， ， (呂梁學(xué)院生命科學(xué)系， 山西 離石 033000)

外源NO對(duì)干旱脅迫下大豆種子的萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

王曉晶，呼鳳蘭，褚盼盼
(呂梁學(xué)院生命科學(xué)系， 山西 離石 033000)

為了探索外源NO對(duì)干旱脅迫下大豆種子的萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，用5%PEG-400模擬干旱脅迫，測(cè)定不同濃度的SNP處理后大豆種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的變化。結(jié)果表明，干旱脅迫十分明顯地使大豆種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)受到抑制。在SNP濃度為0～0.50 mmol/L時(shí)，種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的指標(biāo)均有所提高，其中0.1 mmol/L SNP處理后，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)最高，與ck 2相比分別提高了22.6%和1.45；用0.3 mmol/L SNP處理后，種子的發(fā)芽勢(shì)及幼苗的芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)最高，與ck 2相比種子的發(fā)芽勢(shì)提高了20%，幼苗的芽長(zhǎng)增長(zhǎng)了1.3 cm，根長(zhǎng)增長(zhǎng)了1.5 cm；0.5 mmol/L SNP處理后，種子的幼苗鮮重最大；而用0.7 mmol/L SNP及以上濃度處理后，種子的萌發(fā)及幼苗的生長(zhǎng)都受到了抑制。因此，在SNP濃度為0.1 mmol/L時(shí)最適合種子的萌發(fā)，在SNP濃度為0.3 mmol/L時(shí)最適合幼苗的生長(zhǎng)。

干旱脅迫； 一氧化氮； 萌發(fā)； 幼苗生長(zhǎng)

隨著溫室氣體排放量的增加，全球氣候變化顯著，進(jìn)而出現(xiàn)了溫室效應(yīng)現(xiàn)象，地表溫度升高，全球水熱分布格局發(fā)生改變，部分濕潤(rùn)地區(qū)變得干旱，一部分作物可能不適應(yīng)環(huán)境的改變而死亡，從而導(dǎo)致了糧食的減產(chǎn)，因此，探索一種能從生理上改變作物抗旱的方式[1-3]，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。NO在生物體中重要的作用是氧化還原信號(hào)分子和毒性分子，另外一種作用是活性氮。植物體內(nèi)所含有的NO主要來(lái)源于一氧化氮合酶和硝酸還原酶的催化[4]。在生物體的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，NO具有重要的作用；在植物的生長(zhǎng)過(guò)程中遇到非生物逆境時(shí)，NO會(huì)做出一定的反應(yīng)。NO在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中具有保護(hù)和毒害的雙重作用[5-8]，這種雙重作用主要與它的濃度有很大的相關(guān)性，表現(xiàn)在低濃度下的保護(hù)效應(yīng)和高濃度下的毒害作用[9]。本研究旨在探索干旱脅迫下外源NO對(duì)大豆種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響。

1 材料與方法

1.1 材 料

市售大豆種子。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

聚乙二醇-400，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所生產(chǎn)；亞硝基鐵氰化鈉(SNP)分析純，上海展云化工有限公司生產(chǎn)；無(wú)水乙醇、95%乙醇、高錳酸鉀等均為分析純。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)主要儀器名稱、型號(hào)及生產(chǎn)廠家

儀器名稱型號(hào)生產(chǎn)廠家光照培養(yǎng)箱SPX?800B?G上海博訊實(shí)業(yè)有限公司電子天平BSA224S賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司電爐BCD?252KSA青島海爾股份有限公司

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 外源NO處理對(duì)大豆種子萌發(fā)的影響

1) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：選取健壯、飽滿、無(wú)病蟲害，在適宜條件下可以萌發(fā)且大小一致的大豆種子，先后用75%的乙醇和5%的高錳酸鉀分別消毒5 min，去離子水洗5～6次，直到無(wú)乙醇的氣味且豆子上無(wú)紫色殘留[10]。20 ℃下去離子水浸種12 h，將大豆種子用無(wú)菌濾紙吸干水分備用[11]。

