硫化氫和乙烯交互作用對(duì)大豆種子萌發(fā)的影響

，，

(1.云南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，昆明 650500；2.生物能源持續(xù)開發(fā)利用教育部工程研究中心，云南 昆明 650500；3.云南省生物質(zhì)能與環(huán)境生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650500)

硫化氫(H2S)是一種相對(duì)分子質(zhì)量較小的氣體分子，最早被認(rèn)為是一種毒性氣體。在動(dòng)植物體內(nèi)，現(xiàn)已被證實(shí)是一種繼一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO)后的第3種內(nèi)源性氣體信號(hào)分子，H2S能夠參與多種生理和病理過程[1]。H2S在動(dòng)物體內(nèi)的研究開展較早，發(fā)現(xiàn)其具有舒張血管和消化道平滑肌，抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖等作用，并且參與神經(jīng)元興奮，學(xué)習(xí)和記憶的調(diào)節(jié)[2-3]。然而H2S在植物體內(nèi)的研究進(jìn)展速度遠(yuǎn)不及動(dòng)物體，多集中在植物抗逆性方面。研究發(fā)現(xiàn)，H2S參與調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育、增強(qiáng)植物生物以及非生物抗逆性、延緩植物衰老等多種生理過程[4]。Li等研究發(fā)現(xiàn)，過氧化氫(H2O2)浸泡麻風(fēng)樹種子能提高種子的萌發(fā)率，刺激L-半胱氨酸脫巰基酶的活性增加，從而誘導(dǎo)H2S的積累[5]。由此可見，H2S可調(diào)控麻風(fēng)樹種子的萌發(fā)。Zhang等研究發(fā)現(xiàn)H2S通過刺激萌發(fā)早期β-淀粉酶的活性促進(jìn)小麥種子的萌發(fā)，但對(duì)α-淀粉酶和總淀粉酶活性影響不顯著[6]。

乙烯(ETH)是植物五大激素之一。ETH可以調(diào)節(jié)植物的代謝，起到加速成熟、脫落、衰老以及促進(jìn)開花的生理效應(yīng)[7]。外源ETH能夠在大多數(shù)作物種子萌發(fā)過程中，促進(jìn)休眠和非休眠種子的萌發(fā)。ETH在其生物合成過程中能進(jìn)行自我正、負(fù)反饋調(diào)節(jié)[8]。在植物體內(nèi)具有調(diào)節(jié)RNA和蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞質(zhì)膜透性的作用，并與植物的性別分化和植物幼苗上胚軸的負(fù)向地性生長等功能有密切關(guān)系，從而調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育。

大豆(Glycinemax( L.)Merr)是我國重要糧食作物之一。H2S和ETH均能促進(jìn)種子的萌發(fā)，但目前尚未有研究表明，兩者之間是否存在相互關(guān)系。本研究以大豆種子作為實(shí)驗(yàn)材料，以硫氫化鈉(NaHS)和乙烯利分別作為H2S和ETH的供體，探究H2S和ETH交互作用對(duì)種子萌發(fā)的影響。

1 材料與方法

1.1 種子的處理

大豆種子購于呈貢種子公司，品種為北豐9號(hào)。實(shí)驗(yàn)前挑選出飽滿均勻的種子，用75%的乙醇消毒10 min，用蒸餾水漂洗干凈后播于墊有6層濾紙并用下列溶液濕潤的培養(yǎng)皿中： 1) 蒸餾水；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 ℃恒溫培養(yǎng)箱中光照培養(yǎng)。

1.2 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析

1.2.1 發(fā)芽率的測(cè)定

種子在適宜的條件下，胚胎發(fā)育長大，胚根鞘首先突破種子，長出種子根，當(dāng)種子根長到種子長度一半時(shí)，表示萌發(fā)的開始。

發(fā)芽率(%)=萌發(fā)的種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

1.2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS Statistics 17.0單因素方差分析，觀察對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組之間是否具有顯著性差異。用Sigmaplot 13.0軟件作圖，圖中所有數(shù)值均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，“* ”表示p<0.05，有顯著性差異，“**” 表示p<0.01，有極顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 H2S與ETH對(duì)種子萌發(fā)的影響

為了研究H2S和ETH在種子萌發(fā)過程中確實(shí)有促進(jìn)作用，計(jì)算發(fā)芽率，選取36 h的數(shù)值作圖分析，結(jié)果見圖1。從圖1看出， 在一定濃度范圍內(nèi)，隨著NaHS濃度的增加，大豆種子的發(fā)芽率也隨著升高，在NaHS濃度達(dá)到300 mol/L時(shí)，發(fā)芽率最高，而后有所降低，因此，NaHS處理大豆的適宜濃度為300 mol/L。類似的， 在一定濃度范圍內(nèi)，隨著ETH濃度的增加，大豆種子的發(fā)芽率也隨著升高，在ETH濃度達(dá)到100 mol/L時(shí)，發(fā)芽率最高，之后降低，因此，ETH處理大豆的適宜濃度是100 mol/L。

