外源一氧化氮对白菜幼苗生长发育的影响

马晓丽

（晋中学院生物科学与技术学院，山西晋中030619）

白菜，二年生草本植物，属十字花科芸苔属，通常株高40～60cm，在全国范围内都有栽培，但北方较南方的栽培区域和栽培量多，是广为人们喜食的绿色蔬菜，也是经常食用的最大众化的食物之一．气体信号分子一氧化氮（Nitric oxide，NO），最早引起人们的关注是在研究人体和动物的过程中，之后在植物界的研究也逐渐被重视起来．现有研究表明，一氧化氮在植物的生长和发育中具有调节作用，可以起到迫害和保护细胞的双重作用，同时对植物其他方面也起着非常重要的调节作用［1～5］，如萌发种子、发育幼苗、叶子的生长、抗逆性等．植物内NO的合成主要有两个途径：一是酶促反应，即在一氧化氮合酶（Nitric oxide synthase，NOS）、硝酸还原酶（Nitrate reductase，NR）及亚硝酸还原酶（Nitrite reductase，NiR）等酶类的相互作用下生成［6］；二是非酶促反应，由底物直接分解生成［7～10］．本试验中外源一氧化氮供体是硝普钠（Sodium Nitroprusside，SNP），SNP分子进入植物体内会在细胞中先形成NO-，并且使逐步形成的一氧化氮气体得到释放，最终在植物体内发生作用［11～12］．通过幼苗培养试验法对其进行研究，先用水培法萌发白菜种子，然后用营养液对幼苗进行培养，喷施不同浓度的硝普钠溶液，观察对白菜生长发育的影响，包括幼苗的株高、茎粗、叶片数、花芽分化率、抽苔期、开花期以及对白菜幼苗中叶绿素、可溶性糖和蛋白质等方面含量的影响，从而指导农业生产．

1 材料与方法

1.1 材料、仪器、试剂

试验材料：津玉11号白菜（Bassica rapa L ssp.pekinensis）由山西省农业科学院提供．

试验仪器：FA1104型号电子天平（上天牌）、SPX-15085H生化培养箱（上海新苗医疗器械制造有限公司）、培养皿、EU-2600R型号紫外分光光度计（上海昂拉仪器有限公司）、DL-6000B型号高速离心机（飞鸽牌）等仪器．

试验试剂：硝普钠（［Na2Fe（CN）5］NO，SNP，Sigma 公司）提供 NO，4℃避光保存，现配 200 μmol/L 的母液，再按所需浓度稀释现用．

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

试验在晋中学院组培间进行．选取籽粒饱满，大小均匀的白菜种子，经0.1%KMnO4表面消毒后，蒸馏水冲洗干净，培养于盛有湿滤纸的培养皿内，20粒/盘，23℃催芽．种子露白时，转移至光照培养室（生长条件光照16 h/d，光通量密度400 μmol/（m·s）），23℃培养，相对湿度60%，每3 d浇灌1次1/2 Hoagland营养液．生长20 d后，挑选长势基本一致的幼苗洗净转入育苗钵中预培养，待白菜幼苗长出两片真叶时开始处理．试验设置 6 个处理组：（1）CK 组（水+1/2 Hoagland）；（2）100 SNP（水+1/2 Hoagland+100 μmol/LSNP）；（3）200 SNP（水+1/2 Hoagland+200 μmol/L SNP）；（4）300 SNP（水+1/2 Hoagland+300 μmol/L SNP）；（5）400 SNP（水+1/2 Hoagland+400 μmol/LSNP）；（6）500SNP（水+1/2 Hoagland+500 μmol/LSNP）．与开花相关的指标分化率、抽苔和开花期的测定，采用四个较低浓度（50μmol/L、100μmol/L、150μmol/L、200μmol/L）SNP来处理．处理方法同上．各处理重复3次，为保证处理浓度稳定，每隔2d更换一次处理液，间歇通入空气．处理7次后，取相同节位的叶片用于分析测定．

