外源NO對NaCl脅迫下玉米種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響

關(guān)鍵詞：一氧化氮：鹽脅迫：玉米種子；萌發(fā)；幼苗生長，生理特性

中圖分類號：S513 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2025）02-0078-06

鹽脅迫被認(rèn)為是最具破壞性的逆境之一，它極大地限制了世界各地作物的生產(chǎn)和質(zhì)量。世界上有20%以上的耕地正在遭受鹽脅迫的侵蝕，且自然和人為活動(dòng)等導(dǎo)致其面積正在不斷增加。土壤鹽堿化會增加作物細(xì)胞內(nèi)滲透壓，并導(dǎo)致鈉積累到毒性水平。魏嘉等研究表明，鹽堿化使土壤各離子間的動(dòng)態(tài)失衡，導(dǎo)致植物根系離子吸收不均衡進(jìn)而產(chǎn)生離子毒害作用，從而影響植物的正常生長發(fā)育，阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展。因此，利用外源物質(zhì)增強(qiáng)植物抗鹽堿能力成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)。

一氧化氮（nitric oxide，NO）是一種無色、透明、結(jié)構(gòu)簡單、極不穩(wěn)定的小分子生物自由基。NO能促進(jìn)植物根系和花粉生長、種子萌發(fā)，延緩植物開花和葉片衰老。NO還參與植物適應(yīng)多種逆境及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的生理過程。已有研究表明，NO促進(jìn)鹽脅迫下桑樹、蒺藜苜蓿、扁蓿豆、板藍(lán)根、水飛薊、紫花苜蓿和紫蘇種子的萌發(fā)和幼苗生長，促進(jìn)干旱脅迫下金花葵、紅砂、大豆和板藍(lán)根種子的萌發(fā)和幼苗生長，促進(jìn)重金屬脅迫下蘿卜、雞爪大黃、草地早熟禾、水果黃瓜種子的萌發(fā)和幼苗生長。

玉米（Zea mays L.）是世界重要的栽培作物之一，我國種植范圍也遍布全國多個(gè)省份，并且鮮食玉米等玉米產(chǎn)品深受人們喜愛。土壤鹽堿化程度的增加使隴東地區(qū)玉米的種植和產(chǎn)量受到嚴(yán)重影響。種子萌發(fā)狀況是影響幼苗能否正常生長發(fā)育的前提。鹽脅迫對玉米種子萌發(fā)有極大的傷害，緩解種子萌發(fā)期的鹽脅迫傷害有利于提高其最終產(chǎn)量和品質(zhì)。目前對玉米抗病害的研究很多，但對玉米種子及幼苗鹽脅迫生理方面研究的報(bào)道較少。因此，本試驗(yàn)通過硝普鈉（SNP，NO供體）浸種處理玉米種子，探究外源NO對玉米種子萌發(fā)和幼苗生長鹽脅迫緩解的調(diào)節(jié)作用，以期為玉米萌發(fā)階段抗鹽能力提升提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用“隴單339”玉米種子購自甘肅隴玉種業(yè)科技有限責(zé)任公司。所用NO供體硝普鈉、氯化鈉均為分析純。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2022年3月—2022年9月在隴東學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院植物生理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。參考王志科的方法，選取種皮完整的玉米種子，用10 mL濃度為0.5%的NaCl0消毒15 min，蒸餾水洗滌去除殘留NaClO后，用吸水紙吸干種子表面水分。分別用0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 mmol/LSNP溶液浸種8h，同時(shí)空白對照（CK）和條件對照（NaCl）分別用蒸餾水和100 mmol/L NaCl浸種8h，每組重復(fù)3次。浸種后用蒸餾水沖洗3次，濾紙吸干水分后將其均勻擺放于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿50粒。培養(yǎng)皿中加入100 mmol/LNaCl溶液10 mL，CK加等量蒸餾水。共7個(gè)處理組：CK（蒸餾水浸種）、NaCl（100mmol/L NaCl溶液浸種）、0.1N+NaCl（0.1mmol/L SNP溶液浸種鹽脅迫處理）、0.2N+NaCl（0.2 mmol/L SNP溶液浸種鹽脅迫處理）、0.5N+NaCl（0.5 mmol/L SNP溶液浸種鹽脅迫處理）、1.0N+NaCl（1.0 mmol/LSNP溶液浸種鹽脅迫處理）、2.0N+NaCl（2.0mmol/L SNP溶液浸種鹽脅迫處理）。各處理組種子置于25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每日統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)數(shù)并適當(dāng)補(bǔ)充NaCl溶液，7d后計(jì)算種子萌發(fā)指標(biāo)并測定相關(guān)生理指標(biāo)。

1.3測定指標(biāo)及方法

1.3.1種子萌發(fā)指標(biāo)測定 玉米種子發(fā)芽統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參照王志科的方法進(jìn)行。種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、抗鹽指數(shù)和相對鹽害率計(jì)算參考任艷芳等的方法進(jìn)行。

