盐胁迫下3种外源物对高羊茅生理指标的影响[J]. 草业科学, 2022, 39(4):720-730.
[18]	李艺寒, 陈玉童, 刘芯邑, 等. 外源抗坏血酸对棉花种子萌发耐冷性的影响[J]. 种子, 2019, 38(3):77-80.
[19]	王振, 张齐凤, 胡亚军, 等. 抗坏血酸与植物抗逆性关系[J]. 现代化农业, 2013(12):31-32.
[20]	LI S, NAWAZ A, HUSSAIN S, et al. Abiotic stress tolerance in plants and pretreatment with ascorbic acid[M]. Priming and pretreatment of seed and seedlings, 2019:459-493.
[21]	董秋丽, 夏方山, 李晓禹, 等. 抗坏血酸引发对NaCl胁迫燕麦种子活力的影响[J]. 草业学报, 2018, 27(4):202-208. doi: 10.11686/cyxb2017324
[22]	江绪文, 李贺勤, 王建华. 盐胁迫下黄芩种子萌发及幼苗对外源抗坏血酸的生理响应[J]. 植物生理学报, 2015, 51(2):166-170.
[23]	张志良, 瞿伟菁, 李小方. 植物生理学实验指导[M]. 北京: 高等教育出版社, 2009.
[24]	BAUDOUIN E, PUYAUBERT J, BAILLY C. Physiological and environmental regulation of seed germination: from signaling events to molecular responses[J]. International journal of molecular sciences, 2022, 23:4839.
[25]	JAVID M, FORD R, NICOLAS M E. Tolerance responses of Brassica juncea to salinity, alkalinity and alkaline salinity[J]. Functional plant biology, 2012, 39:699-707.
[26]	郑丽娜, 梁海芸, 于菘, 等. 盐碱胁迫对芸豆种子萌发特性的影响[J]. 种子, 2018, 37(11):73-78.
[27]	王瑛, 朱雅婧, 郑国清, 等. 棉花应答盐碱胁迫机制研究进展[J]. 河南农业, 2022(15):51-53.
[28]	李丽琴. 不同浓度抗坏血酸对盐胁迫下小叶丁香生理特性的影响[J]. 山西林业科技, 2023, 51(S1):1-4.
[29]	樊瑞萍. 外源抗坏血酸对盐胁迫下高羊茅生长的影响及调控机理[D]. 南京: 南京农业大学, 2010.
[30]	李菡, 李云, 任学军, 等. 模拟海水胁迫下小麦幼苗的质量及生理响应机制[J]. 核农学报, 2023, 37(6):1270-1278. doi: 10.11869/j.issn.1000-8551.2023.06.1270
[31]	王晓春, 杨天辉, 王川, 等. 混合盐碱胁迫对紫花苜蓿的生长和生理指标的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(19):139-145. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0766
[32]	AHMAD P, JALEEL C A, SALEM M A, et al. Roles of enzymatic and nonenzymatic antioxidants in plants during abiotic stress[J]. Critical reviews in biotechnology, 2010, 30(3):161-175. doi: 10.3109/07388550903524243 pmid: 20214435
[33]	黄相玲, 林妃妃, 张明月, 等. 盐胁迫对小叶榄仁幼苗生长和渗透调节物质含量的影响[J]. 南方农业学报, 2018, 49(7):1364-1369.

NaCl浓度/(mmol/L)	Na₂SO₄浓度/(mmol/L)	Na₂CO₃+NaHCO₃浓度
NaCl浓度/(mmol/L)	Na₂SO₄浓度/(mmol/L)	pH	Na₂CO₃浓度/(mmol/L)	NaHCO₃浓度/(mmol/L)
0	0	7.06	0	0
50	50	8.60	47.17	1.19
100	100	9.03	47.17	5.95
150	150	9.71	47.17	35.71
200	200	10.14	47.17	119.05
300	300	10.47	47.17	357.14

NaCl浓度/(mmol/L)	Na₂SO₄浓度/(mmol/L)	Na₂CO₃+NaHCO₃浓度
NaCl浓度/(mmol/L)	Na₂SO₄浓度/(mmol/L)	pH	Na₂CO₃浓度/(mmol/L)	NaHCO₃浓度/(mmol/L)
0	0	7.06	0	0
50	50	8.60	47.17	1.19
100	100	9.03	47.17	5.95
150	150	9.71	47.17	35.71
200	200	10.14	47.17	119.05
300	300	10.47	47.17	357.14

盐类型	浓度/(mmol/L)	发芽率/%	发芽势/%	发芽指数
NaCI	0	93.33a	85.83a	62.78a
	50	79.17b	74.17b	54.85b
	100	60.83c	59.17c	43.45c
	150	41.67d	39.17d	29.05d
	200	10.00e	9.17e	6.34e
	300	5.00e	4.17e	2.91e
Na₂SO₄	0	93.33a	85.83a	62.78a
	50	65.00b	60.84b	42.04b
	100	37.50c	34.17c	22.13c
	150	9.17d	6.67d	5.01d
	200	0.00e	0.00e	0.00e
	300	0.00e	0.00e	0.00e
Na₂CO₃+NaHCO₃	7.06	93.33a	85.83a	62.78a
	8.60	70.83b	65.00b	50.80b
	9.03	47.50c	41.67c	28.79c
	9.71	14.17d	13.33d	9.33d
	10.14	10.00e	7.50e	5.55e
	10.47	0.00f	0.00f	0.00f

