Effects of three exogenous substances on the physiological and fluorescence characteristics of Stylosanthes guianensis under low-temperature stress

doi:10.11686/cyxb2022322

Abstract

Abstract:

The aim of this study was to determine whether spraying Stylosanthes guianensis plants with exogenous substances could improve their performance under low-temperature conditions. Abscisic acid， chitosan， and salicylic acid at different concentrations were sprayed onto 50-day-old S. guianensis plants， and their effects on the physiological indexes and chlorophyll fluorescence characteristics of leaves under low-temperature conditions were determined. The low-temperature treatment was applied to plants in a growth chamber， and consisted of 7 days of cold temperature （8 °C/5 °C days/nights） followed by 2 days of normal temperature （28 °C/25 °C days/nights） for recovery. It was found that spraying S. guianensis plants with exogenous substances at different concentrations significantly increased the photosynthetic pigment content， antioxidant enzyme activity， and soluble protein content of the leaves under low temperature； And significantly decreased the chilling injury index， relative conductivity， and malondialdehyde content. After 2 days of recovery at normal temperature， all indexes were restored to their respective pre-chilling levels. Compared with the control plants， those sprayed with 300 mg·L^–1 chitosan， 0.4 mmol·L^–1 salicylic acid， or 10 mg·L^–1 abscisic acid showed significantly increased values of F_v/F_m， φE₀， and PI_ABS （by 80.88%-122.57%， 119.87%-170.53% and 271.77%-580.49%， respectively） and significantly decreased φD₀ （by 26.39%-37.10%）. Based on a multivariate evaluation using a membership function analysis， the optimal concentrations of chitosan， abscisic acid， and salicylic acid to improve the low-temperature tolerance of S. guianensis are 300 mg·L^–1， 10 mg·L^–1， and 0.4 mmol·L^–1， respectively. Among the three exogenous substances， chitosan （at 300 mg·L^–1） significantly increased the chlorophyll content and the activity of photosystem II， reduced heat dissipation， and was most effective in alleviating low-temperature damage to S. guianensis.

Key words: Stylosanthes guianensis, low temperature stress, chitosan, abscisic acid, salicylic acid, physiological indicators, chlorophyll fluorescence

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Figures/Tables 14

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外源物质 Exogenous substances	浓度 Concentration	寒害指数 Chilling injury index
壳聚糖 Chitosan （mg·L^-1）	0	0.66±0.01a
	300	0.46±0.01c
	400	0.48±0.02bc
	500	0.49±0.01b
水杨酸 Salicylic acid （mmol·L^-1）	0	0.59±0.01a
	0.2	0.53±0.02b
	0.4	0.50±0.02c
	0.6	0.52±0.02bc
脱落酸 Abscisic acid （mg·L^-1）	0	0.66±0.01a
	5	0.49±0.01c
	10	0.48±0.01c
	15	0.52±0.03b

外源物质 Exogenous substances	浓度 Concentration	寒害指数 Chilling injury index
壳聚糖 Chitosan （mg·L^-1）	0	0.66±0.01a
	300	0.46±0.01c
	400	0.48±0.02bc
	500	0.49±0.01b
水杨酸 Salicylic acid （mmol·L^-1）	0	0.59±0.01a
	0.2	0.53±0.02b
	0.4	0.50±0.02c
	0.6	0.52±0.02bc
脱落酸 Abscisic acid （mg·L^-1）	0	0.66±0.01a
	5	0.49±0.01c
	10	0.48±0.01c
	15	0.52±0.03b

外源物质 Exogenous substances	浓度 Concentration	叶绿素含量Chlorophyll content （mg·g^-1）
外源物质 Exogenous substances	浓度 Concentration	d₀	d₁	d₃	d₅	d₇	R₂
壳聚糖 Chitosan （mg·L^-1）	0	42.97±2.28a	43.15±0.69a	35.23±0.28c	33.48±1.40b	29.93±0.78c	28.55±0.64b
	300	43.99±0.79a	43.84±0.67a	42.50±0.37a	39.53±1.27a	37.04±0.89a	34.78±0.91a
	400	44.81±0.28a	43.44±0.53a	41.82±0.50a	37.11±1.89a	35.35±0.80a	35.72±0.13a
	500	43.80±0.41a	43.49±0.76a	39.55±0.34b	37.32±2.09a	33.86±0.24b	34.57±1.38a
水杨酸 Salicylic acid （mmol·L^-1）	0	44.99±0.29a	44.36±2.69a	36.09±0.45c	32.30±1.18d	28.12±0.20d	27.15±0.54d
	0.2	45.07±0.76a	44.14±0.11a	41.67±0.83b	36.43±1.14c	33.74±1.06c	32.50±0.95c
	0.4	46.14±1.66a	44.71±3.27a	44.36±0.49a	42.16±0.75a	37.85±0.89a	37.07±1.14a
	0.6	44.82±1.15a	44.48±0.73a	43.35±1.00a	38.82±1.32b	35.47±0.61b	35.47±0.52b
脱落酸 Abscisic acid （mg·L^-1）	0	44.99±0.29a	43.69±1.85a	36.09±0.45c	30.96±1.17b	26.10±0.20d	26.12±0.62c
	5	46.76±1.08a	43.64±0.63a	38.05±0.71b	34.68±1.84a	29.32±0.27c	29.46±0.51b
	10	45.94±2.10a	43.19±1.47a	41.18±0.91a	36.38±1.11a	33.63±0.23a	34.12±1.73a
	15	46.48±1.29a	43.35±0.81a	40.27±0.79a	35.89±0.22a	31.38±0.35b	32.12±1.03a

