外源NO對(duì)NaCl脅迫下高粱幼苗生理響應(yīng)的調(diào)節(jié)

石瑞+楊麗麗+劉樹楠+羅立璐

摘要：以晉雜12號(hào)高粱為研究對(duì)象，采用營養(yǎng)液水培法，以100 mmol/L NaCl為脅迫條件，用濃度為0、0.01、005、0.10、0.25、0.50 mmol/L的外源NO供體硝普鈉（SNP）處理高粱幼苗，研究外源NO對(duì)NaCl脅迫下高粱幼苗生理響應(yīng)的調(diào)節(jié)。結(jié)果表明，100 mmol/L NaCl鹽脅迫顯著抑制了高粱幼苗的生長，降低了可溶性糖含量和葉綠素含量，促進(jìn)了幼苗硝態(tài)氮及脯氨酸的積累，增加了葉片中丙二醛（MDA）的含量。施加外源NO可有效緩解NaCl脅迫對(duì)高粱幼苗生長的抑制作用，提高可溶性糖、脯氨酸和葉綠素的含量，促進(jìn)硝態(tài)氮的分解，并能緩解葉片中MDA含量的升高。因此，外源NO可緩解NaCl鹽脅迫的危害，對(duì)高粱幼苗具有保護(hù)和促進(jìn)生長的作用，其中以0.10 mmol/L SNP處理效果最顯著。

關(guān)鍵詞：NO；硝普鈉；鹽脅迫；高粱；生理響應(yīng)

中圖分類號(hào)： S514.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0139-03

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和化肥的大量使用，以及其他因素的影響，鹽堿化土地所占面積不斷擴(kuò)大，已成為制約我國農(nóng)作物產(chǎn)量的主要原因之一[1]。通過生物技術(shù)改良和利用，鹽堿地將成為將來發(fā)展農(nóng)業(yè)的重要課題[2]。有關(guān)鹽脅迫影響植物生長和發(fā)育的研究表明，化學(xué)調(diào)控手段是提高作物抗鹽脅迫的有效措施之一[3]。高粱為一年生禾本科植物，有很強(qiáng)的抗旱、耐澇、耐鹽堿性，由于生長快、產(chǎn)量高、莖稈富含糖分，被譽(yù)為“生物能源系統(tǒng)中很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)者”[4]。

NO是生物體內(nèi)一種關(guān)鍵的信號(hào)分子，廣泛存在于植物組織中，調(diào)節(jié)植物對(duì)生物和非生物脅迫的反應(yīng)[5]。越來越多的研究表明，NO能夠調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育，并參與植物體對(duì)各種鹽脅迫的響應(yīng)[6]；例如：外源NO對(duì)NaCl脅迫下玉米[7]、燕麥[8]、紫蘇[9]、沙蔥[10]、水飛薊[11]種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用；方淑梅等研究發(fā)現(xiàn)：NO能增強(qiáng)水稻幼苗對(duì)碳酸鈉脅迫的耐性[12]；據(jù)報(bào)道：外源NO能緩解碳酸氫鈉脅迫對(duì)黃瓜幼苗生長的抑制，提高植株的耐鹽性[13]；但有關(guān)NO對(duì)于黃土高原地區(qū)植物的影響研究資料甚少，尤其是關(guān)于NO對(duì)晉雜高粱幼苗抗鹽作用機(jī)理方面的研究尚未見報(bào)道。

硝普鈉（SNP）是外源NO常用的供體。本試驗(yàn)以晉雜12號(hào)高粱種子為材料，通過NaCl模擬鹽害環(huán)境，研究不同濃度SNP處理對(duì)NaCl脅迫下高粱幼苗生長、丙二醛含量、脯氨酸含量等生理指標(biāo)的影響。旨在了解NO在NaCl脅迫下的作用機(jī)理，為增強(qiáng)高粱耐鹽能力及高粱在鹽堿化土壤中的栽培提供理論依據(jù)，為培育新的具有抗逆性的高粱品種提供參考。

1材料與方法

1.1材料培養(yǎng)與處理

供試材料為高粱品種晉雜12號(hào)，選取籽粒飽滿、大小一致的種子若干粒。1% NaClO溶液消毒20 min，用蒸餾水反復(fù)沖洗后，再用蒸餾水浸泡24 h。然后接種到鋪有8層紗布事先高溫滅菌的培養(yǎng)皿中，1個(gè)培養(yǎng)皿接種20粒，最后置于恒溫光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)。試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理，在Hoagland營養(yǎng)液基礎(chǔ)上按表1進(jìn)行處理，NaCl濃度為100 mmol/L。再加入不同濃度的外源NO供體SNP溶液處理，最后進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定。處理分組如表1所示。

1.2測(cè)定方法

根系活力的測(cè)定和葉綠素含量的測(cè)定參照文獻(xiàn)[14]，可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮比色法[14]，硝態(tài)氮含量的測(cè)定采用水楊酸-硫酸測(cè)定法[14]，丙二醛含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法[15]，脯氨酸含量的測(cè)定采用酸性茚三酮比色法[16]。

