外源NO對鹽脅迫下雪里蕻種子萌發(fā)及抗氧化酶的影響

曾長立,伍曉明

（1.江漢大學生命科學學院,武漢430056;2.中國農(nóng)科院油料作物研究所,武漢替換為 430078）

外源NO對鹽脅迫下雪里蕻種子萌發(fā)及抗氧化酶的影響

曾長立1,2＊,伍曉明2

（1.江漢大學生命科學學院,武漢430056;2.中國農(nóng)科院油料作物研究所,武漢替換為 430078）

研究了不同濃度的NO供體硝普鈉（SNP）對鹽脅迫下雪里蕻種子萌發(fā)及抗氧化酶的影響.結(jié)果表明,不同濃度的SNP對雪里蕻種子萌發(fā)影響差異顯著.SNP濃度為0.1～0.2 mmo/L時能明顯促進雪里蕻種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù),顯著提高下胚軸及子葉中超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性,而低于或高于此濃度各指標則顯著下降.

SNP;雪里蕻;種子萌發(fā)生理;抗氧化酶

據(jù)聯(lián)合國教科文組織和糧農(nóng)組織不完全統(tǒng)計,世界鹽堿地面積為9.543 8億hm2,約占可耕地面積的10%,其中我國為9 913萬hm2,約占全國可耕地面積的25%,而約80%左右的鹽堿地未得到有效治理與合理開發(fā)利用,有著巨大的發(fā)展?jié)摿1].鹽漬土在我國具有分布廣、類型多、對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大等特點,是我國一種典型的低產(chǎn)土壤,同時又是我國北方地區(qū)的一種重要土壤資源.因此,如何進行鹽漬土的生物治理和綜合開發(fā),提高作物耐鹽性是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重大課題[2-3].雪里蕻（B rassica juncea（L.）Czern.et Coss.var.Crispifolia Bailey）屬于十字花科蕓薹屬芥菜種,是分蘗芥的一個變種,別名雪菜、春不老、霜不老等.雪里蕻葉質(zhì)脆嫩,風味鮮美,營養(yǎng)豐富,既可鮮食也可腌制,含有豐富的維生素,具有滋陰開胃,化痰利膈等功效,同時也是我國一種重要的葉菜類蔬菜[4].盡管目前在雪里蕻栽培方面有很多研究報道[5-6],但對于其耐鹽生理及采用化學誘抗劑增加其耐鹽能力的研究非常缺乏[7].在植物中,NO是作為一種廣泛的胞內(nèi)與胞間專遞的信號分子,在抵抗病菌、氣孔開閉、種子萌發(fā)、根發(fā)育、葉發(fā)育、花發(fā)育和凋亡、延緩果實、蔬菜和切花的衰老等方面扮演了重要的角色,從而近來成為研究的熱點而受到廣泛關(guān)注[8].本試驗以NaCl作為鹽脅迫因子,以外源SNP作為NO的供體進行發(fā)芽試驗,重點探討外源NO在降低雪里蕻種子萌發(fā)期的鹽害效應,從而為充分利用鹽堿地種植雪里蕻,培養(yǎng)健壯幼苗并提高其耐鹽性等方面提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實驗材料與處理

選取籽粒飽滿及大小一致的雪里蕻種子,經(jīng)0.1%HgCl2消毒10 min,漂洗干凈后,在墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)進行常規(guī)發(fā)芽實驗,每皿放置50粒種子.分別用含150 mmol/L NaCl的 Hoagland 營養(yǎng)液配制 0.05、0.1、0.2、0.3、0.5 mmol/L SNP溶液進行澆灌,另以含150 mmol/L NaCl的Hoagland營養(yǎng)液為對照（表1）,置于25℃的恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng).每天更換澆灌液.設(shè)置5個重復,培養(yǎng)第7天時取10粒萌發(fā)種子測定其根活力、下胚軸及子葉中的SOD與POD活性.