實(shí)驗(yàn)采用5%PEG-400模擬干旱脅迫，在每皿5%PEG-400為15 mL的基礎(chǔ)上進(jìn)行如下處理：ck 1(0%PEG-400+0 mmol/L SNP)；ck 2(5%PEG-400+0 mmol/L SNP)；T 1(5%PEG-400+0.1 mmol/L SNP)；T 2(5%PEG-400+0.3 mmol/L SNP);T 3(5%PEG-400+0.5 mmol/L SNP)；T 4(5%PEG-400+0.7 mmol/L SNP)T 5(5%PEG-400+0.9 mmol/L SNP)。將所配置的溶液移入培養(yǎng)皿，每個(gè)培養(yǎng)皿接種30粒經(jīng)上述方法處理過(guò)的大豆種子，每皿鋪1層脫脂棉花作為芽床。硝普鈉溶液每天更換,保持濃度不變[12]。

將培養(yǎng)皿放入光照培養(yǎng)箱，并在每個(gè)培養(yǎng)皿上方蓋1層濾紙，避免水分過(guò)度蒸發(fā)造成大豆種子缺水死亡。將光照培養(yǎng)箱溫度設(shè)置為20 ℃。每天觀測(cè)種子萌發(fā)情況，統(tǒng)計(jì)大豆種子的發(fā)芽數(shù)。第7天測(cè)定大豆種苗的根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、鮮重[13]。

2) 相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量指標(biāo)：在對(duì)大豆種子的干旱脅迫下，通過(guò)添加硝普鈉溶液進(jìn)行緩解干旱，最終緩解的結(jié)果是否可以達(dá)到預(yù)期值，主要通過(guò)種子萌發(fā)過(guò)程中的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)來(lái)確定；從而得出大豆種子在干旱脅迫下萌發(fā)最適宜的硝普鈉溶液濃度。

1.4.2 外源NO處理對(duì)大豆幼苗生長(zhǎng)的影響

1) 大豆幼苗的處理：根據(jù)1.4.1中1)的方法將大豆種子進(jìn)行栽培，待大豆種子發(fā)芽結(jié)束、根和莖開始生長(zhǎng)并且有幼葉長(zhǎng)出時(shí)(大概7 d之后)，將大豆幼苗從培養(yǎng)皿中取出，并用濾紙將每個(gè)幼苗表面的水分拭去，按照不同梯度濃度將幼苗分開放置。

2) 相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量指標(biāo)：大豆幼苗的生長(zhǎng)情況主要通過(guò)幼苗的根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)和鮮重來(lái)比較，通過(guò)對(duì)比在不同濃度下幼苗的生長(zhǎng)情況，從而得出大豆種子在干旱脅迫下生長(zhǎng)最適宜的硝普鈉溶液濃度[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源NO對(duì)大豆種子萌發(fā)的影響

2.1.1 外源NO對(duì)大豆種子發(fā)芽率的影響

由圖1可知，ck 1的發(fā)芽率最高，為94.43%，且ck 1與T 3～T 5之間均存在顯著差異,同時(shí)ck 1的發(fā)芽率顯著高于ck 2的，說(shuō)明干旱處理顯著抑制了種子的萌發(fā)。與ck 2相比，T 1、T 2和T 3處理下大豆種子的發(fā)芽率分別提高了21.10%、18.90%和12.20%；而T 4和T 5處理下大豆種子的發(fā)芽率分別降低了16.70%和62.23%；ck 2與T 1～T 5之間存在顯著差異。因此可得，在SNP濃度為0.1 mmol/L時(shí)，最適宜大豆種子的萌發(fā)，而SNP濃度大于0.7 mmol/L時(shí)，大豆種子的萌發(fā)受到抑制。