1.3數(shù)據(jù)分析

用Excel 2003和SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同濃度SNP溶液對(duì)NaCl脅迫下高粱幼苗根系活力的影響

由圖1可見，100 mmol/L NaCl單獨(dú)處理（SS）的幼苗根系活力顯著低于對(duì)照組（CK），降低了11.123 μg/（g·h），說明 100 mmol/L NaCl已經(jīng)對(duì)高粱產(chǎn)生了鹽脅迫。在 100 mmol/L NaCl處理的基礎(chǔ)上，外源施加不同濃度的SNP溶液，與SS相比，SNP處理均可增加幼苗的根系活力，促進(jìn)幼苗的生長。其中以（SS+SNP100）效果最為顯著（P<0.01），即當(dāng)SNP溶液的濃度為0.10 mmol/L時(shí)，可明顯提高幼苗的根系活力，與鹽對(duì)照組（SS）相比，提高了14.44 μg/（g·h）。SNP溶液的濃度高于 0.10 mmol/L 時(shí)，隨著SNP濃度的增加，根系活力反而開始減弱，但其根系活力[JP3][（SS+SNP500）處理組]仍比鹽處理但未施加SNP（SS）時(shí)的根系活力要高（P<0.01）。

[FK（W12][TPSR1.tif][FK）]

2.2不同濃度SNP溶液對(duì)NaCl脅迫下高粱幼苗脯氨酸含量的影響

由圖2可見，100 mmol/L NaCl單獨(dú)處理（SS）高粱幼苗的脯氨酸含量比對(duì)照組（CK）的高4.42 μg/g。在 100 mmol/L NaCl處理的基礎(chǔ)上，外源施加0.01～0.25 mmol/L 的SNP溶液，與SS相比，均能顯著提高高粱幼苗脯氨酸的含量，其中 0.10 mmol/L 的SNP（SS+SNP100）溶液效果最為顯著，比SS提高了19.45 μg/g（P<0.01）。當(dāng)SNP溶液濃度繼續(xù)升高時(shí)，植物體的脯氨酸含量開始下降，（SS+SNP500）（0.50 mmol/L 的SNP）處理組下降比較明顯，說明外源施加SNP溶液，在0.01～0.25 mmol/L時(shí)，對(duì)鹽脅迫有一定緩解作用，但是并不是SNP的濃度越高越好。

2.3不同濃度SNP溶液對(duì)NaCl脅迫下高粱幼苗可溶性糖含量的影響

由圖3可見，100 mmol/L NaCl單獨(dú)處理（SS）高粱幼苗的可溶性糖含量比對(duì)照組（CK）的低0.098 mg/g。說明 100 mmol/L NaCl已經(jīng)對(duì)高粱產(chǎn)生了鹽脅迫。在100 mmol/L NaCl處理的基礎(chǔ)上，外源施加不同濃度的SNP溶液均可緩解可溶性糖含量的下降。與鹽對(duì)照（SS）相比，不同濃度的SNP溶液對(duì)可溶性糖含量影響不同，以（SS+SNP100）最為突出，上升了 0.177 2 mg/g（P<0.05）。當(dāng)SNP溶液濃度繼續(xù)上升時(shí)，可溶性糖含量開始下降，（SS+SNP500）較（SS+SNP100）下降了 0.076 mg/g。

2.4不同濃度SNP溶液對(duì)NaCl脅迫下高粱幼苗硝態(tài)氮含量的影響

由圖4可見，與對(duì)照組（CK）相比，100 mmol/L NaCl單獨(dú)處理（SS）高粱幼苗的硝態(tài)氮含量增加了0.304 mg/g。說明 100 mmol/L NaCl已經(jīng)對(duì)高粱產(chǎn)生了鹽脅迫。在100 mmol/L NaCl處理的基礎(chǔ)上，外源施加不同濃度的SNP溶液，與SS相比，幼苗的硝態(tài)氮含量開始下降，隨著SNP溶液濃度的增加（SS+SNP50）～（SS+SNP500），硝態(tài)氮含量均發(fā)生了顯著的變化（P<0.01）。其中（SS+SNP100）（0.10 mmol/L）比SS（鹽對(duì)照）硝態(tài)氮含量下降了0.374 8 mg/g。

2.5不同濃度SNP溶液對(duì)NaCl脅迫下高粱幼苗丙二醛含量的影響

由圖5可見，100 mmol/L NaCl單獨(dú)處理（SS）高粱幼苗[JP3]的丙二醛含量明顯高于對(duì)照組（CK），上升了0.056 4 μmol/g。說明100 mmol/L NaCl已經(jīng)對(duì)高粱產(chǎn)生了鹽脅迫。在100 mmol/L NaCl處理的基礎(chǔ)上，外源施加不同濃度的SNP溶液處理的幼苗（SS+SNP10）～（SS+SNP500）可緩解丙二醛含量的增加。0.10 mmol/L的SNP溶液處理（SS+SNP100），丙二醛含量下降最突出，下降了0.081 μmol/g（P<0.01）。

