硝普鈉浸種對干旱脅迫下玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

葉玉娟??+葉龍華

摘要：以玉米種子為試驗(yàn)材料，用10%聚乙二醇6000（PEG-6000）模擬干旱脅迫，研究不同濃度的硝普鈉（50、100、300、500、1000 μmol/L）浸種對玉米種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。結(jié)果表明：干旱脅迫下，玉米種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及幼苗的根、莖長和鮮質(zhì)量顯著下降，過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性均降低，適宜濃度的硝普鈉浸種，緩解了干旱脅迫對玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的迫害，SOD、POD、CAT 活性均升高，MDA含量下降。通過對比幾種不同SNP濃度，結(jié)果說明，500 μmol/L SNP對PEG模擬干旱脅迫下玉米種子萌發(fā)及幼苗的保護(hù)效應(yīng)較為顯著。

關(guān)鍵詞：硝普鈉；干旱脅迫；玉米種子；幼苗生長；生理特性

中圖分類號： S513.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0135-04

干旱是世界上限制農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素之一，世界各國每年由于干旱造成嚴(yán)重?fù)p失。我國是一個傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，氣象災(zāi)害對我國的農(nóng)業(yè)影響較大，尤其是干旱的影響[1]。研究發(fā)現(xiàn)，聚乙二醇6000（ PEG-6000，以下簡稱PEG） 是一種親水性非常強(qiáng)的大分子聚合物，能夠奪取水分對植物造成滲透脅迫，并在一定程度上阻塞植物系統(tǒng)的輸導(dǎo)組織，利用PEG模擬滲透脅迫已成為植物抗旱性研究的重要手段[2-3]。

硝普鈉（sodium nitroprusside，SNP）是一種常用的外源NO供體，能有效促進(jìn)植物種子萌發(fā)，提高種子萌發(fā)率。前人研究表明，NO在植物中的某些功能與它對活性氧代謝水平的調(diào)節(jié)具有相關(guān)性，NO可作用于煙草中的過氧化氫酶（CAT）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）從而參與對活性氧的調(diào)節(jié)[4]。Cheng等研究發(fā)現(xiàn)，NO能通過提高SOD的活性和降低膜脂過氧化水平來減緩缺水造成的離體水稻幼苗葉片的衰老[5]。本試驗(yàn)以玉米種子為材料，采用PEG模擬干旱脅迫，探究在一定程度干旱脅迫下，SNP對玉米種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，為SNP提高玉米種子及幼苗抗旱性提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

玉米種子，品種為福玉588。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1PEG濃度的篩選精選飽滿度一致且無病蟲傷害的玉米種子，溫水浸種24 h，然后將種子均勻擺放在鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿中，向每個培養(yǎng)皿加入適量PEG處理液。其中PEG濃度設(shè)為4個水平，分別為5%、10%、15%、20%，并以蒸餾水作為對照組，各濃度設(shè)置3個重復(fù)，每個重復(fù)30粒種子，置于25 ℃、濕度為70%的培養(yǎng)箱內(nèi)催芽，并每天添加處理液（處理液的量以浸透濾紙并稍有剩余為準(zhǔn)）。種子突破種皮1 mm為露白，當(dāng)達(dá)到發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)（以芽突破種皮1 cm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)）開始每天記錄種子的發(fā)芽數(shù)。當(dāng)芽達(dá)到培養(yǎng)皿頂蓋高度時揭開蓋子，加入已滅菌的蛭石，蛭石的量以覆蓋種子根部為好，防止種子根部露在空氣中導(dǎo)致干旱缺水死亡，這時處理液的用量視情況適當(dāng)添加。連續(xù)7 d記錄發(fā)芽數(shù)目，計(jì)算發(fā)芽率，并測量各濃度處理下的種子芽長、根長。

1.2.2SNP浸種試驗(yàn)精選飽滿度一致且無病蟲傷害的玉米種子，均勻擺放在鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿中，作以下處理：A0為蒸餾水對照；A1為經(jīng)上述方法篩選的PEG處理液（10%PEG）；A2為10%PEG+50 μmol/L SNP；A3為10%PEG+100 μmol/L SNP；A4 為10%PEG+300 μmol/L SNP；A5為10%PEG+500 μmol/L SNP；A6為10%PEG+1 000 μmol/L SNP，不同濃度的SNP溶液浸種時間為24 h。各濃度設(shè)置4個重復(fù)，每個重復(fù)40粒種子，同樣置于25 ℃、濕度為70%的培養(yǎng)箱內(nèi)催芽，發(fā)芽前進(jìn)行遮光處理，發(fā)芽后每天12 h光照，每天添加處理液（處理液的量以浸透濾紙并稍有剩余為準(zhǔn)）。連續(xù)7 d記錄發(fā)芽數(shù)目，計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)。發(fā)芽8 d時，隨機(jī)選取18株幼苗測量芽長、根長（主根）及鮮質(zhì)量，后置于80 ℃烘箱中48 h，烘干后稱其干質(zhì)量，并測定生理指標(biāo)。

