外源NO对NaCl胁迫下高粱幼苗生理响应的调节

石瑞+杨丽丽+刘树楠+罗立璐

摘要：以晋杂12号高粱为研究对象，采用营养液水培法，以100 mmol/L NaCl为胁迫条件，用浓度为0、0.01、005、0.10、0.25、0.50 mmol/L的外源NO供体硝普钠（SNP）处理高粱幼苗，研究外源NO对NaCl胁迫下高粱幼苗生理响应的调节。结果表明，100 mmol/L NaCl盐胁迫显著抑制了高粱幼苗的生长，降低了可溶性糖含量和叶绿素含量，促进了幼苗硝态氮及脯氨酸的积累，增加了叶片中丙二醛（MDA）的含量。施加外源NO可有效缓解NaCl胁迫对高粱幼苗生长的抑制作用，提高可溶性糖、脯氨酸和叶绿素的含量，促进硝态氮的分解，并能缓解叶片中MDA含量的升高。因此，外源NO可缓解NaCl盐胁迫的危害，对高粱幼苗具有保护和促进生长的作用，其中以0.10 mmol/L SNP处理效果最显著。

关键词：NO；硝普钠；盐胁迫；高粱；生理响应

中图分类号： S514.01文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0139-03

随着现代工业的发展和化肥的大量使用，以及其他因素的影响，盐碱化土地所占面积不断扩大，已成为制约我国农作物产量的主要原因之一[1]。通过生物技术改良和利用，盐碱地将成为将来发展农业的重要课题[2]。有关盐胁迫影响植物生长和发育的研究表明，化学调控手段是提高作物抗盐胁迫的有效措施之一[3]。高粱为一年生禾本科植物，有很强的抗旱、耐涝、耐盐碱性，由于生长快、产量高、茎秆富含糖分，被誉为“生物能源系统中很强的竞争者”[4]。

NO是生物体内一种关键的信号分子，广泛存在于植物组织中，调节植物对生物和非生物胁迫的反应[5]。越来越多的研究表明，NO能够调节植物的生长发育，并参与植物体对各种盐胁迫的响应[6]；例如：外源NO对NaCl胁迫下玉米[7]、燕麦[8]、紫苏[9]、沙葱[10]、水飞蓟[11]种子萌发具有促进作用；方淑梅等研究发现：NO能增强水稻幼苗对碳酸钠胁迫的耐性[12]；据报道：外源NO能缓解碳酸氢钠胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制，提高植株的耐盐性[13]；但有关NO对于黄土高原地区植物的影响研究资料甚少，尤其是关于NO对晋杂高粱幼苗抗盐作用机理方面的研究尚未见报道。

硝普钠（SNP）是外源NO常用的供体。本试验以晋杂12号高粱种子为材料，通过NaCl模拟盐害环境，研究不同浓度SNP处理对NaCl胁迫下高粱幼苗生长、丙二醛含量、脯氨酸含量等生理指标的影响。旨在了解NO在NaCl胁迫下的作用机理，为增强高粱耐盐能力及高粱在盐碱化土壤中的栽培提供理论依据，为培育新的具有抗逆性的高粱品种提供参考。

1材料与方法

1.1材料培养与处理

供试材料为高粱品种晋杂12号，选取籽粒饱满、大小一致的种子若干粒。1% NaClO溶液消毒20 min，用蒸馏水反复冲洗后，再用蒸馏水浸泡24 h。然后接种到铺有8层纱布事先高温灭菌的培养皿中，1个培养皿接种20粒，最后置于恒温光照培养箱培养。试验设7个处理，在Hoagland营养液基础上按表1进行处理，NaCl浓度为100 mmol/L。再加入不同浓度的外源NO供体SNP溶液处理，最后进行各项生理指标的测定。处理分组如表1所示。

1.2测定方法

根系活力的测定和叶绿素含量的测定参照文獻[14]，可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法[14]，硝态氮含量的测定采用水杨酸-硫酸测定法[14]，丙二醛含量的测定采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法[15]，脯氨酸含量的测定采用酸性茚三酮比色法[16]。

