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摘要：涝渍胁迫是长江中下游棉花产区面临的主要逆境之一。在前期研究基础上，利用5 μmol/L脱落酸（ABA）喷施涝渍胁迫条件下的棉花幼苗叶片，检测涝渍处理期间棉花幼苗叶片内超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）的活性，以及叶绿素、丙二醛（MDA）、过氧化氢（H2O2）、可溶性糖及脯氨酸的含量，并于涝渍处理后测量株高及生物量。结果显示：与对照相比，ABA处理可以显著提高涝渍条件下棉花幼苗的株高、生物量、叶绿素含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量及SOD、POD、CAT活性，显著降低MDA及H2O2含量。由结果可知，外源喷施ABA可以提高棉花的耐涝性。
关键词：棉花；涝渍；脱落酸；生物量；生理指标
中图分类号： S562.01文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）07-0073-03
湖北省是我國的产棉大省，棉花种植面积、总产量及产值均仅次于新疆、山东、河北，排在全国第4位，居长江流域各省（区）之首[1]。江汉平原与美国的植棉带处于同一纬度地区，是我国最早引进美国陆地棉并成功试种的地区，同时也是湖北省最重要的植棉区，占全省棉花种植面积的70%[2]。江汉平原同时也是涝渍灾害多发地区，高温耦合阴雨天气常常发生在棉花的苗期及蕾期，严重影响棉花的营养及生殖生长，造成产量和品质下降[3-4]。目前，生产上除选用适应在易涝地区种植的棉花品种外，有选择地施用植物生长调节物质也是提高棉花耐涝渍胁迫的重要措施之一。
作为一种逆境激素，脱落酸在调节植物生长发育，尤其是非生物胁迫（高盐、低温、干旱等）等多个生理过程中起到非常重要的作用[5]。研究表明，多种非生物胁迫都会诱导植物体内脱落酸（ABA）含量的升高，同时，外施ABA也可以提高植物对多种逆境胁迫的抗性[6-7]。前期研究表明，外源ABA可以提高涝渍条件下试验小区内鄂抗棉13的产量和品质[8]。本研究继续以鄂抗棉13为材料，探讨涝害条件下外源ABA对温室条件下棉花苗期生长的影响及可能的耐涝生理机制。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1棉花鄂抗棉13，由长江大学棉花研究所提供。
1.1.2试剂试验所用试剂（分析纯）均购自生工生物工程（上海）股份有限公司。
1.2方法
1.2.1棉花催芽及培养棉花种子经0.1% HgCl2溶液消毒10 min后，用消毒湿毛巾包裹，置于30 ℃温箱黑暗条件下催芽。待根长等于种子长度时播于装有营养土（草炭土与蛭石等体积混匀）的营养盘中，转入温室内培养，温室条件：昼温—夜温25 ℃—22 ℃，空气相对湿度50%，光照度400～600 μmol/（m2·s），光—暗周期12 h—12 h。培养10 d后选取长势一致的幼苗移入装有相同培养土的营养钵（20 cm×15 cm）中，每盆3株。
1.2.2ABA及涝渍处理待棉花幼苗2张真叶完全展开时，开始涝渍处理。涝渍处理方法：将生长有棉花幼苗的营养钵套入稍大的塑料桶中，向营养钵中加水至营养土表面出现明水，且涝渍处理期间始终保持此水位。涝渍处理24 h后开始喷施5 μmol/L ABA，每3 d喷施1次，以同样涝渍条件下喷施蒸馏水为负对照（-CK），正常水分条件下生长且不喷施任何试剂的幼苗为正对照（ CK），连续处理24 d后测量株高及生物量并拍照。分别于涝渍处理的前1 d及涝渍处理后的第6、12、18、24天测定相关生理指标。
