褪黑素对高温胁迫下棉花生理特性和产量品质的调控效应

作     者：樊聪 

作者单位：河北农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张永江

授予年度：2023年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：棉花 褪黑素 高温胁迫 光合 抗氧化酶 活性氧 产量品质 

摘      要：高温胁迫已经成为影响全球农业生产力的最重要的环境因素之一,棉花作为重要的油料作物和纤维作物,经常遭受高温胁迫。褪黑素作为一种新型植物激素,在植物生长和发育过程中发挥重要作用,但对于如何缓解高温胁迫的机理尚不清楚。为此本研究以“农大601(ND601)和“国欣棉9号(GX9)为试验材料,以25℃/25℃(昼夜,常温喷施清水)为对照,设置高温胁迫(昼夜38/32℃)和喷施不同浓度的褪黑素(室内高温喷施0μM、50μM、100 μM、200 μM和500μM褪黑素;田间高温喷施0 μM和200μM褪黑素),在苗期和花铃期对棉花地上部形态、生理特性、气孔特征、产量及品质进行探究,明确适宜褪黑素浓度对高温胁迫下棉花的缓解效应,主要研究结果如下:1.褪黑素处理显著促进了高温胁迫下棉花的生长发育。喷施100 μM褪黑素后,棉花幼苗的株高、茎粗和叶面积与高温处理相比分别显著增加了 17.88%、14.15%和24.23%,地上部鲜重和干重显著增加了 29.02%和23.60%,根系鲜重和干重显著增加了 29.29%和59.94%(p0.05)。花铃期喷施200μM后,ND601的生物量与高温处理相比显著增加了 21.87%,GX9显著增加了 22.38%(p0.05)。2.褪黑素处理显著提高了高温胁迫下棉花的光合特性。喷施100 μM褪黑素后棉花幼苗净光合速率(Pn)、最大光化学效率(Fv/Fm)和实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)与高温处理相比显著增加了 33.93%、40.97%和11.48%,相对叶绿素含量(SPAD)显著增加了 14.24%(p0.05)。花铃期喷施200 μM褪黑素后,ND601 的 Pn、Fv/Fm 和 SPAD 显著增加了 30.78%、13.60%和 3.66%,GX9 显著增加了 30.73%、15.68%和 45.67%(p0.05)。3.褪黑素处理显著降低了高温胁迫下棉花的活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)含量和相对电导率(REC),提高了抗氧化酶活性,增强了 ROS的清除能力。喷施100μM褪黑素后棉花幼苗的H2O2、O2-、MDA和REC与高温处理相比分别显著降低了 23.85%、18.53%、25.53%和17.15%(p0.05)。高温胁迫显著降低了抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT、APX)和还原性物质(ASA、GSH),喷施100 μM褪黑素后棉花幼苗的SOD、POD、CAT、APX分别显著提高了40.81%、36.78%、41.51%和 50.42%,ASA 和 GSH 分别显著增加了 54.18%和45.10%(p0.05)。花铃期喷施 200μM 褪黑素后,ND601 的 SOD、POD 和CAT与高温处理相比显著增加了 7.72%、12.69%和7.9%,GX9显著增加了4.80%、10.55%和 10.48%(p0.05)。4.褪黑素处理显著促进了高温胁迫下棉花的可溶性糖和可溶性蛋白含量,降低细胞渗透势,保护细胞膜结构的完整性。喷施100 μM褪黑素后棉花幼苗的可溶性糖和可溶性蛋白含量与高温处理相比显著增加了 55.24%和30.18%(p0.05)。花铃期喷施200μM褪黑素后,ND601的可溶性糖和可溶性蛋白含量与高温处理相比显著提高了 11.95%、19.20%,GX9显著提高了 14.52%和7.73%(p0.05)。5.褪黑素处理显著改善了高温胁迫下棉花幼苗的气孔特征。高温胁迫后气孔长度、气孔宽度和气孔开度显著增加,气孔密度显著降低,喷施100μM褪黑素后气孔长度、气孔宽度和气孔开度较高温胁迫显著降低了 11.86%、19.01%和17.22%,气孔密度增加了 22.73%(p0.05)。6.褪黑素处理改善了高温胁迫下棉花的纤维品质,增加了籽棉产量。高温胁迫后两个品种的纤维长度、整齐度和断裂比强度均显著降低,马克隆值显著升高(p0.05),花铃期喷施200μM褪黑素后ND601的纤维长度、整齐度和断裂比强度较高温处理显著增加了 2.89%、2.33%和7.42%,GX9显著增加了2.61%、1.17%和2.40%,ND601和GX9的马克隆值分别显著降低了 19.67%和7.75%(p0.05)。施加200μM褪黑素后,ND601的单位面积铃数和籽棉产量与高温处理相比显著增加了 12.77%和13.89%,GX9显著增加了 15.35%和16.70%(p0.05)。综上所述,褪黑素通过提高棉花光合能力,增强抗氧化酶活性和渗透调节物质,降低气孔长度、气孔宽度和气孔开度,增加气孔密度来应对高温胁迫,从而提高棉花的纤维品质、单位面积铃数,增加籽棉产量。