外源物质 Exogenous substances	浓度 Concentration	叶绿素含量Chlorophyll content （mg·g^-1）
外源物质 Exogenous substances	浓度 Concentration	d₀	d₁	d₃	d₅	d₇	R₂
壳聚糖 Chitosan （mg·L^-1）	0	42.97±2.28a	43.15±0.69a	35.23±0.28c	33.48±1.40b	29.93±0.78c	28.55±0.64b
	300	43.99±0.79a	43.84±0.67a	42.50±0.37a	39.53±1.27a	37.04±0.89a	34.78±0.91a
	400	44.81±0.28a	43.44±0.53a	41.82±0.50a	37.11±1.89a	35.35±0.80a	35.72±0.13a
	500	43.80±0.41a	43.49±0.76a	39.55±0.34b	37.32±2.09a	33.86±0.24b	34.57±1.38a
水杨酸 Salicylic acid （mmol·L^-1）	0	44.99±0.29a	44.36±2.69a	36.09±0.45c	32.30±1.18d	28.12±0.20d	27.15±0.54d
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	0.6	44.82±1.15a	44.48±0.73a	43.35±1.00a	38.82±1.32b	35.47±0.61b	35.47±0.52b
脱落酸 Abscisic acid （mg·L^-1）	0	44.99±0.29a	43.69±1.85a	36.09±0.45c	30.96±1.17b	26.10±0.20d	26.12±0.62c
	5	46.76±1.08a	43.64±0.63a	38.05±0.71b	34.68±1.84a	29.32±0.27c	29.46±0.51b
	10	45.94±2.10a	43.19±1.47a	41.18±0.91a	36.38±1.11a	33.63±0.23a	34.12±1.73a
	15	46.48±1.29a	43.35±0.81a	40.27±0.79a	35.89±0.22a	31.38±0.35b	32.12±1.03a

外源物质 Exogenous substances	浓度 Concentration	类胡萝卜素含量Carotenoid content （mg·g^-1）
外源物质 Exogenous substances	浓度 Concentration	d₀	d₁	d₃	d₅	d₇	R₂
壳聚糖 Chitosan （mg·L^-1）	0	21.86±0.06b	20.61±1.22c	18.73±0.45c	14.19±0.08d	12.65±0.24d	12.66±0.30d
	300	24.85±1.49a	24.88±0.84a	22.24±0.60a	17.52±0.52a	16.10±0.23a	15.79±0.25a
	400	24.43±0.19a	24.19±0.43ab	20.46±1.39b	16.40±0.24b	15.33±0.32b	14.73±0.30b
	500	24.66±0.95a	23.10±0.49b	19.24±0.49bc	15.52±0.33c	14.42±0.53c	14.18±0.50c
水杨酸 Salicylic acid （mmol·L^-1）	0	20.46±0.40a	18.91±0.43a	17.98±0.12a	14.50±0.52c	13.98±0.04c	14.51±0.26b
	0.2	20.87±0.56a	19.64±0.96a	18.21±0.27a	15.74±0.43b	15.03±0.14b	15.49±0.47ab
	0.4	20.33±0.81a	19.67±0.15a	18.88±0.93a	17.01±0.48a	15.63±0.44a	15.95±0.88a
	0.6	20.43±0.24a	19.53±0.93a	18.63±0.53a	15.41±0.37b	14.52±0.36bc	14.76±0.10b
脱落酸 Abscisic acid （mg·L^-1）	0	20.46±0.40a	15.72±0.20b	13.73±0.17b	10.74±0.53c	8.73±0.03d	8.54±0.43d
	5	20.51±1.20a	16.70±0.36a	16.02±0.77a	13.57±0.18b	11.76±0.59c	11.79±0.20c
	10	20.70±0.94a	17.10±0.67a	15.02±0.81a	15.13±0.31a	14.50±0.69a	14.45±0.65a
	15	19.96±1.65a	16.22±0.50ab	15.21±0.29a	14.39±0.76ab	13.11±0.38b	12.71±0.35b