GSH对铅胁迫下多年生黑麦草生长及光合生理的影响

doi:10.11686/cyxb2020338

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (9): 97-104.DOI: 10.11686/cyxb2020338

GSH对铅胁迫下多年生黑麦草生长及光合生理的影响

赵利清¹^,²(), 彭向永³, 刘俊祥¹, 毛金梅⁴, 孙振元¹()

^1.国家林业和草原局林木培育重点实验室，中国林业科学研究院林业研究所，北京 100091
^2.国家开放大学，北京 100039
^3.曲阜师范大学生命科学学院，山东曲阜 273165
^4.新疆林业科学院经济林研究所，新疆乌鲁木齐 830063

收稿日期:2020-07-15 修回日期:2020-11-10 出版日期:2021-08-30 发布日期:2021-08-30
通讯作者: 孙振元
作者简介:Corresponding author. E-mail： sunzy@263.net
赵利清（1976-），女，内蒙古呼和浩特人，副教授，在读博士。E-mail： 195432830@qq.com
基金资助:
中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(CAFYBB2018ZB002)

Effects of reduced glutathione on the growth and photosynthesis of perennial ryegrass under lead stress

Li-qing ZHAO¹^,²(), Xiang-yong PENG³, Jun-xiang LIU¹, Jin-mei MAO⁴, Zhen-yuan SUN¹()

^1.Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation of State Forestry and Grassland Administration，Research Institute of Forestry，Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091，China
^2.The Open University of China，Beijing 100039，China
^3.College of Life Science Qufu Normal University，Qufu 273165，China
^4.Economic Forest Research Institute，Xinjiang Academy of Forestry，Urumqi 830063，China

Received:2020-07-15 Revised:2020-11-10 Online:2021-08-30 Published:2021-08-30
Contact: Zhen-yuan SUN

摘要/Abstract

摘要：

为了明确谷胱甘肽（GSH）对多年生黑麦草铅（Pb）毒害的缓解作用及其生理机制，以12周龄多年生黑麦草‘卡特’幼苗为试验材料，设置4个试验处理：1）根部置1/2 Hoagland营养液，叶面喷蒸馏水50 mL（CK）；2）根部置含0.75 mmol·L^-1 Pb（NO₃）₂的1/2 Hoagland营养液，叶面喷蒸馏水50 mL（Pb）；3）根部置含0.75 mmol·L^-1 Pb（NO₃）₂的1/2 Hoagland营养液，叶面先喷25 mL蒸馏水，待吸收后再喷施25 mL 10 mmol·L^-1 GSH（Pb+GSH）；4）根部置含0.75 mmol·L^-1 Pb（NO₃）₂的1/2 Hoagland营养液，叶面先喷25 mL蒸馏水，待吸收后再喷施25 mL 1 mmol·L^-1丁硫氨酸-亚砜亚胺（BSO）（Pb+BSO），研究GSH对多年生黑麦草生长及光合作用的影响。结果表明：叶面喷施GSH显著增加了幼苗茎叶长、根长、分蘖数、生物量、叶绿素含量和光合参数，也增加了叶绿素荧光动力学参数。叶面喷施BSO后，根长、分蘖数、生物量、类胡萝卜素含量和光合参数均降低。综上所述，Pb胁迫影响了光合作用，最终抑制了植物的生长。叶面喷施10 mmol·L^-1 GSH能够缓解Pb对多年生黑麦草生长和光合作用的胁迫，提高植物的抗性。相反，叶面喷施1 mmol·L^-1 BSO能够加剧Pb对植物的胁迫。

关键词: 多年生黑麦草, 谷胱甘肽, 生长, 光合作用, 铅

Abstract:

The aim of this study was to explore the mitigative effects of reduced glutathione （GSH） on the growth and photosynthesis of perennial ryegrass （Lolium perenne） under lead stress. Twelve-week old seedlings of the perennial ryegrass cultivar ‘cuttle’ were used as the experimental material. In the control （CK）， leaves were sprayed with 50 mL distilled water， and roots were supplied with 1/2-strength modified Hoagland’s nutrient solution. In the other three experimental treatments， the roots were supplied with 1/2-strength modified Hoagland’s nutrient solution containing 0.75 mmol·L^-1 Pb（NO₃）₂， and the leaves were sprayed with 50 mL distilled water （Pb treatment）； with 25 mL distilled water followed by 25 mL 10 mmol·L^-1 GSH （Pb+GSH treatment）； or with 25 mL distilled water followed by 25 mL 1 mmol·L^-1L-buthionine-sulfoximine （BSO）（Pb+BSO treatment）. The results showed that shoot length， root length， tiller number， biomass， chlorophyll content， photosynthetic parameters， and the kinetic parameters of chlorophyll fluorescence were significantly higher in the Pb+GSH treatment than in Pb treatment. In contrast， the values for root length， tiller number， biomass， carotenoid content， and photosynthetic parameters were lower in the Pb+BSO treatment than in Pb treatment. Together， our results show that spraying ryegrass leaves with 10 mmol·L^-1GSH can effectively alleviate the inhibitory effects of Pb stress and improve the Pb tolerance of perennial ryegrass， whereas spraying with BSO at 1 mmol·L^-1exacerbates the inhibitory effects of Pb stress.

Key words: perennial ryegrass, glutathione, growth, photosynthesis, lead

赵利清, 彭向永, 刘俊祥, 毛金梅, 孙振元. GSH对铅胁迫下多年生黑麦草生长及光合生理的影响[J]. 草业学报, 2021, 30(9): 97-104.

Li-qing ZHAO, Xiang-yong PENG, Jun-xiang LIU, Jin-mei MAO, Zhen-yuan SUN. Effects of reduced glutathione on the growth and photosynthesis of perennial ryegrass under lead stress[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(9): 97-104.