1.2.3相关指标的测定参考邹华文等方法[9]测量棉花幼苗株高、鲜质量及干质量；参考Wang等方法[10]测量棉花幼苗叶片内叶绿素、可溶性糖、脯氨酸、H2O2、丙二醛（MDA）等含量，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）及过氧化氢酶（CAT）活性。
1.3数据处理与分析
试验重复3次，采用Excel 2007、SPSS 软件对数据进行统计和方差分析。
2结果与分析
2.1ABA对涝渍条件下棉花幼苗生长的影响
逆境对植物最直接的影响是抑制生长，降低生物量。从图1可以看出，涝渍处理条件下，负对照（-CK）的植株高度明显低于正常水分条件下生长的植株（ CK）；与负对照相比，ABA处理可明显提高涝渍条件下棉花幼苗的株高，维持一定的长势。表1数据表明， CK和ABA处理的株高及干、鲜质量都显著高于-CK，ABA处理的幼苗株高及干、鲜质量略低于 CK，但是差异没有达到显著性。结果表明，ABA处理能使涝渍条件下棉花幼苗的生长接近正常对照水平，在很大程度上降低涝渍胁迫对棉花生长造成的影响。
2.2ABA对涝渍条件下棉花幼苗体内叶绿素含量的影响
涝渍胁迫会造成叶片细胞叶绿素降解，叶片失绿。由表2可知，总叶绿素含量在前11 d内各处理间没有显著差异；第18天 CK及ABA处理的叶片内叶绿素含量显著高于-CK， CK与ABA处理之间没有显著差异；第18天后-CK叶片内的叶绿素含量急剧下降，显著低于 CK、ABA处理，而ABA处理叶片内的叶绿素含量也显著低于正常生长的对照。结果表明，ABA处理可以维持涝渍胁迫条件下棉花幼苗叶片内叶绿素含量的相对高水平，维持较高的光合能力。
2.3ABA对涝渍条件下棉花幼苗体内保护酶活性的影响
植物体内保护酶系统可以有效清除逆境条件下产生的活性氧及自由基，对植物细胞起到一定的保护作用。从表3可以看出，所测量的3种保护酶活性呈现大致相同的变化规律，即-CK叶片内的保护酶活性随着涝渍处理时间的延长呈下降趋势； CK叶片内保护酶活性稳定上升；随着涝渍处理时间的延长 CK及ABA处理的棉花幼苗体内保护酶活性显著高于-CK，处理后期 CK则显著高于ABA处理。结果表明，ABA可以通过维持棉花幼苗体内较高的保护酶活性来提高棉花的抗涝渍胁迫能力。 2.4ABA对涝渍条件下棉花幼苗体内可溶性糖及脯氨酸含量的影响
可溶性糖和脯氨酸是植物细胞内重要的渗透调节物质，在逆境条件下渗透调节物质可有效降低细胞内的水势，使细胞能继续从外界吸水，维持细胞正常的生长代谢。从表4可以看出，随着涝渍胁迫的加深，-CK及ABA处理的棉花幼苗体内可溶性糖和脯氨酸含量都呈含量下降趋势，但是ABA处理可以在一定程度上减缓这2种渗透调节物质含量下降的速度，在处理后期ABA处理的棉花幼苗体内可溶性糖、脯氨酸含量显著高于-CK。结果表明，ABA可以通过提高细胞内渗透调节物质的含量，保护细胞，提高棉花幼苗的耐涝渍能力。
2.5ABA对涝渍条件下棉花幼苗体内MDA及H2O2含量的影响
H2O2是植物细胞在逆境条件下产生的一种活性氧，MDA是植物细胞膜脂过氧化的产物，二者含量的高低反映了植物细胞受到活性氧伤害程度的大小。从表5可以看出，正常水分条件下生长棉花幼苗的对照体内丙二醛及H2O2含量保持相对稳定，涝渍处理后期的含量显著低于-CK及ABA處理；涝渍胁迫条件下棉花幼苗体内丙二醛及H2O2含量在一定范围内增加；相对于-CK，ABA处理可以有效减缓这2种物质增加的幅度，维持在相对较低水平；涝渍处理后期这2种处理之间的差异也达到显著水平。结果表明，ABA可以显著降低涝渍胁迫条件下棉花幼苗体内的活性氧含量及活性氧伤害。
3讨论与结论
植物受涝渍胁迫后形态会发生明显的变化，其中最直观的表现就是叶绿素合成能力下降，叶片失绿，光合功能下降，植物生长受到抑制，生物量累计减少[11]，所以生物量的大小是衡量植物对涝渍胁迫抗性强弱的一个重要指标。在本研究中，ABA处理可以显著提高涝渍条件下棉花幼苗的生物量。对各处理幼苗叶片内的叶绿素含量进行测定，结果表明，特别是在涝渍处理后期，负对照叶片内的叶绿素含量急剧下降，而ABA处理的叶片内叶绿素含量则维持在相对较高水平，说明ABA可能是通过延缓逆境条件下叶绿素降解，维持较高的光合同化能力来提高棉花幼苗的生物量。
