硝普钠浸种对干旱胁迫下玉米种子萌发及幼苗生长的影响

2017-02-15叶玉娟��叶龙华

江苏农业科学 2016年8期

叶玉娟��+叶龙华

摘要：以玉米种子为试验材料，用10%聚乙二醇6000（PEG-6000）模拟干旱胁迫，研究不同浓度的硝普钠（50、100、300、500、1000 μmol/L）浸种对玉米种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明：干旱胁迫下，玉米种子的发芽势、发芽指数及幼苗的根、茎长和鲜质量显著下降，过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性均降低，适宜浓度的硝普钠浸种，缓解了干旱胁迫对玉米种子萌发及幼苗生长的迫害，SOD、POD、CAT 活性均升高，MDA含量下降。通过对比几种不同SNP浓度，结果说明，500 μmol/L SNP对PEG模拟干旱胁迫下玉米种子萌发及幼苗的保护效应较为显著。

关键词：硝普钠；干旱胁迫；玉米种子；幼苗生长；生理特性

中图分类号： S513.01文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0135-04

干旱是世界上限制农作物产量的重要因素之一，世界各国每年由于干旱造成严重损失。我国是一个传统的农业大国，气象灾害对我国的农业影响较大，尤其是干旱的影响[1]。研究发现，聚乙二醇6000（ PEG-6000，以下简称PEG）是一种亲水性非常强的大分子聚合物，能够夺取水分对植物造成渗透胁迫，并在一定程度上阻塞植物系统的输导组织，利用PEG模拟渗透胁迫已成为植物抗旱性研究的重要手段[2-3]。

硝普钠（sodium nitroprusside，SNP）是一种常用的外源NO供体，能有效促进植物种子萌发，提高种子萌发率。前人研究表明，NO在植物中的某些功能与它对活性氧代谢水平的调节具有相关性，NO可作用于烟草中的过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）从而参与对活性氧的调节[4]。Cheng等研究发现，NO能通过提高SOD的活性和降低膜脂过氧化水平来减缓缺水造成的离体水稻幼苗叶片的衰老[5]。本试验以玉米种子为材料，采用PEG模拟干旱胁迫，探究在一定程度干旱胁迫下，SNP对玉米种子萌发和幼苗生长的影响，为SNP提高玉米种子及幼苗抗旱性提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

玉米种子，品种为福玉588。

1.2试验方法

1.2.1PEG浓度的筛选精选饱满度一致且无病虫伤害的玉米种子，温水浸种24 h，然后将种子均匀摆放在铺有3层滤纸的培养皿中，向每个培养皿加入适量PEG处理液。其中PEG浓度设为4个水平，分别为5%、10%、15%、20%，并以蒸馏水作为对照组，各浓度设置3个重复，每个重复30粒种子，置于25 ℃、湿度为70%的培养箱内催芽，并每天添加处理液（处理液的量以浸透滤纸并稍有剩余为准）。种子突破种皮1 mm为露白，当达到发芽标准（以芽突破种皮1 cm为发芽标准）开始每天记录种子的发芽数。当芽达到培养皿顶盖高度时揭开盖子，加入已灭菌的蛭石，蛭石的量以覆盖种子根部为好，防止种子根部露在空气中导致干旱缺水死亡，这时处理液的用量视情况适当添加。连续7 d记录发芽数目，计算发芽率，并测量各浓度处理下的种子芽长、根长。

1.2.2SNP浸种试验精选饱满度一致且无病虫伤害的玉米种子，均匀摆放在铺有3层滤纸的培养皿中，作以下处理：A0为蒸馏水对照；A1为经上述方法筛选的PEG处理液（10%PEG）；A2为10%PEG+50 μmol/L SNP；A3为10%PEG+100 μmol/L SNP；A4 为10%PEG+300 μmol/L SNP；A5为10%PEG+500 μmol/L SNP；A6为10%PEG+1 000 μmol/L SNP，不同浓度的SNP溶液浸种时间为24 h。各浓度设置4个重复，每个重复40粒种子，同样置于25 ℃、湿度为70%的培养箱内催芽，发芽前进行遮光处理，发芽后每天12 h光照，每天添加处理液（处理液的量以浸透滤纸并稍有剩余为准）。连续7 d记录发芽数目，计算发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数。发芽8 d时，随机选取18株幼苗测量芽长、根长（主根）及鲜质量，后置于80 ℃烘箱中48 h，烘干后称其干质量，并测定生理指标。

1.2.3种子萌发率及萌发指数测定种子发芽率=[发芽终期（规定日期内：以7 d发芽种子数计算）全部正常发芽粒数/供检种子粒数]×100%；

种子发芽势=[发芽初期（规定日期内：以3 d发芽种子数计算）正常发芽粒数/供检种子粒数]×100%；

发芽指数：GI =∑（Gt/Dt），式中Gt为t时间的发芽数，Dt为相应的发芽日数；

活力指数：VI= S×∑（Gt/Dt），S为一定时期内幼苗生长势[7 d单株幼苗平均鲜质量（FW）]表示。

1.2.4根芽生长指标测定

用直尺测量主根长、芽长，根条数，用电子天平称量鲜质量，烘干后称干质量。

1.2.5生理指标测定

过氧化氢酶（CAT）活性测定参照陈建勋等的方法[6]；超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用邻苯三酚自氧化法[6]；丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸（TBA）法[7]；过氧化物酶（POD）活性测定采用愈创木酚法[8]。