图/表 5

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处理 Treatment	鲜重Fresh weight （g·pot^-1）		干重Dry weight （g·pot^-1）		根冠比 Root-shoot ratio （DW）
处理 Treatment	茎叶Shoot	根Root	茎叶Shoot	根Root	根冠比 Root-shoot ratio （DW）
CK	13.57±0.23a	3.09±0.19a	1.24±0.03a	0.24±0.01a	0.191±0.009a
Pb	6.50±0.15c	1.06±0.01c	0.77±0.01c	0.14±0.00c	0.177±0.001b
Pb+GSH	8.05±0.12b	1.26±0.04b	0.85±0.01b	0.16±0.01b	0.184±0.003a
Pb+BSO	5.99±0.17d	0.85±0.03c	0.63±0.01d	0.12±0.00d	0.186±0.005a

处理 Treatment	鲜重Fresh weight （g·pot^-1）		干重Dry weight （g·pot^-1）		根冠比 Root-shoot ratio （DW）
处理 Treatment	茎叶Shoot	根Root	茎叶Shoot	根Root	根冠比 Root-shoot ratio （DW）
CK	13.57±0.23a	3.09±0.19a	1.24±0.03a	0.24±0.01a	0.191±0.009a
Pb	6.50±0.15c	1.06±0.01c	0.77±0.01c	0.14±0.00c	0.177±0.001b
Pb+GSH	8.05±0.12b	1.26±0.04b	0.85±0.01b	0.16±0.01b	0.184±0.003a
Pb+BSO	5.99±0.17d	0.85±0.03c	0.63±0.01d	0.12±0.00d	0.186±0.005a

处理 Treatment	叶绿素a Chlorophyll a content（mg·g^-1 FW）	叶绿素b Chlorophyll b content（mg·g^-1 FW）	总叶绿素 Total chlorophyll content （mg·g^-1 FW）	叶绿素a/b Chlorophyll a/b	类胡萝卜素 Carotenoid content （mg·g^-1 FW）	类胡萝卜素/总叶绿素 Carotenoid/total chlorophyll
CK	1.16±0.02a	0.41±0.01a	1.57±0.03a	2.86±0.03a	0.25±0.00a	0.16±0.00b
Pb	1.06±0.00b	0.36±0.00c	1.42±0.01c	2.94±0.02a	0.24±0.00a	0.17±0.00a
Pb+GSH	1.13±0.00a	0.40±0.01b	1.53±0.02b	2.86±0.09a	0.24±0.01a	0.16±0.00b
Pb+BSO	1.06±0.02b	0.37±0.02c	1.43±0.03c	2.86±0.10a	0.21±0.01b	0.15±0.01c

处理 Treatment	叶绿素a Chlorophyll a content（mg·g^-1 FW）	叶绿素b Chlorophyll b content（mg·g^-1 FW）	总叶绿素 Total chlorophyll content （mg·g^-1 FW）	叶绿素a/b Chlorophyll a/b	类胡萝卜素 Carotenoid content （mg·g^-1 FW）	类胡萝卜素/总叶绿素 Carotenoid/total chlorophyll
CK	1.16±0.02a	0.41±0.01a	1.57±0.03a	2.86±0.03a	0.25±0.00a	0.16±0.00b
Pb	1.06±0.00b	0.36±0.00c	1.42±0.01c	2.94±0.02a	0.24±0.00a	0.17±0.00a
Pb+GSH	1.13±0.00a	0.40±0.01b	1.53±0.02b	2.86±0.09a	0.24±0.01a	0.16±0.00b
Pb+BSO	1.06±0.02b	0.37±0.02c	1.43±0.03c	2.86±0.10a	0.21±0.01b	0.15±0.01c

处理 Treatment	净光合速率 Net photosynthetic rate （P_n， μmol CO₂·m^-2·s^-1）	蒸腾速率 Transpiration rate （ T_r， mmol H₂O·m^-2·s^-1）	气孔导度 Stomatal conductance （G_s， μmol CO₂·m^-2·s^-1）	胞间二氧化碳浓度 Intercellular carbon dioxide concentration （C_i， mmol·mol^-1）
CK	4.26±0.46a	3.38±0.48a	55.20±4.32a	334.50±7.01d
Pb	1.52±0.30c	1.64±0.50b	18.24±0.43c	351.92±2.74b
Pb+GSH	3.08±0.59b	2.84±1.02a	33.44±7.12b	379.34±3.84a
Pb+BSO	1.06±0.26c	1.42±0.53b	16.44±4.01c	340.72±3.12c

GSH对铅胁迫下多年生黑麦草生长及光合生理的影响

Effects of reduced glutathione on the growth and photosynthesis of perennial ryegrass under lead stress

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处理 Treatment	最小荧光强度 Minimum ?uorescence yield （F_o）	最大荧光强度 Maximum ?uorescence yield （F_m）	可变荧光 Variable ?uorescence yield （F_v）	潜在活性 Potential activity （F_v/F_o）	最大光化学效率 Maximum photochemical efficiency （F_v/F_m）	整体性能指数 Performance index （PI_ABS）
CK	468.67±14.50a	2714.67±88.08a	2246.00±75.94a	4.793±0.096a	0.827±0.003a	3.321±0.517a
Pb	402.67±13.32b	2134.33±81.12b	1731.67±69.95b	4.300±0.100bc	0.811±0.003bc	2.126±0.389b
Pb+GSH	410.00±16.97b	2234.50±14.85b	1821.50±31.82b	4.448±0.262b	0.816±0.008b	2.680±0.190ab
Pb+BSO	421.67±16.74b	2158.00±126.44b	1736.33±109.70b	4.115±0.095c	0.804±0.004c	2.131±0.019b

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