外源NO对低温胁迫下红掌耐寒性诱导的研究

梁丽建，邓衍明，孙晓波，贾新平，瞿 辉，苏家乐

(1.江苏省农业科学院休闲农业研究所，江苏南京 210014；2.江苏省园艺技术推广站，江苏南京 210036)

红掌(Anthuriumandraeanum)，别称安祖花，为天南星科花烛属多年生附生常绿草本植物，主要原产地为南美洲热带和亚热带雨林地区。红掌花朵鲜艳夺目、花姿奇特美妍、花期持久，是世界畅销的热带花卉，具有极高的观赏价值和经济价值[1]。但红掌是喜温花卉，抗寒性较差，在我国长江中下游及以北地区栽培时冬季需要设施加温保护，增加了生产成本，同时也影响了花的品质和产量[2]。因此，研究提高红掌的耐寒性措施及机理对我国红掌产业的健康发展至关重要。而利用外源信号物质提高植物抗性是一种经济有效的措施，目前已成为红掌逆境生理研究的重点领域。

一氧化氮(nitric oxide，NO)是植物体内普遍存在的一种气体信号分子，在调节植物的生长发育、种子萌发、气孔运动和诱导植物抗逆性等方面发挥着十分重要的作用[3-4]。近年来，NO介导植物对低温、干旱、盐害等非生物胁迫的抗性研究越来越受到人们的重视，已有大量研究表明，外源应用NO可以有效缓解低温对植物生长的抑制作用、促进植物的光合作用、稳定细胞膜的结构、增强植物细胞保护系统的功能，提高细胞清除活性氧的能力，减少低温胁迫对植物细胞造成的氧化损伤，从而提高植物的抗寒性[5]。但是，目前这些研究主要在果树、蔬菜、大田作物及一些主要的园林植物中进行[6-8]，且在适用的处理浓度方面存在较大的争议，而有关NO对于热带花卉影响的研究资料甚少，尤其是涉及NO对红掌幼苗抗寒作用机理方面的研究尚未见报道。因此，本研究以红掌幼苗为研究对象，通过外源喷施NO，初步探讨不同浓度的外源NO对低温胁迫条件下红掌幼苗生长和生理的影响，以期揭示NO提高红掌耐寒的生理机制，为制定红掌低温冷害的有效防御措施提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试所用材料为红掌品种阿拉巴马，生长健壮，苗龄1年左右，具有5～6片叶，由荷兰安祖公司提供。NO供体为硝普钠[Na2Fe(CN)5，代号SNP]购自于Sigma公司。

1.2 试验处理

试验处理于2015年8—10月在江苏省农业科学院内进行。8月上旬选取长势均一、无病、无损伤的红掌幼苗，置于人工气候培养箱中预培养3 d，培养温度27 ℃/22 ℃(白天/夜间)，光照度10 000 lx，光照时间12 h/d，相对湿度80%。预处理结束后，按照如下试验设计进行叶面喷施：(1)CK(常温+蒸馏水)；(2)T0(低温+蒸馏水)；(3)T1(低温+200 μmol/L SNP)；(4)T2(低温+400 μmol/L SNP)；(5)T3(低温+800 μmol/L SNP)。叶面喷施以叶面分布均匀欲滴为度，每2 d喷施1次，连续喷施2次。每处理3个重复，每个重复15株。叶面喷施结束24 h后，将CK置于27 ℃/22 ℃常温培养箱中培养，其余各组置于12 ℃/15 ℃低温培养箱中培养，其它培养条件与预处理相同，培养15 d后取样进行各项指标测定。

1.3 测定项目与方法

分别采取每株红掌从上往下数第1片成熟叶进行生理指标的测定。电导率、丙二醛(MDA)、叶绿素与脯氨酸含量测定参照黄芳等的方法[9]；SOD、POD和CAT活性的测定参照许楠等的方法[10]；各项指标测定时重复3次，取平均值。处理 15 d 后，分别用水冲松盆土，取出幼苗，清洗干净，进行植株生长指标测定。用钢尺测量幼苗的株高，用电子天平测定植株的鲜质量，用烘干法测量植株地上部分与地下部分干质量。根据干鲜质量测得含水量及根冠比，含水量=(鲜质量-干质量)/鲜质量×100%，根冠比=地下部分干质量/地上部分干质量。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel和SPSS进行数据处理，并对平均数用Duncan’s新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 NO对低温胁迫下红掌植株生长的影响

