一氧化氮提高黃瓜幼苗耐澇性的探究

張健，劉美艷

（江蘇師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院整合植物生物研究所江蘇徐州221116）

一氧化氮提高黃瓜幼苗耐澇性的探究

張健，劉美艷

（江蘇師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院整合植物生物研究所江蘇徐州221116）

為了提高黃瓜幼苗的耐澇性，以100 μmol·L-1硝普鈉（SNP）作為一氧化氮供體，研究了一氧化氮對(duì)淹水脅迫下黃瓜幼苗細(xì)胞質(zhì)膜、光合特性和抗氧化酶活性的影響。結(jié)果表明，外源一氧化氮能抑制淹水脅迫期間黃瓜根質(zhì)膜相對(duì)透性和丙二醛含量的增加，淹水8 d時(shí)，經(jīng)SNP處理的黃瓜根質(zhì)膜相對(duì)透性和丙二醛含量與對(duì)照分別達(dá)到顯著和極顯著差異；能延緩葉片葉綠素含量的下降，使淹水期間葉片能維持較高的光合能力，淹水8 d時(shí)，經(jīng)SNP處理的黃瓜葉片葉綠素含量和光合速率極顯著高于對(duì)照；外源一氧化氮能提高淹水脅迫時(shí)黃瓜根SOD、POD、CAT的活性，淹水8 d時(shí)，經(jīng)SNP處理的黃瓜根SOD、POD活性與對(duì)照達(dá)到極顯著差異，CAT活性與對(duì)照達(dá)到顯著差異。研究表明外源一氧化氮能提高黃瓜幼苗的耐澇性。

黃瓜；一氧化氮；耐澇性

黃瓜（Cucumis sativus L.）為葫蘆科黃瓜屬植物，是世界上的主要蔬菜作物，具有產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富、效益好等特點(diǎn)。黃瓜一生需水量較大，但不耐澇，特別是苗期，適宜的土壤含水量為60%～70%。如果田間積水而發(fā)生淹澇脅迫，會(huì)對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)及后期產(chǎn)量帶來(lái)嚴(yán)重的影響。6—8月是我國(guó)露地黃瓜生產(chǎn)的主要時(shí)期，氣溫高、降水多，澇害已經(jīng)成為露地黃瓜生產(chǎn)的主要脅迫因子之一。一氧化氮（nitric oxide，NO）是具有生物學(xué)活性的氣體分子，在植物遭受生物或非生物脅迫時(shí)，可作為一種重要的信號(hào)物質(zhì)提高植物的抗逆性。研究表明，NO可提高植物對(duì)鹽脅迫[1-4]、堿[5]、水分脅迫[6-8]、溫度脅迫[9-10]、重金屬[11-13]等逆境的抵抗能力。NO和黃瓜抗性關(guān)系的研究主要集中在低溫脅迫[14-15]、鹽脅迫等方面[16-17]，NO和黃瓜耐澇關(guān)系的研究未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)用硝普鈉（Sodi?um nitro?prusside，SNP）作為外源NO供體，研究外源NO和黃瓜幼苗耐澇性的關(guān)系，為生產(chǎn)上應(yīng)用NO提高黃瓜幼苗耐澇性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為黃瓜品種‘新津研四號(hào)’，由遼寧省新民市東高蔬菜種子繁育場(chǎng)提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇大小均勻且飽滿的黃瓜種子，28℃催芽。然后將發(fā)芽一致的種子播于盛有泥土的塑料缽里，每缽2粒，人工氣候箱中培養(yǎng)。光照周期為12 h光照/12 h黑暗，光照強(qiáng)度80 μmol·m-2·s-1，溫度周期為28℃/15℃。相對(duì)濕度80%。當(dāng)黃瓜幼苗長(zhǎng)至2 葉1心時(shí)，以葉片噴施100 μmol·L-1硝普鈉溶液為處理組（標(biāo)記為NO），葉片噴施蒸餾水為對(duì)照組（標(biāo)記為CK），每組設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30缽。每天噴施1次，連續(xù)噴施2 d。之后對(duì)黃瓜幼苗進(jìn)行淹水處理，淹水時(shí)水層保持2 cm左右，在淹水后的0、2、4、6、8 d測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)。

1.3 測(cè)定內(nèi)容與方法

選取黃瓜幼苗第1葉進(jìn)行葉綠素含量和光合速率測(cè)定；按照Arnon的方法測(cè)定葉片葉綠素含量（以鮮質(zhì)量計(jì)）[18]；用LI-6400光合儀測(cè)定葉片光合速率，測(cè)定條件為光照強(qiáng)度800 μmol·m-2·s-1，溫度（28±1）℃；選用幼苗根測(cè)定根的各項(xiàng)指標(biāo)，根質(zhì)膜相對(duì)透性參照劉鴻先[19]的方法測(cè)定，丙二醛（MDA）含量（以鮮質(zhì)量計(jì)）參照Heath[20]的硫代巴比妥酸法測(cè)定；超氧化物歧化酶（SOD）活性（以鮮質(zhì)量計(jì)）參照王愛(ài)國(guó)等[21]的方法測(cè)定；過(guò)氧化物酶（POD）活性參照李瑞智[22]愈創(chuàng)木酚法測(cè)定；以每min吸光度變化值表示酶活性大小，即以ΔA470·g-1·min-1表示；過(guò)氧化氫酶（CAT）活性按南京建成生物工程公司試劑盒說(shuō)明進(jìn)行測(cè)定，以每g鮮質(zhì)量每s消耗H2O2的量表示（μmol·g-1·s-1）。采用SPSS 19.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜根質(zhì)膜相對(duì)透性的影響

