摘要：為探索外源NO對干旱脅迫下板藍根種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，用10%聚乙二醇（PEG） 6 000模擬干旱脅迫，測定不同濃度的外源NO供體硝普鈉（SNP）處理后板藍根種子萌發(fā)和幼苗生長指標的變化。結果表明，干旱脅迫顯著抑制板藍根的種子萌發(fā)和幼苗生長。0.01～0.50 mmol/L SNP處理后，種子萌發(fā)和幼苗生長指標均有升高，其中以0.10 mmol/L SNP處理時各項指標最高；1.00 mmol/L SNP處理的各項指標無顯著變化或顯著降低。與干旱處理相比，0.10 mmol/L SNP處理時板藍根種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別提高22.94%和80.00%，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別提高31.81%和82.03%，發(fā)芽速率指數(shù)提高31.77%，平均發(fā)芽時間縮短0.26 d；幼苗苗高、主根長、苗質量和根質量分別提高39.27%、30.97%、58.06%和91.86%；葉片MDA含量降低32.37%，SOD和POD活性分別增加44.36%和44.02%。0.10 mmol/L SNP可顯著減緩干旱脅迫對板藍根種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用，增強葉片抗氧化能力，提高種子及幼苗的抗旱能力；高濃度（1.00 mmol/L）SNP處理加劇了干旱脅迫對板藍根幼苗的傷害。

關鍵詞：板藍根；NO；干旱脅迫；種子萌發(fā)；生理特性

中圖分類號：S567.23+9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）07-1636-05

板藍根為十字花科菘藍（Isatis indigotica Fort.）的干燥根，為二年生草本植物，具有清熱解毒和涼血利咽的作用[1]。由于板藍根藥用價值非常大，在中醫(yī)藥中使用量也很大，是目前已實現(xiàn)規(guī)?；耘嗪蜕a的重要中藥材[2]。尤其是2003年“非典”、2009年甲型流感、2013年禽流感大范圍流行，板藍根需求量更是劇增[3]。干早脅迫常常影響植物的生長發(fā)育，由水分虧缺對農作物造成的損失在所有的非生物脅迫中占首位[4]。在中國板藍根產區(qū)，水資源緊缺已成為影響板藍根高產的主要限制性因素之一[5]，板藍根栽培環(huán)境受到嚴重威脅，提高板藍根的抗旱能力已成為亟待解決的問題。

NO是生物體中一種重要的氧化還原信號分子和毒性分子，也是一種活性氮，在植物體內主要通過NO合酶和硝酸還原酶催化形成。NO作為植物生長發(fā)育的一個關鍵調節(jié)因子，能夠對植物的生物和非生物逆境作出反應，對植物具有保護和毒害的雙重效應，具體表現(xiàn)與NO濃度和植物細胞的生理條件等有關[6]。種子萌發(fā)是植物生命歷程的起點，研究發(fā)現(xiàn)外源NO對干旱脅迫下水稻[7]、黃瓜[8]、苜蓿[9]、高羊茅[10]和白花蛇舌草[11]種子萌發(fā)具有促進作用，也可以提高小麥[12]、黃瓜[8]、高羊茅[10]幼苗葉片的抗氧化酶活性，緩解干旱脅迫對幼苗氧化損傷的影響。關于外源NO對干旱脅迫下板藍根種子萌發(fā)和幼苗生長的影響鮮有報道。本研究以板藍根種子為材料，通過聚乙二醇（PEG）6 000模擬干旱環(huán)境，研究不同濃度的外源NO供體硝普鈉（SNP）對干旱脅迫下板藍根種子發(fā)芽和幼苗生長的影響，為解決板藍根在栽培生產中遇到的干旱問題提供理論依據(jù)，對板藍根的大面積推廣及規(guī)范種植具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的板藍根種子由山東省長清馬山中藥材特色品牌基地提供，經山東農業(yè)大學農學院王漢平教授鑒定為北板藍根的干燥成熟種子。

1.2 試驗設計

選取健壯、飽滿、大小一致的板藍根種子，先后用75%乙醇和5% NaClO分別消毒5 min，去離子水沖洗5～6次，直至無NaClO味道。20 ℃下去離子水浸種12 h，將板藍根種子用無菌濾紙瀝干水，備用。試驗采用10% PEG 6 000模擬干旱脅迫，在Hoagland營養(yǎng)液基礎上進行如下處理：CK1（0%PEG 6 000+0 mmol/L SNP）、CK2（10% PEG 6 000+0 mmol/L SNP）、T1（10%PEG 6 000+0.01 mmol/L SNP）、T2（10%PEG6 000+0.10 mmol/L SNP）、T3（10%PEG 6 000+0.50 mmol/L SNP）、T4（10%PEG 6 000+1.00 mmol/L SNP）。

