外源硫化氢对盐碱胁迫下裸燕麦叶片有机酸和激素含量的影响

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.01.009

植物研究 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (1): 76-89.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2023.01.009

外源硫化氢对盐碱胁迫下裸燕麦叶片有机酸和激素含量的影响

刘建新(), 刘瑞瑞, 刘秀丽, 欧晓彬, 贾海燕, 卜婷, 李娜

甘肃省陇东生物资源保护利用与生态修复重点实验室/陇东学院生命科学与技术学院，庆阳 745000

收稿日期:2022-02-17 出版日期:2023-01-20 发布日期:2022-12-23
通讯作者: 刘建新 E-mail:liujx1964@163.com
作者简介:刘建新（1964—），男，教授，主要从事植物逆境生理研究。E-mail：liujx1964@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(31960375);甘肃省自然科学基金(20JR5RA491)

Effects of Exogenous Hydrogen Sulfide on Contents of Organic Acids and Hormones in Leaves of Avena nuda under Saline-Alkali Stress

Jianxin LIU(), Ruirui LIU, Xiuli LIU, Xiaobin OU, Haiyan JIA, Ting BU, Na LI

Gansu Key Laboratory of Protection and Utilization for Biological Resources and Ecological Restoration；College of Life Sciences and Technology，Longdong University，Qingyang 745000

Received:2022-02-17 Online:2023-01-20 Published:2022-12-23
Contact: Jianxin LIU E-mail:liujx1964@163.com
About author:LIU Jianxin（1964—），male，professor，mainly engaged in the study of plant stress physiology.E-mail：liujx1964@163.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(31960375);Natural Science Foundation of Gansu Province(20JR5RA491)

摘要/Abstract

摘要：

为探讨外源硫化氢（H₂S）对盐碱胁迫下植物有机酸和激素水平的调控效应，以裸燕麦（Avena nuda）为材料，研究喷施50 μmol·L^-1 H₂S供体硫氢化钠（NaHS）溶液对3.00 g·kg^-1盐碱胁迫下叶片有机酸、激素含量和产量性状的影响。结果表明：盐碱胁迫显著提高了琥珀酸、丁烯二酸、苹果酸、葡萄糖醛酸和总有机酸含量，显著降低了焦谷氨酸、茉莉酸-异亮氨酸（JA-Ile）、反式-玉米素（tZ）和N⁶-（Δ²-异戊烯）腺嘌呤（iP）含量。喷施NaHS溶液显著提高盐碱胁迫下裸燕麦叶片中3-羟基-3-甲基谷氨酸、吲哚乙酸（IAA）、赤霉素A₇（GA₇）、茉莉酸甲酯（MJA）、iP含量和IAA/ABA比值，显著降低葡萄糖醛酸、赤霉素A₃（GA₃）、赤霉素A₄（GA₄）、总赤霉素（GA_S）、1-氨基环丙烷羧酸（ACC）含量和ACC/ABA比值，而对琥珀酸、丁烯二酸、苹果酸、柠檬酸、丙二酸、泛酸、烟酸、焦谷氨酸、辛二酸、苯丙酮酸、总有机酸、赤霉素A₁（GA₁）、茉莉酸（JA）、JA-Ile、脱落酸（ABA）、tZ、反式-玉米素核苷（tZR）、N⁶-（Δ²-异戊烯基）腺苷（iPA）、总茉莉酸类（JAs）、细胞分裂素（CTK）含量、GAs/ABA、JAs/ABA、CTK/ABA比值无显著影响。主成分分析表明，喷施NaHS溶液使盐碱胁迫下裸燕麦叶片中有机酸3-羟基-3-甲基谷氨酸和激素MJA、GA₇、tZ、IAA含量分别显著上调14.31%和41.83%、50.00%、22.97%、13.02%；而有机酸烟酸、葡萄糖醛酸和激素GA₄、ACC、tZR、GA₃含量分别显著下调16.00%、23.87%和73.53%、32.72%、50.00%、33.91%。另外，喷施NaHS溶液使盐碱胁迫下裸燕麦千粒质量下降了5.91%，而穗数量、穗铃数量、穗粒数量和籽粒产量分别提高了2.19%、9.70%、61.60%和52.83%。表明外源H₂S参与盐碱胁迫下裸燕麦有机酸和激素水平的调控，能够增强裸燕麦适应盐碱胁迫的能力。