低温胁迫抑制了红掌植株的正常生长，T0组(低温+蒸馏水)的株高、干质量、含水量和根冠比均低于CK，分别为CK的93.81%、92.31%、94.43%、94.23%。SNP处理能有效地缓解这种抑制作用，但随着SNP处理浓度的增加缓解效果呈下降趋势。T1组(低温+200 μmol/L SNP)展示出最强的缓解作用，其株高、干质量、含水量和根冠比均显著高于T0组，分别为T0组的1.06、1.06、1.04、1.06倍。T3组的缓解作用较差，其株高、干质量、含水量与根冠比与T0组无明显差异(表1)。

2.2 NO对低温胁迫下红掌叶片膜透性与MDA含量的影响

低温胁迫下与CK相比，T0组红掌植株的膜透性与MDA含量均显著提高，分别为CK的3.13、1.36倍。SNP处理显著减缓了这种升高，但随着处理浓度的增加缓解效果呈下降趋势。在胁迫15 d后，T1组缓解低温胁迫的效果最好，其电导率和MDA含量仅为T0组的55.84%、88.88%；T2组次之，为T0组的66.96%、90.6%；T3组的缓解作用最差，为T0组的77.78%、96.19%(图1)。

表1 外源NO对低温胁迫下红掌幼苗形态指标的影响

2.3 NO对低温胁迫下红掌叶片叶绿素含量的影响

与CK相比，低温胁迫下红掌叶片叶绿素含量均显著下降，各低温处理组中，T0组下降幅度最大，15 d后仅为CK的32.76%。SNP各处理组中，T1组缓解低温胁迫的效果最好，在胁迫15 d后，叶绿素含量显著高于其他处理组，为CK的66.51%；T3组次之，叶绿素含量为CK的50.54%；T3组的缓解作用最差，叶绿素含量为CK的47.75%(图2)。

2.4 NO对低温胁迫下红掌叶片脯氨酸含量的影响

低温胁迫组(T0、T1、T2、T3)与常温CK组相比，红掌叶片脯氨酸含量均显著提高。其中SNP处理组的增幅均显著高于T0组，且随着SNP浓度的提高增幅逐渐缩小。在胁迫处理15 d后，T1组脯氨酸含量增加最多，为CK的8.79倍；T2、T3组次之，分别为CK的6.39、6.11倍；T0组的增幅最小，为CK的4.03倍。

2.5 NO对低温胁迫下红掌抗氧化酶活性的影响

在低温胁迫处理15 d后，各胁迫组的SOD和CAT活性均显著低于CK组，SNP各处理组的降幅均显著小于T0组，且随着SNP浓度的提高增幅逐渐增加。SOD活性降幅由大到小依次为T0>T3>T2>T1，分别为CK的51.59%、62.61%、71.87%、78.66%；CAT活性降幅由大到小依次为T0>T3>T2>T1，分别为CK的17.6%、18.16%、20.15%、32.82%。各胁迫组的POD活性均显著高于CK组，POD活性增幅由大到小依次为T1>T2>T0>T3，分别为CK的2.86、1.31、1.3、1.02倍(图3)。

3 讨论与结论

3.1 NO对低温胁迫下红掌植株形态指标的影响

低温胁迫会导致植物发育迟缓，抑制植物组织和器官的生长与分化，形态学指标能很好地反映植株幼苗损伤状态[11]。和红云在对甜瓜的研究中发现，低温胁迫下甜瓜幼苗的生长速率会有所下降，幼苗的高度、株叶面积、干物质的量增加缓慢[12]。张艳艳等研究发现，适量浓度外源NO能缓解盐害对玉米幼苗的生长抑制作用，增强玉米幼苗的抗盐性[13]。在本试验中，低温胁迫抑制了红掌幼苗的生长，低温胁迫组的株高、干质量、含水量和根冠比均低于CK组，但NO处理显著缓解了这种抑制作用，且随着NO浓度的升高缓解作用下降(表1)。这说明较低浓度的NO即可缓解红掌寒害，较高的NO浓度对低温胁迫下红掌幼苗生长的缓解作用不显著，这与郭经纬等对豇豆的研究结果[14]相似。