1.2 指標測定方法

種子發(fā)芽勢 （%）以3 d后所有萌發(fā)的種子數(shù)占總數(shù)的百分比進行計算;種子發(fā)芽率 （%）則以7 d后所有萌發(fā)的種子數(shù)占總數(shù)的百分比進行統(tǒng)計.發(fā)芽指數(shù) （GI）=∑Gt/Dt,公式中 Gt為在t日的發(fā)芽數(shù),Dt為發(fā)芽天數(shù);活力指數(shù) （VI）=GI×W,公式中的 GI為發(fā)芽指數(shù),W為幼苗單株平均重量 （g）;根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法進行測定[9];SOD活性測定采用NBT光還原法[10];POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚比色法[11].

表1 鹽脅迫下不同濃度SNP處理設(shè)計方案Tab.1 The desighs of diffevent concentrations of SNP under salt stress

1.3 數(shù)據(jù)分析

將獲得的數(shù)據(jù)用DPS軟件進行統(tǒng)計與處理,顯著性比較分析采用Duncan's多重比較法進行.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度SNP對雪里蕻種子萌發(fā)的影響

從圖1可知,鹽脅迫下雪里蕻種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)均呈現(xiàn)出隨SNP濃度升高而先升高、后降低趨勢.雪里蕻種子在鹽脅迫下其發(fā)芽率只有51.4%,嚴重抑制了種子的萌發(fā).當SNP濃度為0.1～0.2 mmol/L時,發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)均明顯高于CK.同時,顯著性差異比較分析表明,該濃度處理與其它處理相比差異均達到顯著水平.SNP對種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢的影響基本相同,說明SNP減輕鹽脅迫的抑制作用并沒有隨著時間的延長而降低.值得注意的是,當SNP濃度為超過0.2 mmol/L時,其減輕效應顯著降低.如0.2 mmol/L和0.5 mmol/L SNP的處理其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與種子活力指數(shù)與對照相比差異并不顯著.在種子活力指數(shù)上,0.1 mmol/LSNP處理與0.2 mmol/LSNP處理間差異達到顯著水平,表明前者濃度在減輕鹽脅迫對種子活力影響上效果更突出.總之,在鹽脅迫下,通過使用合理濃度的化學誘抗劑SNP可以顯著減輕其抑制作用.

2.2 不同濃度SNP對雪里蕻根系活力的影響

根系活力是反映作物根系生長發(fā)育狀況的一個重要指標.從圖2可以看出,雪里蕻根系活力在鹽脅迫下隨SNP濃度增加而逐步上升,當SNP濃度為0.1mmol/L時,根系活力達到最大,超過該濃度,根系活力則呈下降趨勢.顯著性分析說明不同濃度SNP處理間差異均達到了顯著水平.與CK相比,0.05 mmol/L～0.2mmol/LSNP處理的雪里蕻根系活力都要高,但是當 SNP濃度超過0.2mmol/L時,其根系活力顯著降低.該結(jié)果與上面SNP對種子活力指數(shù)的影響基本一致.這充分表明過高濃度的SNP不僅不能緩解鹽脅迫對雪里蕻根系生長發(fā)育的危害,反而加重了鹽傷害.

圖1 不同濃度SNP處理對鹽脅迫下雪里蕻種子萌發(fā)的影響Fig.1 The effect of different concentrations of SNP on seed germination in potherb mustard.

圖2 不同濃度的SNP對雪里蕻根系活力的影響Fig.2 The effect of different concentrations of SNP on root vigor in potherb mustard

2.3 不同濃度SNP對雪里蕻種子抗氧化酶活性的影響

鹽脅迫下不同濃度SNP對雪里蕻種子抗氧化酶活性的影響見圖3.從圖中可得知,使用SNP可以顯著提高雪里蕻種子下胚軸及子葉中SOD與POD活性.CK的SOD與POD活性顯著低于不同濃度的 SNP處理,其中,0.1～0.2 mmol/L SNP處理的SOD與POD活性較高.但是當SNP濃度進一步提高時,SOD與POD活性變化表現(xiàn)出明顯的差異.如對于SOD活性變化而言,處理2與3之間、處理3與4之間差異并不顯著,但這些處理與處理5之間比較則差異顯著;而對于POD而言,處理 2、3與處理 4、5之間差異達到顯著水平,但4、5之間差異不顯著（圖3）.這充分說明,在鹽脅迫下,SOD對SNP處理的響應比POD更敏感.

