硫化氢和乙烯交互作用对大豆种子萌发的影响

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(1.云南师范大学生命科学学院，昆明 650500；2.生物能源持续开发利用教育部工程研究中心，云南 昆明 650500；3.云南省生物质能与环境生物技术重点实验室，昆明 650500)

硫化氢(H2S)是一种相对分子质量较小的气体分子，最早被认为是一种毒性气体。在动植物体内，现已被证实是一种继一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO)后的第3种内源性气体信号分子，H2S能够参与多种生理和病理过程[1]。H2S在动物体内的研究开展较早，发现其具有舒张血管和消化道平滑肌，抑制血管平滑肌细胞增殖等作用，并且参与神经元兴奋，学习和记忆的调节[2-3]。然而H2S在植物体内的研究进展速度远不及动物体，多集中在植物抗逆性方面。研究发现，H2S参与调节植物生长发育、增强植物生物以及非生物抗逆性、延缓植物衰老等多种生理过程[4]。Li等研究发现，过氧化氢(H2O2)浸泡麻风树种子能提高种子的萌发率，刺激L-半胱氨酸脱巯基酶的活性增加，从而诱导H2S的积累[5]。由此可见，H2S可调控麻风树种子的萌发。Zhang等研究发现H2S通过刺激萌发早期β-淀粉酶的活性促进小麦种子的萌发，但对α-淀粉酶和总淀粉酶活性影响不显著[6]。

乙烯(ETH)是植物五大激素之一。ETH可以调节植物的代谢，起到加速成熟、脱落、衰老以及促进开花的生理效应[7]。外源ETH能够在大多数作物种子萌发过程中，促进休眠和非休眠种子的萌发。ETH在其生物合成过程中能进行自我正、负反馈调节[8]。在植物体内具有调节RNA和蛋白质合成、细胞质膜透性的作用，并与植物的性别分化和植物幼苗上胚轴的负向地性生长等功能有密切关系，从而调节植物的生长发育。

大豆(Glycinemax( L.)Merr)是我国重要粮食作物之一。H2S和ETH均能促进种子的萌发，但目前尚未有研究表明，两者之间是否存在相互关系。本研究以大豆种子作为实验材料，以硫氢化钠(NaHS)和乙烯利分别作为H2S和ETH的供体，探究H2S和ETH交互作用对种子萌发的影响。

1 材料与方法

1.1 种子的处理

大豆种子购于呈贡种子公司，品种为北丰9号。实验前挑选出饱满均匀的种子，用75%的乙醇消毒10 min，用蒸馏水漂洗干净后播于垫有6层滤纸并用下列溶液湿润的培养皿中： 1) 蒸馏水；2) 0，100，200，300，400，500，600 mol/L和700 mol/L NaHS；3) 0，50，100，150，200 mol/L和250 mol/L乙烯利；4) NaHS+乙烯利；5) NaHS+AOA；6) 乙烯利+AOA。置于26 ℃恒温培养箱中光照培养。

1.2 数据的统计与分析

1.2.1 发芽率的测定

种子在适宜的条件下，胚胎发育长大，胚根鞘首先突破种子，长出种子根，当种子根长到种子长度一半时，表示萌发的开始。

发芽率(%)=萌发的种子数/供试种子总数×100%。

1.2.2 数据统计

运用统计学软件SPSS Statistics 17.0单因素方差分析，观察对照组与实验组之间是否具有显著性差异。用Sigmaplot 13.0软件作图，图中所有数值均为平均值±标准误，“* ”表示p<0.05，有显著性差异，“**” 表示p<0.01，有极显著差异。

2 结果与分析

2.1 H2S与ETH对种子萌发的影响

为了研究H2S和ETH在种子萌发过程中确实有促进作用，计算发芽率，选取36 h的数值作图分析，结果见图1。从图1看出， 在一定浓度范围内，随着NaHS浓度的增加，大豆种子的发芽率也随着升高，在NaHS浓度达到300 mol/L时，发芽率最高，而后有所降低，因此，NaHS处理大豆的适宜浓度为300 mol/L。类似的， 在一定浓度范围内，随着ETH浓度的增加，大豆种子的发芽率也随着升高，在ETH浓度达到100 mol/L时，发芽率最高，之后降低，因此，ETH处理大豆的适宜浓度是100 mol/L。

图1 NaHS和 ETH处理对大豆种子发芽率的影响

2.2 H2S与ETH相互作用处理对种子萌发的影响

上述结果表明，H2S和ETH都能分别促进种子萌发，但二者交互作用效果尚不明确，故进行下一步实验。同时加入适宜浓度的NaHS和乙烯利，共同处理种子。选取36 h的数值作图分析，结果如图2。在H2S与ETH共同作用下，大豆种子的发芽率相对于空白组有所提高，且有极显著性差异(p<0.01)，H2S与ETH二者间叠加作用显著。

图2 NaHS与ETH相互作用处理对大豆种子发芽率的影响

2.3 ETH合成抑制剂(AOA)与H2S相互作用处理对种子萌发的影响

为了进一步明确H2S和ETH交互作用，继续进行下一步实验，将适宜浓度的AOA和NaHS同时加入，共同处理种子。选取36 h的数值作图分析，结果如图3。经AOA单独处理，种子的发芽率有所提高，且有显著性差异(0.01

图3 NaHS与AOA相互作用处理对大豆种子发芽率的影响

2.4 H2S合成抑制剂(AOA)与ETH相互作用处理对种子萌发的影响

将适宜浓度的AOA和乙烯利同时加入，共同处理种子。选取36 h的数值作图分析(如图4)。经AOA单独处理，种子的发芽率有所提高，但无显著性差异。在ETH与AOA共同作用下，种子的发芽率相对于空白组有所提高，但无显著性差异。

3 讨 论

本研究以大豆种子为研究对象，探究了H2S和ETH相互作用对种子萌发率的影响。研究发现， 在一定浓度范围的H2S和ETH分别作用下，北丰9号大豆种子发芽率均有所提高，且当H2S浓度为300μmol/L时，作用效果极显著(p<0.01)、ETH浓度为100μmol/L时作用效果显著(p<0.05)。在H2S和ETH的共同作用下，大豆种子的萌发率均高于NaHS与ETH单独处理组，且有极显著性差异(p<0.01)，说明二者间叠加作用显著。

图4 ETH与AOA相互作用处理对大豆种子发芽率的影响

图5 H2S与ETH交互作用调控大豆种子萌发

H2S作为一个新型的信号分子参与调节植物的生长发育过程，ETH具有多种生理效应，可以调节植物的代谢。氨氧基乙酸(AOA)既是H2S的主要合成酶L/D-半胱氨酸脱巯基酶抑制剂，同时也是ETH合成关键酶1-氨基环丙烷-1-羧酸合酶(ACS)的抑制剂[9]。种子萌发是一个复杂的植物生理生化、物质代谢的过程[10]。因此，研究H2S和ETH对种子萌发及农业生产具有重要的理论和实践意义。

本实验通过研究H2S和ETH的相互作用表明，ETH抑制剂AOA处理削弱NaHS诱导大豆种子萌发，而H2S抑制剂AOA处理对大豆种子萌发没有显著影响，暗示H2S可能位于ETH上游调控种子的萌发(如图5)。综上所述，在种子萌发过程中，H2S与ETH确实存在相互作用，但本研究中用于分析的生理指标较少，今后，将对种子中各种代谢酶活性进行深入研究，从而进一步讨论H2S与ETH的上下游关系。

总之，H2S与ETH均能促进大豆种子萌发，并且在萌发过程中，H2S与ETH存在交互作用，但其交互作用机理有待进一步研究。

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