外源NO对盐胁迫下雪里蕻种子萌发及抗氧化酶的影响

曾长立,伍晓明

（1.江汉大学生命科学学院,武汉430056;2.中国农科院油料作物研究所,武汉替换为 430078）

外源NO对盐胁迫下雪里蕻种子萌发及抗氧化酶的影响

曾长立1,2＊,伍晓明2

（1.江汉大学生命科学学院,武汉430056;2.中国农科院油料作物研究所,武汉替换为 430078）

研究了不同浓度的NO供体硝普钠（SNP）对盐胁迫下雪里蕻种子萌发及抗氧化酶的影响.结果表明,不同浓度的SNP对雪里蕻种子萌发影响差异显著.SNP浓度为0.1～0.2 mmo/L时能明显促进雪里蕻种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数,显著提高下胚轴及子叶中超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性,而低于或高于此浓度各指标则显著下降.

SNP;雪里蕻;种子萌发生理;抗氧化酶

据联合国教科文组织和粮农组织不完全统计,世界盐碱地面积为9.543 8亿hm2,约占可耕地面积的10%,其中我国为9 913万hm2,约占全国可耕地面积的25%,而约80%左右的盐碱地未得到有效治理与合理开发利用,有着巨大的发展潜力[1].盐渍土在我国具有分布广、类型多、对农业生产影响较大等特点,是我国一种典型的低产土壤,同时又是我国北方地区的一种重要土壤资源.因此,如何进行盐渍土的生物治理和综合开发,提高作物耐盐性是未来农业发展的重大课题[2-3].雪里蕻（B rassica juncea（L.）Czern.et Coss.var.Crispifolia Bailey）属于十字花科芸薹属芥菜种,是分蘖芥的一个变种,别名雪菜、春不老、霜不老等.雪里蕻叶质脆嫩,风味鲜美,营养丰富,既可鲜食也可腌制,含有丰富的维生素,具有滋阴开胃,化痰利膈等功效,同时也是我国一种重要的叶菜类蔬菜[4].尽管目前在雪里蕻栽培方面有很多研究报道[5-6],但对于其耐盐生理及采用化学诱抗剂增加其耐盐能力的研究非常缺乏[7].在植物中,NO是作为一种广泛的胞内与胞间专递的信号分子,在抵抗病菌、气孔开闭、种子萌发、根发育、叶发育、花发育和凋亡、延缓果实、蔬菜和切花的衰老等方面扮演了重要的角色,从而近来成为研究的热点而受到广泛关注[8].本试验以NaCl作为盐胁迫因子,以外源SNP作为NO的供体进行发芽试验,重点探讨外源NO在降低雪里蕻种子萌发期的盐害效应,从而为充分利用盐碱地种植雪里蕻,培养健壮幼苗并提高其耐盐性等方面提供依据.

1 材料与方法

1.1 实验材料与处理

选取籽粒饱满及大小一致的雪里蕻种子,经0.1%HgCl2消毒10 min,漂洗干净后,在垫有2层滤纸的培养皿内进行常规发芽实验,每皿放置50粒种子.分别用含150 mmol/L NaCl的 Hoagland 营养液配制 0.05、0.1、0.2、0.3、0.5 mmol/L SNP溶液进行浇灌,另以含150 mmol/L NaCl的Hoagland营养液为对照（表1）,置于25℃的恒温培养箱中进行培养.每天更换浇灌液.设置5个重复,培养第7天时取10粒萌发种子测定其根活力、下胚轴及子叶中的SOD与POD活性.

1.2 指标测定方法

种子发芽势 （%）以3 d后所有萌发的种子数占总数的百分比进行计算;种子发芽率 （%）则以7 d后所有萌发的种子数占总数的百分比进行统计.发芽指数 （GI）=∑Gt/Dt,公式中 Gt为在t日的发芽数,Dt为发芽天数;活力指数 （VI）=GI×W,公式中的 GI为发芽指数,W为幼苗单株平均重量 （g）;根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法进行测定[9];SOD活性测定采用NBT光还原法[10];POD活性测定采用愈创木酚比色法[11].