涝渍胁迫在生理上最常见的危害是造成细胞代谢紊乱及电子渗漏，使细胞内活性氧（包括O-2· 、H2O2、·OH及NO等）大量积累。过量的活性氧攻击（过氧化）细胞内核酸、蛋白质、膜脂等重要大分子物质，导致细胞生理功能紊乱，甚至造成程序性细胞死亡的发生[12-13]。SOD、POD和CAT等是植物体内重要的酶促保护系统，可以通过酶促反应有效清除活性氧。与对照相比，ABA处理可以显著提高涝渍条件下这3种保护酶的活性，同时显著降低MDA和H2O2的含量，表明ABA处理可以通过提高涝渍胁迫下的抗氧化酶活性，有效减少活性氧的积累，减轻活性氧危害，提高棉花幼苗的抗涝性。在本研究中还发现，ABA处理可以显著提高涝渍条件下棉花幼苗体内可溶性糖、脯氨酸含量，表明ABA还可能通过一定的信号途径来提高细胞内渗透调节物质的含量，从而维持细胞的水势，避免过度失水伤害。当然，ABA在植物对涝渍响应过程中更确切的生理及分子机制仍需要进一步研究。
参考文献：
[1]别墅，王孝刚，张教海，等. 湖北省棉花产业链发展现状与展望[J]. 中国棉花，2011，38（11）：7-14.
[2]别墅，王孝刚，张教海，等. 两湖江汉平原优势产区发展优质直播早熟棉的战略思考[J]. 中国棉花，2015，42（11）：6-9.
[3]邓天宏，朱自玺，方文松，等. 土壤水分对棉花蕾铃脱落和纤维品质的影响[J]. 中国农业气象，1998，19（3）：8-13.
[4]董合忠，李维江，唐薇，等. 干旱和淹水对棉苗某些生理特性的影响[J]. 西北植物学报，2003，23（10）：1695-1699.
[5]Dong T，Park Y，Hwang I. Abscisic acid： biosynthesis，inactivation，homoeostasis and signalling[J]. Essays in Biochemistry，2015，58：29-48.
[6]Boursiac Y，Léran S，Corratgé-Faillie C，et al. ABA transport and transporters[J]. Trends in Plant Science，2013，18（6）：325-333.
[7]Shinozaki K，Yamaguchi-Shinozaki K，Seki M. Regulatory network of gene expression in the drought and cold stress responses[J]. Current Opinion in Plant Biology，2003，6（5）：410-417.
[8]孙小艳，邹华文. 外源脱落酸对涝渍胁迫下棉花产量的影响[J]. 湖北农业科学，2015，54（14）：3341-3342，3347.
[9]邹华文，陈凤玉，郝建军，等. 表高油菜素内酯浸种对玉米幼苗某些生理特性的影响[J]. 沈阳农业大学学报，2001，32（6）：452-454.
[10]Wang，B，Liu H，Li C，et al. Effects of nitric oxide on some physiological characteristics of maize seedlings under waterlogging[J]. African Journal of Agricultural Research，2011，6（19）：4501-4504.
[11]吴丹，邹华文. 涝渍胁迫对植物生长的影响及其化学调控技术[J]. 湖北农业科学，2013，52（1）：9-13.