关键词: 裸燕麦, 硫化氢, 盐碱胁迫, 有机酸, 激素

Abstract:

In order to explore the regulatory effect of exogenous hydrogen sulfide（H₂S） on the levels of organic acids and hormones in plants under saline-alkali stress， naked oats（Avena nuda） were used as materials to study the effect of spraying 50 μmol·L^-1 H₂S donor sodium hydrosulfide（NaHS） solution on the contents of organic acids and hormones in leaves and yield traits under 3.00 g·kg^-1 saline-alkali stress. The results showed that saline-alkali stress significantly increased the contents of succinic acid， butenedioic acid， malic acid， glucuronic acid and total organic acids， respectively， but significantly decreased the contents of pyroglutamic acid， jasmonoyl-isoleucine（JA-Ile）， trans-zeatin（tZ） and N⁶-（Δ²-Isopentenyl） adenine（iP） in leaves respectively. Under saline-alkali stress， spraying NaHS solution significantly increased the contents of 3-Hydroxy-3-methylglutaric acid， indole-3-acetic acid（IAA）， gibberellin A₇（GA₇）， methyl jasmonate（MJA）， iP and IAA/ABA ratio， respectively， but significantly decreased the contents of glucuronic acid， gibberellin A₃（GA₃）， gibberellin A₄（GA₄）， total gibberellins（GAs）， 1-aminocyclopropanecarboxylic acid（ACC） and ACC/ABA ratio respectively， while it had no significant effect on the contents of succinic acid， butenedioic acid， malic acid， citric acid， malonic acid， pantothenic acid， nicotinic acid， pyroglutamic acid， suberic acid， phenylpyruvic acid， total organic acids， gibberellin A₁（GA₁）， jasmonic acid（JA）， JA-Ile， abscisic acid（ABA）， tZ， trans-zeatin-riboside（tZR）， N⁶-（Δ²-isopentenyl） adenosine（iPA）， total jasmonic acids（JAs）， cytokinin（CTK） and the ratios of GAs/ABA， JAs/ABA and CTK/ABA respectively. The principal component analysis showed that spraying NaHS solution significantly increased the contents of organic acid 3-hydroxy-3-methylglutaric acid and hormones MJA， GA₇， tZ and IAA in leaves of naked oat under saline-alkali stress by 14.31%， 41.83%， 50.00%， 22.97% and 13.02%， respectively； while the contents of organic acids nicotinic acid， glucuronic acid and hormones GA₄， ACC， tZR and GA₃ were significantly decreased by 16.00%， 23.87%， 73.53%， 32.72%， 50.00% and 33.91%， respectively. In addition， the application of NaHS solution reduced the 1 000 grain weight of naked oat under saline-alkali stress by 5.91%， while spike number， boll number per spike， spike grain numbers and grain yield were increased by 2.19%， 9.70%， 61.60% and 52.83%， respectively. These results indicated that exogenous H₂S participates in the regulation of organic acid and hormone levels of naked oat under salt-alkali stress， which could enhance the ability of naked oat to adapt to salt-alkali stress.

Key words: Avena nuda, hydrogen sulfide, saline-alkali stress, organic acid, hormone

中图分类号:

Q945.78

刘建新, 刘瑞瑞, 刘秀丽, 欧晓彬, 贾海燕, 卜婷, 李娜. 外源硫化氢对盐碱胁迫下裸燕麦叶片有机酸和激素含量的影响[J]. 植物研究, 2023, 43(1): 76-89.

