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

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.01.009

Abstract

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

CLC Number:

Q945.78

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Figures/Tables 9

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Table 3

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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