[12]Asada K. The water-water cycle in chloroplasts： scavenging of active oxygens and dissipation of excess photons[J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology，1999，50（1）：601-639.
[13]Dat J，Vandenabeele S，Vranová E，et al. Dual action of the active oxygen species during plant stress responses[J]. Cellular and Molecular Life Sciences，2000，57（5）：779-795.
关键词：棉花；涝渍；脱落酸；生物量；生理指标
中图分类号： S562.01文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）07-0073-03
湖北省是我國的产棉大省，棉花种植面积、总产量及产值均仅次于新疆、山东、河北，排在全国第4位，居长江流域各省（区）之首[1]。江汉平原与美国的植棉带处于同一纬度地区，是我国最早引进美国陆地棉并成功试种的地区，同时也是湖北省最重要的植棉区，占全省棉花种植面积的70%[2]。江汉平原同时也是涝渍灾害多发地区，高温耦合阴雨天气常常发生在棉花的苗期及蕾期，严重影响棉花的营养及生殖生长，造成产量和品质下降[3-4]。目前，生产上除选用适应在易涝地区种植的棉花品种外，有选择地施用植物生长调节物质也是提高棉花耐涝渍胁迫的重要措施之一。
作为一种逆境激素，脱落酸在调节植物生长发育，尤其是非生物胁迫（高盐、低温、干旱等）等多个生理过程中起到非常重要的作用[5]。研究表明，多种非生物胁迫都会诱导植物体内脱落酸（ABA）含量的升高，同时，外施ABA也可以提高植物对多种逆境胁迫的抗性[6-7]。前期研究表明，外源ABA可以提高涝渍条件下试验小区内鄂抗棉13的产量和品质[8]。本研究继续以鄂抗棉13为材料，探讨涝害条件下外源ABA对温室条件下棉花苗期生长的影响及可能的耐涝生理机制。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1棉花鄂抗棉13，由长江大学棉花研究所提供。
1.1.2试剂试验所用试剂（分析纯）均购自生工生物工程（上海）股份有限公司。
1.2方法
1.2.1棉花催芽及培养棉花种子经0.1% HgCl2溶液消毒10 min后，用消毒湿毛巾包裹，置于30 ℃温箱黑暗条件下催芽。待根长等于种子长度时播于装有营养土（草炭土与蛭石等体积混匀）的营养盘中，转入温室内培养，温室条件：昼温—夜温25 ℃—22 ℃，空气相对湿度50%，光照度400～600 μmol/（m2·s），光—暗周期12 h—12 h。培养10 d后选取长势一致的幼苗移入装有相同培养土的营养钵（20 cm×15 cm）中，每盆3株。
1.2.2ABA及涝渍处理待棉花幼苗2张真叶完全展开时，开始涝渍处理。涝渍处理方法：将生长有棉花幼苗的营养钵套入稍大的塑料桶中，向营养钵中加水至营养土表面出现明水，且涝渍处理期间始终保持此水位。涝渍处理24 h后开始喷施5 μmol/L ABA，每3 d喷施1次，以同样涝渍条件下喷施蒸馏水为负对照（-CK），正常水分条件下生长且不喷施任何试剂的幼苗为正对照（ CK），连续处理24 d后测量株高及生物量并拍照。分别于涝渍处理的前1 d及涝渍处理后的第6、12、18、24天测定相关生理指标。
1.2.3相关指标的测定参考邹华文等方法[9]测量棉花幼苗株高、鲜质量及干质量；参考Wang等方法[10]测量棉花幼苗叶片内叶绿素、可溶性糖、脯氨酸、H2O2、丙二醛（MDA）等含量，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）及过氧化氢酶（CAT）活性。
1.3数据处理与分析
试验重复3次，采用Excel 2007、SPSS 软件对数据进行统计和方差分析。
