CN113973821A

CN113973821A - 提高植物抗旱性的抗旱剂及方法

Info

Publication number: CN113973821A
Application number: CN202111408638.5A
Authority: CN
Inventors: 王振宇; 李阳; 陈衍行; 李聪; 顾进宝; 路鹏飞
Original assignee: Nanfan Seed Industry Research Institute Guangdong Academy Of Sciences
Current assignee: Nanfan Seed Industry Research Institute Guangdong Academy Of Sciences
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2041-11-19
Also published as: CN113973821B

Abstract

本发明公开了一种提高植物抗旱性的抗旱剂和方法，所述抗旱剂的活性成分包括柠檬酸，所述柠檬酸的工作浓度为10mM～50mM。本发明的发明人通过将柠檬酸溶液根系浇灌烟草，发现仅需要柠檬酸这一种成分，无需添加其他组分，即具有提高烟草抗旱性的作用，本发明的抗旱剂成分简单、效果良好、使用方便、价格便宜，可大面积应用于生产，缓解植物干旱胁迫，减免干旱减产导致的经济损失。

Description

提高植物抗旱性的抗旱剂及方法

技术领域

本发明属于农业生物技术领域，具体地说，本发明涉及一种提高植物抗旱性的抗旱剂，以及一种提高植物抗旱性的方法。

背景技术

淡水资源在世界范围内都非常有限，相对于其他国家，我国人均水资源更少，有近一多半的国土处于缺水的状态。干旱胁迫严重影响农作物生长和产量，而这将极大的危害我国粮食安全。因此农业生产急需解决植物在生长季面临干旱胁迫的问题。

自20世纪80年代以来，国内外学者在干旱对植物生长、发育、代谢的影响等方面做了大量研究，取得了一些重要进展。归纳起来主要有以下几个方面:第一，干旱对植物生理的影响，主要表现在：(1)干旱胁迫影响了叶绿素的合成，促进了叶绿素的分解，从而影响了叶片的光合效率(Plant Molecular Biology，1979，20:37-44)；(2)干旱胁迫导致植株氮素代谢关键酶-硝酸还原酶(NR)的活性降低，而蛋白水解酶活性增强引起脯氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺和缬氨酸等大量积累；(3)干旱胁迫导致叶片膜脂过氧化作用增强，膜透性增加，丙二醛(MDA)含量升高，出现电解质外渗，抗氧化保护酶SOD、POD、CAT等酶活性显著下降。第二，干旱对植物生长发育的影响，主要表现在：(1)干旱胁迫降低了种子的萌发和幼苗的成活；(2)抑制了根系的生长，从而影响了矿质营养的吸收；(3)干旱胁迫导致植株矮小，节间短，叶片小，易早衰。这些研究较好地阐明了干旱对植物生长、发育及代谢影响的生理生化基础。

在干旱胁迫下，植物抵御干旱胁迫的手段主要有两方面，一方面是：通过合成积累渗透物质(如各种糖、脯氨酸)等策略，从而能够增加植物对水分的吸收；另一方面是：调控气孔关闭以减少蒸腾作用，从而能够减少水分的损失，现有研究表明，植物激素ABA在调节气孔开闭以提高植物抗旱性方面起着重要的作用。

由于植物在栽培过程中经常遇到干旱胁迫的困扰，因此有必要开发出一种简单又高效的植物抗旱剂来应对干旱胁迫造成的植物减产或品质下降。

发明内容

基于此，本发明的目的之一是提供一种提高植物抗旱性的抗旱剂，该抗旱剂可以有效提高植物的抗旱性能。

实现上述发明目的的具体技术方案包括如下：

一种提高植物抗旱性的抗旱剂，所述抗旱剂的活性成分包括柠檬酸，所述柠檬酸的工作浓度为10mM～50mM。

在其中一些实施例中，所述柠檬酸的工作浓度为30mM～50mM。

在其中一些实施例中，所述柠檬酸的工作浓度为45mM～50mM。

在其中一些实施例中，所述抗旱剂为含有柠檬酸的磷酸盐缓冲液溶液，所述抗旱剂pH为6.8～7.2。

在其中一些实施例中，所述磷酸盐缓冲液的pH为6.5。

在其中一些实施例中，所述植物为烟草。

本发明的另一目的是提供上述抗旱剂的制备方法。

实现上述发明目的的具体技术方案如下：

一种提高植物抗旱性的抗旱剂的制备方法，包括以下步骤：

将柠檬酸加入去离子水中，定容，使柠檬酸的浓度为10mM～50mM，即得。

在其中一些实施例中，将柠檬酸加入磷酸盐缓冲液中，加去离子水定容，使柠檬酸的浓度为10mM～50mM，即得。

本发明的再一目的是提供一种提高植物抗旱性的方法，所述方法可以简单、方便、高效地提高植物的抗旱性。

实现上述发明目的的具体技术方案包括如下：

一种提高植物抗旱性的方法，所述方法包括步骤：在干旱胁迫到来前，对植物浇灌上述抗旱剂。

在其中一些实施例中，所述抗旱剂的浇灌量为300mL/株～500mL/株。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的发明人通过将柠檬酸溶液根系浇灌烟草，发现仅需要柠檬酸这一种成分，无需添加其他组分，即具有提高烟草抗旱性的作用，在此发现的基础上，本发明将柠檬酸作为植物抗旱剂的活性成分，并进一步确定当柠檬酸的工作浓度为10mM～50mM，可以高效地提高植物的抗旱性能。