表1 盐胁迫下不同浓度SNP处理设计方案Tab.1 The desighs of diffevent concentrations of SNP under salt stress

1.3 数据分析

将获得的数据用DPS软件进行统计与处理,显著性比较分析采用Duncan's多重比较法进行.

2 结果与分析

2.1 不同浓度SNP对雪里蕻种子萌发的影响

从图1可知,盐胁迫下雪里蕻种子的发芽率、发芽势、发芽指数与活力指数均呈现出随SNP浓度升高而先升高、后降低趋势.雪里蕻种子在盐胁迫下其发芽率只有51.4%,严重抑制了种子的萌发.当SNP浓度为0.1～0.2 mmol/L时,发芽率、发芽势、发芽指数与活力指数均明显高于CK.同时,显著性差异比较分析表明,该浓度处理与其它处理相比差异均达到显著水平.SNP对种子发芽率与发芽势的影响基本相同,说明SNP减轻盐胁迫的抑制作用并没有随着时间的延长而降低.值得注意的是,当SNP浓度为超过0.2 mmol/L时,其减轻效应显著降低.如0.2 mmol/L和0.5 mmol/L SNP的处理其发芽率、发芽势、发芽指数与种子活力指数与对照相比差异并不显著.在种子活力指数上,0.1 mmol/LSNP处理与0.2 mmol/LSNP处理间差异达到显著水平,表明前者浓度在减轻盐胁迫对种子活力影响上效果更突出.总之,在盐胁迫下,通过使用合理浓度的化学诱抗剂SNP可以显著减轻其抑制作用.

2.2 不同浓度SNP对雪里蕻根系活力的影响

根系活力是反映作物根系生长发育状况的一个重要指标.从图2可以看出,雪里蕻根系活力在盐胁迫下随SNP浓度增加而逐步上升,当SNP浓度为0.1mmol/L时,根系活力达到最大,超过该浓度,根系活力则呈下降趋势.显著性分析说明不同浓度SNP处理间差异均达到了显著水平.与CK相比,0.05 mmol/L～0.2mmol/LSNP处理的雪里蕻根系活力都要高,但是当 SNP浓度超过0.2mmol/L时,其根系活力显著降低.该结果与上面SNP对种子活力指数的影响基本一致.这充分表明过高浓度的SNP不仅不能缓解盐胁迫对雪里蕻根系生长发育的危害,反而加重了盐伤害.

图1 不同浓度SNP处理对盐胁迫下雪里蕻种子萌发的影响Fig.1 The effect of different concentrations of SNP on seed germination in potherb mustard.

图2 不同浓度的SNP对雪里蕻根系活力的影响Fig.2 The effect of different concentrations of SNP on root vigor in potherb mustard

2.3 不同浓度SNP对雪里蕻种子抗氧化酶活性的影响

盐胁迫下不同浓度SNP对雪里蕻种子抗氧化酶活性的影响见图3.从图中可得知,使用SNP可以显著提高雪里蕻种子下胚轴及子叶中SOD与POD活性.CK的SOD与POD活性显著低于不同浓度的 SNP处理,其中,0.1～0.2 mmol/L SNP处理的SOD与POD活性较高.但是当SNP浓度进一步提高时,SOD与POD活性变化表现出明显的差异.如对于SOD活性变化而言,处理2与3之间、处理3与4之间差异并不显著,但这些处理与处理5之间比较则差异显著;而对于POD而言,处理 2、3与处理 4、5之间差异达到显著水平,但4、5之间差异不显著（图3）.这充分说明,在盐胁迫下,SOD对SNP处理的响应比POD更敏感.