盐类型	浓度/(mmol/L)	发芽率/%	发芽势/%	发芽指数
NaCI	0	93.33a	85.83a	62.78a
	50	79.17b	74.17b	54.85b
	100	60.83c	59.17c	43.45c
	150	41.67d	39.17d	29.05d
	200	10.00e	9.17e	6.34e
	300	5.00e	4.17e	2.91e
Na₂SO₄	0	93.33a	85.83a	62.78a
	50	65.00b	60.84b	42.04b
	100	37.50c	34.17c	22.13c
	150	9.17d	6.67d	5.01d
	200	0.00e	0.00e	0.00e
	300	0.00e	0.00e	0.00e
Na₂CO₃+NaHCO₃	7.06	93.33a	85.83a	62.78a
	8.60	70.83b	65.00b	50.80b
	9.03	47.50c	41.67c	28.79c
	9.71	14.17d	13.33d	9.33d
	10.14	10.00e	7.50e	5.55e
	10.47	0.00f	0.00f	0.00f

盐类型	AsA浓度/(mmol/L)	发芽率/%	发芽势/%	发芽指数
NaCl	0	41.67 c	39.17 c	29.05 c
	0.05	57.50 b	50.83 b	37.21 b
	0.10	65.00 a	60.83 a	46.04 a
	0.15	54.17 b	56.67 ab	41.47 ab
	0.20	45.00 c	40.00 c	28.97 c
	0.30	35.00 d	31.67 d	21.54 d
Na₂SO₄	0	37.50d	34.17bc	22.13d
	0.05	54.17b	51.67a	37.10ab
	0.10	60.00a	53.33a	41.61a
	0.15	52.50b	50.00a	35.58b
	0.20	42.50c	38.33b	28.31c
	0.30	31.67e	28.33c	19.43d
Na₂CO₃+NaHCO₃	0	47.5cd	41.67d	28.79cd
	0.05	50.00c	48.33c	34.05bc
	0.10	56.67b	51.67bc	38.17b
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	0.20	58.33b	55.00ab	38.82b
	0.30	42.50d	36.67d	26.53d

抗坏血酸提高棉花种子萌发耐盐性及其生理机制

Improvement of Salt Tolerance in Cotton Seed Germination by Ascorbic Acid and Its Physiological Mechanism

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[1]	葛玉君, 巩娜, 杨建峰, 杨敏, 刘政, 李相敢. 棉花组培苗高效移栽驯化技术的研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(7): 14-19.
[2]	薛彤彤, 谢萌蒙, 孙辉, 李冲伟. 外源添加苯甲酸对紫苏种子发芽和幼苗生长的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(7): 72-77.
[3]	王鹏翔, 陈翔宇, 魏春月, 马怡茹, 秦诗哲, 周泽轩, 张泽. 基于机器学习算法的滴灌棉花地上部氮浓度估测模型研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(4): 148-157.
[4]	肖雯丽, 王含瑞, 王梦亮, 王俊红. 盐碱胁迫下植物响应机制的研究进展[J]. 中国农学通报, 2024, 40(33): 78-85.
[5]	张泰劼, 郭文磊, 田兴山, 张纯. 香豆素对白花鬼针种子萌发及生长的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(31): 111-118.
[6]	张红磊, 邓欣, 姜艳芳, 李思琴, 刘泽发, 党建成, 王亚楠. 锑对甜瓜种子萌发及幼苗生理特征的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(31): 23-29.
[7]	王一琪, 张文太, 田长彦, 买文选. 新疆南疆棉花“干播湿出”种植技术应用现状、面临的问题及解决策略[J]. 中国农学通报, 2024, 40(3): 62-65.
[8]	关思慧, 柴亚倩, 杨元玲, 刘慧英, 郝庆, 刁明. 低温胁迫对石榴光合特性和抗氧化能力的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(3): 66-75.
[9]	高帆. 高耐盐紫球藻资源筛选及其miR398-CSD盐胁迫应答模式研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(3): 103-111.
[10]	巨亚雯, 徐蓬, 陈亚丽, 付佑胜, 曹凯歌. 盐胁迫下内生真菌发酵液对小麦种子萌发以及幼苗生长的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(3): 26-32.
[11]	杜珊珊, 罗静, 姚青青, 何忠盛, 王东力, 孙绘健. 巴州地区棉花对化学打顶剂的响应机制[J]. 中国农学通报, 2024, 40(25): 11-17.
[12]	郭佳祎, 于一雷, 李文彦, 吕翠翠, 刘超杰. 复合抗生素对生菜种子萌发及土壤酶活性的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(25): 52-58.
[13]	谭秋锦, 周春衡, 环秀菊, 许鹏, 钟剑章, 何铣扬, 黄锡云, 杨小州, 梁瑛. ¹³⁷Cs-γ辐照对澳洲坚果种子萌发与穗条生长的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(23): 39-44.
[14]	刘爱杰, 胡华兵, 王荣华, 王茂芊. 盐胁迫对不同甜菜种子萌发特性的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(21): 20-28.
[15]	苏朝丞, 葛怡成, 谢葭颖, 许浩翊, 王啸天. 石河子棉花生长关键期与产量动态预报研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(2): 102-106.