硝普鈉和硫氫化鈉對硝酸鹽脅迫下黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

姜倩倩，汪承建

（濰坊學院，山東省高校生物化學與分子生物學重點實驗室，山東濰坊 261061）

土壤鹽漬化是全球農業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境面臨的一個嚴峻問題，一般會導致土壤理化性狀惡化，養(yǎng)分釋放慢，土壤好氣微生物活動性變差等問題。滲透脅迫、離子失調會影響植物正常代謝，造成光合色素含量降低、光合速率下降、根系生長受阻，嚴重時會使植株死亡[1]。

近年來，隨著設施栽培的迅速發(fā)展，長期以來的管理措施不當和自然降雨淋溶減少，導致土壤的次生鹽漬化問題嚴重[2]。相關研究表明，氮肥化合物Ca(NO3)2提供的硝酸根（NO3-）是植物吸收利用的最主要氮源，過量施用且大量積累于土壤中時會使設施土壤次生鹽漬化，是造成設施作物生長障礙的主導因子[3]。多項研究表明，作為重要的氣體信號分子，一氧化氮（Nirtic oxide，NO）和硫化氫（Hydrogen sulfide，H2S），既參與了種子休眠、萌發(fā)、根系形態(tài)建成等生長發(fā)育過程，也可調控植物對脅迫的抗逆應答，在植物體內具有廣泛的生理作用[4-5]。有關H2S 和NO 相互關系的研究曾報道，H2S 能促進番薯、旱柳和大豆的根形態(tài)發(fā)生過程，而且這一生物學效應是通過H2S激活NO 信號途徑實現(xiàn)的[6]?？梢?，研究植物的耐鹽性生理對于提高植物的耐鹽能力，從植物角度出發(fā)解決土壤鹽漬化危害有重要的意義。鑒于此，本試驗以設施栽培面積較大的黃瓜為試材，初步研究了外源NO 供體硝普鈉（亞硝基鐵氰化鈉，簡稱SNP）和H2S 供體硫氫化鈉（NaHS）對硝酸鹽脅迫下黃瓜種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，以期為作物抗鹽性探索新的技術途徑。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

供試黃瓜品種為“新泰密刺”。硝酸鈣，分析純，購自天津市科密歐化學試劑公司；硝普鈉和硫氫化鈉，分析純，購自美國Sigma 公司。乙醇、氯化三苯基四氯唑（TTC），均為分析純，購自上?；瘜W試劑有限公司。

1.2 試驗處理

試驗于2018 在濰坊學院生物化學與分子生物學重點實驗室進行。挑選飽滿黃瓜種子480 粒，經1%次氯酸鈉（NaClO）消毒15 min 后，蒸餾水沖洗3 次，置于25 ℃智能光照培養(yǎng)箱中進行常規(guī)浸種，浸種12 h 之后，將種子分成24 份，每皿20 粒，分別放入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿（直徑9 cm）中，采用紙培法進行發(fā)芽試驗。培養(yǎng)皿內分別加入8 種處理液，每種處理液體積為10 mL，每個處理重復3 次。試驗設計見表1。

表1 各試驗處理設計Table 1 Design of test treatment

擺好種子后在培養(yǎng)皿上罩保鮮膜，膜上扎透氣孔，減少水分散失。將培養(yǎng)皿置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。溫度調至（25±1）℃，每天觀察并統(tǒng)計發(fā)芽情況，等發(fā)芽后測定根系構型和葉片葉綠素含量等指標。試驗處理所用器皿和濾紙均經過高壓滅菌消毒處理。