圖3 不同濃度的SNP對雪里蕻種子細胞保護酶活性的影響Fig.3 The effect of different concentrations of SNP on the activity of cell protective enzyme in potherb mustard seed

3 討論

NO作為植物的一種關(guān)鍵信號分子廣泛存在于植物組織中,不僅能促進種子萌發(fā)和植物生長發(fā)育,而且在逆境脅迫中通過其信號轉(zhuǎn)導與活性氧清除作用而減輕脅迫因子對植物的危害方面扮演了重要角色[12-13].鹽脅迫作為我國一種重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)限制因子,嚴重影響了作物的生長發(fā)育,在對種子萌發(fā)的影響上主要是延遲出苗時間,降低發(fā)芽率[14].近年來,眾多學者開展了NO在作物鹽脅迫上的研究,得出NO提高植物耐鹽性的機理主要表現(xiàn):NO能夠提高植株的抗氧化能力[15]以及調(diào)節(jié)植物體內(nèi)離子平衡,尤其是關(guān)鍵信使Ca2+緩解鹽脅迫對細胞中離子穩(wěn)態(tài)的破壞與代謝紊亂等[16].盡管目前已有許多文獻報道了外源NO對在正常條件下對植物種子萌發(fā)的影響[17-18],但是卻極少有人研究逆境脅迫下外源NO對種子萌發(fā)的生理生化效應[19-20].因此,本文開展了NO緩解鹽脅迫對雪里蕻種子萌發(fā)期的影響效應研究.結(jié)果表明,外源NO能顯著提高鹽脅迫下雪里蕻種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù),增加根系活力,顯著提高種子下胚軸及子葉中SOD與POD活性.該結(jié)果與湯紹虎等人（2007）在滲透脅迫下研究外源NO對黃瓜種子萌發(fā)的報道基本一致[19].值得一提的是,NO對植物生長發(fā)育的影響具有雙重性,表現(xiàn)為當 NO濃度較低時,對植物細胞具有保護作用[21],而NO濃度較高時,則可能具有毒害作用[22].本實驗也驗證了該結(jié)果,如當NO供體SNP的濃度為0.1～0.2 mmol/L時,雪里蕻種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)均明顯高于CK.但是當 SNP濃度為超過0.2 mmol/L時,上述各項指標顯著降低（圖1）.另外,在根系活力（圖2）、抗氧化酶 SOD與 POD（圖3）上,也存在類似的規(guī)律.鹽害對植物所造成的多方面損傷的結(jié)果是產(chǎn)生大量具有氧化傷害的活性氧（ROS）,進而對鹽脅迫下植物生長和發(fā)育造成次生氧化危機[23],而SOD、POD、過氧化氫酶（CA T）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）等則是植物細胞中重要的活性氧清除酶[24].本實驗中,外源NO能顯著提高雪里蕻種子中SOD、POD活性,從而能快速清除種子萌發(fā)過程中由于NaCl脅迫所產(chǎn)生的O2和 H2O2等活性氧,減輕其對種子細胞的危害,從而降低鹽脅迫對種子萌發(fā)的抑制作用,明顯提高種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù).

[1]王遵親.中國鹽漬土[M].北京:科學出版社,1993:1-6.

[2]律兆松.不同生物措施改良蘇打鹽土效果的模糊綜合評價初探[J].土壤通報,1989,5:200-204.

[3]王志春,梁正偉.植物耐鹽研究概況與展望[J].生態(tài)環(huán)境,2003,1:106-109.

[4]Fang Z X,Hu,Y X,Liu D H,et al.Changes of phenolic acids and antioxidantactivitiesduring potherb mustard（Brassica juncea,Coss.）pickling[J].Food Chem,2008,108:811-817.

[5]張 劍,陳軍響,張 禹.磷鉀肥對雪里蕻產(chǎn)量和品質(zhì)的效應研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2009,13:5925-5927.

[6]陳圣進.雪里蕻無公害栽培技術(shù)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2006（6）:54.

[7]曾長立,雷 剛.外源SA對鹽脅迫下雪里蕻幼苗生理特性的影響[J].長江蔬菜,2008,12:25-27.

