外源一氧化氮对铬胁迫下小麦幼苗根系生长和抗氧化能力的影响

马引利， 佘小平

（1陕西师范大学 生命科学学院，陕西 西安710062；2山西师范大学 生命科学学院，山西 临汾041004）

重金属污染目前已成为突出的环境问题之一．重金属铬是环境污染中的五毒之一［1］，是一种毒性较大的致畸、致突变剂［2］．铬的化合价有二价、三价和六价，引起环境铬污染主要是毒性较大、易溶于水的六价化合物（铬酸根离子）．现有的研究表明，作物受铬污染后会严重阻碍幼苗的发育，降低产量，严重时导致植株死亡．

一氧化氮（NO）是植物生长和发育的调节分子［3］，对植物体具有保护和毒害两种效应．作为信号分子，NO在植物抗逆性中的作用越来越受到重视．研究表明，NO能够对生物和非生物的逆境作出反应，可以缓解由干旱胁迫［4］、热激［5］、盐胁迫［6］等［7］对植物造成的伤害．但NO对于Cr6＋胁迫下小麦幼苗根系生理特性的研究未见报道，本文研究外源NO对Cr6＋胁迫下小麦幼苗根系生长、丙二醛含量、保护酶（SOD，POD和CAT）活性和可溶性糖含量的影响，以探明NO对提高小麦耐重金属的作用，为阐明NO提高植物耐重金属性的机理提供理论基础．

1 材料和方法

1．1 材料培养

将小麦临远93－4736（Triticum aestivumL．）种子用0．1%HgCl2消毒后，于25℃培养箱中暗发芽（培养皿中铺两层滤纸），选择芽长基本一致的种子，用1／2Hoagland营养液置光照培养箱水培，温度（25±2）℃，光周期12h，光强300μmol／（m2·s），湿度60%．

1．2 处理方式

1．2．1 Cr6＋浓度的筛选 当小麦幼苗长至两叶一心时，用10、20、40、80和100mg／L Cr6＋进行处理，Cr6＋以1／2Hoagland营养液配制，并以不含Cr6＋的1／2Hoagland营养液作为对照，每天更换一次处理液．7d后测量小麦的株高、根数、根长．用SPSS软件分析，筛选出40mg／L Cr6＋为试验浓度．

1．2．2 Cr6＋和硝普钠复合处理 NO供体硝普钠（sodium nitroprusside，SNP）购自Sigma公司，现用现配．当幼苗长至两叶一心时，用含40mg／L Cr6＋的1／2Hoagland营养液进行处理，同时在溶液中加入不同浓度SNP，设7种试验处理，分别为：1／2Hoagland（T0）；1／2Hoagland＋40mg／LCr6＋（T1）；1／2Hoagland＋40mg／LCr6＋＋0．1mmol／LSNP（T2）；1／2Hoagland＋40mg／LCr6＋＋0．2 mmol／LSNP（T3）；1／2Hoagland＋40mg／LCr6＋＋0．4mmol／LSNP（T4）；1／2Hoagland＋40mg／LCr6＋＋0．8mmol／LSNP（T5）；1／2Hoagland＋40 mg／LCr6＋＋1．0mmol／LSNP（T6）．每天更换一次处理液．每个处理20株幼苗，3次重复，处理7d后进行各项指标的测定．

1．3 生长指标测定

处理7d后测量各处理的根长，根系的鲜重和干重．

1．4 生理指标测定及方法

丙二醛（MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸法［8］，以μmol／g FW表示MDA含量；超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定按陈贻竹等［9］的方法，以每分钟抑制氮蓝四唑（NBT）光还原50%为一个酶活力单位（U），酶的活性以U／（gFW·min）表示；过氧化物酶（POD）活性的测定采用愈创木酚法［9］，过氧化氢酶（CAT）活性的测定采用Cakmak等［10］的方法，POD和CAT活性均以每分钟减少0．01个A值所需的酶量为一个活性单位（U），酶活性以U／（gFW·min）表示；可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法［13］，以μmol／gFW表示可溶性糖含量．

2 结果

2．1 外源NO对Cr6＋胁迫下小麦幼苗根系生长的影响

如表1所示，40mg／LCr6＋单独处理时（T1），小麦幼苗根长，根系鲜、干重均显著低于未经Cr6＋胁迫处理的（T0），分别下降了38．32%、53．39%和62．50%．与T1相比，0．1～0．4mmol／LSNP处理均使幼苗在Cr6＋胁迫下的根长，根系鲜、干重显著增加，不同浓度SNP处理对小麦幼苗根系生物量积累的影响存在差异，其中以0．2mmol／LSNP处理（T3）效果最好，根长，根系鲜、干重分别提高了51．11%、99．64%和141．67%；SNP浓度高于1．0 mmol／L后，根系生长及生物量积累呈下降趋势．

表1 外源NO对Cr6＋胁迫下小麦幼苗根系生长的影响＊Tab．1 Effects of exogenous nitric oxide on the growth of wheat seedling roots under Cr6＋stress

2．2 外源NO对Cr6＋胁迫下小麦幼苗根系MDA含量的影响

图1结果显示，40mg／LCr6＋单独处理时（T1），小麦幼苗根系MDA含量显著高于未经Cr6＋胁迫处理的（T0），提高了110．77%．与T1相比，0．1～0．2mmol／L SNP处理均使幼苗在Cr6＋胁迫下根系MDA含量显著降低，0．1和0．2mmol／LSNP使MDA含量分别降低了40．46%和49．87%，其中以0．2mmol／L处理（T3）效果最好．SNP浓度高于0．4mmol／L后，根系MDA含量呈上升趋势，但均低于T1处理的．