2.6不同濃度SNP溶液對(duì)NaCl脅迫下高粱幼苗葉綠素含量的影響

由圖6可見，100 mmol/L NaCl單獨(dú)處理（SS）的高粱幼苗葉綠素含量明顯低于對(duì)照組（CK）。葉綠素a含量、葉綠素

b含量分別比對(duì)照組（CK）下降了0.076、0.029 mg/g。說明100 mmol/L NaCl已經(jīng)對(duì)高粱產(chǎn)生了鹽脅迫。在100 mmol/L NaCl處理的基礎(chǔ)上，外源施加SNP與SS相比，不同濃度的SNP溶液均可緩解總?cè)~綠素含量的降低。隨著SNP溶液濃度的增加，葉綠素a含量、葉綠素b含量與總?cè)~綠素含量的變化趨勢(shì)是一致的，均呈上升趨勢(shì)，其中葉綠素a的變化最顯著（P<0.01）。

3討論與結(jié)論

植物根系的作用主要是吸收無機(jī)鹽離子和水分，合成蛋白質(zhì)、激素等物質(zhì)。因此根系活力的強(qiáng)弱可以判斷植物生長是否良好，直接影響植物整體的生長情況。本試驗(yàn)表明：不同濃度的SNP溶液（0.01～0.50 mmol/L）均可提高植物的根系活力，緩解鹽脅迫對(duì)植物根系活力的抑制作用。

脯氨酸是種親水性極強(qiáng)的氨基酸，可以穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)的代謝過程，有防止細(xì)胞脫水的作用。脯氨酸的含量一定程度上反映了植物的抗逆性，抗逆性越強(qiáng)的植物體內(nèi)積累的脯氨酸含量越多?？扇苄蕴鞘侵参矬w內(nèi)較為有效的滲透物質(zhì)之一，可以降低細(xì)胞兩側(cè)的滲透勢(shì)，維持細(xì)胞體內(nèi)恒定的滲透壓，防止細(xì)胞大量失水[17]。本試驗(yàn)證實(shí)：不同濃度的SNP溶液促進(jìn)了NaCl脅迫下高粱幼苗的可溶性糖和脯氨酸含量的增加。其中以0.10 mmol/L的SNP溶液處理效果最好。外源NO可緩解鹽脅迫對(duì)高粱幼苗生長的抑制作用，原因之一是促進(jìn)可溶性糖和脯氨酸的積累。

硝態(tài)氮是植物體內(nèi)最重要的氮源，是調(diào)控氮代謝的關(guān)鍵因素，植物體內(nèi)硝態(tài)氮的含量可反映植物氮素的供應(yīng)情況，硝態(tài)氮的含量易受環(huán)境條件的影響[18]。本試驗(yàn)證明：鹽脅迫增加硝態(tài)氮的含量，施加外源NO后，可緩解硝態(tài)氮含量的上升。這可能是由于外源NO提高了高粱幼苗的根系活力，加快了植物體對(duì)硝酸根離子的吸收。

植物衰老或是受逆環(huán)境損害的情況下，組織或是器官發(fā)生過氧化反應(yīng)容易產(chǎn)生丙二醛，它的含量與植物衰老及逆環(huán)境傷害有密切關(guān)系。本試驗(yàn)中：在鹽單獨(dú)處理時(shí)，丙二醛的含量顯著升高，施加不同濃度的SNP溶液后，降低了丙二醛的含量，對(duì)細(xì)胞膜有很好的保護(hù)作用。

葉綠體色素是植物體進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，主要由葉綠素a、葉綠素b等組成。葉綠體色素的含量多少直接反映了植物進(jìn)行光合作用的強(qiáng)弱，是植物體生長發(fā)育的重要指標(biāo)[12]。鹽脅迫破壞了植物體內(nèi)的光合作用系統(tǒng)，加劇了葉綠素的分解。本試驗(yàn)表明：鹽脅迫降低了葉綠體色素的含量，外源NO可緩解脅迫下葉綠素的降解，促進(jìn)植物生長。

綜上所述，100 mmol/L NaCl處理，明顯抑制了高粱幼苗的生長和發(fā)育。外源施加不同濃度的SNP溶液，可以緩解鹽脅迫對(duì)高粱幼苗的影響。SNP溶液濃度為0.01～0.50 mmol/L 時(shí)，對(duì)植物有一定的保護(hù)作用，其中 0.10 mmol/L 的SNP溶液處理效果最好（P<0.01）。顯著增強(qiáng)了根系活力，提高了可溶性糖和脯氨酸的含量，增加了葉綠素的含量，降低了丙二醛的含量，促進(jìn)了硝態(tài)氮的吸收，提高了高粱幼苗的抗逆性。試驗(yàn)結(jié)果為指導(dǎo)高粱種子在鹽堿化土壤中的栽培提供了理論依據(jù)，對(duì)大面積規(guī)范種植高粱具有指導(dǎo)意義。

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