SNP浸種對NaCl脅迫下桑樹種子萌發(fā)的影響

聶玉霞　董亞茹　張艷波　趙東曉　耿兵　孫景詩　王照紅

摘要：為探明硝普鈉（SNP）對桑樹種子耐鹽能力的影響，以雜交桑種子為試材，研究不同時間和不同濃度SNP浸種對NaCl脅迫下桑樹種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。結(jié)果表明，SNP濃度0.1 mmol/L浸種24 h處理對鹽脅迫緩解效果最好，高濃度SNP浸種反而抑制桑樹種子萌發(fā)和幼苗生長。

關(guān)鍵詞：桑樹;NaCl脅迫;硝普鈉;種子萌發(fā)

中圖分類號：S888.2文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2020）03-0038-04

Abstract To illustrate the effect of sodium nitroprusside （SNP） on salt tolerance of mulberry seeds， different soaking time and concentrations of SNP on seed germination and seedling growth of hybrid mulberry under NaCl stress were studied. The results showed that the best effect on relieving salt stress was obtained with seeds soaked in 0.1 mmol/L SNP for 24 h， and the seed germination and seedling growth of mulberry were inhibited when seeds were soaked in SNP with high concentration.

Keywords Mulberry; NaCl stress; Sodium nitroprusside; Seed germination

NO（nitric oxide，NO）是植物體內(nèi)一種關(guān)鍵的信號分子，廣泛參與調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育（種子萌發(fā)[1]、幼苗生長[1，2]等）、光形態(tài)建成及逆境適應(yīng)（鹽堿[3]、干旱[4]、冷害[5，6]、銅脅迫[7]等）等多種生理過程的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。NO供體硝普鈉（SNP）已廣泛用于開發(fā)多種NO生物調(diào)節(jié)功能。已有研究證明SNP作為信號化合物具有保護(hù)性和毒性雙重作用，這取決于其濃度和實驗體系[8，9]。低濃度的NO能夠保護(hù)植物抵御活性氧的傷害，提高植物對逆境的適應(yīng)性，而較高濃度的NO會因其本身自由基性質(zhì)對植株細(xì)胞產(chǎn)生毒害，抑制植物生長發(fā)育。

土壤鹽堿化是影響植物生產(chǎn)和分布的主要因素之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國鹽堿地面積高達(dá)9 913×104 hm2，約占國土面積的33%左右，并且以每年100×104～150×104 hm2的速度不斷增大。桑樹（Morus alba L.）屬?？粕俾淙~喬木或灌木，具有一定的耐鹽堿能力，其在鹽堿地綠化及防沙治沙、改良土質(zhì)等方面的用途被逐漸發(fā)掘。因此，研究如何更好地提高桑樹抗鹽堿能力，對發(fā)展鹽堿地區(qū)蠶桑產(chǎn)業(yè)、合理開發(fā)利用鹽堿化土地具有重要意義，也為發(fā)揮桑樹在生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益上的優(yōu)勢提供理論支持[10]。

本試驗以桑樹種子為材料，用NaCl模擬鹽害環(huán)境，研究外源NO供體SNP浸種對NaCl脅迫下桑樹種子萌發(fā)的影響，以探究NO對提高桑苗抗鹽能力的作用，為桑樹在鹽堿地區(qū)的推廣種植提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

供試種子為雜交桑組合8036×農(nóng)14，由山東省蠶業(yè)研究所選育。

1.2 方法

試驗于2019年5月在山東省蠶業(yè)研究所生理生化實驗室進(jìn)行。據(jù)前期試驗確定NaCl處理濃度為0.5%。選取健壯飽滿、大小一致的桑樹種子，用75%乙醇消毒3 min，蒸餾水沖洗5～6次，25℃下用濃度分別為0.01、0.1、0.5、1.0 mmol/L SNP浸種24 h和48 h，以蒸餾水浸種為對照（CK），浸種結(jié)束后將種子用無菌濾紙瀝干水備用。