淹水使黃瓜根質(zhì)膜相對(duì)透性增加（圖1），說(shuō)明淹水對(duì)黃瓜根系產(chǎn)生了傷害，造成細(xì)胞原生質(zhì)外流。淹水4、8 d時(shí)，根質(zhì)膜相對(duì)透性分別為未淹水（0 d）時(shí)的161.6%和232.2%。外源NO可使淹澇時(shí)黃瓜根質(zhì)膜相對(duì)透性增加的趨勢(shì)得到一定程度的抑制，淹水4、8 d時(shí)，經(jīng)SNP處理的黃瓜根質(zhì)膜相對(duì)透性分別為同期對(duì)照的68.4%、77.2%。淹水4、6 和8 d，經(jīng)SNP處理的黃瓜根質(zhì)膜相對(duì)透性顯著低于對(duì)照。

圖1 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜根質(zhì)膜相對(duì)透性的影響

2.2 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜根MDA含量的影響

隨著淹水時(shí)間的延長(zhǎng)，黃瓜根MDA含量呈上升趨勢(shì)（圖2）。淹水4、8 d時(shí)，根MDA含量分別為未淹水（0 d）時(shí)的206.3%和324.3%，說(shuō)明隨著淹水時(shí)間的延長(zhǎng)，黃瓜根細(xì)胞過(guò)氧化程度加劇。外源NO可抑制淹澇時(shí)黃瓜根MDA含量的增加，淹水4、8 d時(shí)，經(jīng)SNP處理的黃瓜根MDA含量分別為同期對(duì)照的66.6%、57.1%。生物學(xué)統(tǒng)計(jì)分析表明，淹水6、8 d，經(jīng)SNP處理的黃瓜根MDA含量與對(duì)照相比，分別達(dá)到顯著和極顯著差異。

圖2 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜根丙二醛含量的影響

2.3 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜葉綠素含量的影響

淹水使黃瓜葉綠素含量下降（圖3），淹水4、8 d時(shí)，葉綠素含量分別為未淹水（0 d）時(shí)的84.6%和46.2%。外源NO可抑制黃瓜淹水時(shí)黃瓜葉綠素含量的下降，淹水4、8 d時(shí)，經(jīng)SNP處理的黃瓜葉綠素含量分別為同期對(duì)照的1.1、1.8倍。淹水6、8 d，經(jīng)SNP處理的黃瓜葉綠素含量與對(duì)照相比，分別達(dá)到顯著和極顯著差異。

圖3 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜葉綠素含量的影響

2.4 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜葉片光合速率的影響

對(duì)淹水期間黃瓜葉片光合速率的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，淹水脅迫使黃瓜葉片光合速率下降，外源NO處理可抑制黃瓜葉片光合速率的下降（圖4）。淹水4、8 d時(shí)，光合速率分別為未淹水（0 d）時(shí)的74.7%和21.9%；經(jīng)SNP處理的黃瓜葉片光合速率分別為同期對(duì)照的1.2、2.6倍。淹水6、8 d，經(jīng)SNP處理的黃瓜葉片光合速率與對(duì)照相比，差異分別達(dá)到顯著和極顯著水平。

圖4 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜葉片光合速率的影響

2.5 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜根SOD活性的影響

淹水脅迫下，黃瓜根SOD活性呈先上升后下降的趨勢(shì)（圖5）。對(duì)照組和處理組SOD活性分別在淹水4、6 d時(shí)達(dá)到最高，而后開(kāi)始下降。從圖中可以看出，經(jīng)SNP處理的黃瓜根SOD活性一直高于對(duì)照。淹水2、4、6和8 d時(shí)，處理組黃瓜根SOD活性分別是對(duì)照組的2.5、1.7、3.7和8.3倍，差異分別達(dá)到了顯著和極顯著水平。

圖5 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜根SOD活性的影響

2.6 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜根POD活性的影響

對(duì)照組和處理組黃瓜根POD活性分別在淹水4、6 d時(shí)達(dá)到最高，而后開(kāi)始下降（圖6）。NO可提高淹水脅迫下黃瓜根POD活性。淹水6、8 d時(shí)，經(jīng)SNP處理的黃瓜根POD活性是對(duì)照組的1.5倍、2.1倍，差異分別達(dá)到了顯著和極顯著水平。