2结果与分析
2.1ABA对涝渍条件下棉花幼苗生长的影响
逆境对植物最直接的影响是抑制生长，降低生物量。从图1可以看出，涝渍处理条件下，负对照（-CK）的植株高度明显低于正常水分条件下生长的植株（ CK）；与负对照相比，ABA处理可明显提高涝渍条件下棉花幼苗的株高，维持一定的长势。表1数据表明， CK和ABA处理的株高及干、鲜质量都显著高于-CK，ABA处理的幼苗株高及干、鲜质量略低于 CK，但是差异没有达到显著性。结果表明，ABA处理能使涝渍条件下棉花幼苗的生长接近正常对照水平，在很大程度上降低涝渍胁迫对棉花生长造成的影响。
2.2ABA对涝渍条件下棉花幼苗体内叶绿素含量的影响
涝渍胁迫会造成叶片细胞叶绿素降解，叶片失绿。由表2可知，总叶绿素含量在前11 d内各处理间没有显著差异；第18天 CK及ABA处理的叶片内叶绿素含量显著高于-CK， CK与ABA处理之间没有显著差异；第18天后-CK叶片内的叶绿素含量急剧下降，显著低于 CK、ABA处理，而ABA处理叶片内的叶绿素含量也显著低于正常生长的对照。结果表明，ABA处理可以维持涝渍胁迫条件下棉花幼苗叶片内叶绿素含量的相对高水平，维持较高的光合能力。
2.3ABA对涝渍条件下棉花幼苗体内保护酶活性的影响
植物体内保护酶系统可以有效清除逆境条件下产生的活性氧及自由基，对植物细胞起到一定的保护作用。从表3可以看出，所测量的3种保护酶活性呈现大致相同的变化规律，即-CK叶片内的保护酶活性随着涝渍处理时间的延长呈下降趋势； CK叶片内保护酶活性稳定上升；随着涝渍处理时间的延长 CK及ABA处理的棉花幼苗体内保护酶活性显著高于-CK，处理后期 CK则显著高于ABA处理。结果表明，ABA可以通过维持棉花幼苗体内较高的保护酶活性来提高棉花的抗涝渍胁迫能力。 2.4ABA对涝渍条件下棉花幼苗体内可溶性糖及脯氨酸含量的影响
可溶性糖和脯氨酸是植物细胞内重要的渗透调节物质，在逆境条件下渗透调节物质可有效降低细胞内的水势，使细胞能继续从外界吸水，维持细胞正常的生长代谢。从表4可以看出，随着涝渍胁迫的加深，-CK及ABA处理的棉花幼苗体内可溶性糖和脯氨酸含量都呈含量下降趋势，但是ABA处理可以在一定程度上减缓这2种渗透调节物质含量下降的速度，在处理后期ABA处理的棉花幼苗体内可溶性糖、脯氨酸含量显著高于-CK。结果表明，ABA可以通过提高细胞内渗透调节物质的含量，保护细胞，提高棉花幼苗的耐涝渍能力。
2.5ABA对涝渍条件下棉花幼苗体内MDA及H2O2含量的影响
H2O2是植物细胞在逆境条件下产生的一种活性氧，MDA是植物细胞膜脂过氧化的产物，二者含量的高低反映了植物细胞受到活性氧伤害程度的大小。从表5可以看出，正常水分条件下生长棉花幼苗的对照体内丙二醛及H2O2含量保持相对稳定，涝渍处理后期的含量显著低于-CK及ABA處理；涝渍胁迫条件下棉花幼苗体内丙二醛及H2O2含量在一定范围内增加；相对于-CK，ABA处理可以有效减缓这2种物质增加的幅度，维持在相对较低水平；涝渍处理后期这2种处理之间的差异也达到显著水平。结果表明，ABA可以显著降低涝渍胁迫条件下棉花幼苗体内的活性氧含量及活性氧伤害。
3讨论与结论
植物受涝渍胁迫后形态会发生明显的变化，其中最直观的表现就是叶绿素合成能力下降，叶片失绿，光合功能下降，植物生长受到抑制，生物量累计减少[11]，所以生物量的大小是衡量植物对涝渍胁迫抗性强弱的一个重要指标。在本研究中，ABA处理可以显著提高涝渍条件下棉花幼苗的生物量。对各处理幼苗叶片内的叶绿素含量进行测定，结果表明，特别是在涝渍处理后期，负对照叶片内的叶绿素含量急剧下降，而ABA处理的叶片内叶绿素含量则维持在相对较高水平，说明ABA可能是通过延缓逆境条件下叶绿素降解，维持较高的光合同化能力来提高棉花幼苗的生物量。