每個培養(yǎng)皿（Ф=90 mm）鋪兩層浸濕無菌濾紙，放置30粒種子，實施處理。各處理為：①蒸餾水浸種，濾紙用蒸餾水浸濕（CK）;②蒸餾水浸種，濾紙用0.5% NaCl溶液浸濕（NaCl）;③0.01 mmol/L SNP浸種，濾紙用0.5% NaCl溶液浸濕（T1）;④0.1 mmol/L SNP浸種，濾紙用0.5% NaCl溶液浸濕（T2）;⑤0.5 mmol/L SNP浸種，濾紙用0.5% NaCl溶液浸濕（T3）;⑥1.0 mmol/L SNP浸種，濾紙用0.5% NaCl溶液浸濕（T4）。

為保持鹽濃度穩(wěn)定，每隔2 d更換1次濾紙。在光/暗周期14h/10h、溫度25℃的人工智能氣候箱中培養(yǎng)，每天記錄種子發(fā)芽數(shù)（突破種皮的胚軸長度達(dá)到種子自身長度時視為種子發(fā)芽）。第7 d統(tǒng)計發(fā)芽勢，第10 d統(tǒng)計發(fā)芽率。14 d后，每個重復(fù)隨機選取20株幼苗，采用精度0.1 mm游標(biāo)卡尺測其幼苗株高、根長。

發(fā)芽率（GP）=n/N（n為第10 d的種子發(fā)芽數(shù)，N為供試種子總數(shù)）;

發(fā)芽勢（GE）=n7/N （n7為第7 d的種子發(fā)芽數(shù)，N為供試種子數(shù)）;

苗高：從根莖相接處到葉片尖部的長度（cm）; 根長：最長根的長度（cm）。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)均用Microsoft Excel統(tǒng)計并制圖。用SPSS 20.0軟件對不同處理的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、幼苗根長和苗高等各項指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時間和濃度SNP浸種對NaCl脅迫下桑樹種子發(fā)芽率的影響

由圖1可以看出，與對照相比，0.5% NaCl處理后，桑樹種子的發(fā)芽率顯著降低，降幅分別為34.85%（24 h）和43.84%（48 h），說明0.5% NaCl處理顯著抑制桑樹種子的萌發(fā)率。與單獨NaCl處理相比，不同時間SNP浸種后，桑樹種子的發(fā)芽率隨著SNP濃度的增加均呈先升高后降低趨勢。兩種浸種時間下，桑樹種子發(fā)芽率均在SNP濃度0.1 mmol/L時達(dá)到最大值，分別為5999%和48.89%，顯著高于NaCl脅迫處理，且浸種24 h處理效果高于48 h。高濃度SNP （1.0 mmol/L）處理，無論是浸種24 h還是48 h其對NaCl脅迫下桑樹種子萌發(fā)均沒有明顯緩解作用。

2.2 不同時間和濃度SNP浸種對NaCl脅迫下桑樹種子發(fā)芽勢的影響

由圖2可以看出，與對照相比，0.5% NaCl處理后，桑樹種子的發(fā)芽勢顯著降低，兩種浸種時間下降幅分別為47.17%（24 h）和56.95%（48 h），說明0.5% NaCl處理顯著抑制桑樹種子的發(fā)芽勢。與單獨NaCl處理相比，不同時間SNP浸種后，桑樹種子的發(fā)芽勢隨SNP濃度的增加均呈先升高后降低趨勢。兩種浸種時間下，桑樹種子發(fā)芽勢均在SNP濃度0.1 mmol/L時達(dá)到最大值，分別為42.89%（24 h）和32.22%（48 h），顯著高于NaCl處理值（31.11%和24.44%）。高濃度SNP（1.0 mmol/L）處理兩種浸種時間對NaCl脅迫下的桑樹種子發(fā)芽勢均有顯著抑制作用。

