硝普鈉浸種對(duì)干旱脅迫下玉米種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)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(duì)玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明：干旱脅迫下，玉米種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及幼苗的根、莖長(zhǎng)和鮮質(zhì)量顯著下降，過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)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(duì)玉米種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的迫害，SOD、POD、CAT 活性均升高，MDA含量下降。通過(guò)對(duì)比幾種不同SNP濃度，結(jié)果說(shuō)明，500 μmol/L SNP對(duì)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(zhǎng)；生理特性

中圖分類號(hào)： S513.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：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(guó)每年由于干旱造成嚴(yán)重?fù)p失。我國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，氣象災(zāi)害對(duì)我國(guó)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(jiǎn)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(duì)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(duì)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(guò)氧化氫酶（CAT）和抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）從而參與對(duì)活性氧的調(diào)節(jié)[4]。Cheng等研究發(fā)現(xiàn)，NO能通過(guò)提高SOD的活性和降低膜脂過(guò)氧化水平來(lái)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(duì)玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)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(wú)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(gè)培養(yǎng)皿加入適量PEG處理液。其中PEG濃度設(shè)為4個(gè)水平，分別為5%、10%、15%、20%，并以蒸餾水作為對(duì)照組，各濃度設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)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(shí)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(shí)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(cè)量各濃度處理下的種子芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)。

1.2.2SNP浸種試驗(yàn)精選飽滿度一致且無(wú)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(duì)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(shí)間為24 h。各濃度設(shè)置4個(gè)重復(fù)，每個(gè)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(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)。發(fā)芽8 d時(shí)，隨機(jī)選取18株幼苗測(cè)量芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)（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(cè)定生理指標(biāo)。

1.2.3種子萌發(fā)率及萌發(fā)指數(shù)測(cè)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(shì)=[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(shí)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(shí)期內(nèi)幼苗生長(zhǎng)勢(shì)[7 d單株幼苗平均鮮質(zhì)量（FW）]表示。

1.2.4根芽生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

用直尺測(cè)量主根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)，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(cè)定

過(guò)氧化氫酶（CAT）活性測(cè)定參照陳建勛等的方法[6]；超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定采用鄰苯三酚自氧化法[6]；丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA）法[7]；過(guò)氧化物酶（POD）活性測(cè)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(duì)玉米種子萌發(fā)的影響

由表1可知，蒸餾水處理時(shí)，玉米種子正常萌發(fā)生長(zhǎng)，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(shí)，發(fā)芽率為95%，平均主根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)較對(duì)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(guò)種子耐受限度不能發(fā)芽。因此，綜合考慮發(fā)芽率、主根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)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(duì)干旱脅迫下玉米幼苗過(guò)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(shí)活性最大，此后又呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。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(duì)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(guò)植物本身的耐受極限，轉(zhuǎn)而開始抑制CAT活性。

2.5SNP浸種對(duì)干旱脅迫下玉米幼苗過(guò)氧化物酶（POD）活性的影響

由圖3可見，處理過(guò)的玉米幼苗POD活性在10%PEG處理時(shí)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(shí)，濃度過(guò)低或過(guò)高均無(wú)緩解效果，僅SNP 濃度為500 μmol/L時(shí) POD活性最大，表現(xiàn)出顯著性差異。

2.6SNP浸種對(duì)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(duì)照組；當(dāng)添加50 μmol/L SNP時(shí)活性最低，說(shuō)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(duì)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(zhǎng)狀況[9]。本研究中，通過(guò)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(duì)照呈顯著性差異，說(shuō)明10%PEG-6000對(duì)玉米種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)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(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)較對(duì)照呈下降趨勢(shì)[11]；本研究結(jié)果與上述基本一致。

NO作為一種信號(hào)調(diào)節(jié)分子和活性氧清除劑能調(diào)節(jié)植物對(duì)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(duì)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(duì)照組，SNP浸種后，當(dāng)濃度逐漸上升到500 μmol/L時(shí)，玉米種子各指標(biāo)呈現(xiàn)逐漸上升趨勢(shì)，超過(guò)這一濃度則又表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。這表明適宜濃度SNP（500 μmol/L）對(duì)玉米種子的萌發(fā)有較好的促進(jìn)作用。不同濃度的SNP對(duì)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(zhǎng)、芽長(zhǎng)、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(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)呈上升趨勢(shì)[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(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，產(chǎn)生大量的活性氧，發(fā)生質(zhì)膜過(guò)氧化作用，累積過(guò)多有害的過(guò)氧化物，致使在細(xì)胞水平上對(duì)植物造成氧化損傷[19]。本試驗(yàn)研究表明：經(jīng)過(guò)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(shì)，且在500 μmol/L時(shí)，3種酶活性達(dá)到最大值，表明適宜濃度的SNP對(duì)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(duì)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(huì)通過(guò)細(xì)胞膜膜脂的過(guò)氧化作用分解MDA，但是細(xì)胞中MDA的過(guò)多積累可能會(huì)對(duì)膜和細(xì)胞造成一定副作用[20]。本試驗(yàn)中通過(guò)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(shí)積累量最低、緩解效果最好。王芳等研究表明，外源NO對(duì)Cd脅迫下玉米生長(zhǎng)有一定的緩解作用，降低了MDA含量，可以增強(qiáng)玉米幼苗對(duì)毒害的抗性[13]。

本試驗(yàn)研究了不同濃度的SNP對(duì)干旱脅迫下玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)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(shuō)明適宜濃度的SNP處理后使PEG模擬干旱脅迫下玉米的生長(zhǎng)發(fā)育得到了促進(jìn)，減輕了干旱脅迫對(duì)玉米造成的傷害，提高了植株的整體抗旱性。

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