2、本发明的抗旱剂通过提高植物中合成脯氨酸的含量，增加了植物的含水量，同时通过提高植物激素ABA的含量，调节气孔开闭程度，从而减少蒸腾作用减少了水分的损失；最终降低了植物中叶绿素的损失率，进而提高了植物在干旱条件下的存活率，提高了植物的抗旱性能。

3、本发明的抗旱剂成分简单、效果良好、使用方便、价格便宜，可大面积应用于生产，缓解植物干旱胁迫，减免干旱减产导致的经济损失。

附图说明

图1为对比例中不同浓度的醋酸钾溶液处理烟草后，烟草的生长情况对照图。

图2为试验例1中不同浓度的柠檬酸溶液处理烟草后，烟草的干物质量对照图。

图3为试验例1中不同浓度的柠檬酸溶液处理烟草后，烟草的存活率对照图。

图4为试验例2中不同浓度的柠檬酸溶液处理烟草后，烟草的叶绿素含量对照图。

图5为试验例3中不同浓度的柠檬酸溶液处理烟草后，烟草的脯氨酸含量和含水量对照图。

图6为试验例4中不同浓度的柠檬酸溶液处理烟草后，烟草的ABA含量对照图。

图7为试验例5中不同浓度的柠檬酸溶液处理烟草后，烟草的气孔关闭率和失水率对照图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不用于限制本发明。本发明所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本发明的一个方面，提供了一种植物抗旱剂，其活性成分是柠檬酸(C6H8O7)，所述抗旱剂可为柠檬酸的水溶液，更为优选为含有柠檬酸的磷酸盐缓冲液溶液(pH6.8～7.2)。更进一步地，本发明的发明人筛选出柠檬酸的合适的工作浓度为10mM～50mM。

本发明的抗旱剂在浇灌植物后，通过调控干旱胁迫基因的表达和氨基酸代谢物的积累，使得植物脯氨酸的含量有所增加(植物的含水量相应增加)，同时植物激素ABA的含量也有所增加，气孔孔径缩小(减少蒸腾作用，减少了水分的损失)；最终植物中叶绿素的损失率有所降低，植物在干旱条件下的存活率提高了，证明本发明的抗旱剂可以提高植物的抗旱性能。

本发明所述方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。本发明所述试剂若无特殊说明均为市售试剂。

以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例1一种提高植物抗旱性的抗旱剂及方法

本实施例的一种提高植物抗旱性的抗旱剂，为含有柠檬酸的磷酸盐缓冲液溶液，所述柠檬酸的工作浓度为50mM，所述抗旱剂pH6.8～7.2。

本实施例的抗旱剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、配制pH6.5的0.1mol/L磷酸盐缓冲液：称取二水磷酸二氢钠15.6g溶于超纯水中，定容至1L。称取二水磷酸氢二钠17.8g溶于超纯水中，定容至1L。量取磷酸二氢钠溶液959mL，量取磷酸氢二钠溶液441mL，两个溶液充分混合均匀，即配制得到pH6.5的0.1mol/L磷酸盐缓冲液。

(2)、量取pH6.5的0.1mol/L磷酸盐缓冲液1000mL，在磷酸盐缓冲液中加入9.6g柠檬酸，即为柠檬酸浓度为50mM的抗旱剂。

本实施例的抗旱剂的使用方法为：

在干旱胁迫到来前，使用本实施例的抗旱剂，直接根系浇灌一次室内种植的烟草植株，一株300mL-500mL。或：在干旱胁迫到来前，使用本实施例的抗旱剂，利用滴灌施肥系统(先将抗旱剂配制成100倍母液，再利用滴灌施肥系统将母液稀释成柠檬酸的工作浓度为50mM)，滴灌根系浇灌一次大田种植的烟草植株，一株500mL。

实施例2一种提高植物抗旱性的抗旱剂及方法

本实施例的一种提高植物抗旱性的抗旱剂，为含有柠檬酸的磷酸盐缓冲液溶液，所述柠檬酸的工作浓度为30mM，所述抗旱剂pH6.8～7.2。

本实施例的抗旱剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、配制pH6.5的0.1mol/L磷酸盐缓冲液。