1.3 測定指標與方法

（1）種子發(fā)芽率

播種4 d 后統(tǒng)計種子發(fā)芽的個數(shù)，發(fā)芽率計算公式見式（1）。

（2）胚軸、胚根的長度

種子發(fā)芽4 d 后用刻度尺測量胚軸和胚根的長度。

（3）根系長度、根尖數(shù)、表面積

用專業(yè)版WinRHIZO 根系分析系統(tǒng)獲取種子發(fā)芽4 d后幼苗根系的掃描圖像并分析獲取相應的數(shù)據。

（4）幼苗鮮質量

種子發(fā)芽4 d 后用電子天平稱量幼苗的質量。

（5）葉片的葉綠素含量

取種子發(fā)芽4 d 后幼苗的新鮮葉片用乙醇萃取法提取葉綠素，用分光光度計測定。

（6）根系活力

取種子發(fā)芽4 d 后幼苗的根系，用氯化三苯基四氯唑（TTC）還原法測定。

2 結果與分析

2.1 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下種子發(fā)芽率的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜種子發(fā)芽率的影響見圖1。由圖1 可知，黃瓜種子在蒸餾水（CK）中的發(fā)芽率最高，而硝酸鈣明顯抑制了黃瓜種子萌發(fā)，使該處理的發(fā)芽率最低，比CK 降低了51.4%；與只加入硝酸鈣的處理對比，在外源SNP 或NaHS 的作用下，黃瓜種子的發(fā)芽率分別提高了57.1%和34.2%，同時加入外源SNP 和NaHS 時，黃瓜種子的發(fā)芽率提高了85.7%。與CK 相比，單獨進行SNP、NaHS 或NaHS 和SNP 共同處理時，黃瓜的發(fā)芽率稍有下降，分別降低了17.0%、13.9%和14.2%。

2.2 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗胚軸的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗胚軸長度的影響如圖2 所示。由圖可知，硝酸鈣處理的黃瓜幼苗根系胚軸長度最短，與蒸餾水（CK）相比降低了48.4%。加入硝酸鈣和SNP 處理的胚軸長度比單獨硝酸鈣處理的提高了41.1%，加入硝酸鈣和NaHS 處理的胚軸長度與單獨硝酸鈣處理的基本一致。同時加入硝酸鈣、NaHS 和SNP 處理的胚軸長度比單獨硝酸鈣處理的提高了74.3%。與CK 相比，單獨進行SNP，或NaHS 和SNP 共同處理時，黃瓜的胚軸長度均比對照長，分別增加了14.3%和8.05%，單獨進行NaHS 處理時，黃瓜的胚軸長度與對照基本一致。

2.3 SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗根系總長度的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗根系總長度的影響見圖3。由圖3 可知，硝酸鈣顯著抑制了黃瓜種子根系的生長，與蒸餾水（CK）相比，根系總長度降低了92.3%倍。硝酸鹽處理下，添加外源SNP 和NaHS 均可明顯緩解硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗根系生長的抑制，根系總長度分別提高了264.5%和74.2%。硝酸鹽處理下，同時添加SNP 和NaHS 時，根系總長度比硝酸鈣處理的提高了356.4%倍。與CK 相比，單獨進行SNP、NaHS 或NaHS和SNP 共同處理時，幼苗根系總長度分別增加了24.8%、22.4%和24.1%。

2.4 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗根尖數(shù)的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗根尖數(shù)的影響如圖4 所示。由圖可知，硝酸鈣處理的黃瓜幼苗根尖數(shù)最少，比蒸餾水（CK）減少了83.8%。硝酸鈣處理時加入SNP 和NaHS，幼苗根尖數(shù)比單獨硝酸鈣處理的分別增加了156%和58.3%；硝酸鈣處理同時加入SNP 和NaHS，幼苗根尖數(shù)比單獨硝酸鈣處理的增加了218%。與CK 相比，單獨用NaHS 處理或NaHS 和SNP 共同處理時，幼苗根尖數(shù)分別增加了43.9%和17.6%，單獨進行SNP 處理對幼苗根尖數(shù)沒有影響。

2.5 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗根系表面積的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗根系表面積的影響見圖5。由圖5 可知，與CK 處理相比，加入硝酸鈣的培養(yǎng)皿中的黃瓜幼苗的根系表面積最小，降低了86.6%；硝酸鈣處理再加入SNP 處理或NaHS 和處理時，幼苗根系表面積比單獨硝酸鈣處理的增加了208%和156%；硝酸鈣處理同時加入SNP 和NaHS 時，幼苗根系表面積比單獨硝酸鈣處理的增加了314%。與CK 相比，單獨進行SNP 或NaHS 和SNP 共同處理時，幼苗根系表面積也明顯增加，分別提高了61.3%、25.7%和64.2%。