1.2.3種子萌發(fā)率及萌發(fā)指數(shù)測定種子發(fā)芽率=[發(fā)芽終期（規(guī)定日期內(nèi)：以7 d發(fā)芽種子數(shù)計(jì)算）全部正常發(fā)芽粒數(shù)/供檢種子粒數(shù)]×100%；

種子發(fā)芽勢=[發(fā)芽初期（規(guī)定日期內(nèi)：以3 d發(fā)芽種子數(shù)計(jì)算）正常發(fā)芽粒數(shù)/供檢種子粒數(shù)]×100%；

發(fā)芽指數(shù)：GI =∑（Gt/Dt），式中Gt為t時間的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)；

活力指數(shù)：VI= S×∑（Gt/Dt），S為一定時期內(nèi)幼苗生長勢[7 d單株幼苗平均鮮質(zhì)量（FW）]表示。

1.2.4根芽生長指標(biāo)測定

用直尺測量主根長、芽長，根條數(shù)，用電子天平稱量鮮質(zhì)量，烘干后稱干質(zhì)量。

1.2.5生理指標(biāo)測定

過氧化氫酶（CAT）活性測定參照陳建勛等的方法[6]；超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用鄰苯三酚自氧化法[6]；丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸（TBA）法[7]；過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[8]。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖，采用SPSS 17.0方差分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1干旱脅迫對玉米種子萌發(fā)的影響

由表1可知，蒸餾水處理時，玉米種子正常萌發(fā)生長，其發(fā)芽率達(dá)到100%，加入各濃度的PEG之后，玉米種子受到不同程度的脅迫，5%PEG處理時，發(fā)芽率為95%，平均主根長和芽長較對照減小但不顯著，在20%PEG脅迫下，玉米種子由于受到高濃度干旱脅迫并且超過種子耐受限度不能發(fā)芽。因此，綜合考慮發(fā)芽率、主根長和芽長等指標(biāo)，選擇10%PEG作為后續(xù)模擬干旱脅迫的濃度。

2.4SNP浸種對干旱脅迫下玉米幼苗過氧化氫酶（CAT）活性的影響

玉米幼苗在干旱脅迫和SNP的雙重作用下，其CAT活性的變化表現(xiàn)出如圖2所示規(guī)律。由于干旱脅迫作用，與CK相比較，CAT活性顯著下降。當(dāng)SNP濃度在100～1 000 μmol/L 處理下，SNP減輕了PEG的干旱脅迫作用，CAT活性隨著SNP濃度升高而增強(qiáng)，并在SNP濃度為 500 μmol/L 時活性最大，此后又呈現(xiàn)下降趨勢。綜合分析認(rèn)為，一定濃度的SNP浸種處理使CAT活性增強(qiáng)，提高對活性氧的清除能力，但是隨著SNP濃度的進(jìn)一步增加，高濃度的SNP作用導(dǎo)致玉米幼苗葉片的活性氧積累超過植物本身的耐受極限，轉(zhuǎn)而開始抑制CAT活性。

2.5SNP浸種對干旱脅迫下玉米幼苗過氧化物酶（POD）活性的影響

由圖3可見，處理過的玉米幼苗POD活性在10%PEG處理時與CK相比降低，這是由于干旱脅迫的影響。添加不同濃度的SNP溶液浸種時，濃度過低或過高均無緩解效果，僅SNP 濃度為500 μmol/L時 POD活性最大，表現(xiàn)出顯著性差異。

2.6SNP浸種對干旱脅迫下玉米幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

由圖4可見，在干旱脅迫下，SOD活性明顯下降且低于對照組；當(dāng)添加50 μmol/L SNP時活性最低，說明低濃度的SNP不能使SOD活性上升；隨著SNP濃度增加到500 μmol/L濃度，SOD活性有所增加，與A2濃度相比差異顯著，但是與對照相比差異不顯著。