3.2 NO对低温胁迫下红掌叶片膜透性与MDA含量的影响

细胞膜是低温伤害作用于植物细胞的原初部位，电子泄露和MDA含量的增加是细胞膜氧化性损伤的重要表现。汤红玲等研究发现，在低温条件下通过外施0.15 mmol/L SNP能显著降低香蕉幼苗的电导率，抑制MDA的积累，从而缓解香蕉幼苗所受的低温伤害[15]。本研究发现，在低温胁迫下，未经SNP处理的红掌幼苗电导率显著增大，加速了电解质的外渗，导致了MDA的大量积累。而外源喷施SNP能显著降低电导率，缓解MDA的积累，但是随着浓度的增加，缓解效果呈下降趋势(图1)。这些暗示了NO可以通过稳定膜结构来提高植物耐寒性。

3.3 NO对低温胁迫下红掌叶片叶绿素与脯氨酸含量的影响

叶绿素含量是植物耐寒性的重要生理指标之一，低温胁迫下，植物叶片叶绿素合成会受到抑制，抗寒性较强的植物叶绿素含量会高于抗寒性较弱的植物[16]。外源应用NO能够阻止低温胁迫条件下叶绿素含量的下降，缓解低温胁迫对植物光合作用的抑制作用[17]。脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物质，低温胁迫下，植物可通过脯氨酸的积累来减轻伤害[18]。莫亿伟等在对柱花草抗寒性的研究中发现，外源喷施SNP能促进植物体内脯氨酸的积累[19]。在本试验中，低温导致了红掌叶片叶绿素含量的下降和脯氨酸的积累，但SNP处理能显著抑制叶绿素的下降，同时也增加脯氨酸的积累(图2)，这与于秀针等的研究结果[20]相一致，这些结果暗示了NO或许可以通过促进低温胁迫条件下植物的光合作用和参与渗透调节来提高植物耐寒性。

3.4 NO对低温胁迫下红掌叶片抗氧化酶活性的影响

SOD、POD和CAT是植物体内重要的抗氧化酶，它们协同作用可以清除植物体内多余的活性氧自由基，减轻活性氧自由基对细胞膜造成的伤害，从而缓解低温对植物造成的伤害[21]。Fan等研究表明，外源NO能显著提升盐胁迫下黄瓜幼苗的SOD、POD和CAT活性，减少MDA和活性氧的产生和积累，从而提高其对盐害的忍耐性[22]。在本研究中，低温胁迫显著抑制了SOD和CAT的活性，这可能是由于胁迫已经超出红掌植株的忍受范围，活性氧大量生成，抗氧化系统受到了抑制。这一结果与牟雪娇等的结果[23]相一致。外源应用NO能显著缓解这种抑制，可能是由于其本身相当于一种抗氧化剂，对低温胁迫产生的活性氧具有一定的清除作用，从而缓解低温胁迫下SOD和CAT活性的下降，提高了红掌幼苗对寒冷的适应性(图3)。低温胁迫显著促进了POD活性，外源应用NO能显著增加这种促进，但随着NO浓度的升高促进作用下降(图3)。这些结果说明低温胁迫使红掌幼苗受到伤害，外源应用SNP能够通过增强POD活性来缓解低温胁迫的伤害。

综上所述，在低温胁迫下，外源应用低浓度NO可以通过调整自身生长、叶绿素和脯氨酸含量及抗氧化酶活性等来提高植株对低温的适应能力，从而有效地防止膜质过氧化程度和活性氧对植株的伤害。

[1]梁丽建，邓衍明，贾新平，等.红掌高效再生技术研究[J].江苏农业科学，2015，43(12)：45-47.

[2]田丹青，葛亚英，刘晓静，等.叶面喷施水杨酸对红掌植株抗寒性的影响[J].浙江农业学报，2011，23(2)：304-308.

