外源一氧化氮對鉻脅迫下小麥幼苗根系生長和抗氧化能力的影響

馬引利， 佘小平

（1陜西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 西安710062；2山西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾041004）

重金屬污染目前已成為突出的環(huán)境問題之一．重金屬鉻是環(huán)境污染中的五毒之一［1］，是一種毒性較大的致畸、致突變劑［2］．鉻的化合價(jià)有二價(jià)、三價(jià)和六價(jià)，引起環(huán)境鉻污染主要是毒性較大、易溶于水的六價(jià)化合物（鉻酸根離子）．現(xiàn)有的研究表明，作物受鉻污染后會嚴(yán)重阻礙幼苗的發(fā)育，降低產(chǎn)量，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致植株死亡．

一氧化氮（NO）是植物生長和發(fā)育的調(diào)節(jié)分子［3］，對植物體具有保護(hù)和毒害兩種效應(yīng)．作為信號分子，NO在植物抗逆性中的作用越來越受到重視．研究表明，NO能夠?qū)ι锖头巧锏哪婢匙鞒龇磻?yīng)，可以緩解由干旱脅迫［4］、熱激［5］、鹽脅迫［6］等［7］對植物造成的傷害．但NO對于Cr6＋脅迫下小麥幼苗根系生理特性的研究未見報(bào)道，本文研究外源NO對Cr6＋脅迫下小麥幼苗根系生長、丙二醛含量、保護(hù)酶（SOD，POD和CAT）活性和可溶性糖含量的影響，以探明NO對提高小麥耐重金屬的作用，為闡明NO提高植物耐重金屬性的機(jī)理提供理論基礎(chǔ)．

1 材料和方法

1．1 材料培養(yǎng)

將小麥臨遠(yuǎn)93－4736（Triticum aestivumL．）種子用0．1%HgCl2消毒后，于25℃培養(yǎng)箱中暗發(fā)芽（培養(yǎng)皿中鋪兩層濾紙），選擇芽長基本一致的種子，用1／2Hoagland營養(yǎng)液置光照培養(yǎng)箱水培，溫度（25±2）℃，光周期12h，光強(qiáng)300μmol／（m2·s），濕度60%．

1．2 處理方式

1．2．1 Cr6＋濃度的篩選 當(dāng)小麥幼苗長至兩葉一心時(shí)，用10、20、40、80和100mg／L Cr6＋進(jìn)行處理，Cr6＋以1／2Hoagland營養(yǎng)液配制，并以不含Cr6＋的1／2Hoagland營養(yǎng)液作為對照，每天更換一次處理液．7d后測量小麥的株高、根數(shù)、根長．用SPSS軟件分析，篩選出40mg／L Cr6＋為試驗(yàn)濃度．

1．2．2 Cr6＋和硝普鈉復(fù)合處理 NO供體硝普鈉（sodium nitroprusside，SNP）購自Sigma公司，現(xiàn)用現(xiàn)配．當(dāng)幼苗長至兩葉一心時(shí)，用含40mg／L Cr6＋的1／2Hoagland營養(yǎng)液進(jìn)行處理，同時(shí)在溶液中加入不同濃度SNP，設(shè)7種試驗(yàn)處理，分別為：1／2Hoagland（T0）；1／2Hoagland＋40mg／LCr6＋（T1）；1／2Hoagland＋40mg／LCr6＋＋0．1mmol／LSNP（T2）；1／2Hoagland＋40mg／LCr6＋＋0．2 mmol／LSNP（T3）；1／2Hoagland＋40mg／LCr6＋＋0．4mmol／LSNP（T4）；1／2Hoagland＋40mg／LCr6＋＋0．8mmol／LSNP（T5）；1／2Hoagland＋40 mg／LCr6＋＋1．0mmol／LSNP（T6）．每天更換一次處理液．每個處理20株幼苗，3次重復(fù)，處理7d后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定．