3結(jié)論與討論

PEG作為高分子非離子滲透劑已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物和林木中模擬自然干旱環(huán)境，探討在干旱環(huán)境下植物的生長狀況[9]。本研究中，通過10%PEG-6000模擬干旱脅迫，玉米種子的發(fā)芽指標(biāo)、形態(tài)指標(biāo)及生理指標(biāo)均有所下降，其中部分指標(biāo)與對照呈顯著性差異，說明10%PEG-6000對玉米種子萌發(fā)及幼苗生長造成了脅迫。武沖等研究表明，不同濃度PEG脅迫處理均降低了種子的發(fā)芽率，延緩了木麻黃種子萌發(fā)進(jìn)程[10]；回振龍等研究表明，在PEG模擬干旱脅迫下，高羊茅種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)較對照呈下降趨勢[11]；本研究結(jié)果與上述基本一致。

NO作為一種信號調(diào)節(jié)分子和活性氧清除劑能調(diào)節(jié)植物對生物與非生物脅迫的適應(yīng)反應(yīng)，目前已見于酸雨脅迫[12]、鎘脅迫[13]、鹽脅迫[14-15]、鋁脅迫[16]及銅脅迫[17]等各種脅迫研究中。本試驗(yàn)中SNP浸種對干旱脅迫的緩減作用，在玉米種子各發(fā)芽指標(biāo)中均有體現(xiàn)。玉米種子各發(fā)芽指標(biāo)經(jīng)PEG處理后均低于對照組，SNP浸種后，當(dāng)濃度逐漸上升到500 μmol/L時，玉米種子各指標(biāo)呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，超過這一濃度則又表現(xiàn)出下降趨勢。這表明適宜濃度SNP（500 μmol/L）對玉米種子的萌發(fā)有較好的促進(jìn)作用。不同濃度的SNP對玉米幼苗各形態(tài)指標(biāo)作用影響不同。其中 500 μmol/L SNP作用下，平均主根長、芽長、根數(shù)量、鮮質(zhì)量及干質(zhì)量數(shù)值均達(dá)到最大，具有較好的緩解效果。曹麗等研究表明，經(jīng)外源NO供體SNP處理后，經(jīng)干旱脅迫的草地早熟禾種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)呈上升趨勢[18]，本試驗(yàn)結(jié)果與之相一致。

SOD、POD、CAT是植物細(xì)胞內(nèi)重要的酶促防御體系。逆境脅迫使植物體內(nèi)代謝受阻，打破植物體內(nèi)氧自由基在正常條件下所持的動態(tài)平衡狀態(tài)，產(chǎn)生大量的活性氧，發(fā)生質(zhì)膜過氧化作用，累積過多有害的過氧化物，致使在細(xì)胞水平上對植物造成氧化損傷[19]。本試驗(yàn)研究表明：經(jīng)過不同濃度SNP浸種后玉米幼苗的CAT、POD和SOD活性均呈現(xiàn)先下降后上述的趨勢，且在500 μmol/L時，3種酶活性達(dá)到最大值，表明適宜濃度的SNP對玉米幼苗的CAT、POD和SOD活性均有促進(jìn)作用，其活性升高以緩解干旱脅迫環(huán)境對玉米幼苗造成的傷害?；卣颀埖妊芯勘砻?，經(jīng)外源NO供體SNP處理后，模擬干旱脅迫下的高羊茅幼苗葉片SOD、POD、CAT活性均顯著升高，而幼苗葉片MDA含量顯著下降[11]，本試驗(yàn)結(jié)果與之相似。

植物在逆境條件下會通過細(xì)胞膜膜脂的過氧化作用分解MDA，但是細(xì)胞中MDA的過多積累可能會對膜和細(xì)胞造成一定副作用[20]。本試驗(yàn)中通過一定濃度的SNP浸種，隨著SNP濃度的升高，MDA含量先下降后上升，在SNP為 100 μmol/L 時積累量最低、緩解效果最好。王芳等研究表明，外源NO對Cd脅迫下玉米生長有一定的緩解作用，降低了MDA含量，可以增強(qiáng)玉米幼苗對毒害的抗性[13]。

本試驗(yàn)研究了不同濃度的SNP對干旱脅迫下玉米種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，并篩選出了緩解10%PEG干旱脅迫的最合適SNP濃度（500 μmol/L），說明適宜濃度的SNP處理后使PEG模擬干旱脅迫下玉米的生長發(fā)育得到了促進(jìn)，減輕了干旱脅迫對玉米造成的傷害，提高了植株的整體抗旱性。

參考文獻(xiàn)：

[1]Zhang J Q. Risk assessment of drought disaster in the maize-growing region of Song Liao Plain China[J]. Agriculture Ecosystems and Environment，2004，102（2）：133-153.