圖1 NaHS和 ETH處理對(duì)大豆種子發(fā)芽率的影響

2.2 H2S與ETH相互作用處理對(duì)種子萌發(fā)的影響

上述結(jié)果表明，H2S和ETH都能分別促進(jìn)種子萌發(fā)，但二者交互作用效果尚不明確，故進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。同時(shí)加入適宜濃度的NaHS和乙烯利，共同處理種子。選取36 h的數(shù)值作圖分析，結(jié)果如圖2。在H2S與ETH共同作用下，大豆種子的發(fā)芽率相對(duì)于空白組有所提高，且有極顯著性差異(p<0.01)，H2S與ETH二者間疊加作用顯著。

圖2 NaHS與ETH相互作用處理對(duì)大豆種子發(fā)芽率的影響

2.3 ETH合成抑制劑(AOA)與H2S相互作用處理對(duì)種子萌發(fā)的影響

為了進(jìn)一步明確H2S和ETH交互作用，繼續(xù)進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)，將適宜濃度的AOA和NaHS同時(shí)加入，共同處理種子。選取36 h的數(shù)值作圖分析，結(jié)果如圖3。經(jīng)AOA單獨(dú)處理，種子的發(fā)芽率有所提高，且有顯著性差異(0.01

圖3 NaHS與AOA相互作用處理對(duì)大豆種子發(fā)芽率的影響

2.4 H2S合成抑制劑(AOA)與ETH相互作用處理對(duì)種子萌發(fā)的影響

將適宜濃度的AOA和乙烯利同時(shí)加入，共同處理種子。選取36 h的數(shù)值作圖分析(如圖4)。經(jīng)AOA單獨(dú)處理，種子的發(fā)芽率有所提高，但無顯著性差異。在ETH與AOA共同作用下，種子的發(fā)芽率相對(duì)于空白組有所提高，但無顯著性差異。

3 討 論

本研究以大豆種子為研究對(duì)象，探究了H2S和ETH相互作用對(duì)種子萌發(fā)率的影響。研究發(fā)現(xiàn)， 在一定濃度范圍的H2S和ETH分別作用下，北豐9號(hào)大豆種子發(fā)芽率均有所提高，且當(dāng)H2S濃度為300μmol/L時(shí)，作用效果極顯著(p<0.01)、ETH濃度為100μmol/L時(shí)作用效果顯著(p<0.05)。在H2S和ETH的共同作用下，大豆種子的萌發(fā)率均高于NaHS與ETH單獨(dú)處理組，且有極顯著性差異(p<0.01)，說明二者間疊加作用顯著。

圖4 ETH與AOA相互作用處理對(duì)大豆種子發(fā)芽率的影響

圖5 H2S與ETH交互作用調(diào)控大豆種子萌發(fā)

H2S作為一個(gè)新型的信號(hào)分子參與調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育過程，ETH具有多種生理效應(yīng)，可以調(diào)節(jié)植物的代謝。氨氧基乙酸(AOA)既是H2S的主要合成酶L/D-半胱氨酸脫巰基酶抑制劑，同時(shí)也是ETH合成關(guān)鍵酶1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸合酶(ACS)的抑制劑[9]。種子萌發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的植物生理生化、物質(zhì)代謝的過程[10]。因此，研究H2S和ETH對(duì)種子萌發(fā)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的理論和實(shí)踐意義。

本實(shí)驗(yàn)通過研究H2S和ETH的相互作用表明，ETH抑制劑AOA處理削弱NaHS誘導(dǎo)大豆種子萌發(fā)，而H2S抑制劑AOA處理對(duì)大豆種子萌發(fā)沒有顯著影響，暗示H2S可能位于ETH上游調(diào)控種子的萌發(fā)(如圖5)。綜上所述，在種子萌發(fā)過程中，H2S與ETH確實(shí)存在相互作用，但本研究中用于分析的生理指標(biāo)較少，今后，將對(duì)種子中各種代謝酶活性進(jìn)行深入研究，從而進(jìn)一步討論H2S與ETH的上下游關(guān)系。

總之，H2S與ETH均能促進(jìn)大豆種子萌發(fā)，并且在萌發(fā)過程中，H2S與ETH存在交互作用，但其交互作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

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