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图/表 9

表1

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表2

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表3

表4

表5

参考文献 41

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有机酸 Organic acid	有机酸质量分数 Content of organic acids /（μg·g^-1）
有机酸 Organic acid	CK	SA	SA+NaHS	NaHS
琥珀酸Succinic acid	75.88±11.33bc	88.33±4.46a	83.06±9.55ab	73.29±7.60c
丁烯二酸Butenedioic acid	32.44±5.28b	40.36±7.71a	44.44±6.70a	38.66±2.83ab
苹果酸Malic acid	1 086.15±63.20b	1 168.84±90.54a	1 166.64±95.38a	1 094.94±47.00ab
柠檬酸Citric acid	1 861.49±464.71a	2 320.79±531.62a	2 166.66±446.02a	2 150.29±389.79a
丙二酸Malonic acid	26.94±5.00a	31.88±6.41a	28.43±5.20a	31.47±3.81a
葡萄糖醛酸Glucuronic acid	30.95±6.21c	59.70±12.39a	45.45±6.80b	45.72±6.43b
泛酸Pantothenic acid	1 014.42±102.74a	1 093.14±195.54a	1 069.82±84.66a	1 134.46±103.36a
烟酸Nicotinic acid	2.96±0.62ab	3.00±0.46ab	2.52±0.24b	3.23±0.57a
焦谷氨酸Pyroglutamic acid	15.99±1.49b	12.53±2.00c	11.45±2.21c	19.10±4.65a
辛二酸Suberic acid	0.38±0.02b	0.38±0.07b	0.33±0.04b	0.55±0.09a
3-羟基-3-甲基谷氨酸3-Hydroxy-3-methylglutaric acid	5.73±0.70ab	5.38±0.39b	6.15±0.49a	6.02±0.92ab
苯丙酮酸Phenylpyruvic acid	2.62±0.33a	3.06±0.64a	3.12±0.44a	2.85±0.50a
总有机酸Total organic acids	4 155.94±551.75b	4 827.40±753.16a	4 628.07±535.33ab	4 600.58±441.97ab

激素 Hormone	激素质量分数 Content of hormone /（ng·g^-1）
激素 Hormone	CK	SA	SA+NaHS	NaHS
吲哚乙酸 Indole-3-acetic acid（IAA）	1.471±0.240b	1.651±0.198b	1.866±0.177a	1.788±0.314a
赤霉素 A₁ Gibberellin A₁（GA₁）	0.068±0.010b	0.079±0.009 b	0.093±0.018b	0.125±0.051a
赤霉素 A₃Gibberellin A₃（GA₃）	0.339±0.083bc	0.404±0.080ab	0.267±0.126c	0.484±0.142a
赤霉素 A₄Gibberellin A₄（GA₄）	0.021±0.007ab	0.034±0.023a	0.009±0.007b	0.009±0.005b
赤霉素 A₇ Gibberellin A₇（GA₇）	0.009±0.004c	0.012±0.004bc	0.018±0.005a	0.014±0.003ab
茉莉酸 Jasmonic acid（JA）	2.413±0.738ab	2.509±0.907ab	1.675±0.590b	3.004±1.475a
茉莉酸-异亮氨酸 Jasmonoyl-isoleucine（JA-Ile）	1.850±0.542a	1.447±0.320b	1.423±0.254b	2.212±0.570a
茉莉酸甲酯 Methyl Jasmonate（MJA）	0.589±0.204b	0.887±0.176b	1.258±0.348a	1.237±0.407a
脱落酸 Abscisic acid（ABA）	7.699±1.220b	6.695±0.626b	6.211±1.106b	9.760±2.070a
反式-玉米素 Trans-Zeatin（tZ）	0.318±0.038ab	0.209±0.047c	0.257±0.062bc	0.385±0.098a
反式-玉米素核苷 Trans-Zeatin-riboside（tZR）	0.009±0.003a	0.008±0.001ab	0.004±0.006b	0.011±0.004a
N⁶-（Δ²-异戊烯）腺嘌呤 N⁶-（Δ²-Isopentenyl） adenine（iP）	0.049±0.013a	0.041±0.014b	0.045±0.010a	0.031±0.004b
N⁶-（Δ²-异戊烯基）腺苷 N⁶-（Δ²-Isopentenyl） adenosine（iPA）	0.068±0.017a	0.079±0.021a	0.060±0.027a	0.078±0.013a
油菜素内酯 Brassinolide	ND	ND	ND	ND
1-氨基环丙烷羧酸 1-Aminocyclopropanecarboxylic acid（ACC）	0.147±0.024b	0.162±0.030ab	0.109±0.030c	0.183±0.038a