2.3 不同時間和濃度SNP浸種對NaCl脅迫下桑苗苗高的影響

由圖3可以看出，與對照相比，0.5% NaCl處理后，桑苗苗高顯著降低，降幅分別為35.45%（24 h）和36.52%（48 h），說明0.5% NaCl處理顯著抑制桑苗生長。與單獨NaCl處理相比，不同時間SNP浸種后，桑苗苗高隨SNP濃度增加均呈先升高后降低趨勢。兩種浸種時間下，桑苗苗高均在SNP濃度0.1 mmol/L時達(dá)到最大值，分別為1.61 cm和1.41 cm，顯著高于NaCl處理值（122 cm和1.19 cm）。且SNP浸種24 h對苗高的促進(jìn)作用明顯高于48 h處理。高濃度SNP（1.0 mmol/L）處理兩種浸種時間下的桑苗苗高均受到顯著抑制。

2.4 不同時間和濃度SNP浸種對NaCl脅迫下桑苗根長的影響

由圖4可以看出，與對照相比，0.5% NaCl處理后，桑苗根長顯著降低，降幅分別為48.43%（24 h）和50.86.40%（48 h），說明0.5% NaCl處理顯著抑制桑苗根的生長。與單獨NaCl處理相比，不同時間SNP浸種后，桑苗根長隨SNP濃度增加均呈先升高后降低趨勢。浸種24 h下，桑苗根長在SNP濃度0.1 mmol/L時達(dá)到最大值，為1.62 cm，顯著高于NaCl處理值1.31 cm;而浸種48 h下桑苗根長在SNP濃度0.01 mmol/L時達(dá)到最大值，且緩解效果不如浸種24 h的明顯。高濃度SNP（1.0 mmol/L）處理兩種浸種時間下的桑苗根長均受到顯著抑制。

3 討論與結(jié)論

種子萌發(fā)是決定植物繁殖的重要因素[11]。因此，植物種子的耐鹽性是篩選耐鹽植物的重要依據(jù)之一。NO是一種活性氮化合物，也是植物中具有多種生物功能的信號分子。它可以提高種子在高鹽脅迫下的通透性，促進(jìn)種子萌發(fā)，提高種子的發(fā)芽率[12，13]。王旺田等[14]研究表明0.1 mmol/L SNP浸種24 h后高粱種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢比鹽脅迫下顯著升高。本研究中，0.1 mmol/L[JP] SNP浸種處理對NaCl脅迫下桑樹種子的萌發(fā)有明顯的促進(jìn)作用，其中浸種24 h比浸種48 h的效果更佳，可顯著提高桑樹種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率。而高濃度（1.0 mmol/L）SNP浸種對桑樹種子萌發(fā)有明顯的抑制作用，這與趙曉菊等[15]的研究結(jié)果一致。

種子萌發(fā)過程中，幼苗的胚根和胚芽生長狀況是反映幼苗生長的重要指標(biāo)。植物在幼苗生長時期對鹽分的反應(yīng)非常敏感，這是由于NaCl脅迫會引起植物代謝的一些變化，從而導(dǎo)致植物受傷害甚至死亡[16]。NO可以調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育過程并參與脅迫反應(yīng)，在非生物逆境適應(yīng)機制中起著非常重要的作用[17，18]。鐘雪梅等[18]研究發(fā)現(xiàn)100 mmol/L NaCl脅迫下，SNP黑暗浸種12 h后油菜幼苗生物量積累在SNP為200 μmol/L時達(dá)到最大值。本研究結(jié)果表明，0.5% NaCl脅迫處理下桑樹幼苗生長受到顯著抑制，而0.1 mmol/L SNP浸種對NaCl脅迫下的桑樹幼苗具有明顯的保護(hù)作用，能夠在一定程度上緩解NaCl脅迫對桑樹幼苗生長的抑制。這與前人研究的水飛薊[19]、苜蓿[20]等SNP處理能顯著緩解幼苗鹽脅迫結(jié)果一致。SNP濃度0.1 mmol/L時，其對NaCl脅迫下桑苗苗高和根長的緩解效果最佳，其中浸種24 h比浸種48 h處理的效果更好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳花，王建武，王建軍，等. 外源NO對鹽脅迫下沙打旺種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J]. 草業(yè)科學(xué)，2017，34（7）：1459-1468.

