一氧化氮緩解番茄幼苗干旱脅迫的生理機制研究

夏承東 方大偉

摘要以番茄幼苗為材料，采用一氧化氮供體硝普鈉處理番茄幼苗，探討不同濃度硝普鈉處理對干旱脅迫下番茄葉片葉綠素?zé)晒獬跏紖?shù)、凈光合效率、抗氧化酶活性等生理指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，0.1 mmol/L硝普鈉處理，可有效降低葉片中的MDA含量，維持較高水平的F?v/F?m、POD、SOD與CAT活性，而經(jīng)0.5 mmol/L硝普鈉處理后，加劇了葉片中MDA的積累，葉片中F?v/F?m、POD、SOD與CAT活性顯著低于對照，可見，0.1 mmol/L硝普鈉處理可有效緩解番茄幼苗的干旱脅迫，而0.5 mmol/L硝普鈉處理則加劇了葉片的膜脂過氧化，加重了干旱脅迫的發(fā)生。

關(guān)鍵詞一氧化碳;干旱脅迫;葉綠素初始熒光參數(shù);抗氧化系統(tǒng)

中圖分類號S641.2文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2020）15-0061-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.15.018

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Study on the Physiological Mechanism of Nitric Oxide Alleviating Drought Stress on Tomato Seedlings

XIA Chengdong，F(xiàn)ANG Dawei

（Anhui Huida Agriculture Co. ，Ltd.， Hefei， Anhui 230088）

AbstractThe nitric oxide donor SNP were used to treat the seedlings of the tomato， the physiological parameters including the original fluorescence parameters， the activities of POD， SOD and CAT， the content of MDA were determinated to test the effects of NO. As a result， the leaf with 0.1 mmol/L SNP treatment maintained the high value of F?v/F?m， POD， SOD and CAT. The MDA content was lower than that in the control and 0.5 mmol/L SNP treatment. On the contrary， 0.5 mmol/L SNP treatment enhanced the drought stress. The values of F?v/F?m， POD， SOD and CAT were significantly lower than that in the control and 0.5 mmol/L SNP treatment. The results showed that 0.1 mmol/L SNP treatment effectively alleviated the drought stress in contrast to the contrary effects of 0.5 mmol/L ?SNP treatment.

Key wordsNitric oxide;Drought stress;Original parameters of chlorophyll fluorescence;Antioxidant system

基金項目安徽省科技重大專項（17030701002）。

作者簡介夏承東（1978—），男，安徽肥東人，從事蔬菜品種選育研究。

收稿日期2020-05-27;修回日期2020-06-02

番茄是我國重要的蔬菜、水果兩用植物，由于其營養(yǎng)豐富、風(fēng)味口感獨特而備受消費者青睞[1]。研究表明，番茄生長最適土壤濕度為60%～70%[2]。而近年來隨著極端天氣的頻發(fā)，番茄種植與生產(chǎn)過重中常常遭遇干旱脅迫，導(dǎo)致番茄產(chǎn)量、品質(zhì)下降。

一氧化氮是一種氣體小分子物質(zhì)，被證實在生物體內(nèi)發(fā)揮重要作用，如參與植物的生長發(fā)育、病蟲害防御、逆境脅迫響應(yīng)等[3-4]。為此，筆者以番茄為材料，通過模擬干旱脅迫與一氧化碳供體硝普鈉協(xié)同處理，探討一氧化碳緩解番茄干旱逆境脅迫的內(nèi)在生理機制。

1材料與方法

1.1試驗材料

以安徽徽大農(nóng)業(yè)有限公司選育的番茄品種諾盾256為材料。

1.2試驗方法

選取飽滿的種子，播于育苗基質(zhì)中，放置于氣候培養(yǎng)箱，發(fā)芽、培養(yǎng)條件為溫度28 ℃，濕度80%，光照強度120 μmol/（m2·s），光照時間10 h，暗培養(yǎng)10 h，待幼苗長至5葉時，選取表型基本一致的番茄苗放置于Hoagland營養(yǎng)液中進行培養(yǎng)，7 d后，將試驗設(shè)置為3組，第一組為對照，在Hoagland培養(yǎng)液中加入PEG-6000至濃度15%，第二組為15% PEG-6000+0.1 mmol/L硝普鈉，第三組為15% PEG-6000+0.5 mmol/L硝普鈉，在干旱與硝普鈉處理前，以及處理1、3、5和7 d時進行取樣，進行相關(guān)生理生化指標(biāo)的測定。