(2)、量取pH6.5的0.1mol/L磷酸盐缓冲液1000mL，在磷酸盐缓冲液中加入5.76g柠檬酸，即为柠檬酸浓度为30mM的抗旱剂。

本实施例的抗旱剂的使用方法同实施例1。

实施例3一种提高植物抗旱性的抗旱剂及方法

本实施例的一种提高植物抗旱性的抗旱剂，为含有柠檬酸的磷酸盐缓冲液溶液，所述柠檬酸的工作浓度为10mM，所述抗旱剂pH6.8～7.2。

本实施例的抗旱剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、配制pH6.5的0.1mol/L磷酸盐缓冲液。

(2)、量取pH6.5的0.1mol/L磷酸盐缓冲液1000mL，在磷酸盐缓冲液中加入1.92g柠檬酸，即为柠檬酸浓度为10mM的抗旱剂。

本实施例的抗旱剂的使用方法同实施例1。

对比例醋酸钾溶液对植物抗旱性的研究

将烟草植株种植于温室长日照(16小时光照/8小时黑暗)条件下，生长至五叶期，分别用清水、10mM和50mM的醋酸钾磷酸盐缓冲溶液(制备方法同柠檬酸磷酸盐缓冲溶液)处理烟草植株(每株浇灌500mL)7天后，去除烟草种植盆中多余的清水和醋酸钾磷酸盐缓冲溶液，干旱处理26天，复水10天后，观察烟草植株的存活情况。结果如图1所示。

图1的结果说明，对棉花等植物有抗旱作用的醋酸钾磷酸盐缓冲溶液，对烟草却没有显著的抗旱作用。

试验例1本发明的植物抗旱剂中活性成分柠檬酸浓度的筛选

将烟草植株种植于温室长日照(16小时光照/8小时黑暗)条件下，生长至五叶期，分别用清水、10mM、30mM和50mM的柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理烟草植株(每株浇灌500mL)7天后，去除烟草种植盆中多余的清水和柠檬酸磷酸盐缓冲溶液，干旱处理26天，复水10天后，统计烟草植株的存活率。复水期间，同时测定复水0天、3天和10天的烟草植株干物种重量。结果分别如图2和图3所示。

从图2可知，分别用清水、10mM、30mM和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理的烟草植株在复水前(0天)时，烟草植株的干物质重量几乎一样。复水三天后，10mM、30mM和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理组烟草植株的干物质重量分别是清水对照组的1.03、1.07和1.15倍。复水10天后，10mM、30mM和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理组烟草植株的干物质重量分别是清水对照组的1.51、1.68和1.86倍。

从图3可知，分别用清水、10mM、30mM和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理的烟草植株在干旱26天，复水10天后，10mM、30mM和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理组烟草植株的存活率分别是37％、53％和58％，而清水对照组存活率为20％。

试验例1的结果说明，使用10mM、30mM和50mM的柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理烟草植株，能够增强烟草植株的抗旱性，明显提高烟草的存活率。其中，50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液的抗旱效果最佳。

试验例2施加本发明的抗旱剂对烟草叶绿素含量的影响

将烟草植株种植于温室长日照(16小时光照/8小时黑暗)条件下，生长至五叶期，分别用足够的清水、10mM、30mM和50mM的柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理烟草植株7天后，去除烟草种植盆中多余的清水和柠檬酸磷酸盐缓冲溶液，干旱处理26天，测定烟草植株的叶绿素含量，结果如图4所示。

从图4可知，分别用清水、10mM、30mM和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理的烟草植株在干旱处理26天后，10mM、30mM和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理组烟草植株的叶绿素含量分别是清水对照组的1.82、2.07和2.42倍。

试验例2的结果说明，使用10mM、30mM和50mM的柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理烟草植株，能够显著提高烟草植株的叶绿素含量。其中，50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理组烟草植株的叶绿素含量最高。

试验例3施加本发明抗旱剂对烟草脯氨酸及含水量含量的影响

将烟草植株种植于温室长日照(16小时光照/8小时黑暗)条件下，生长至五叶期，分别用足够的清水、10mM、30mM和50mM的柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理烟草植株7天后，去除烟草种植盆中多余的清水和柠檬酸磷酸盐缓冲溶液，干旱处理26天后，测量烟草植株的脯氨酸含量，并分别在干旱处理3天、10天和20天时测量烟草植株的含水量，结果如图5所示。

从图5可知，分别用清水、10mM、30mM和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理的烟草植株在干旱处理前，对照组和柠檬酸处理组ABA含量无明显差异。而当干旱处理后，10mM、30mM和50mM柠檬酸处理组脯氨酸含量分别是清水对照组的1.21倍、1.45倍和2.74倍。干旱处理3天时，对照组和柠檬酸处理组含水量无明显差异。干旱处理10天时，10mM、30mM和50mM柠檬酸处理组烟草植株含水量是清水对照组的1.12倍、1.17倍和1.18倍。当干旱处理20天时，10mM、30mM和50mM柠檬酸处理组烟草植株含水量是清水对照组的1.50倍、1.63倍和1.74倍。