1.3.2生長指標(biāo)測定 每皿隨機(jī)抽取玉米苗15株，用直尺和細(xì)線測量芽長與根長，取平均值（cm）；電子天平稱量芽鮮重和根鮮重，取平均值（mg）。

1.3.3抗氧化酶活性及可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量測定 參考任艷芳等的方法測定玉米幼苗過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性及可溶性糖、脯氨酸和丙二醛（MDA）含量。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 26.0軟件進(jìn)行方差分析，用Duncan’s法進(jìn)行多重比較和差異顯著性檢驗(yàn)（α=0.05）。表中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2結(jié)果與分析

2.1 SNP浸種對NaCl脅迫下玉米種子萌發(fā)的影響

如表1所示，與CK相比，NaCl脅迫處理下玉米種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)均顯著降低（Plt;0.05），降幅分別為61.33%、68.84%、66.65%、37.37%，表明鹽脅迫抑制玉米種子萌發(fā)。低濃度（0.1、0.2、0.5mmol/L）SNP浸種處理玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、活力指數(shù)均顯著高于NaCl處理，其中0.2 mmol/L SNP浸種處理的促進(jìn)效果最佳，增幅分別為86.63%、85.69%、95.17%。表明適宜濃度SNP浸種對鹽脅迫下玉米種子萌發(fā)有顯著促進(jìn)作用。

2.2 SNP浸種對NaCl脅迫下玉米幼苗生長的影響

由表2可知，與CK相比，NaCl脅迫處理顯著抑制玉米幼苗根和芽的生長，根長、芽長分別僅為CK的53.25%、53.92%。與NaCl處理相比，0.1、0.2、0.5、1.0 mmol/L SNP處理均顯著減輕NaCl對玉米幼苗生長的抑制，其中0.2 mmol/L SNP處理效果最好，根長、芽長分別較NaCl處理高出74.39%、74.05%，而2.0 mmol/L SNP處理幼苗根長和芽長與NaCl處理相比差異不顯著。

與CK相比，NaCl脅迫處理顯著降低玉米幼苗根鮮重和芽鮮重，分別僅為對照的49.38%和45.42%。與NaCl處理相比，0.1、0.2、0.5、1.0mmol/L SNP處理均顯著增加玉米幼苗根鮮重和芽鮮重，其中0.2 mmol/L SNP處理增幅最大，分別較NaCl處理增加86.08%和90.70%，而2.0mmol/L SNP處理的根鮮重和芽鮮重與NaCl處理相比差異不顯著。

2.3 SNP浸種對NaCl脅迫下玉米抗鹽指數(shù)和相對鹽害率的影響

如表3所示，NaCl脅迫處理下玉米種子的抗鹽指數(shù)僅為14.56。與NaCl處理相比，0.1、0.2、0.5、1.0 mmol/L SNP處理下，隨著SNP濃度升高，抗鹽指數(shù)呈先升后降變化，但都高于NaCl處理。其中，0.2mmol/L SNP處理玉米種子的抗鹽指數(shù)最高，是NaCl處理的5.12倍。表明適宜濃度SNP浸種能有效提高玉米種子的耐鹽性。

NaCl脅迫處理下玉米幼苗的相對鹽害率達(dá)56.49%。0.1、0.2、0.5、1.0mmol/L SNP處理不同程度地降低了NaCl脅迫下玉米幼苗的相對鹽害率，且0.2 mmol/L SNP處理降幅最大，僅為NaCl處理的12.64%。表明適宜濃度的SNP浸種能明顯減輕鹽脅迫對玉米幼苗的傷害。

2.4 SNP浸種對NaCl脅迫下玉米幼苗抗氧化酶活性的影響

如表4所示，與CK相比，NaCl脅迫處理顯著抑制玉米幼苗根、芽的CAT活性。與NaCl處理相比，0.1、0.2、0.5 mmol/L SNP處理顯著提高玉米幼苗根、芽的CAT活性，其中0.2 mmol/L SNP處理增幅最大，分別較NaCl處理提高66.49%、94.46%。

與CK相比，NaCl脅迫處理玉米幼苗根、芽的SOD、POD活性均顯著提高。與NaCl處理相比，0.1、0.2、0.5mmol/L SNP處理進(jìn)一步顯著提高玉米苗根、芽的SOD、POD活性，其中0.2 mmol/LSNP處理增幅最高，分別較NaCl處理提高46.68%、44.24%和85.57%、86.42%。

2.5 SNP浸種對NaCl脅迫下玉米幼苗中可溶性糖、脯氨酸和MDA含量的影響

如表5所示，與CK相比，NaCl處理玉米幼苗根、芽的可溶性糖和脯氨酸含量均顯著增加，增幅分別為37.07%、32.20%和19. 30%、17.51%。與NaCl處理相比，0.1、0.2、0.5 mmol/L SNP處理進(jìn)一步顯著提高玉米苗根、芽中的可溶性糖和脯氨酸含量，其中0.2mmol/L SNP處理的效果最佳，分別較NaCl處理增加76.16%、43.33%和63.53%、60.34%。但2.0mmol/L SNP處理反而起抑制作用，表明SNP處理濃度不宜過大。