1.3数据分析

用Excel 2003和SPSS 17.0软件对数据进行统计分析。

2结果与分析

2.1不同浓度SNP溶液对NaCl胁迫下高粱幼苗根系活力的影响

由图1可见，100 mmol/L NaCl单独处理（SS）的幼苗根系活力显著低于对照组（CK），降低了11.123 μg/（g·h），说明 100 mmol/L NaCl已经对高粱产生了盐胁迫。在 100 mmol/L NaCl处理的基础上，外源施加不同浓度的SNP溶液，与SS相比，SNP处理均可增加幼苗的根系活力，促进幼苗的生长。其中以（SS+SNP100）效果最为显著（P<0.01），即当SNP溶液的浓度为0.10 mmol/L时，可明显提高幼苗的根系活力，与盐对照组（SS）相比，提高了14.44 μg/（g·h）。SNP溶液的浓度高于 0.10 mmol/L 时，随着SNP浓度的增加，根系活力反而开始减弱，但其根系活力[JP3][（SS+SNP500）处理组]仍比盐处理但未施加SNP（SS）时的根系活力要高（P<0.01）。

[FK（W12][TPSR1.tif][FK）]

2.2不同浓度SNP溶液对NaCl胁迫下高粱幼苗脯氨酸含量的影响

由图2可见，100 mmol/L NaCl单独处理（SS）高粱幼苗的脯氨酸含量比对照组（CK）的高4.42 μg/g。在 100 mmol/L NaCl处理的基础上，外源施加0.01～0.25 mmol/L 的SNP溶液，与SS相比，均能显著提高高粱幼苗脯氨酸的含量，其中 0.10 mmol/L 的SNP（SS+SNP100）溶液效果最为显著，比SS提高了19.45 μg/g（P<0.01）。当SNP溶液浓度继续升高时，植物体的脯氨酸含量开始下降，（SS+SNP500）（0.50 mmol/L 的SNP）处理组下降比较明显，说明外源施加SNP溶液，在0.01～0.25 mmol/L时，对盐胁迫有一定缓解作用，但是并不是SNP的浓度越高越好。

2.3不同浓度SNP溶液对NaCl胁迫下高粱幼苗可溶性糖含量的影响

由图3可见，100 mmol/L NaCl单独处理（SS）高粱幼苗的可溶性糖含量比对照组（CK）的低0.098 mg/g。说明 100 mmol/L NaCl已经对高粱产生了盐胁迫。在100 mmol/L NaCl处理的基础上，外源施加不同浓度的SNP溶液均可缓解可溶性糖含量的下降。与盐对照（SS）相比，不同浓度的SNP溶液对可溶性糖含量影响不同，以（SS+SNP100）最为突出，上升了 0.177 2 mg/g（P<0.05）。当SNP溶液浓度继续上升时，可溶性糖含量开始下降，（SS+SNP500）较（SS+SNP100）下降了 0.076 mg/g。

2.4不同浓度SNP溶液对NaCl胁迫下高粱幼苗硝态氮含量的影响

由图4可见，与对照组（CK）相比，100 mmol/L NaCl单独处理（SS）高粱幼苗的硝态氮含量增加了0.304 mg/g。说明 100 mmol/L NaCl已经对高粱产生了盐胁迫。在100 mmol/L NaCl处理的基础上，外源施加不同浓度的SNP溶液，与SS相比，幼苗的硝态氮含量开始下降，随着SNP溶液浓度的增加（SS+SNP50）～（SS+SNP500），硝态氮含量均发生了显著的变化（P<0.01）。其中（SS+SNP100）（0.10 mmol/L）比SS（盐对照）硝态氮含量下降了0.374 8 mg/g。

2.5不同浓度SNP溶液对NaCl胁迫下高粱幼苗丙二醛含量的影响

由图5可见，100 mmol/L NaCl单独处理（SS）高粱幼苗[JP3]的丙二醛含量明显高于对照组（CK），上升了0.056 4 μmol/g。说明100 mmol/L NaCl已经对高粱产生了盐胁迫。在100 mmol/L NaCl处理的基础上，外源施加不同浓度的SNP溶液处理的幼苗（SS+SNP10）～（SS+SNP500）可缓解丙二醛含量的增加。0.10 mmol/L的SNP溶液处理（SS+SNP100），丙二醛含量下降最突出，下降了0.081 μmol/g（P<0.01）。