1.3數据处理

采用Excel 2003软件处理数据和绘图，采用SPSS 17.0方差分析软件进行统计分析。

2结果与分析

2.1干旱胁迫对玉米种子萌发的影响

由表1可知，蒸馏水处理时，玉米种子正常萌发生长，其发芽率达到100%，加入各浓度的PEG之后，玉米种子受到不同程度的胁迫，5%PEG处理时，发芽率为95%，平均主根长和芽长较对照减小但不显著，在20%PEG胁迫下，玉米种子由于受到高浓度干旱胁迫并且超过种子耐受限度不能发芽。因此，综合考虑发芽率、主根长和芽长等指标，选择10%PEG作为后续模拟干旱胁迫的浓度。

2.4SNP浸种对干旱胁迫下玉米幼苗过氧化氢酶（CAT）活性的影响

玉米幼苗在干旱胁迫和SNP的双重作用下，其CAT活性的变化表现出如图2所示规律。由于干旱胁迫作用，与CK相比较，CAT活性显著下降。当SNP浓度在100～1 000 μmol/L 处理下，SNP减轻了PEG的干旱胁迫作用，CAT活性随着SNP浓度升高而增强，并在SNP浓度为 500 μmol/L 时活性最大，此后又呈现下降趋势。综合分析认为，一定浓度的SNP浸种处理使CAT活性增强，提高对活性氧的清除能力，但是随着SNP浓度的进一步增加，高浓度的SNP作用导致玉米幼苗叶片的活性氧积累超过植物本身的耐受极限，转而开始抑制CAT活性。

2.5SNP浸种对干旱胁迫下玉米幼苗过氧化物酶（POD）活性的影响

由图3可见，处理过的玉米幼苗POD活性在10%PEG处理时与CK相比降低，这是由于干旱胁迫的影响。添加不同浓度的SNP溶液浸种时，浓度过低或过高均无缓解效果，仅SNP 浓度为500 μmol/L时 POD活性最大，表现出显著性差异。

2.6SNP浸种对干旱胁迫下玉米幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响

由图4可见，在干旱胁迫下，SOD活性明显下降且低于对照组；当添加50 μmol/L SNP时活性最低，说明低浓度的SNP不能使SOD活性上升；随着SNP浓度增加到500 μmol/L浓度，SOD活性有所增加，与A2浓度相比差异显著，但是与对照相比差异不显著。

3结论与讨论

PEG作为高分子非离子渗透剂已被广泛应用于农作物和林木中模拟自然干旱环境，探讨在干旱环境下植物的生长状况[9]。本研究中，通过10%PEG-6000模拟干旱胁迫，玉米种子的发芽指标、形态指标及生理指标均有所下降，其中部分指标与对照呈显著性差异，说明10%PEG-6000对玉米种子萌发及幼苗生长造成了胁迫。武冲等研究表明，不同浓度PEG胁迫处理均降低了种子的发芽率，延缓了木麻黄种子萌发进程[10]；回振龙等研究表明，在PEG模拟干旱胁迫下，高羊茅种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数较对照呈下降趋势[11]；本研究结果与上述基本一致。

NO作为一种信号调节分子和活性氧清除剂能调节植物对生物与非生物胁迫的适应反应，目前已见于酸雨胁迫[12]、镉胁迫[13]、盐胁迫[14-15]、铝胁迫[16]及铜胁迫[17]等各种胁迫研究中。本试验中SNP浸种对干旱胁迫的缓减作用，在玉米种子各发芽指标中均有体现。玉米种子各发芽指标经PEG处理后均低于对照组，SNP浸种后，当浓度逐渐上升到500 μmol/L时，玉米种子各指标呈现逐渐上升趋势，超过这一浓度则又表现出下降趋势。这表明适宜浓度SNP（500 μmol/L）对玉米种子的萌发有较好的促进作用。不同浓度的SNP对玉米幼苗各形态指标作用影响不同。其中 500 μmol/L SNP作用下，平均主根长、芽长、根数量、鲜质量及干质量数值均达到最大，具有较好的缓解效果。曹丽等研究表明，经外源NO供体SNP处理后，经干旱胁迫的草地早熟禾种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数呈上升趋势[18]，本试验结果与之相一致。

SOD、POD、CAT是植物细胞内重要的酶促防御体系。逆境胁迫使植物體内代谢受阻，打破植物体内氧自由基在正常条件下所持的动态平衡状态，产生大量的活性氧，发生质膜过氧化作用，累积过多有害的过氧化物，致使在细胞水平上对植物造成氧化损伤[19]。本试验研究表明：经过不同浓度SNP浸种后玉米幼苗的CAT、POD和SOD活性均呈现先下降后上述的趋势，且在500 μmol/L时，3种酶活性达到最大值，表明适宜浓度的SNP对玉米幼苗的CAT、POD和SOD活性均有促进作用，其活性升高以缓解干旱胁迫环境对玉米幼苗造成的伤害。回振龙等研究表明，经外源NO供体SNP处理后，模拟干旱胁迫下的高羊茅幼苗叶片SOD、POD、CAT活性均显著升高，而幼苗叶片MDA含量显著下降[11]，本试验结果与之相似。

植物在逆境条件下会通过细胞膜膜脂的过氧化作用分解MDA，但是细胞中MDA的过多积累可能会对膜和细胞造成一定副作用[20]。本试验中通过一定浓度的SNP浸种，随着SNP浓度的升高，MDA含量先下降后上升，在SNP为 100 μmol/L 时积累量最低、缓解效果最好。王芳等研究表明，外源NO对Cd胁迫下玉米生长有一定的缓解作用，降低了MDA含量，可以增强玉米幼苗对毒害的抗性[13]。

本试验研究了不同浓度的SNP对干旱胁迫下玉米种子萌发和幼苗生长的影响，并筛选出了缓解10%PEG干旱胁迫的最合适SNP浓度（500 μmol/L），说明适宜浓度的SNP处理后使PEG模拟干旱胁迫下玉米的生长发育得到了促进，减轻了干旱胁迫对玉米造成的伤害，提高了植株的整体抗旱性。

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