外源一氧化氮對鉻脅迫下玉米幼苗生理活性的影響

孫天國++孫玉斌

摘要：為研究外源NO對Cr6+脅迫下玉米幼苗的緩解效應(yīng)，研究不同濃度硝普鈉（SNP）對10 mg/L Cr6+脅迫下玉米幼苗生理的影響。結(jié)果表明，與對照相比，10 mg/L Cr6+降低了葉綠素含量，增強(qiáng)了超氧化物歧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶等抗氧化酶的活性，顯著提高了丙二醛含量。與10 mg/L Cr6+比較，添加不同濃度SNP處理的葉綠素含量升高，抗氧化酶活性減弱，丙二醛含量降低。因此，外源NO可以誘導(dǎo)玉米幼苗的抗逆性增強(qiáng)，減輕和緩解Cr6+脅迫的傷害。

關(guān)鍵詞：外源一氧化氮；鉻脅迫；玉米；生理活性

中圖分類號： S513.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0122-02

收稿日期：2014-09-16

重金屬污染已成為世界發(fā)展的難題，鉻是生物體內(nèi)的微量元素之一，鉻的毒性大小與化合價有關(guān)，六價鉻的毒性較高。目前，鉻已成為環(huán)境污染的五大金屬元素之一，我國制定的《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》已把鉻污染的治理列在其中。一氧化氮（NO）是一種活性分子，在生物體內(nèi)廣泛分布，具有多種生理功能，它是一種新型的植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)和植物信號傳遞鏈成員，廣泛參與植物生長發(fā)育的許多過程，能夠?qū)Ω鞣N逆境脅迫作出應(yīng)答反應(yīng)。目前，關(guān)于一氧化氮對重金屬脅迫的緩解效應(yīng)主要集中在鎘的研究上，而關(guān)于一氧化氮緩解鉻對玉米（Zea mays L.）的毒害作用未見報道。

1材料與方法

1.1試驗材料

選用齊玉4號玉米（購買于黑龍江省齊齊哈爾市種子公司）為試驗材料。

1.2試驗方法

1.2.1發(fā)芽挑選飽滿均一的玉米種子，消毒，漂洗干凈，用蒸餾水浸種12 h后放到墊有干凈濾紙的直徑為15 cm的培養(yǎng)皿中，置于恒溫培養(yǎng)箱中暗發(fā)芽。

1.2.2移栽玉米出芽后轉(zhuǎn)栽到花盆中，每盆植苗8株，每天澆適量的水。

1.2.3重金屬處理方法選取長勢良好的玉米幼苗進(jìn)行脅迫試驗。Cr6+供體為三氧化鉻，試驗共設(shè)7組處理，分別為對照（T0）、10 mg/L Cr6+（T1）、10 mg/L Cr6++0.05 mmol/L SNP（T2）、10 mg/L Cr6++0.1 mmol/L SNP（T3）、10 mg/L Cr6++0.2 mmol/L SNP（T4）、10 mg/L Cr6++0.4 mmol/L SNP（T5）、10 mg/L Cr6++0.8 mmol/L SNP（T6）。

1.2.4測定方法葉綠素含量的測定按混合液法進(jìn)行測定[1]；采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性[2]，超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用NBT光化還原法[2]，過氧化氫酶（CAT）活性的測定采用碘量法[3]；硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量[2]。

1.2.5試驗數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0 One-way ANOVA；采用Microsoft Excel 2003軟件作圖。

2結(jié)果與分析

2.1NO對鉻脅迫下玉米幼苗葉綠素含量的影響

植物進(jìn)行光合作用的主要色素是葉綠素，其含量可以反映光合作用能力。對Cr6+和SNP處理的玉米幼苗葉綠素含量進(jìn)測定結(jié)果如圖1所示。當(dāng)用10 mg/L Cr6+處理玉米幼苗時，葉綠素含量大為降低，僅為對照的47.31%，且差異顯著（P<0.05）；加入不同濃度SNP處理的葉綠素含量均有所增加，表明脅迫有所緩解。方差分析結(jié)果顯示，當(dāng)硝普鈉的濃度（0.05 mmol/L）較低時，緩解作用有限，與10 mg/L Cr6+處理的葉綠素含量差異不顯著（P>0.05），其余濃度的處理均達(dá)到了顯著水平，其中硝普鈉的濃度為0.4 mmol/L時，緩解效果最好，為對照的82.51%；當(dāng)硝普鈉的濃度進(jìn)一步增大到08 mmol/L時，葉綠素含量又下降。從以上分析可以看出，雖然NO能夠在一定程度上緩解Cr6+的毒害作用，但是這種緩解效應(yīng)是有限的。

