外源NO对NaCl胁迫下扁蓿豆种子萌发和幼苗生长的影响

鱼小军，徐长林，景媛媛，陈陆军，杨海磊，张建文，牛鑫斌

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃 兰州 730070)

土壤盐渍化是影响农业生产和生态环境的全球性问题[1]，全世界约有9.5×108hm2的盐渍土，在中国每6.7×107hm2耕地中就有10%的盐渍化土壤[2]。土壤中高浓度的盐会导致植物体内离子紊乱、造成高渗透胁迫，导致植物生长减缓，直接影响到植物的产量[3]。盐害已成为制约牧草生产的主要逆境因素之一，提高牧草耐盐性是克服土壤盐渍化的一条重要途径[4]。一氧化氮(NO)是广泛分布于生物体的一类气体生物活性分子，属于活性氧范畴，通过酶促和非酶促途径产生，具有毒害和保护生物细胞的双重性[5]。NO在植物体内广泛存在，通过一氧化氮合酶(NOS)和硝酸还原酶(NR)合成，并与植物的抗病和对各种胁迫的应答，以及细胞编程性死亡有关[6,7]。已有研究表明，NO广泛存在于植物组织中，并参与种子萌发、植株生长及对各种逆境胁迫的应答等过程[8]，能明显减缓盐胁迫对玉米(Zeamays)[5，9]、黑麦草(Loliumperenne)[10]、沙葱(Alliummongolicum)[11]、柳枝稷(Panicumvirgatum)[12]、紫花苜蓿(Medicagosativa)[13]等种子萌发和幼苗生长的伤害。

扁蓿豆(Medicagoruthenica)又名花苜蓿、野苜蓿，属豆科苜蓿属植物，广泛分布于我国甘肃、青海、新疆、内蒙古、山西、河北、辽宁、吉林及黑龙江等地，是一种生态适应性广、抗旱抗寒、耐贫瘠、营养价值较高的优良野生豆科牧草[14-16]。扁蓿豆可以与羊草(Leymuschinensis)等禾本科牧草建立混播栽培草地，在改良草地、建立人工草地、防治水土流失等方面具有重要意义，尤其在寒冷半干旱、土壤贫瘠区引种具有特殊意义[16]。目前，对扁蓿豆的研究集中于分布、形态、生物学特性以及引种选育等方面[16-20]，对于施加外源NO来缓解盐碱对扁蓿豆种子的萌发和幼苗生长的伤害报道较少。为此，研究以150 mmol/L NaCl作为盐胁迫条件，研究了不同浓度的外源NO对扁蓿豆种子萌发和幼苗生长的影响，探讨提高扁蓿豆种子萌发期耐盐性的途径，以期为扁蓿豆的栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

试验于2013年3～5月在甘肃农业大学草业学院实验室进行，供试扁蓿豆种子为自选8号新品系。

1.2 研究方法

试验设置7个处理，S0(0% SNP+0 mmol/L NaCl)、S1(0% SNP+150 mmol/L NaCl)、S2(0.01% SNP+150 mmol/L NaCl)、S3(0.05% SNP+150 mmol/L NaCl)、S4( 0.1% SNP + 150 mmol/L NaCl)、S5(0.5% SNP+150 mmol/ L NaCl)和S6(SNP 1.0%+150 mmol/ L NaCl)。

选取饱满均匀一致的扁蓿豆种子，用砂纸打磨，以种皮出现纹痕为好。然后吸取配置好的溶液10 mL导入铺有滤纸的培养皿，后将处理好的扁蓿豆种子置入培养皿，每皿50粒，重复3次。为保证处理浓度稳定，每隔2 d更换1次处理液。每天观察发芽情况，处理第8 d取样测定芽长和根长，每皿随机测定10株。

发芽率(GP)=100×GN/SN

发芽指数(GI)=∑ (Gt/Dt)[21，22]

活力指数(VI)=GI×S[21，22]

式中：GN为总的种子发芽数，SN为供试种子总数；Gt为在t日的发芽数，Dt为相应的发芽天数；S为幼苗长度。

1.3 数据处理

所有数据用平均值±标准误差表示，采用SPSS 16.0软件进行统计分析，采用Microsoft Excel 2003软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫下NO对扁蓿豆种子发芽率的影响

单独盐胁迫(S1)显著抑制了扁蓿豆种子的发芽率(P<0.05)(图1A)。在盐胁迫下，处理S3(0.05%SNP+150 mmol/L NaCl)处理后扁蓿豆种子发芽率为86%，显著高于S1(46%)、S2(0.01%SNP+150 mmol/L NaCl)(28%)、S4(0.10%SNP+150 mmol/L NaCl)(52%)、S5(0.50%SNP+150 mmol/L NaCl)(27%)和S6(1.00%SNP+150 mmol/L NaCl)(35%)处理(P<0.05)，但和S0(83%)(0%SNP +0 mmol/L NaCl)处理下的发芽率无差异显著(P>0.05)。