1.3 發(fā)芽試驗

按照賈海鳳等[3]的方法進行發(fā)芽試驗。每個處理3次重復，每個重復50粒種子。在光照培養(yǎng)箱中進行15 ℃/25 ℃的變溫培養(yǎng)，高溫時段采用8 h光照，低溫時段采用16 h黑暗。每隔3～5 d更換1次處理液。

1.4 種子萌發(fā)、幼苗生長和生理指標

突破種皮的胚軸長度達到種子自身長度時視為種子發(fā)芽。每天統(tǒng)計種子發(fā)芽數(shù)，計算種子萌發(fā)指標，包括發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、發(fā)芽速率指數(shù)和平均發(fā)芽時間[3]。第14天時，每個重復隨機選取20株幼苗，測量苗高、主根長、苗質量和根質量（鮮重），取平均值，并測定生理指標。采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量，采用氮藍四唑法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，采用愈創(chuàng)木酚比色法測定過氧化物酶（POD）活性。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，采用SPSS 13.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同濃度的SNP對干旱脅迫下板藍根種子萌發(fā)的影響

2.1.1 對發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響 由圖1可以看出，與CK1相比，CK2處理的板藍根種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢均顯著降低，分別比CK1降低17.74%和41.18%，說明干旱處理顯著抑制了板藍根種子的萌發(fā)。當用不同濃度的SNP處理后，處理T1、T2、T3的發(fā)芽率分別比CK2上升16.51%、22.94%和13.76%，發(fā)芽勢分別比CK2上升33.33%、80.00%和68.33%；T4處理的發(fā)芽率變化不顯著，發(fā)芽勢比CK2顯著降低，降低達20.00%?？梢?，T2處理時板藍根種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢最高，即0.10 mmol/L SNP最能有效緩解干旱脅迫對種子萌發(fā)的抑制作用，而高濃度（1.00 mmol/L）SNP則加重干旱脅迫對發(fā)芽勢的抑制作用。

2.1.2 對發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響 由圖2可以看出，與CK1相比，CK2處理的板藍根種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別降低13.78%和40.22%，說明干旱處理顯著抑制板藍根種子的活力。隨著SNP濃度的升高，板藍根種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)呈先升高后降低的趨勢，0.10 mmol/L SNP處理時達到峰值。與CK2相比，T1、T2、T3處理的發(fā)芽指數(shù)分別增加19.16%、31.81%和22.23%，活力指數(shù)分別增加55.15%、82.03%和13.09%；T4處理的發(fā)芽指數(shù)變化不顯著，活力指數(shù)顯著降低，降低達19.78%。因此，適宜濃度的SNP能減輕干旱脅迫對發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的抑制作用，以0.10 mmol/L濃度時效果最佳，高濃度（1.00 mmol/L）SNP能加重干旱脅迫對活力指數(shù)的抑制作用。

2.1.3 對發(fā)芽速率指數(shù)和平均發(fā)芽時間的影響 由圖3可以看出，干旱脅迫下，CK2與CK1相比，板藍根種子的發(fā)芽速率指數(shù)顯著降低，平均發(fā)芽時間顯著延長。隨著SNP濃度的升高，發(fā)芽速率指數(shù)呈先升高后降低的變化趨勢，0.10 mmol/L SNP處理時達到最大值，為0.28；平均發(fā)芽時間呈先縮短后延長的變化趨勢，0.10和0.50 mmol/L SNP處理時達到較小值，為3.19 d。

2.2 不同濃度SNP對干旱脅迫下板藍根幼苗生長的影響

2.2.1 對苗高和主根長的影響 由圖4可以看出，與CK1相比，CK2處理的苗高、主根長分別降低了38.12%和50.82%，說明干旱處理顯著抑制了板藍根幼苗苗高和主根的生長。不同濃度的SNP處理后，與CK2相比，處理T1、T2、T3的苗高分別增加14.79%、39.27%和16.90%，處理T4減少15.61%；處理T1和T3的主根長度變化不顯著，T2處理顯著增加，增加達30.97%，處理T4顯著降低，降低達25.83%。說明，0.10 mmol/L SNP能有效減輕干旱脅迫對板藍根幼苗生長的傷害，高濃度（1.00 mmol/L）的SNP處理則加劇了干旱脅迫的傷害。

2.2.2 對苗質量和根質量的影響 由圖5可以看出，CK2處理下，苗質量和根質量分別比CK1降低了44.64%和66.01%。隨著SNP濃度的升高，苗質量和根質量均呈單峰曲線變化，0.10 mmol/L SNP處理時表現(xiàn)最高，分別為0.16 g/株和0.02 g/株；1.00 mmol/L處理時表現(xiàn)最低，分別為0.09 g/株和0.01 g/株。表明干旱脅迫顯著抑制了板藍根幼苗的物質積累，0.10 mmol/L SNP能有效減輕干旱脅迫的抑制作用，高濃度SNP（1.00 mmol/L）則加劇了干旱脅迫的抑制作用。