1.2.2 相关指标测定方法

（1）株高测量.取不同处理长势一致的20株白菜幼苗，用直尺测量幼苗株高．

（2）茎粗测量.取不同处理长势一致的20株白菜幼苗，用直尺测量幼苗茎粗．

（3）叶片数统计.是指抽苔之前从定植开始生长的簇生叶片数．

（4）花芽分化率统计.参照侯金星［13］等人的记载方法．花芽分化时期是指从子叶生长到平展，再到花芽分化开始的过程，即按花芽分化形态观察的分级标准进行观察.现蕾时期：把心叶剥开一到两片后，用眼睛可以看到的一种黄绿色的花蕾，将这一时期规定为此植株始显蕾.抽苔时期：将花苔伸长到于菜口平齐作为参考标准．

花芽分化级数参照王真真［14］等人的方法将营养生长期（0级）之后的花芽发育分为6级．

1）第0级：表示生长点处在营养生长状态，直径小于200μm.

2）第1级：生长点开始膨大，却仍处在营养生长状态，并且直径达到200μm以上.

3）第2级：生长点会继续膨大，在中心圆突起周围会有3～5个小圆突起围绕，我们把这些突起叫做花原基，此时周围的叶原基分化停止，将这一级定为植物从营养生长向生殖生长转变的一个标志.

4）第3级：周围的圆突起会接着增加，形成一个圆突群，也就是短棒状的花柄.

5）第4级：周围的圆突群继续分化成花蕾的雏形，而且花柄也开始伸长.

6）第5级：在花柄继续伸长后，侧芽开始分化的同时花萼也开始分化.

7）第6级：一般是指花瓣原基分化期和雌蕊原基分化期．我们把显蕾、抽苔均划分为6级［15］．

花芽分化指数计算公式：花芽分化指数=（∑级数×株数）/（最高级数×总株数）×100．

5）抽苔所需天数统计.从种子萌发开始到苔顶部到基部长度大于等于5cm时所需要天数；初始花所需天数统计，从种子萌发开始到植株第一朵花的开放所需要的天数．

1.3 数据统计分析

本研究在关于大白菜生长发育和花期相关指标的统计分析试验中，每一试验都进行三次生物学重复．采用SPSS19.0软件使用单因素方差分析对数据进行统计学分析，不同字母代表样本间的显著性差异，p＜0.05和p＜0.01分别表示显著差异和极显著差异．

2 结果与分析

2.1 不同浓度一氧化氮供体SNP处理对白菜幼苗生长发育的影响

由表1可知，经100μmol/L SNP处理后白菜幼苗的增长最为显著，200μmol/L SNP与对照组的差异不显著．高于300μmol/L SNP处理后，白菜幼苗反而会呈现植株萎蔫，叶片脱落，茎干变细等现象．说明用低浓度的一氧化氮供体SNP处理后，可以有效地促进白菜幼苗的生长；当一氧化氮供体SNP的浓度超过一定阈值后就会对白菜幼苗的生长产生不利的影响．

表1 不同浓度一氧化氮对白菜幼苗生长发育的影响

2.2 不同浓度一氧化氮供体SNP处理对白菜幼苗叶绿素含量的影响

通过分光光度法对白菜幼苗叶子的叶绿素含量进行测定，将叶绿素的提取液分别置于645nm、663nm波长处对其进行吸光度的测定，再根据Arnon法进行叶绿素相关量的计算，结果如表2．从总体看来，NO供体SNP处理后的白菜幼苗叶绿素含量呈现先增加后减少的趋势，100 μmol/L SNP处理的白菜幼苗叶绿素的含量比对照组的要增高29.45%；200 μmol/L SNP处理的白菜幼苗的叶绿素含量比对照组的要增高11.74%；而300 μmol/L SNP处理的白菜幼苗的叶绿素含量与对照组相比差异不显著．