1.3測定項目與方法

1.3.1光合參數(shù)。

采用美國LI-COR公司Li-6400光合測定儀進行凈光合速率的測定，測定條件為開放式氣路，作用光強為1 200 μmol/（m2·s），CO?2濃度為390 μmol/（m2·s）左右，葉室溫度設(shè)定為28 ℃，測定倒三葉的凈光合速率（Net photosynthetic rate，P?n）。取3片完全伸展的葉片進行測定，取平均值。

1.3.2葉綠素初始熒光參數(shù)。

采用德國WALZ公司PAM-2500便攜式脈沖可調(diào)制式熒光測定儀進行葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定，測定條件為飽和脈沖時間800 ms，脈沖頻率為20 s，脈沖光強3 000 μmol/（m2·s），測量光強100 μmol/（m2·s），作用光強為150 μmol/（m2·s）。取3片完全伸展的葉片進行測定，取平均值。直接測定葉綠素初始熒光參數(shù)最小熒光（F?o）、最大熒光（F?m）和光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）最大光化學(xué)效率（F?v/ F?m）。

1.3.3抗氧化系統(tǒng)酶活性與丙二醛含量。

抗氧化系統(tǒng)酶SOD、POD與CAT活性，以及丙二醛含量的測定采用南京建成生物工程研究所提供試劑盒。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用軟件DPS 2000，按turkey多重比較方法分析試驗結(jié)果差異顯著性[5-6]。

2結(jié)果與分析

2.1不同濃度硝普鈉處理對干旱脅迫下番茄葉片葉綠素?zé)晒獬跏紖?shù)的影響

初始熒光參數(shù)F?o反映了葉片光合系統(tǒng)II反應(yīng)中心全部打開時的最小初始熒光，其值一般在200～400，過高的F?o值則表明光合系統(tǒng)II反應(yīng)中心受到破壞或脅迫。從圖1A可以看出，隨著干旱處理時間的延長，初始熒光F?o逐漸上升，在不同處理間，0.1 mmol/L硝普鈉處理后，F(xiàn)?o在處理3 d后變化不大，而對照與0.5 mmol/L硝普鈉處理在處理3 d后，F(xiàn)?o明顯上升。初始最大熒光F?m則反映了葉片光合系統(tǒng)II反應(yīng)中心全部關(guān)閉時的最大初始熒光，經(jīng)連續(xù)干旱處理后，F(xiàn)?m值逐步降低，處理3 d后，0.1 mmol/L硝普鈉處理的F?m值最高，其次是對照，0.5 mmol/L硝普鈉處理的F?m值最低（圖1B）。F?v/F?m是葉片光合系統(tǒng)II潛在最大光化學(xué)效率，直接反映葉片光合系統(tǒng)II的運轉(zhuǎn)與光能利用情況，經(jīng)干旱處理3 d后，對照與0.5 mmol/L硝普鈉處理的F?v/F?m明顯降低，0.1 mmol/L硝普鈉處理的葉片則維持較高光能利用效率（圖1C）。

2.2不同濃度硝普鈉處理對干旱脅迫下番茄葉片凈光合速率的影響

由圖2可知，隨著干旱處理時間的延長，番茄葉片的凈光合效率（P?n）逐漸降低，處理7 d后降至最低，而在處理間，經(jīng)0.1 mmol/L硝普鈉處理后，葉片的凈光合效率降低較為緩慢，顯著高于0.5 mmol/L硝普鈉處理，略高于對照，但與對照差異不顯著。

2.3不同濃度硝普鈉處理對干旱脅迫下番茄葉片MDA含量的影響

丙二醛（MDA）含量反映了植物細胞膜脂過氧化的程度。隨著干旱處理時間的延長，番茄葉片中丙二醛含量逐漸升高，在處理7 d時達到最高;而在各個處理間，處理1 d后，0.5 mmol/L硝普鈉處理的丙二醛含量顯著高于對照和0.1 mmol/L硝普鈉處理，0.5 mmol/L硝普鈉處理加劇了番茄葉片的膜脂過氧化程度（圖3）。處理3 d后，0.1 mmol/L硝普鈉處理葉片的丙二醛含量均顯著低于對照與0.5 mmol/L硝普鈉處理，表明0.1 mmol/L硝普鈉處理可緩解葉片的膜脂過氧化。