與CK相比，NaCl脅迫處理玉米幼苗根、芽的MDA含量均顯著增加（Plt;0.05）。與NaCl處理相比，不同濃度SNP浸種處理均降低玉米幼苗根、芽MDA含量，其中以0.2mmol/L SNP處理的降低效果最佳，分別較NaCl處理顯著降低46.15%、44.88%。

3討論

種子萌發(fā)和幼苗生長階段是對鹽脅迫最敏感的時(shí)期。土壤鹽堿化會使植物受到滲透脅迫、離子脅迫和氧化脅迫等損傷，從而使細(xì)胞膜破壞、代謝紊亂、光合作用相關(guān)酶失活、根系失水，植物生長受到抑制。已有研究表明，鹽脅迫顯著降低向日葵、油菜和草地早熟禾種子的發(fā)芽率，抑制其幼苗生長。本研究結(jié)果表明，NaCl脅迫顯著降低玉米種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、活力指數(shù)和發(fā)芽指數(shù)，抑制幼苗根長、芽長和植株鮮重增長，這與上述研究結(jié)果相一致。

SNP是一種重要的植物信號分子，在非生物脅迫中起著重要作用。已有研究表明，外源SNP通過提高葉綠素和可溶性蛋白含量，降低丙二醛含量和相對電導(dǎo)率來緩解NaCl脅迫對桑樹種子及幼苗的傷害。外源SNP通過提高抗氧化酶活性來緩解干旱脅迫對金花葵種子及幼苗的傷害。外源SNP通過提高抗氧化酶活性和光合色素含量來緩解重金屬鉛脅迫對蘿卜種子及幼苗的毒害。本研究結(jié)果表明，不同濃度SNP浸種對100 mmol/L NaCl脅迫下玉米種子萌發(fā)和幼苗生長的影響具有兩面性，即低濃度（0.1、0.2、0.5 mmol/L） SNP能緩解鹽脅迫對玉米種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制，其中0.2mmol/L的促進(jìn)效果最佳；而高濃度（2.0mmol/L） SNP反而在一定程度上增強(qiáng)鹽的毒害作用。這和外源SNP調(diào)控NaCl脅迫下蒺藜苜蓿種子萌發(fā)的研究結(jié)果相一致。

植物在鹽脅迫下會引起氧化脅迫，造成植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧（ROS），使細(xì)胞膜系統(tǒng)受到傷害。正常情況下，ROS的產(chǎn)生與清除處于動(dòng)態(tài)平衡。逆境條件下，植物主要通過抗氧化酶系統(tǒng)和非抗氧化酶系統(tǒng)來清除過多的ROS。本研究結(jié)果表明，NaCl脅迫顯著抑制玉米幼苗CAT活性，顯著提高SOD、POD活性和MDA含量。表明NaCl脅迫通過干擾植物體內(nèi)的抗氧化酶活性，間接使ROS大量產(chǎn)生，從而造成膜脂過氧化。丙二醛含量可反映細(xì)胞的膜脂過氧化程度。本研究發(fā)現(xiàn)，適宜濃度SNP浸種處理進(jìn)一步顯著提高玉米幼苗CAT、SOD和POD活性，降低MDA含量。表明外源SNP通過激活抗氧化酶系統(tǒng)來抵抗過多ROS產(chǎn)生造成的損傷，這可能是因?yàn)镾NP作為信號分子能夠調(diào)控玉米體內(nèi)抗氧化酶基因的表達(dá)。

逆境脅迫下，植物通過積累可溶性糖、脯氨酸來調(diào)節(jié)滲透平衡。茹剛等研究表明，施加200μmol/L SNP溶液可明顯提高伏毛鐵棒錘幼苗可溶性糖和脯氨酸含量，進(jìn)而減輕冷害對其造成的損傷。王旺田等研究表明，0.1mmol/L SNP通過提高可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白含量，顯著減輕鹽脅迫對高粱種子萌發(fā)造成的傷害。本研究結(jié)果表明，NaCl脅迫處理使玉米幼苗根和芽中可溶性糖和脯氨酸含量均顯著增加，表明這兩種物質(zhì)參與了鹽脅迫下玉米幼苗的滲透調(diào)節(jié)：適宜濃度SNP浸種處理進(jìn)一步顯著提高玉米幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，進(jìn)而提高玉米幼苗的抗鹽性。

4結(jié)論

綜上可知，100mmol/L NaCl脅迫顯著抑制玉米種子萌發(fā)和幼苗的生長，而適宜濃度的外源SNP浸種能顯著促進(jìn)玉米種子萌發(fā)和幼苗生長，提高幼苗抗氧化酶（SOD、CAT和POD）活性和可溶性糖、脯氨酸含量，降低MDA含量，使玉米種子能更好地適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境，尤以0.2 mmol/LSNP處理效果更佳。該結(jié)論可為生產(chǎn)中玉米種子萌發(fā)和幼苗生長抗鹽性提升提供理論和數(shù)據(jù)支持。