图1 外源NO对Cr6＋胁迫下小麦幼苗根系丙二醛含量的影响Fig．1 Effects of exogenous nitric oxide on the MDA contents in wheat seedling roots under Cr6＋stress

2．3 外源NO对Cr6＋胁迫下小麦幼苗根系保护酶活性的影响

由图2可知，SNP处理对小麦幼苗根系SOD、POD和CAT的活性具有显著影响，随着SNP浓度的增加，3种酶活性均呈先升高后下降的趋势；表明SNP对小麦幼苗根系上述3种酶活性的影响具有剂量效应，低浓度促进酶活性，高浓度抑制酶活性．

图2结果显示，40mg／LCr6＋单独处理时（T1），小麦幼苗根系SOD和CAT的活性明显高于未经Cr6＋胁迫处理的 （T0）．与T1相比，0．1～0．8 mmol／LSNP处理（T2—T5）均能显著提高SOD、POD和CAT的活性，其中以0．2mmol／LSNP处理（T3）的活性最高，比T1分别增加了102．25%，72．39%和54．94%．1．0mmol／L SNP处理（T6）与T1均不显著．

2．4 外源NO对Cr6＋胁迫下小麦幼苗根系可溶性糖含量的影响

图2 外源NO对Cr6＋胁迫下小麦幼苗根系保护酶活性的影响Fig．2 Effects of exogenous nitric oxide on the activities of protective enzymes（SOD，POD and CAT）in wheat seedling roots under Cr6＋stress

图3 外源NO对Cr6＋胁迫下小麦幼苗根系可溶性糖含量的影响Fig．3 Effects of exogenous nitric oxide on the solvable sugar content in wheat seedling roots under Cr6＋stress

图3结果显示，40mg／LCr6＋单独处理时（T1），小麦幼苗根系可溶性糖含量与未经Cr6＋胁迫处理的（T0）可溶性糖含量无显著差异．与T1相比，0．1～0．8mmol／LSNP处理均使幼苗在Cr6＋胁迫下根系可溶性糖含量显著升高，其中以0．2mmol／L处理（T3）效果最好，可溶性糖含量升高了101．36%．SNP浓度高于0．4mmol／L后，根系可溶性糖含量呈下降趋势，但均高于T1处理的．

3 讨论

NO具有信号分子的作用，可以减少非生物胁迫下植物体内ROS的积累，缓解各种胁迫造成的氧化损伤，从而增强植物的适应能力［3］．有关外源NO对重金属胁迫效应的研究很少［12］．张义凯等［12］的研究表明，外源NO可以通过改善Cu胁迫下番茄叶片光合特性，降低超微弱发光、荧光、磷光强度，维持矿质营养元素平衡，缓解Cu胁迫对番茄的抑制作用．本文研究了SNP对Cr6＋胁迫下小麦幼苗根系生理生化的影响．结果表明，SNP处理对Cr6＋胁迫下小麦幼苗具有明显的保护作用，包括促进植株根系生长、降低Cr6＋胁迫导致的幼苗根系MDA含量的上升，提高3种保护酶活性和可溶性糖含量（表1、图1、图2和图3）．

Cr6＋胁迫下小麦幼苗根系生长和生物量的积累受到明显抑制，外源NO供体SNP可以缓解浓度为40mg／L Cr6＋胁迫对幼苗根系生长的抑制作用（表1），其中0．2mmol／L SNP（T3）的缓解效果最好．

细胞中MDA含量的高低反映了细胞氧化损伤的程度．活性氧（ROS）水平的提高可以诱发脂质过氧化链式反应，从而导致细胞膜的完整性遭受破坏．Mata和Lamattina［4］报道了NO对干旱和盐胁迫引起的小麦幼苗的氧化胁迫具有缓解效应，并可能与NO同ROS或脂质过氧化自由基发生反应而中断氧化胁迫减轻细胞膜损伤有关．本研究表明，40mg／LCr6＋胁迫下小麦幼苗根系MDA含量较对照显著升高；0．2 mmol／LSNP处理（T3）可以不同程度地提高Cr6＋胁迫下幼苗根系SOD、POD和CAT活性，显著降低MDA水平，从而有效地缓解Cr6＋胁迫对小麦幼苗根系的氧化损伤作用（图1和图2）．

任何逆境都会引起渗透胁迫，所以渗透调节是植物减少伤害的一个重要特征［13］．一般认为，脯氨酸和可溶性糖是植物体内主要渗透调节物质．阮海华等［14］报道了外源NO供体提高了盐胁迫下小麦叶片中的脯氨酸含量，并认为NO通过调节脯氨酸的积累而缓解盐胁迫造成的氧化损伤；吴雪霞等［15］的研究表明，外源NO显著提高了番茄幼苗脯氨酸和可溶性糖含量，提高植物耐盐性．本研究结果表明，外源NO处理显著促进了Cr6＋胁迫下可溶性糖含量的积累（图3），说明外源NO可以提高重金属胁迫下小麦幼苗的渗透调节能力，提高耐重金属性．

4 结论

外源NO缓解小麦幼苗根系Cr6＋胁迫具有剂量效应，以0．2mmol／L SNP的效果最好，显著提高了小麦幼苗根生长，根系保护酶（SOD、POD和CAT）活性和可溶性糖含量，显著降低了MDA含量，从而增强植株的耐重金属性．

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