[2]馬俊會，楊華瑞，許喜堂，等. PEG-6000脅迫對小麥三葉期蛋白表達(dá)的影響[J]. 麥類作物學(xué)報(bào)，2010，30（5）：858-862.

[3]朱教君，康宏樟，李智輝. 不同水分脅迫方式對沙地樟子松幼苗光合特性的影響[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（2）：57-63.

[4]Clark D，Durner J，Navarre D A，et al. Nitric oxide inhibition of tobacco catalase and ascorbate peroxidase[J]. Molecular Plant-Microbe Interactions，2000，13（12）：1380-1384.

[5]Cheng F Y，Hsu S Y，Kao C H. Nitric oxide counteracts the senescence of detached rice leaves induced by dehydration and polyethylene glycol but not by sorbitol[J]. Plant Growth Regulation，2002，38：265-272.

[6]陳建勛，王曉峰. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002.

[7]林植芳，李雙順，林桂珠，等. 水稻葉片的衰老與超氧化物歧化酶活性及膜質(zhì)過氧化作用的關(guān)系[J]. 植物學(xué)報(bào)，1984，26（6）：605-615.

[8]趙世杰，許長成，鄒琦，等. 植物組織中丙二醛測定方法的改進(jìn)[J]. 植物生理學(xué)通訊，1994（3）：207-210.

[9]Fellner M，Sawhney V K. Seed germnation in a tomato male-sterile mutant is resistant to osmotic salt and low-temperature stresses[J]. Theoretical and Applied Genetics，2001，102（2/3）：215-221.[ZK）]

[10]武沖，仲崇祿，張 勇，等. 聚乙二醇模擬干旱對三種木麻黃種子萌發(fā)的影響[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31（2）：22-26.

[11]回振龍，李自龍，李朝周，等. 外源NO供體SNP對PEG模擬干旱脅迫下高羊茅種子萌發(fā)及幼苗抗性生理的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2013，28（4）：86-92.

[12]劉建福，鐘書淳，王奇志，等. NO供體SNP對酸雨脅迫下龍眼種子萌發(fā)及生理特性的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，29（5）：1143-1148.[HJ1.71mm]

[13]王芳，常盼盼，陳永平，等. 外源NO對鎘脅迫下玉米幼苗生長和生理特性的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2013，22（2）：178-186.

[14]谷文英，李興正，祈新梅，等. 外源一氧化氮對鹽脅迫下菊苣生長及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2013，32（3）：615-620.

[15]張宋智，李平英，王軍輝，等. 外源NO供體SNP浸種對鹽脅迫下黃金樹幼苗生長的影響[J]. 種子，2013，32（7）：22-24，29.

[16]吳坤，邢承華，饒玉春，等. 外源NO對鋁毒下水稻根系生長和抗氧化系統(tǒng)的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2014，34（3）：536-542.

[17]張敏，姜春輝，李曉云，等. 外源NO對銅脅迫下番茄幼苗根系構(gòu)型及其超微結(jié)構(gòu)的影響[J]. 植物生理學(xué)報(bào)，2012，48（11）：1105-1112.

[18]曹麗，回振龍，魏小紅，等. SNP對PEG模擬干旱脅迫下早熟禾種子萌發(fā)及幼苗抗性的影響[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，48（5）：100-106，113.

[19]樊懷福，杜長霞，郭世榮，等. 鈣和NO對NaCl脅迫下黃瓜幼苗生長和活性氧代謝的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2010，16（5）：1224-1231.

[20]張紅. 硝普鈉、24-表油菜素內(nèi)酯/水楊酸浸種對鹽脅迫下玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，2012，26（1）：164-169，181.

〖LM〗

江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)2016年第44卷第8期〖SM）〗

〖HS（19〗[SQ*5]

〖HT〗[HT6F]石瑞，楊麗麗，劉樹楠，等. 外源NO對NaCl脅迫下高粱幼苗生理響應(yīng)的調(diào)節(jié)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（8）：139-142.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.08.037[HT9.]