1．3 生長指標(biāo)測定

處理7d后測量各處理的根長，根系的鮮重和干重．

1．4 生理指標(biāo)測定及方法

丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸法［8］，以μmol／g FW表示MDA含量；超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定按陳貽竹等［9］的方法，以每分鐘抑制氮藍(lán)四唑（NBT）光還原50%為一個酶活力單位（U），酶的活性以U／（gFW·min）表示；過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法［9］，過氧化氫酶（CAT）活性的測定采用Cakmak等［10］的方法，POD和CAT活性均以每分鐘減少0．01個A值所需的酶量為一個活性單位（U），酶活性以U／（gFW·min）表示；可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法［13］，以μmol／gFW表示可溶性糖含量．

2 結(jié)果

2．1 外源NO對Cr6＋脅迫下小麥幼苗根系生長的影響

如表1所示，40mg／LCr6＋單獨(dú)處理時(shí)（T1），小麥幼苗根長，根系鮮、干重均顯著低于未經(jīng)Cr6＋脅迫處理的（T0），分別下降了38．32%、53．39%和62．50%．與T1相比，0．1～0．4mmol／LSNP處理均使幼苗在Cr6＋脅迫下的根長，根系鮮、干重顯著增加，不同濃度SNP處理對小麥幼苗根系生物量積累的影響存在差異，其中以0．2mmol／LSNP處理（T3）效果最好，根長，根系鮮、干重分別提高了51．11%、99．64%和141．67%；SNP濃度高于1．0 mmol／L后，根系生長及生物量積累呈下降趨勢．

表1 外源NO對Cr6＋脅迫下小麥幼苗根系生長的影響＊Tab．1 Effects of exogenous nitric oxide on the growth of wheat seedling roots under Cr6＋stress

2．2 外源NO對Cr6＋脅迫下小麥幼苗根系MDA含量的影響

圖1結(jié)果顯示，40mg／LCr6＋單獨(dú)處理時(shí)（T1），小麥幼苗根系MDA含量顯著高于未經(jīng)Cr6＋脅迫處理的（T0），提高了110．77%．與T1相比，0．1～0．2mmol／L SNP處理均使幼苗在Cr6＋脅迫下根系MDA含量顯著降低，0．1和0．2mmol／LSNP使MDA含量分別降低了40．46%和49．87%，其中以0．2mmol／L處理（T3）效果最好．SNP濃度高于0．4mmol／L后，根系MDA含量呈上升趨勢，但均低于T1處理的．

圖1 外源NO對Cr6＋脅迫下小麥幼苗根系丙二醛含量的影響Fig．1 Effects of exogenous nitric oxide on the MDA contents in wheat seedling roots under Cr6＋stress

2．3 外源NO對Cr6＋脅迫下小麥幼苗根系保護(hù)酶活性的影響

由圖2可知，SNP處理對小麥幼苗根系SOD、POD和CAT的活性具有顯著影響，隨著SNP濃度的增加，3種酶活性均呈先升高后下降的趨勢；表明SNP對小麥幼苗根系上述3種酶活性的影響具有劑量效應(yīng)，低濃度促進(jìn)酶活性，高濃度抑制酶活性．

圖2結(jié)果顯示，40mg／LCr6＋單獨(dú)處理時(shí)（T1），小麥幼苗根系SOD和CAT的活性明顯高于未經(jīng)Cr6＋脅迫處理的 （T0）．與T1相比，0．1～0．8 mmol／LSNP處理（T2—T5）均能顯著提高SOD、POD和CAT的活性，其中以0．2mmol／LSNP處理（T3）的活性最高，比T1分別增加了102．25%，72．39%和54．94%．1．0mmol／L SNP處理（T6）與T1均不顯著．

2．4 外源NO對Cr6＋脅迫下小麥幼苗根系可溶性糖含量的影響

圖2 外源NO對Cr6＋脅迫下小麥幼苗根系保護(hù)酶活性的影響Fig．2 Effects of exogenous nitric oxide on the activities of protective enzymes（SOD，POD and CAT）in wheat seedling roots under Cr6＋stress

圖3 外源NO對Cr6＋脅迫下小麥幼苗根系可溶性糖含量的影響Fig．3 Effects of exogenous nitric oxide on the solvable sugar content in wheat seedling roots under Cr6＋stress