150 mmol/L的NCl溶液的盐胁迫(S1)处理显著抑制了发芽速率，降低了扁蓿豆种子的发芽指数(P<0.05)(图1B)。S2(0.01%SNP+150 mmol/L NaCl)、S3(0.05%SNP+150 mmol/L NaCl)、S4(0.10%SNP+150 mmol/L NaCl)、S5(0.50%SNP+150 mmol/L NaCl)和S6(1.00%SNP+150 mmol/L NaCl)处理中，S3处理下的发芽指数最高为24，显著高于S1(6)处理和其他处理；其他处理均未能显著提高扁蓿豆种子的发芽指数(P>0.05)。

图1 外源NO对盐胁迫下扁蓿豆种子发芽率(A)和发芽指数(B)的影响Fig.1 The effect of NO on the germination percentage (A) and germination index (B) of Medicago ruthenica seeds under NaCl stress注：不同小写字母表示5%水平差异显著，下图同

图2 外源NO对盐胁迫下扁蓿豆幼苗芽长和根长的影响Fig.2 The effect of NO on the plumule (A) aNd radicle (B) length of Medicago ruthenica seedling under NaCl stress

S1处理显著抑制了扁蓿豆种子的发芽指数，降低了发芽速率(P<0.05)(图1B)。S2、S3、S4、S5和S6处理中，仅有S3处理显著增加了扁蓿豆种子的发芽指数(P<0.05)，其他处理均未能显著提高扁蓿豆种子的发芽指数(P>0.05)。

2.2 NaCl胁迫下NO对扁蓿豆幼苗生长的影响

单独盐胁迫(S1)显著抑制了扁蓿豆种苗幼芽的生长(P<0.05)(图2A)。S2、S3、S4、S5和S6处理中，仅有S3处理显著促进了扁蓿豆种苗幼芽的生长(P<0.05)，其他处理均未能显著提高扁蓿豆种苗幼芽的生长(P>0.05)。在盐胁迫下，S3处理下扁蓿豆幼芽长度长于S0处理，两者皆显著高于其他处理(P<0.05)。

单独盐胁迫(S1)显著抑制了扁蓿豆种苗幼根的生长(P<0.05)(图2b)。S2、S3、S4、S5和S6处理中，仅有S3处理显著促进了扁蓿豆种苗幼根的生长(P<0.05)，其他处理均未能显著提高扁蓿豆种苗幼根的生长(P>0.05)。S3处理下扁蓿豆幼根长度长于S0处理，两者皆显著高于其他处理(P<0.05)。

2.3 NaCl胁迫下NO对扁蓿豆种苗活力指数的影响

单独盐胁迫(S1)显著抑制了扁蓿豆种苗活力指数(P<0.05)。S3处理显著促进了扁蓿豆种苗的活力指数(P<0.05)，其他处理均未能提高扁蓿豆种苗活力指数(P>0.05)(图3)。

图3 外源NO对盐胁迫下扁蓿豆种子活力指数的影响Fig.1 The effect of NO on the vigor index of Medicago ruthenica seeds under NaCl stress

3 讨论与结论

盐胁迫会降低种子的发芽率，发指数和幼苗的生长[23]。NO是在植物体内广泛存在的一类气体生物活性分子，可以减少非生物胁迫下植物体内活性氧(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[24]。有研究表明，外源NO供体硝普钠能显著促进渗透胁迫下小麦种子的萌发[25]，可以提高水稻幼苗的耐盐性、提高盐分胁迫下玉米幼苗的干物重积累速率[26，27]。盐胁迫对种子影响机理主要有2个方面，一是渗透作用，植物细胞内渗透势大于细胞外渗透势，细胞失水致使植物缺水形成生理干旱，二是离子毒害作用，Na+等离子渗入细胞后使原生质凝集和叶绿素被破坏，蛋白质合成受到抑制，产生丁二胺、戊二胺等[28，29]。已有研究已经发现，NO提高植物耐盐性的机理一方面与其能提高植株的抗氧化能力有关，另一方面也与其能调节植物离子平衡相关[30-33]。试验结果表明，外源NO在一定程度上缓解了盐胁迫对扁蓿豆幼苗的发芽率、芽长和根长的影响，但存在浓度效应，适宜浓度(0.5 mmol/L)的NO处理才表现出对盐胁迫的缓解效应；另外，NO具有毒害和保护生物细胞的双重性[5]，因此，过低和过高浓度的NO无缓解效应。

外源 NO供体SNP对盐胁迫下种子萌发和幼苗生长的调节作用可能还需要葡萄糖和果糖信号的参与[29]，种植于土壤的种子，包括温度、水分及土壤理化和酶学性质都对其萌发产生重要影响[23]。因此，扁蓿豆种子萌发期耐盐能力的调控及机理还有待于进一步研究。

外源NO对NaCl胁迫下扁蓿豆种子的萌发和幼苗的生长缓解具有剂量效应，以0.05 mmol/L的NO处理效果最好，显著提高了扁蓿豆种子的发芽率、发芽指数、芽长、根长和活力指数。

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