[2] 王彎彎，諸葛玉平，王慧橋，等. 外源NO對鹽脅迫下小麥幼苗生長及生理特性的影響[J]. 土壤學(xué)報，2017，54（2）：516-524.

[3] 時振振，李勝，楊柯，等. 鹽脅迫下豌豆幼苗對內(nèi)外源NO的生理生化響應(yīng)[J]. 草業(yè)學(xué)報， 2014，23（5）：193-200.

[4] 蔡卓山，師尚禮，謝森林，等. 外源NO對水分脅迫下苜蓿種子萌發(fā)的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報， 2013，27（11）：1777-1782

[5] 楊美森，王雅芳，干秀霞，等. 外源一氧化氮對冷害脅迫下棉花幼苗生長、抗氧化系統(tǒng)和光合特性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，45（15）：3058-3067.

[6] 趙萌，魏小紅. 吸脹冷害下外源NO對紫花苜蓿種子萌發(fā)及抗氧化性的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報，2015，24（4）：87-94.

[7] 李曉云，王秀峰，呂樂福，等. 外源NO對銅脅迫下番茄幼苗根系抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2013，24（4）：1023-1030.

[8] Lamattina L，García-Mata C，Graziano M，et al. Nitric oxide：the versatility of an extensive signal molecule[J]. Annual Review of Plant Biology，2003，54：109-136.

[9] Filippou P，Antoniou C，F(xiàn)otopoulos V. The nitric oxide donor sodium nitroprusside regulates polyamine and proline metabolism in leaves of Medicago truncatula plants[J]. Free Radical Bio. Med.，2013，56：172-183.

[10]張會慧. 北方桑樹葉片光化學(xué)機構(gòu)對鹽堿的響應(yīng)機理及其肥料效應(yīng)研究[D]. 哈爾濱： 東北林業(yè)大學(xué)，2014.

[11]Rajjou L，Duval M，Gallardo K，et al. Seed germination and vigor[J]. Annu. Rev. Plant Biol.， 2012，63：507-533.

[12]Dong Y J，Jinc S S，Liu S，et al. Effects of exogenous nitric oxide on growth of cotton seedlings under NaCl stress[J]. J. Soil Sci. Plant Nut.，2014，14（1）：1-13.

[13]Zheng C F，Jiang D，Liu F L，et al. Exogenous nitric oxide improves seed germination in wheat against mitochondrial oxidative damage induced by high salinity[J]. Environ. Exp. Bot.，2009，67（1）：222-227.

[14]王旺田，謝光輝，劉文瑜，等. 外源NO對鹽脅迫下甜高粱種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報，2019，33（2）：363-371.

[15]趙曉菊，張麗霞，滿秀玲. 外源NO對鹽脅迫下長春花種子萌發(fā)和幼苗生理代謝的影響[J]. 植物研究，2018，38（5）：669-674，681.

[16]Arora D，Bhatla S C. Nitric oxide triggers a concentration-dependent differential ?modulation of superoxide dismutase（Fe SOD and Cu/Zn SOD） activity in sunflower seedling roots and cotyledons as an early and long distance signaling response to NaCl stress[J]. Plant Signal. Behav.，2015，10：e1071753.

[17]Flores T，Todd C D，Tovar-Mendez A，et al. Arginase-negative mutants of Arabidopsis exhibit increased nitric oxide signaling in root development[J]. Plant Physiol.， 2008，147（4）：1936-1946.

[18]鐘雪梅，代其林，馬明莉，等. 外源NO浸種對NaCl 脅迫下油菜種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（3）：102-106.

[19]張曉倩，王康才，張彥南，等. 外源NO對NaCl脅迫下水飛薊種子萌發(fā)和幼苗生長生理的影響[J]. 中草藥，2013，44（22）：3216-3222.

[20]周萬海，師尚禮，寇江濤. 一氧化氮對NaCl脅迫下苜蓿種子萌發(fā)的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報，2012， 26（4）：710-716.