2.6 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗根系活力的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗根系活力的影響如圖6 所示。由圖可知，硝酸鈣脅迫導致黃瓜幼苗根系活力降低，比CK 降低了59.9%。硝酸鈣處理時分別加入SNP 或NaHS，幼苗根系活力比單獨硝酸鈣處理提高了69.3%和80.8%；同時加入SNP 和NaHS 時，幼苗根系活力進一步提高，比單獨硝酸鈣處理提高了98.7%。與CK 相比，單獨進行SNP 處理或NaHS 和SNP 共同處理時，幼苗根系活力與CK 基本一致。

2.7 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗葉綠素的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗葉綠素含量的影響如圖7 所示。由圖7 知，受硝酸鈣脅迫的影響，黃瓜幼苗的葉綠素含量比CK 處理減少了45.6%。硝酸鈣處理加入SNP 或NaHS，幼苗的葉綠素含量比單獨硝酸鈣處理增加了33.5%和50.9%；同時加入SNP 和NaHS，使幼苗的葉綠素含量比單獨硝酸鈣處理增加了62.7%。與CK 相比，單獨進行SNP，或NaHS 和SNP 共同處理時，幼苗葉綠素含量稍有提高。

2.8 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗鮮質量的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗鮮重的影響如圖8 所示。由圖可知，CK 處理的黃瓜幼苗的鮮質量最高，加入硝酸鈣溶液的幼苗與CK 相比，鮮質量降低了68.4%。硝酸鈣處理時分別加入SNP 或NaHS，幼苗鮮質量比單獨硝酸鈣處理增加了83.3%和100%；同時加入SNP 和NaHS，幼苗鮮質量比單獨硝酸鈣處理增加了133%。與CK 相比，單獨進行SNP 或NaHS 和SNP 共同處理時，幼苗鮮質量與CK 基本一致。

3 討論

硝態(tài)氮是植物易吸收的氮素營養(yǎng)形式，合理施用硝態(tài)氮肥可促進作物的生長、提高產量；而過量施用硝態(tài)氮肥，不僅會使土壤發(fā)生次生鹽漬化，還會影響作物的生長發(fā)育和產量品質。目前，過量施用硝態(tài)氮肥對黃瓜生理生化機能的影響及其緩解措施研究多集中于地上部[7-8]，對根系生長發(fā)育影響的研究較少。本試驗中，硝酸鈣降低了黃瓜種子萌發(fā)率，影響了與硝酸鈣溶液直接接觸的根系的生長，表現(xiàn)為根尖數(shù)、總長度、表面積均減少，根系活力降低。根系是植物體吸收水分和養(yǎng)分的主要部位，其生長狀況和活力水平影響地上部生長。生長在硝酸鈣溶液中的黃瓜幼苗的胚軸縮短，葉綠素含量降低，最終整個植株的生長受到限制，鮮質量降低。因而，增強黃瓜根系對硝酸鹽脅迫的抗性，可為生產中尋求硝酸鹽脅抵御途徑提供參考。

張華等[9]在研究外源NO 對滲透脅迫下小麥種子萌發(fā)及活性氧代謝的影響時，發(fā)現(xiàn)SNP 可明顯促進小麥種子的萌發(fā)及胚根和胚芽的伸長。Zhang 等[10]也發(fā)現(xiàn)外源H2S 可以降低滲透脅迫下甘薯的氧化傷害而降低葉綠素的降解。用NaHS 作為H2S 供體可以促進小麥種子萌發(fā)過程中淀粉酶的活性[11]，提高黃瓜種子在鎘脅迫下的發(fā)芽率和胚軸、胚根的長度，使子葉葉綠素含量明顯增加[12]。本試驗研究中，H2S 供體NaHS 和NO 供體SNP 緩解了硝酸鹽脅迫對黃瓜種子發(fā)芽的抑制，還有效緩解了硝酸鹽脅迫對種子鮮質量、根長、根表面積、葉綠素含量、根系活力的不利影響，且同時外源加入NaHS 和SNP 對硝酸鹽脅迫的緩解有疊加效應。