外源NO对干旱胁迫下大豆种子的萌发及幼苗生长的影响

2017-12-02吕梁学院生命科学系山西离石033000

种子 2017年2期

，， (吕梁学院生命科学系，山西离石 033000)

王晓晶，呼凤兰，褚盼盼
(吕梁学院生命科学系，山西离石 033000)

为了探索外源NO对干旱胁迫下大豆种子的萌发及幼苗生长的影响，用5%PEG-400模拟干旱胁迫，测定不同浓度的SNP处理后大豆种子萌发和幼苗生长指标的变化。结果表明，干旱胁迫十分明显地使大豆种子的萌发和幼苗的生长受到抑制。在SNP浓度为0～0.50 mmol/L时，种子萌发和幼苗生长的指标均有所提高，其中0.1 mmol/L SNP处理后，种子的发芽率和发芽指数最高，与ck 2相比分别提高了22.6%和1.45；用0.3 mmol/L SNP处理后，种子的发芽势及幼苗的芽长和根长最高，与ck 2相比种子的发芽势提高了20%，幼苗的芽长增长了1.3 cm，根长增长了1.5 cm；0.5 mmol/L SNP处理后，种子的幼苗鲜重最大；而用0.7 mmol/L SNP及以上浓度处理后，种子的萌发及幼苗的生长都受到了抑制。因此，在SNP浓度为0.1 mmol/L时最适合种子的萌发，在SNP浓度为0.3 mmol/L时最适合幼苗的生长。

干旱胁迫；一氧化氮；萌发；幼苗生长

随着温室气体排放量的增加，全球气候变化显著，进而出现了温室效应现象，地表温度升高，全球水热分布格局发生改变，部分湿润地区变得干旱，一部分作物可能不适应环境的改变而死亡，从而导致了粮食的减产，因此，探索一种能从生理上改变作物抗旱的方式[1-3]，是当前研究的热点。NO在生物体中重要的作用是氧化还原信号分子和毒性分子，另外一种作用是活性氮。植物体内所含有的NO主要来源于一氧化氮合酶和硝酸还原酶的催化[4]。在生物体的生长发育过程中，NO具有重要的作用；在植物的生长过程中遇到非生物逆境时，NO会做出一定的反应。NO在植物的生长发育过程中具有保护和毒害的双重作用[5-8]，这种双重作用主要与它的浓度有很大的相关性，表现在低浓度下的保护效应和高浓度下的毒害作用[9]。本研究旨在探索干旱胁迫下外源NO对大豆种子萌发及幼苗生长的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

市售大豆种子。

1.2 实验试剂

聚乙二醇-400，天津市光复精细化工研究所生产；亚硝基铁氰化钠(SNP)分析纯，上海展云化工有限公司生产；无水乙醇、95%乙醇、高锰酸钾等均为分析纯。

1.3 实验仪器

实验仪器见表1。

表1 实验主要仪器名称、型号及生产厂家

仪器名称型号生产厂家光照培养箱SPX⁃800B⁃G上海博讯实业有限公司电子天平BSA224S赛多利斯科学仪器(北京)有限公司电炉BCD⁃252KSA青岛海尔股份有限公司

1.4 实验方法

1.4.1 外源NO处理对大豆种子萌发的影响

1) 实验设计：选取健壮、饱满、无病虫害，在适宜条件下可以萌发且大小一致的大豆种子，先后用75%的乙醇和5%的高锰酸钾分别消毒5 min，去离子水洗5～6次，直到无乙醇的气味且豆子上无紫色残留[10]。20 ℃下去离子水浸种12 h，将大豆种子用无菌滤纸吸干水分备用[11]。