表2 不同浓度一氧化氮对白菜幼苗叶绿素含量的影响

2.3 不同浓度一氧化氮供体SNP处理对白菜幼苗可溶性糖和蛋白质含量的影响

由表3可知，对白菜幼苗进行一氧化氮处理后，不仅可以增加白菜植株体内蛋白质的含量，还可以有效增加可溶性糖的积累量．其中以100μmol/L SNP处理最为适宜，白菜幼苗的蛋白质含量增加了4.22%，可溶性糖的含量增加了24%；以200μmol/L SNP处理时，可溶性糖的含量增加了2.9%，而蛋白质的含量几乎没有发生变化；经300μmol/L、400μmol/L、500μmol/L SNP处理时，可溶性糖含量逐渐减少，而白菜植株蛋白质的含量跟对照组相比没有明显的变化．

表3 不同浓度一氧化氮对白菜幼苗可溶性糖和蛋白质含量的影响

2.4 不同浓度一氧化氮供体SNP处理对白菜幼苗花芽分化的影响

由于高浓度SNP抑制白菜植株生长，处理后植株难以生长到抽苔开花阶段．因此，与开花相关的指标分化率、抽苔和开花期的测定，采用四个较低浓度（50μmol/L、100μmol/L、150μmol/L、200μmol/L）SNP 来处理．由花芽分化观察的结果可知：在进行的4个SNP处理浓度中，100μmol/L SNP处理后的白菜花芽分化率最高，为32.75%，其次是150μmol/L处理的花芽分化率为23.33%，200μmol/L处理的花芽分化率为15.56%，50μmol/LSNP处理后的花芽分化率为17.52%．自然状态下对照组的白菜花芽分化率为12.64%．因此我们认为经4个SNP浓度处理后，对白菜花芽的发育起到了不同程度的促进作用，其中以100μmol/L的SNP处理对白菜花芽发育的促进效果最为显著（图1）．

图1 不同浓度一氧化氮供体SNP对白菜花芽分化的影响

2.5 不同浓度一氧化氮供体SNP处理对白菜抽苔和初始花所需天数的影响

由图2中数据可知，经过100 μmol/L SNP处理的白菜植株，其抽苔和初始花所需要的时间最短；经过50 μmol/L和150 μmol/L SNP处理后，白菜植株抽苔和初始花所需时间也出现不同程度的缩短，但100 μmol/L SNP处理后，抽苔和初始花时长变化最为显著．

图2 不同浓度一氧化氮供体SNP对白菜幼苗抽苔所需天数和初始花所需天数的影响

3 讨论

近年来研究发现，作为气体信号分子的NO在调节植物生长和发育的过程中不仅参与植物生长发育［16］，而且在植物体对各种胁迫反应的信息传递过程中有着不可忽略的作用［17～18］．一氧化氮对促进大多数植株种子的萌发、根的生长、叶片的生长、幼苗的生长等都有着重要的意义．用0.1mmol/L硝普钠浸种能显著提高超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，降低由NaCl处理引起的小麦氧化损伤［19］．

有花植物在生长发育的过程中一个非常重要的阶段是花芽的分化阶段，而且这个过程很容易受到植物体内外各种环境因子的影响．通对试验数据研究，经外源一氧化氮供体SNP的处理可以起到促进白菜生长的作用，表现在植株株高、茎粗、叶片数都有不同程度的增加．不同浓度的一氧化氮供体SNP在0～200μmol/L范围内，白菜幼苗的株高、茎粗、叶片数会随着一氧化氮浓度的增加而增长，在浓度为100μmol/L时达到最大值，在300μmol/L时开始出现抑制的现象．除此之外，用适宜的一氧化氮对白菜幼苗进行处理，引起植株体内可溶性糖类的积累，而蛋白质含量也有所增多，但差异不显著．通过对白菜抽苔和初始花的所需天数的观察，适当浓度的一氧化氮处理可以缩短白菜抽苔期和初始花的天数，从而促进白菜花芽的发育．但是浓度过低会造成促进作用的不明显，相反如果浓度过高会抑制白菜花芽的发育．因此以100μmol/L的一氧化氮处理效果最为明显．