图3 不同浓度的SNP对雪里蕻种子细胞保护酶活性的影响Fig.3 The effect of different concentrations of SNP on the activity of cell protective enzyme in potherb mustard seed

3 讨论

NO作为植物的一种关键信号分子广泛存在于植物组织中,不仅能促进种子萌发和植物生长发育,而且在逆境胁迫中通过其信号转导与活性氧清除作用而减轻胁迫因子对植物的危害方面扮演了重要角色[12-13].盐胁迫作为我国一种重要的农业生产限制因子,严重影响了作物的生长发育,在对种子萌发的影响上主要是延迟出苗时间,降低发芽率[14].近年来,众多学者开展了NO在作物盐胁迫上的研究,得出NO提高植物耐盐性的机理主要表现:NO能够提高植株的抗氧化能力[15]以及调节植物体内离子平衡,尤其是关键信使Ca2+缓解盐胁迫对细胞中离子稳态的破坏与代谢紊乱等[16].尽管目前已有许多文献报道了外源NO对在正常条件下对植物种子萌发的影响[17-18],但是却极少有人研究逆境胁迫下外源NO对种子萌发的生理生化效应[19-20].因此,本文开展了NO缓解盐胁迫对雪里蕻种子萌发期的影响效应研究.结果表明,外源NO能显著提高盐胁迫下雪里蕻种子的发芽率、发芽势、发芽指数与活力指数,增加根系活力,显著提高种子下胚轴及子叶中SOD与POD活性.该结果与汤绍虎等人（2007）在渗透胁迫下研究外源NO对黄瓜种子萌发的报道基本一致[19].值得一提的是,NO对植物生长发育的影响具有双重性,表现为当 NO浓度较低时,对植物细胞具有保护作用[21],而NO浓度较高时,则可能具有毒害作用[22].本实验也验证了该结果,如当NO供体SNP的浓度为0.1～0.2 mmol/L时,雪里蕻种子的发芽率、发芽势、发芽指数与活力指数均明显高于CK.但是当 SNP浓度为超过0.2 mmol/L时,上述各项指标显著降低（图1）.另外,在根系活力（图2）、抗氧化酶 SOD与 POD（图3）上,也存在类似的规律.盐害对植物所造成的多方面损伤的结果是产生大量具有氧化伤害的活性氧（ROS）,进而对盐胁迫下植物生长和发育造成次生氧化危机[23],而SOD、POD、过氧化氢酶（CA T）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）等则是植物细胞中重要的活性氧清除酶[24].本实验中,外源NO能显著提高雪里蕻种子中SOD、POD活性,从而能快速清除种子萌发过程中由于NaCl胁迫所产生的O2和 H2O2等活性氧,减轻其对种子细胞的危害,从而降低盐胁迫对种子萌发的抑制作用,明显提高种子发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数.

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Abstract:In this paper,effects of different concentrations of SNP（as a NO donor）on seed germination and anti-Oxidation System of Potherb Mustard were studied.The results indicated that there was significant difference among different concentrations of SNP.0.1～0.2 mmol/L of SNP could markedly promote seed germination viability and seed germination percentage,seed germination index,and seed activity index,and significantly enhance superoxide dismutase（SOD）and peroxidase（POD）activity of seed hypocotyl and cotyledon.However,all indexes of lower or higher concentrations than 0.1～0.2 mmol/L of SNP showed markedly decrease trends.

Key words:Sodium nitroprussiate;Potherb Mustard;seed germination physiology;anti-Oxidation Enzyme

The effect of exogenous nitric oxide on seed germination and anti-oxidation enzyme ofPotherb Mustardunder salt stress

ZEN G Changli1,2,WU Xiaoming2
（1.School of Life Sciences,Jianghan University,Wuhan 430056;2.Instituet of Oil Crop Research,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Wuhan 430078）

Q945

A

1000-1190（2010）04-0644-04

2010-05-10.

湖北省自然科学基金项目（2008CDB087）;中国博士后科学基金项目（20100470417）.

＊E-mail:Zeng changLi 6111@Tom.com.