实验采用5%PEG-400模拟干旱胁迫，在每皿5%PEG-400为15 mL的基础上进行如下处理：ck 1(0%PEG-400+0 mmol/L SNP)；ck 2(5%PEG-400+0 mmol/L SNP)；T 1(5%PEG-400+0.1 mmol/L SNP)；T 2(5%PEG-400+0.3 mmol/L SNP);T 3(5%PEG-400+0.5 mmol/L SNP)；T 4(5%PEG-400+0.7 mmol/L SNP)T 5(5%PEG-400+0.9 mmol/L SNP)。将所配置的溶液移入培养皿，每个培养皿接种30粒经上述方法处理过的大豆种子，每皿铺1层脱脂棉花作为芽床。硝普钠溶液每天更换,保持浓度不变[12]。

将培养皿放入光照培养箱，并在每个培养皿上方盖1层滤纸，避免水分过度蒸发造成大豆种子缺水死亡。将光照培养箱温度设置为20 ℃。每天观测种子萌发情况，统计大豆种子的发芽数。第7天测定大豆种苗的根长、芽长、鲜重[13]。

2) 相关数据的测量指标：在对大豆种子的干旱胁迫下，通过添加硝普钠溶液进行缓解干旱，最终缓解的结果是否可以达到预期值，主要通过种子萌发过程中的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数来确定；从而得出大豆种子在干旱胁迫下萌发最适宜的硝普钠溶液浓度。

1.4.2 外源NO处理对大豆幼苗生长的影响

1) 大豆幼苗的处理：根据1.4.1中1)的方法将大豆种子进行栽培，待大豆种子发芽结束、根和茎开始生长并且有幼叶长出时(大概7 d之后)，将大豆幼苗从培养皿中取出，并用滤纸将每个幼苗表面的水分拭去，按照不同梯度浓度将幼苗分开放置。

2) 相关数据的测量指标：大豆幼苗的生长情况主要通过幼苗的根长、芽长和鲜重来比较，通过对比在不同浓度下幼苗的生长情况，从而得出大豆种子在干旱胁迫下生长最适宜的硝普钠溶液浓度[14]。

2 结果与分析

2.1 外源NO对大豆种子萌发的影响

2.1.1 外源NO对大豆种子发芽率的影响

由图1可知，ck 1的发芽率最高，为94.43%，且ck 1与T 3～T 5之间均存在显著差异,同时ck 1的发芽率显著高于ck 2的，说明干旱处理显著抑制了种子的萌发。与ck 2相比，T 1、T 2和T 3处理下大豆种子的发芽率分别提高了21.10%、18.90%和12.20%；而T 4和T 5处理下大豆种子的发芽率分别降低了16.70%和62.23%；ck 2与T 1～T 5之间存在显著差异。因此可得，在SNP浓度为0.1 mmol/L时，最适宜大豆种子的萌发，而SNP浓度大于0.7 mmol/L时，大豆种子的萌发受到抑制。

2.1.2 外源NO对大豆种子发芽势的影响

由图2可知，ck 1的发芽势最高，为93.3%；T 5时发芽势最低，为5.7%；ck 1与T1之间差异不显著，而与ck 2及T 1、T 4、T 5存在显著差异。与ck 2相比，T 1和T 3处理大豆种子的发芽势分别提高了15.53%和1.1%，而T 2、T 4和T 5处理大豆种子的发芽势分别降低了1.13%、16.76%和62.23%，同时，T 2和T 3之间差异不显著；说明SNP浓度为0.1 mmol/L时，最适宜大豆种子的萌发；当SNP浓度为0.5 mmol/L和0.7 mmol/L时，大豆种子的萌发会受到明显的抑制。

注：不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。下同。图1 不同处理条件下大豆种子的发芽率

图2 不同处理条件下大豆种子的发芽势

2.1.3 外源NO对大豆种子发芽指数的影响

由图3可知，ck 1大豆种子的发芽指数最大，为4.3；T 5最低，为0.23。ck 1与T 1和T 2之间的差异不显著，与T 3、T 4和T 5之间的差异显著，且ck 1的发芽指数显著高于ck 2的，说明干旱处理显著抑制了种子的萌发；与ck 2相比，T 1、T 2和T 3处理下大豆种子的发芽指数分别提高了0.88、0.77和0.50，而T 4和T 5处理下大豆种子的发芽指数分别降低了0.73和2.70；同时ck 2与T 1～T 5均存在显著差异；因此，0.1 mmol/L的SNP更能有效缓解干旱胁迫对大豆种子萌发的抑制作用，而当SNP浓度大于0.7 mmol/L时，则加重了干旱胁迫。