涝渍胁迫在生理上最常见的危害是造成细胞代谢紊乱及电子渗漏，使细胞内活性氧（包括O-2· 、H2O2、·OH及NO等）大量积累。过量的活性氧攻击（过氧化）细胞内核酸、蛋白质、膜脂等重要大分子物质，导致细胞生理功能紊乱，甚至造成程序性细胞死亡的发生[12-13]。SOD、POD和CAT等是植物体内重要的酶促保护系统，可以通过酶促反应有效清除活性氧。与对照相比，ABA处理可以显著提高涝渍条件下这3种保护酶的活性，同时显著降低MDA和H2O2的含量，表明ABA处理可以通过提高涝渍胁迫下的抗氧化酶活性，有效减少活性氧的积累，减轻活性氧危害，提高棉花幼苗的抗涝性。在本研究中还发现，ABA处理可以显著提高涝渍条件下棉花幼苗体内可溶性糖、脯氨酸含量，表明ABA还可能通过一定的信号途径来提高细胞内渗透调节物质的含量，从而维持细胞的水势，避免过度失水伤害。当然，ABA在植物对涝渍响应过程中更确切的生理及分子机制仍需要进一步研究。
参考文献：
[1]别墅，王孝刚，张教海，等. 湖北省棉花产业链发展现状与展望[J]. 中国棉花，2011，38（11）：7-14.
[2]别墅，王孝刚，张教海，等. 两湖江汉平原优势产区发展优质直播早熟棉的战略思考[J]. 中国棉花，2015，42（11）：6-9.
[3]邓天宏，朱自玺，方文松，等. 土壤水分对棉花蕾铃脱落和纤维品质的影响[J]. 中国农业气象，1998，19（3）：8-13.
[4]董合忠，李维江，唐薇，等. 干旱和淹水对棉苗某些生理特性的影响[J]. 西北植物学报，2003，23（10）：1695-1699.
[5]Dong T，Park Y，Hwang I. Abscisic acid： biosynthesis，inactivation，homoeostasis and signalling[J]. Essays in Biochemistry，2015，58：29-48.
[6]Boursiac Y，Léran S，Corratgé-Faillie C，et al. ABA transport and transporters[J]. Trends in Plant Science，2013，18（6）：325-333.
[7]Shinozaki K，Yamaguchi-Shinozaki K，Seki M. Regulatory network of gene expression in the drought and cold stress responses[J]. Current Opinion in Plant Biology，2003，6（5）：410-417.
[8]孙小艳，邹华文. 外源脱落酸对涝渍胁迫下棉花产量的影响[J]. 湖北农业科学，2015，54（14）：3341-3342，3347.
[9]邹华文，陈凤玉，郝建军，等. 表高油菜素内酯浸种对玉米幼苗某些生理特性的影响[J]. 沈阳农业大学学报，2001，32（6）：452-454.
[10]Wang，B，Liu H，Li C，et al. Effects of nitric oxide on some physiological characteristics of maize seedlings under waterlogging[J]. African Journal of Agricultural Research，2011，6（19）：4501-4504.
[11]吴丹，邹华文. 涝渍胁迫对植物生长的影响及其化学调控技术[J]. 湖北农业科学，2013，52（1）：9-13.
[12]Asada K. The water-water cycle in chloroplasts： scavenging of active oxygens and dissipation of excess photons[J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology，1999，50（1）：601-639.
[13]Dat J，Vandenabeele S，Vranová E，et al. Dual action of the active oxygen species during plant stress responses[J]. Cellular and Molecular Life Sciences，2000，57（5）：779-795.