2.2NO對鉻脅迫下玉米幼苗SOD活性的影響

SOD在生物體內(nèi)可以清除超氧負(fù)離子產(chǎn)生的H2O2，消除或減弱活性氧對膜脂的破壞力。SOD活性變化如圖2所示，當(dāng)用10 mg/L Cr6+處理時，SOD活性增強(qiáng)，表明植物體受到了外界環(huán)境的脅迫，SOD開始增強(qiáng)保護(hù)自身。當(dāng)加入不同濃度的硝普鈉后，SOD先減弱后增強(qiáng)，當(dāng)濃度（<0.2 mmol/L）較低時表現(xiàn)為減弱，當(dāng)濃度超過0.4 mmol/L時開始增強(qiáng)。

2.3NO對鉻脅迫下玉米幼苗POD活性的影響

過氧化物酶的主要作用是清除H2O2和過氧化物，因此，POD在生物體內(nèi)的抗氧化代謝中起重要作用[4]。當(dāng)玉米幼苗用10 mg/L Cr6+脅迫時，POD活性迅速增強(qiáng)（圖3），比對照高51.57%。當(dāng)加入硝普鈉后，POD活性表現(xiàn)為先減弱后增強(qiáng)，其中POD活性的最低值出現(xiàn)在0.1 mmol/L處，當(dāng)濃度達(dá)到0.2 mmol/L時，POD活性增強(qiáng)。

2.4NO對鉻脅迫下玉米幼苗CAT活性的影響

CAT普遍存在于植物中，可清除代謝產(chǎn)生的H2O2，以避免H2O2積累對細(xì)胞的氧化破壞作用，其活性與植物抗逆性有關(guān)。如圖4所示，當(dāng)用10 mg/L Cr6+處理時，活性增強(qiáng)，比對照高22.17%。加入硝普鈉后，當(dāng)SNP的濃度低于 0.2 mmol/L 時，CAT活性減弱；當(dāng)SNP的濃度高于 0.4 mmol/L 時，CAT活性增強(qiáng)。

2.5NO對鉻脅迫下玉米幼苗MDA含量的影響

由圖5可見，當(dāng)玉米幼苗受到10 mg/L Cr6+脅迫時，MDA含量顯著增大，高出對照59.22%。當(dāng)加入不同濃度的SNP后，MDA的含量有所下降，當(dāng)SNP濃度為0.2 mmol/L時下降到最低，但是仍然高于對照。方差分析結(jié)果顯示，當(dāng)SNP濃度為0.05 mmol/L時的MDA含量與10 mg/L Cr6+脅迫時差異不顯著，說明0.05 mmol/L SNP沒有起到緩解效應(yīng)。而當(dāng)SNP濃度（>0.4 mmol/L）較高時，MDA含量又有所增加，說明高濃度的SNP對MDA起到了刺激效應(yīng)。

3結(jié)論與討論

NO具有信號分子的作用，能夠減少非生物脅迫下植物體內(nèi)活性氧簇的積累，緩解各種脅迫造成的氧化損傷，從而增強(qiáng)植物的適應(yīng)能力[5]。光合作用是植物生存的基礎(chǔ)，葉綠素含量是衡量植物光合作用的重要指標(biāo)，Cr6+脅迫下玉米幼苗葉綠素含量顯著下降，當(dāng)施加NO后葉綠素含量提高了。Laspina等發(fā)現(xiàn)，0.1 mmol/L SNP處理可以顯著緩解Cd脅迫對向日葵幼苗生長和葉綠素含量的抑制[6]，本試驗也得出了相似的結(jié)論，可見植物的抗氧化酶系統(tǒng)對生物體起重要的保護(hù)作用。本試驗中Cr6+脅迫下玉米幼苗3種抗氧化酶SOD、POD和CAT活性顯著增強(qiáng)，表明植物體受到脅迫后，3種酶對植物體具有保護(hù)作用。施加NO后，當(dāng)SNP濃度低于0.2 mmol/L 時，SOD和CAT的活性減弱；而POD的活性在SNP濃度小于0.1 mmol/L時表現(xiàn)為減弱的趨勢，說明低濃度的SNP能夠緩解逆境的脅迫。而當(dāng)SNP濃度較高時，對植物體卻產(chǎn)生了毒害作用。很多學(xué)者認(rèn)為，SNP對植物存在劑量效應(yīng)，低濃度有緩解效應(yīng)而高濃度有害[7]，本試驗也得出了相同的結(jié)論。細(xì)胞膜脂過氧化的程度由MDA體現(xiàn)，Cr6+脅迫下玉米幼苗MDA含量顯著提高，當(dāng)加入不同濃度SNP后，細(xì)胞膜脂氧化程度有所緩解，可能是因為NO抑制了植物對Cr6+的吸收，從而對植物的傷害減輕。

本試驗中受Cr6+脅迫玉米幼苗加入SNP后，對植物體的脅迫起到了緩解作用，但0.05 mmol/L SNP緩解作用不明顯，0.1、0.2 mmol/L SNP 起到了緩解效應(yīng)，而高濃度（0.4、08 mmol/L）SNP對植物有毒害作用。

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