2.1.4 外源NO对大豆种子活力指数的影响

由图4可知，ck 1的活力指数最高，为14.12；T 5最低，为0.08；ck 1与T 1～T 5之间均存在显著差异。与ck 2相比，T 1、T 2和T 3处理下大豆种子的活力指数分别提高了5.91、6.07和2.60；而在T 4和T 5处理下大豆种子的活力指数分别降低了2.82和4.21；同时，ck 2与T 1～T 5之间均存在显著差异。

图3 不同处理条件下大豆种子第7天的发芽指数

图4 不同处理条件下大豆种子的活力指数

2.2 外源NO对大豆幼苗生长的影响

2.2.1 外源NO对大豆幼苗根长的影响

由图5可知，不同浓度的SNP处理后大豆幼苗根长具有显著变化。ck 1中大豆幼苗的根长均高于ck 2及T 1～T 5中的；ck 1与T 2之间的差异不显著，与T 1、T 3、T 4和T 5之间存在显著差异。与ck 2相比，T 1、T 2和T 3处理下大豆幼苗的根长分别提高了0.60，0.80 cm和0.47 cm,而在T 4和T 5处理下大豆幼苗的根长分别降低了0.93 cm和1.03 cm；同时，ck 2与T 1～T 5之间均存在显著差异，但T 1与T 3、T 1与T 2、T 4与T 5之间的差异均不显著。因此，0.3 mmol/L的SNP最能有效缓解干旱胁迫对大豆幼苗生长的抑制作用。

图5 不同处理条件下大豆幼苗的根长

2.2.2 外源NO对大豆幼苗芽长的影响

由图6可知，ck 1的芽长达到最大，为3.53 cm；T 5最小，为0.33 cm。其中，ck 1与T 1～T 5之间存在显著差异；与ck 2相比，T 1、T 2、T 3处理下大豆幼苗的芽长分别提高了1.27，1.33 cm和0.53 cm，而T 4、T 5处理下大豆幼苗的芽长分别降低了0.94 cm和1.14 cm；且ck 2与T 1～T 5之间均存在显著差异，但T 1、T 2及T 4、T 5之间的差异不显著；说明在干旱胁迫下，SNP浓度为0.3 mmol/L时，大豆幼苗芽长的生长达到最佳。

图6 不同处理条件下大豆幼苗的芽长

2.2.3 外源NO对大豆幼苗鲜重的影响

由图7可知，ck 1的鲜重最大，为4.14 g；且ck 1与T 1～T 5之间存在显著差异；与ck 2相比，T 1～T 5处理下大豆幼苗的鲜重均有所提高；其中，ck 2与T 4之间的差异不显著，而与其它处理的大豆苗鲜重之间存在显著差异；但T 1、T 2及T 3、T 5之间的差异不显著；因此，不同浓度的SNP处理干旱条件下的大豆种子，均有利于大豆物质的积累。

图7 不同处理条件下大豆幼苗的鲜重

3 结论

通过研究外源NO对干旱胁迫下大豆种子的萌发及幼苗生长的影响，确定了在干旱胁迫下大豆种子萌发及幼苗生长最适合的硝普钠溶液的浓度。研究结果显示：在干旱胁迫下，当SNP浓度为0.1 mmol/L时，大豆种子的发芽率、发芽指数及活力指数最高；当SNP浓度为0.3 mmol/L时，大豆种子的发芽势及幼苗的根长和芽长这3项指标最高；而当SNP浓度超过0.7 mmol/L，大豆种子的萌发及幼苗的生长受到了抑制。

结论：添加外源NO对干旱胁迫下大豆种子的萌发及幼苗的生长存在一定的影响。

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Effects of Exogenous NO on Seed Germination and Seedling Growth of Soybean Under Drought Stress

WANGXiaojing，HUFenglan，CHUPanpan