[8]Shapiro A D.Nitric oxide signaling in plants[J].Vitam Horm,2005,72:339-398.

[9]趙世杰,劉華山,董新純.植物生理學實驗指導[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,1998.

[10]Gisnnopolitis C V,Ries S K.Super oxide dismutase.Ⅰ.Occurrence in higher plasts[J].Plant Physiol,1977,59:309-314.

[11]李合生.植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2000.

[12]Sheokand S,Kumari A,Sawhney V.Effect of nitric oxideand putrescine on antioxi-dative responses under NaCl stress in chickpea plants[J].Physiol Mol Biol Plants,2008,14:355-362.

[13]王 淼,李秋榮,付士磊,等.一氧化氮對楊樹耐旱性的影響[J].應用生態(tài)學報,2005（16）:805-810.

[14]阮松林,薛慶中.鹽脅迫條件下雜交水稻種子發(fā)芽特性和幼苗耐鹽生理基礎(chǔ)[J].中國水稻,2002（3）:281-283.

[15]馬 偉,梁喜龍,馬 玲,等.外源一氧化氮對黃芪種子萌發(fā)的影響[J].東北林業(yè)大學學報,2008（1）:37-38.

[16]Zhang Y Y,Wang L L,Liu Y L,et al.Nitric oxide enhances salt tolerance in maize seedlings through increasing activities of proton-pump and Na+/H+antiport in the tonoplast[J].Planta,2006,224:545-555.

[17]周永斌,殷 有,蘇寶玲,等.外源一氧化氮供體對幾種植物種子的萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].植物生理學通訊,2005（3）:316-318.

[18]王 霞.水楊酸、硝普鈉浸種對玉米種子發(fā)芽率的影響[J].安徽農(nóng)學通報,2007（17）:214.

[19]湯紹虎,周啟貴,孫 敏,等.外源NO對滲透脅迫下黃瓜種子萌發(fā)、幼苗生長和生理特性的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2007（2）:419-425.

[20]陳世軍,張明生.外源NO供體SNP對Cd脅迫下辣椒種子萌發(fā)的影響[J].種子,2009（2）:21-24.

[21]Beligni M V,Lamattina L.Nitric oxide counteracts cytotoxic processes mediated by reactive oxygen species in plant tissues[J].Planta,1999,208:337-344.

[22]Beligni M V,Lamattina L.Is nitric oxide toxic or protective[J]?Trends Plant Sci,1999（4）:299-300.

[23]Wei G Q,Zhu Z J,Fang X Z,et al.The effects of NaCl stress on growth,chlorophyll fluorescence characteristics and active oxygen metabolism in seedlings of two cucumber cultivars[J].Sci Agrie Sin,2004,11:1754-1759.

[24]陳 潔,林棲鳳.植物耐鹽生理及耐鹽機理研究進展[J].海南大學學報:自然科學版,2003（2）:177-182.

Abstract:In this paper,effects of different concentrations of SNP（as a NO donor）on seed germination and anti-Oxidation System of Potherb Mustard were studied.The results indicated that there was significant difference among different concentrations of SNP.0.1～0.2 mmol/L of SNP could markedly promote seed germination viability and seed germination percentage,seed germination index,and seed activity index,and significantly enhance superoxide dismutase（SOD）and peroxidase（POD）activity of seed hypocotyl and cotyledon.However,all indexes of lower or higher concentrations than 0.1～0.2 mmol/L of SNP showed markedly decrease trends.

Key words:Sodium nitroprussiate;Potherb Mustard;seed germination physiology;anti-Oxidation Enzyme

The effect of exogenous nitric oxide on seed germination and anti-oxidation enzyme ofPotherb Mustardunder salt stress

ZEN G Changli1,2,WU Xiaoming2
（1.School of Life Sciences,Jianghan University,Wuhan 430056;2.Instituet of Oil Crop Research,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Wuhan 430078）

Q945

A

1000-1190（2010）04-0644-04

2010-05-10.

湖北省自然科學基金項目（2008CDB087）;中國博士后科學基金項目（20100470417）.

＊E-mail:Zeng changLi 6111@Tom.com.