试验例3的结果说明，使用10mM、30mM和50mM的柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理烟草植株，能够显著提高烟草植株的含水量和脯氨酸含量。其中，50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理的烟草植株的含水量和脯氨酸含量最高。

试验例4施加本发明抗旱剂对烟草ABA含量的影响

将烟草植株种植于温室长日照(16小时光照/8小时黑暗)条件下，生长至五叶期，分别用足够的清水和50mM的柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理烟草植株7天后，去除烟草种植盆中多余的清水和柠檬酸磷酸盐缓冲溶液，干旱处理26天，分别在干旱处理0天、3天、6天、10天和20天时测量烟草植株的ABA含量，结果如图6所示。

从图6可知，分别用清水和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理的烟草植株在干旱0天和3天时，对照组和柠檬酸处理组ABA含量无明显差异。而在干旱处理6天、10天和20天后，50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理组烟草植株ABA含量分别是清水对照组的1.18倍、1.15倍和1.35倍。

试验例4的结果说明，使用50mM的柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理烟草植株，能够显著提高烟草植株的ABA含量。其中，干旱处理10天时，处理组ABA含量最高。

试验例5施加本发明抗旱剂对失水率及气孔关闭的影响

将烟草植株种植于温室长日照(16小时光照/8小时黑暗)条件下，生长至五叶期，分别用足够的清水、10mM、30mM和50mM的柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理烟草植株7天，取清水对照组和10mM、30mM和50mM柠檬酸处理组烟草植株叶片，测试烟草叶片失水率。分别取干旱处理前和处理3天后烟草植株叶片进行气孔孔径测定，结果如图7所示。

从图7可知，清水对照组和10mM、30mM和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理组的叶片失水率存在明显差异。在叶片失水240分钟后，10mM、30mM和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理组失水率分别为29％、28％和27％，而清水对照组的失水率是33％。在正常条件下，清水对照组和10mM、30mM和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理组的叶片气孔孔径无明显差异。而在干旱条件下，10mM、30mM和50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理组的叶片气孔孔径分别是清水对照组的0.97倍、0.88倍和0.79倍。

试验例5的结果说明，使用10mM、30mM和50mM的柠檬酸磷酸盐缓冲溶液处理烟草植株，能够显著降低烟草植株叶片的失水率和气孔孔径。其中，50mM柠檬酸磷酸盐缓冲溶液的叶片失水率和气孔孔径最小。

试验例1～5的结果表明：本发明的抗旱剂在浇灌植物后，植物中合成的脯氨酸含量有所增加(植物的含水量相应增加)，同时植物脱落酸ABA的含量也有所增加，气孔孔径缩小(减少蒸腾作用，减少了水分的损失)；最终植物中叶绿素的损失率有所降低，植物在干旱条件下的存活率提高了，证明本发明的抗旱剂可以提高植物的抗旱性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种提高植物抗旱性的抗旱剂，其特征在于，所述抗旱剂的活性成分包括柠檬酸，所述柠檬酸的工作浓度为10mM～50mM。

2.根据权利要求1所述的提高植物抗旱性的抗旱剂，其特征在于，所述柠檬酸的工作浓度为30mM～50mM。

3.根据权利要求2所述的提高植物抗旱性的抗旱剂，其特征在于，所述柠檬酸的工作浓度为45mM～50mM。

4.根据权利要求1～3任一项所述的提高植物抗旱性的抗旱剂，其特征在于，所述抗旱剂为含有柠檬酸的磷酸盐缓冲液溶液，所述抗旱剂pH为6.8～7.2。

5.根据权利要求4所述的提高植物抗旱性的抗旱剂，其特征在于，所述磷酸盐缓冲液的pH为6.5。

6.根据权利要求1所述的提高植物抗旱性的抗旱剂，其特征在于，所述植物为烟草。

7.一种提高植物抗旱性的抗旱剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将柠檬酸加入去离子水中，定容，使柠檬酸的浓度为10mM～50mM，即得。

8.一种提高植物抗旱性的抗旱剂的制备方法，其特征在于，将柠檬酸加入磷酸盐缓冲液中，加去离子水定容，使柠檬酸的浓度为10mM～50mM，即得。

9.一种提高植物抗旱性的方法，其特征在于，包括步骤：在干旱胁迫到来前，对植物浇灌权利要求1～6任一项所述的抗旱剂。

10.根据权利要求9所述的提高植物抗旱性的方法，其特征在于，所述抗旱剂的浇灌量为300mL/株～500mL/株。