2.3 不同濃度的SNP對干旱脅迫下板藍根幼苗生理特性的影響

2.3.1 MDA含量 由圖6可以看出，干旱處理后，CK2與CK1相比，板藍根幼苗葉片MDA含量顯著升高。與CK2相比，不同濃度SNP處理的MDA含量均顯著降低，且隨SNP濃度的升高呈先降低后升高的變化趨勢，在0.10 mmol/L SNP處理時表現(xiàn)為最低。說明SNP能夠抑制干旱脅迫下MDA含量的升高，且0.10 mmol/L SNP的抑制效果最好。

2.3.2 SOD和POD活性 由圖7可以看出，與CK1相比，CK2的板藍根幼苗葉片SOD和POD活性顯著升高，分別升高38.89%和13.06%。與CK2相比，隨著SNP處理濃度的增加，SOD和POD活性呈單峰曲線變化，且在0.10 mmol/L SNP處理時達到峰值。說明板藍根幼苗對干旱脅迫具有一定的適應調節(jié)能力，適宜濃度的SNP能緩解干旱脅迫對板藍根幼苗產生的活性氧傷害。

3 小結與討論

3.1 外源NO對干旱脅迫下板藍根種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

聚乙二醇（PEG）是一種高分子滲透劑，其本身不能穿越細胞壁進入細胞質，因而不會引起質壁分離，使植物組織和細胞處于類似于干旱的水分脅迫之中。宋軍生等[13]的研究表明，PEG脅迫下板藍根種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和胚芽鮮重均顯著下降。本研究中，在PEG模擬干旱脅迫下，板藍根種子的萌發(fā)和幼苗生長指標降低，這與前人的研究結果一致；干旱脅迫下，添加適宜濃度的外源NO緩解了干旱脅迫對板藍根種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用，高濃度的SNP則加劇了干旱脅迫的抑制作用。這可能是因為NO通過質外體直接作用于細胞壁組分，使細胞壁松弛，以及NO作用于膜的磷脂雙分子層，增強膜的流動性，從而促進細胞擴展、植物生長[14]；NO濃度過高時，NO與超氧陰離子和過氧亞硝酸鹽作用導致膜滲漏，甚至擴散進入胞質溶膠，攻擊相關的酶類，產生破壞性影響[15]。

除了調控根系伸長和生長，NO還參與側根、不定根和根毛的發(fā)生[16]，且能增加根系中果膠、纖維素、半纖維素等物質的含量[17]。試驗中，0.10 mmol/L SNP對苗高的促進作用大于根長，而對苗質量的促進作用小于根質量。究其原因，SNP可能影響了板藍根幼苗的根系結構或成分，這還有待進一步確定。

3.2 外源NO對干旱脅迫下板藍根幼苗生理特性的影響

植物受到逆境脅迫時，體內會產生大量的活性氧（ROS），而超氧陰離子是活性氧中最豐富的一種，活性氧若不能及時被清除，會導致氧化傷害[18]。MDA是膜脂過氧化產物，通常用來表示細胞膜脂過氧化程度和植物對逆境條件反應的強弱。SOD可以將超氧陰離子歧化為H2O2，而POD可以清除植物體內的多余的H2O2。本研究中，干旱脅迫下板藍根幼苗葉片MDA含量升高，說明干旱脅迫對板藍根幼苗造成了傷害，加速了板藍根幼苗細胞的膜脂過氧化作用，這與宋軍生等[13]的研究結果一致。干旱脅迫下幼苗葉片SOD和POD活性升高，這是植物自身的一種應激反應。

NO具有信號分子的作用，可作為抗氧化劑直接清除逆境脅迫誘導產生的ROS，或激活一系列逆境抗性基因的表達和調控，以緩解各種脅迫造成的氧化損傷，從而增強植物的適應能力[19]。本研究中，0.10 mmol/L SNP處理時，板藍根幼苗葉片MDA含量最低，SOD和POD活性最高。因此，適宜濃度的外源NO能有效緩解干旱脅迫下板藍根幼苗葉片的膜脂過氧化作用，誘導抗氧化酶活性升高，提高清除自由基防御系統(tǒng)的防御能力，緩解干旱脅迫對板藍根幼苗生長的抑制作用。關于外源NO對干旱脅迫下板藍根幼苗ROS代謝的調控過程、機制及有關的信號轉導，還有待進一步研究。

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