2.6不同浓度SNP溶液对NaCl胁迫下高粱幼苗叶绿素含量的影响

由图6可见，100 mmol/L NaCl单独处理（SS）的高粱幼苗叶绿素含量明显低于对照组（CK）。叶绿素a含量、叶绿素

b含量分别比对照组（CK）下降了0.076、0.029 mg/g。说明100 mmol/L NaCl已经对高粱产生了盐胁迫。在100 mmol/L NaCl处理的基础上，外源施加SNP与SS相比，不同浓度的SNP溶液均可缓解总叶绿素含量的降低。随着SNP溶液浓度的增加，叶绿素a含量、叶绿素b含量与总叶绿素含量的变化趋势是一致的，均呈上升趋势，其中叶绿素a的变化最显著（P<0.01）。

3讨论与结论

植物根系的作用主要是吸收无机盐离子和水分，合成蛋白质、激素等物质。因此根系活力的强弱可以判断植物生长是否良好，直接影响植物整体的生长情况。本试验表明：不同浓度的SNP溶液（0.01～0.50 mmol/L）均可提高植物的根系活力，缓解盐胁迫对植物根系活力的抑制作用。

脯氨酸是种亲水性极强的氨基酸，可以稳定细胞内的代谢过程，有防止细胞脱水的作用。脯氨酸的含量一定程度上反映了植物的抗逆性，抗逆性越强的植物体内积累的脯氨酸含量越多。可溶性糖是植物体内较为有效的渗透物质之一，可以降低细胞两侧的渗透势，维持细胞体内恒定的渗透压，防止细胞大量失水[17]。本试验证实：不同浓度的SNP溶液促进了NaCl胁迫下高粱幼苗的可溶性糖和脯氨酸含量的增加。其中以0.10 mmol/L的SNP溶液处理效果最好。外源NO可缓解盐胁迫对高粱幼苗生长的抑制作用，原因之一是促进可溶性糖和脯氨酸的积累。

硝態氮是植物体内最重要的氮源，是调控氮代谢的关键因素，植物体内硝态氮的含量可反映植物氮素的供应情况，硝态氮的含量易受环境条件的影响[18]。本试验证明：盐胁迫增加硝态氮的含量，施加外源NO后，可缓解硝态氮含量的上升。这可能是由于外源NO提高了高粱幼苗的根系活力，加快了植物体对硝酸根离子的吸收。

植物衰老或是受逆环境损害的情况下，组织或是器官发生过氧化反应容易产生丙二醛，它的含量与植物衰老及逆环境伤害有密切关系。本试验中：在盐单独处理时，丙二醛的含量显著升高，施加不同浓度的SNP溶液后，降低了丙二醛的含量，对细胞膜有很好的保护作用。

叶绿体色素是植物体进行光合作用的重要物质，主要由叶绿素a、叶绿素b等组成。叶绿体色素的含量多少直接反映了植物进行光合作用的强弱，是植物体生长发育的重要指标[12]。盐胁迫破坏了植物体内的光合作用系统，加剧了叶绿素的分解。本试验表明：盐胁迫降低了叶绿体色素的含量，外源NO可缓解胁迫下叶绿素的降解，促进植物生长。

综上所述，100 mmol/L NaCl处理，明显抑制了高粱幼苗的生长和发育。外源施加不同浓度的SNP溶液，可以缓解盐胁迫对高粱幼苗的影响。SNP溶液浓度为0.01～0.50 mmol/L 时，对植物有一定的保护作用，其中 0.10 mmol/L 的SNP溶液处理效果最好（P<0.01）。显著增强了根系活力，提高了可溶性糖和脯氨酸的含量，增加了叶绿素的含量，降低了丙二醛的含量，促进了硝态氮的吸收，提高了高粱幼苗的抗逆性。试验结果为指导高粱种子在盐碱化土壤中的栽培提供了理论依据，对大面积规范种植高粱具有指导意义。

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