激素 Hormone	CK	SA	SA+NaHS	NaHS
吲哚乙酸 Indole-3-acetic acid（IAA） /（ng·g^-1）	1.471±0.240b	1.651±0.198b	1.866±0.177a	1.788±0.314a
赤霉素类 Gibberellins（GAs） /（ng·g^-1）	0.438±0.088bc	0.529±0.072ab	0.387±0.123c	0.632±0.115a
茉莉酸类 Jasmonic acids （JAs） /（ng·g^-1）	4.853±0.950b	4.843±0.866b	4.356±0.894b	6.453±1.930a
脱落酸 Abscisic acid （ABA） /（ng·g^-1）	7.699±1.220b	6.695±0.626b	6.211±1.106b	9.760±2.070a
细胞分裂素 Cytokinin（CTK） /（ng·g^-1）	0.444±0.040ab	0.337±0.052c	0.374±0.071bc	0.505±0.106 a
1-氨基环丙烷羧酸 1-Aminocyclopropanecarboxylic acid（ACC） /（ng·g^-1）	0.147±0.024b	0.162±0.030ab	0.109±0.030c	0.183±0.038a
IAA/ABA	0.196±0.047b	0.249±0.038b	0.309±0.065a	0.193±0.060b
GAs/ABA	0.058±0.015a	0.080±0.017a	0.064±0.024a	0.070±0.028a
JAs/ABA	0.635±0.118a	0.729±0.148a	0.714±0.150a	0.717±0.351a
CTK/ABA	0.060±0.014a	0.051±0.013a	0.062±0.013a	0.056±0.023a
ACC/ABA	0.020±0.006ab	0.024±0.005a	0.018±0.004b	0.020±0.006ab

处理 Treatment	穗数量 /（穗） Spike number	穗铃数量 /（铃） Spike boll number	穗粒数量 /（粒） Spike grain number	千粒质量 1 000 grains weigh /g	籽粒产量 Grain yield /g
CK	158.4±12.2a	2234.2±771.9a	2834.0±861.7a	15.62±0.76a	44.70±9.99a
SA	146.4±35.2a	1910.0±502.3a	1574.4±454.6b	15.22±2.16a	25.23±4.64b
SA+NaHS	149.6±27.1a	2095.2±524.6a	2544.2±704.4a	14.32±0.52a	38.56±9.56a
NaHS	161.0±42.4a	2638.0±391.5a	3620.0±1093.6a	13.76±1.15a	47.79±4.63a

指标 Index	关联度 Correlation coefficient	关联序 Correlation order	指标 Index	关联度 Correlation coefficient	关联序 Correlation order
琥珀酸 Succinic acid	0.660	26	赤霉素A₁ Gibberellin A₁	0.727	10
丁烯二酸 Butenedioic acid	0.685	22	赤霉素A₃ Gibberellin A₃	0.715	13
苹果酸 Malic acid	0.710	15	赤霉素A₄ Gibberellin A₄	0.703	16
柠檬酸 Citric acid	0.695	20	赤霉素A₇ Gibberellin A₇	0.679	23
丙二酸 Malonic acid	0.736	7	茉莉酸 Jasmonic acid	0.728	9
葡萄糖醛酸 Glucuronic acid	0.670	25	茉莉酸-异亮氨酸 Jasmonoyl-isoleucine	0.739	5
泛酸 Pantothenic acid	0.723	12	茉莉酸甲酯 Methyl Jasmonate	0.698	17
烟酸 Nicotinic acid	0.741	4	脱落酸 Abscisic acid	0.747	3
焦谷氨酸 Pyroglutamic acid	0.776	1	反式-玉米素 Trans-Zeatin	0.770	2
辛二酸 Suberic acid	0.737	6	反式-玉米素核苷 Trans-Zeatin-riboside	0.733	8
3-羟基-3-甲基谷氨酸 3-Hydroxy-3-methylglutaric acid	0.723	11	N⁶-（Δ²-异戊烯）腺嘌呤 N⁶-（Δ²-Isopentenyl） adenine	0.672	24
苯丙酮酸 Phenylpyruvic acid	0.714	14	N⁶-（Δ²-异戊烯基）腺苷 N⁶-（Δ²-Isopentenyl） adenosine	0.698	18
吲哚乙酸 Indole-3-acetic acid	0.696	19	1-氨基环丙烷羧酸 1-Aminocyclopropanecarboxylic acid	0.690	21

外源硫化氢对盐碱胁迫下裸燕麦叶片有机酸和激素含量的影响

Effects of Exogenous Hydrogen Sulfide on Contents of Organic Acids and Hormones in Leaves of Avena nuda under Saline-Alkali Stress

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