圖3結(jié)果顯示，40mg／LCr6＋單獨(dú)處理時(shí)（T1），小麥幼苗根系可溶性糖含量與未經(jīng)Cr6＋脅迫處理的（T0）可溶性糖含量無顯著差異．與T1相比，0．1～0．8mmol／LSNP處理均使幼苗在Cr6＋脅迫下根系可溶性糖含量顯著升高，其中以0．2mmol／L處理（T3）效果最好，可溶性糖含量升高了101．36%．SNP濃度高于0．4mmol／L后，根系可溶性糖含量呈下降趨勢，但均高于T1處理的．

3 討論

NO具有信號分子的作用，可以減少非生物脅迫下植物體內(nèi)ROS的積累，緩解各種脅迫造成的氧化損傷，從而增強(qiáng)植物的適應(yīng)能力［3］．有關(guān)外源NO對重金屬脅迫效應(yīng)的研究很少［12］．張義凱等［12］的研究表明，外源NO可以通過改善Cu脅迫下番茄葉片光合特性，降低超微弱發(fā)光、熒光、磷光強(qiáng)度，維持礦質(zhì)營養(yǎng)元素平衡，緩解Cu脅迫對番茄的抑制作用．本文研究了SNP對Cr6＋脅迫下小麥幼苗根系生理生化的影響．結(jié)果表明，SNP處理對Cr6＋脅迫下小麥幼苗具有明顯的保護(hù)作用，包括促進(jìn)植株根系生長、降低Cr6＋脅迫導(dǎo)致的幼苗根系MDA含量的上升，提高3種保護(hù)酶活性和可溶性糖含量（表1、圖1、圖2和圖3）．

Cr6＋脅迫下小麥幼苗根系生長和生物量的積累受到明顯抑制，外源NO供體SNP可以緩解濃度為40mg／L Cr6＋脅迫對幼苗根系生長的抑制作用（表1），其中0．2mmol／L SNP（T3）的緩解效果最好．

細(xì)胞中MDA含量的高低反映了細(xì)胞氧化損傷的程度．活性氧（ROS）水平的提高可以誘發(fā)脂質(zhì)過氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而導(dǎo)致細(xì)胞膜的完整性遭受破壞．Mata和Lamattina［4］報(bào)道了NO對干旱和鹽脅迫引起的小麥幼苗的氧化脅迫具有緩解效應(yīng)，并可能與NO同ROS或脂質(zhì)過氧化自由基發(fā)生反應(yīng)而中斷氧化脅迫減輕細(xì)胞膜損傷有關(guān)．本研究表明，40mg／LCr6＋脅迫下小麥幼苗根系MDA含量較對照顯著升高；0．2 mmol／LSNP處理（T3）可以不同程度地提高Cr6＋脅迫下幼苗根系SOD、POD和CAT活性，顯著降低MDA水平，從而有效地緩解Cr6＋脅迫對小麥幼苗根系的氧化損傷作用（圖1和圖2）．

任何逆境都會引起滲透脅迫，所以滲透調(diào)節(jié)是植物減少傷害的一個重要特征［13］．一般認(rèn)為，脯氨酸和可溶性糖是植物體內(nèi)主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)．阮海華等［14］報(bào)道了外源NO供體提高了鹽脅迫下小麥葉片中的脯氨酸含量，并認(rèn)為NO通過調(diào)節(jié)脯氨酸的積累而緩解鹽脅迫造成的氧化損傷；吳雪霞等［15］的研究表明，外源NO顯著提高了番茄幼苗脯氨酸和可溶性糖含量，提高植物耐鹽性．本研究結(jié)果表明，外源NO處理顯著促進(jìn)了Cr6＋脅迫下可溶性糖含量的積累（圖3），說明外源NO可以提高重金屬脅迫下小麥幼苗的滲透調(diào)節(jié)能力，提高耐重金屬性．

4 結(jié)論

外源NO緩解小麥幼苗根系Cr6＋脅迫具有劑量效應(yīng)，以0．2mmol／L SNP的效果最好，顯著提高了小麥幼苗根生長，根系保護(hù)酶（SOD、POD和CAT）活性和可溶性糖含量，顯著降低了MDA含量，從而增強(qiáng)植株的耐重金屬性．

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