圖6 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜根POD活性的影響

2.7 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜根CAT活性的影響

黃瓜根CAT活性在淹水脅迫下表現(xiàn)出了與SOD活性和POD活性相同的變化趨勢(shì)（圖7），即先上升后下降。淹水6、8 d時(shí)，經(jīng)SNP處理的黃瓜根CAT活性是對(duì)照組的3.3倍、2.7倍，差異分別達(dá)到極顯著和顯著水平。

圖7 NO對(duì)淹水脅迫下黃瓜根CAT活性的影響

3 討論與結(jié)論

當(dāng)土壤水分達(dá)到飽和時(shí)，植物處于淹水狀態(tài)，根系是植物受到淹水脅迫后最初的直接受害器官，質(zhì)膜相對(duì)透性增加，細(xì)胞原生質(zhì)外流。細(xì)胞質(zhì)膜過(guò)氧化作用加劇，MDA含量升高，導(dǎo)致根系活力降低[8]。這表明淹水脅迫導(dǎo)致根細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)被破壞，影響了植物對(duì)礦質(zhì)元素及營(yíng)養(yǎng)成分的吸收與利用。外源NO可有效緩解淹水脅迫對(duì)黃瓜幼苗的傷害，抑制質(zhì)膜相對(duì)透性和MDA含量的升高，保護(hù)質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的完整性，使根系在淹水脅迫時(shí)能維持良好的吸收水分和養(yǎng)分的能力。淹水脅迫使黃瓜葉片葉綠素含量下降，光合速率下降，而外源NO能有效地緩解葉綠素含量的下降，維持葉片較高的光合速率。

淹水初期，黃瓜根SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性呈上升趨勢(shì)，這是植物在受到淹水脅迫時(shí)的應(yīng)激反應(yīng)，抗氧化酶活性的增加有利于清除淹水脅迫時(shí)產(chǎn)生的活性氧及減緩膜質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物對(duì)根的傷害[23]。隨著淹水時(shí)間的延長(zhǎng)，酶活性開(kāi)始下降，說(shuō)明黃瓜根受到了嚴(yán)重的傷害。作為植物體抗性反應(yīng)中的一種重要的信號(hào)物質(zhì)，NO可調(diào)控活性氧的形成，抑制膜脂過(guò)氧化，增加植物對(duì)逆境的抵抗能力[24]。硝普鈉能夠在溶液中緩慢釋放NO，因此廣泛用作NO供體[25]。硝普鈉處理能提高淹水脅迫時(shí)黃瓜根SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性，并且能維持較長(zhǎng)時(shí)間的抗氧化酶活性，從而能夠有效清除澇害時(shí)黃瓜根產(chǎn)生的活性氧，有效緩解活性氧對(duì)黃瓜的傷害，使黃瓜幼苗在澇害下仍能維持較高的根系活力和葉片光合能力，從而提高黃瓜的耐澇性。

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鄭重聲明

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《中國(guó)瓜菜》編輯部

Enhancement of waterlogging tolerance of cucumber seedlings by nitric oxide

ZHANG Jian，LIU Meiyan
（School of Life Science，Jiangsu Normal University，Institute of Integrative Plant Biology，Xuzhou 221116，Jiangsu，China）

In order to enhance the waterlogging tolerance of cucumber seedlings,100 μmol·L-1sodium nitroprusside（SNP）was used as a donor of exogenous nitric oxide（NO），the effects of exogenous NO on the plasma membrane,photosynthetic characteristics and antioxidant enzyme activities of cucumber seedlings under waterlogging stress were explored.The results indicated that exogenous NO could inhibited the increase of relative plasmalemma permeability and malondialdehyde of cucumber seedlings under waterlogging stress.The relative plasma membrane permeability and MDA content of the cucumber root treated by SNP were extremely significant different from that of control under waterlogging stress for 8 days. Exogenous NO could retard the decomposing of chlorophyll,maintain the photosynthetic capacity of cucumber seedlings under waterlogging.The chlorophyll content and photosynthetic rate of cucumber leaves treated by SNP were extremely higher than that of control group under waterlogging stress for 8 days.Exogenous NO could increase the activities of SOD, POD,CAT.The activities of SOD and POD of the cucumber root treated by SNP were highly significant and that of CAT were significant different from that of control group under waterlogging stress for 8 days.This experiment showed that exoge?nous NO could impove the capacity of anti-waterlogging stress of cucumber seedlings.

Cucumber；Nitric oxide；Waterlogging tolerance

2016-04-12；

2016-11-12

轉(zhuǎn)基因生物新品種重大專項(xiàng)轉(zhuǎn)基因生物分子特征識(shí)別技術(shù)(2011ZX08012-002)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目；2014年徐州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（XF13C056）

張健，男,副教授，主要從事植物生理學(xué)的教學(xué)與科研工作。E-mail：zhangjian@jsnu.edu.cn

劉美艷，女，副教授，從事生物化學(xué)與分子生物學(xué)的研究。E-mail：liumeiyan@jsnu.edu.cn