2.4不同濃度硝普鈉處理對干旱脅迫下番茄葉片POD活性的影響

從圖4可以看出，隨著干旱處理時間的延長，葉片中過氧化物酶（POD）活性呈先升后降的趨勢，經(jīng)干旱處理后，過氧化物酶活性在處理后5 d達最高值，而后開始下降。而在不同處理間，處理1 d后，0.1 mmol/L硝普鈉處理葉片的過氧化物酶活性明顯上升;處理3 d后，0.1 mmol/L硝普鈉處理葉片的過氧化物酶活性顯著高于對照和0.5 mmol/L硝普鈉處理;處理7 d后，0.1 mmol/L硝普鈉處理葉片的過氧化物酶仍保持較高的活性。

2.5不同濃度硝普鈉處理對干旱脅迫下番茄葉片SOD活性的影響

超氧化物歧化酶（SOD）在植物氧自由基清除中扮演著重要角色，其通過歧化反應(yīng)將超氧化物轉(zhuǎn)化為氧氣和過氧化氫。從圖5可以看出，隨著干旱處理時間的延長，葉片中超氧化物歧化酶活性呈先升后降的趨勢，經(jīng)干旱處理后，超氧化物歧化酶活性在處理后5 d達最高值，而后開始下降。而在不同處理間，處理1 d后，0.1 mmol/L硝普鈉處理葉片的超氧化物歧化酶活性明顯上升，0.1 mmol/L硝普鈉處理葉片的超氧化物歧化酶活性顯著高于對照和0.5 mmol/L硝普鈉處理;處理7 d后，0.5 mmol/L硝普鈉處理的酶活顯著下降，低于干旱處理前水平。

2.6不同濃度硝普鈉處理對干旱脅迫下番茄葉片CAT活性的影響

從圖6可以看出，經(jīng)干旱處理后，過氧化氫酶活性呈先升后降的趨勢，而在不同處理間，在干旱處理3 d后0.1 mmol/L硝普鈉處理葉片的過氧化氫酶活性顯著高于對照與0.5 mmol/L硝普鈉處理;在干旱處理5 d時，過氧化氫酶活性最高;處理7 d時，過氧化氫酶活性均顯著下降，但01 mmol/L硝普鈉處理葉片的過氧化氫酶活性仍保持較高的水平。

3結(jié)論與討論

番茄生長發(fā)育過程中常遭遇高溫、鹽害、干旱、低溫等非生物逆境的脅迫。為了有效緩解逆境脅迫的影響，多種生物調(diào)節(jié)劑、信號分子被用于處理番茄幼苗，研究其對非生物逆境的緩解作用[7-8]。如外源H?2O?2可增強NaCl脅迫下番茄幼苗的抗氧化系統(tǒng)，通過增強POD、SOD和CAT活性，降低內(nèi)源H?2O?2和MDA含量，從而緩解NaCl脅迫對番茄幼苗生長的抑制作用[9]。外源H?2S和H?2O?2共處理可緩解NaCl對番茄幼苗生長的抑制作用，使幼苗保持較高水平的光合色素含量、相對含水量和根系活力，有效降低MDA和H?2O?2含量，提高抗氧化系統(tǒng)酶活[8]。而對番茄幼苗噴灑脫落酸，可有效增強其抗旱性能[10]。該研究以番茄幼苗為材料，采用PEG-6000模擬干旱脅迫，探討一氧化氮供體硝普鈉處理后，一氧化氮對干旱脅迫的緩解作用。結(jié)果表明，0.1 mmol/L硝普鈉處理可有效降低葉片中MDA的積累，維持較高水平的POD、SOD與CAT活性，對膜脂過氧化導(dǎo)致的破壞作用起到了有效的抑制作用，使葉片維持較高水平的潛在光化學(xué)效率和凈光合速率。而高濃度0.5 mmol/L硝普鈉處理則加劇了MDA的積累，加劇了干旱脅迫對番茄幼苗造成的損傷。

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