[3]Corpas F J，Barroso J B，Carreras A，et al.Constitutive arginine-dependent nitric oxide synthase activity in different organs of pea seedlings during plant development[J].Planta，2006，224(2)：246-254.

[4]Neill S J，Desikan R，Clarke A，et al.Nitric oxide is a novel component of abscisic acid signaling in stomatal guard cells[J].Plant Physiology，2002，128(1)：13-16.

[5]杨美森，王雅芳，干秀霞，等.外源一氧化氮对冷害胁迫下棉花幼苗生长、抗氧化系统和光合特性的影响[J].中国农业科学，2012，45(15)：3058-3067.

[6]吴锦程，陈伟建，蔡丽琴，等.外源NO对低温胁迫下枇杷幼果抗氧化能力的影响[J].林业科学，2010，46(9)：73-78.

[7]樊怀福，杜长霞，朱祝军.外源NO对低温胁迫下黄瓜幼苗生长、叶片膜脂过氧化和光合作用的影响[J].浙江农业学报，2011，23(3)：538-542.

[8]蒙钟文，张 静，陈怡平.CO2激光与外源NO对低温胁迫小麦的防护效应[J].中国生态农业学报，2014，22(5)：566-570.

[9]黄 芳，李茂富，汪良驹，等.叶施和根灌ALA对香蕉幼苗冷害的缓解效应[J].农业科学与技术：英文版，2013，14(6)：858-862.

[10]许 楠，孙广玉.低温锻炼后桑树幼苗光合作用和抗氧化酶对冷胁迫的响应[J].应用生态学报，2009，20(4)：761-766.

[11]别之龙，黄丹枫.工厂化育苗原理与技术[M].北京：中国农业出版社，2008.

[12]和红云.低温胁迫对甜瓜幼苗生长及生理生化的影响[D].石河子：石河子大学，2008.

[13]张艳艳，刘 俊，刘友良.一氧化氮缓解盐胁迫对玉米生长的抑制作用[J].植物生理与分子生物学学报，2004，30(4)：455-459.

[14]郭经纬，商 桑，穆大伟，等.外源NO对低温胁迫下豇豆幼苗生长和生理特性的影响[J].热带作物学报，2015，36(12)：2179-2183.

[15]汤红玲，李 江，陈惠萍.外源一氧化氮对香蕉幼苗抗冷性的影响[J].西北植物学报，2010，30(10)：2028-2033.

[16]何 云，李贤伟，龚 伟.2种野生岩生植物叶片游离脯氨酸和叶绿素含量对低温胁迫的响应[J].江苏农业科学，2011，39(5)：473-476.

[17]Ruelland E，Zachowski A.How plants sense temperature[J].Environmental and Experimental Botany，2010，69(3)：225-232.

[18]Aghdam M S，Asghari M，Farmani B，et al.Impact of postharvest brassinosteroids treatment on PAL activity in tomato fruit in response to chilling stress[J].Scientia Horticulturae，2012，144(6)：116-120.

[19]莫亿伟，钱善勤，陈泰林.水杨酸和硝普钠处理增强柱花草抗寒性[J].草业科学，2010，27(11)：77-81.

[20]于秀针，张彩虹，姜鲁艳，等.外源NO对低温胁迫下番茄种子萌发和幼苗生长的影响[J].北方园艺，2014(22)：5-8.

[21]惠竹梅，王智真，胡 勇，等.24-表油菜素内酯对低温胁迫下葡萄幼苗抗氧化系统及渗透调节物质的影响[J].中国农业科学，2013，46(5)：1005-1013.

[22]Fan H F，Guo S R，Jiao Y S，et al.Effects of exogenous nitric oxide on growth，active oxygen species metabolism，and photosynthetic characteristics in cucumber seedlings under NaCl stress[J].Frontiers of Agriculture in China，2007，1(3)：308-314.

[23]牟雪姣，刘理想，孟鹏鹏，等.外源NO缓解蝴蝶兰低温胁迫伤害的生理机制研究[J].西北植物学报，2015，35(5)：978-984.