2.1.2 外源NO對(duì)大豆種子發(fā)芽勢(shì)的影響

由圖2可知，ck 1的發(fā)芽勢(shì)最高，為93.3%；T 5時(shí)發(fā)芽勢(shì)最低，為5.7%；ck 1與T1之間差異不顯著，而與ck 2及T 1、T 4、T 5存在顯著差異。與ck 2相比，T 1和T 3處理大豆種子的發(fā)芽勢(shì)分別提高了15.53%和1.1%，而T 2、T 4和T 5處理大豆種子的發(fā)芽勢(shì)分別降低了1.13%、16.76%和62.23%，同時(shí)，T 2和T 3之間差異不顯著；說(shuō)明SNP濃度為0.1 mmol/L時(shí)，最適宜大豆種子的萌發(fā)；當(dāng)SNP濃度為0.5 mmol/L和0.7 mmol/L時(shí)，大豆種子的萌發(fā)會(huì)受到明顯的抑制。

注：不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。下同。圖1 不同處理?xiàng)l件下大豆種子的發(fā)芽率

圖2 不同處理?xiàng)l件下大豆種子的發(fā)芽勢(shì)

2.1.3 外源NO對(duì)大豆種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖3可知，ck 1大豆種子的發(fā)芽指數(shù)最大，為4.3；T 5最低，為0.23。ck 1與T 1和T 2之間的差異不顯著，與T 3、T 4和T 5之間的差異顯著，且ck 1的發(fā)芽指數(shù)顯著高于ck 2的，說(shuō)明干旱處理顯著抑制了種子的萌發(fā)；與ck 2相比，T 1、T 2和T 3處理下大豆種子的發(fā)芽指數(shù)分別提高了0.88、0.77和0.50，而T 4和T 5處理下大豆種子的發(fā)芽指數(shù)分別降低了0.73和2.70；同時(shí)ck 2與T 1～T 5均存在顯著差異；因此，0.1 mmol/L的SNP更能有效緩解干旱脅迫對(duì)大豆種子萌發(fā)的抑制作用，而當(dāng)SNP濃度大于0.7 mmol/L時(shí)，則加重了干旱脅迫。

2.1.4 外源NO對(duì)大豆種子活力指數(shù)的影響

由圖4可知，ck 1的活力指數(shù)最高，為14.12；T 5最低，為0.08；ck 1與T 1～T 5之間均存在顯著差異。與ck 2相比，T 1、T 2和T 3處理下大豆種子的活力指數(shù)分別提高了5.91、6.07和2.60；而在T 4和T 5處理下大豆種子的活力指數(shù)分別降低了2.82和4.21；同時(shí)，ck 2與T 1～T 5之間均存在顯著差異。

圖3 不同處理?xiàng)l件下大豆種子第7天的發(fā)芽指數(shù)

圖4 不同處理?xiàng)l件下大豆種子的活力指數(shù)

2.2 外源NO對(duì)大豆幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1 外源NO對(duì)大豆幼苗根長(zhǎng)的影響

由圖5可知，不同濃度的SNP處理后大豆幼苗根長(zhǎng)具有顯著變化。ck 1中大豆幼苗的根長(zhǎng)均高于ck 2及T 1～T 5中的；ck 1與T 2之間的差異不顯著，與T 1、T 3、T 4和T 5之間存在顯著差異。與ck 2相比，T 1、T 2和T 3處理下大豆幼苗的根長(zhǎng)分別提高了0.60，0.80 cm和0.47 cm,而在T 4和T 5處理下大豆幼苗的根長(zhǎng)分別降低了0.93 cm和1.03 cm；同時(shí)，ck 2與T 1～T 5之間均存在顯著差異，但T 1與T 3、T 1與T 2、T 4與T 5之間的差異均不顯著。因此，0.3 mmol/L的SNP最能有效緩解干旱脅迫對(duì)大豆幼苗生長(zhǎng)的抑制作用。

圖5 不同處理?xiàng)l件下大豆幼苗的根長(zhǎng)

2.2.2 外源NO對(duì)大豆幼苗芽長(zhǎng)的影響

由圖6可知，ck 1的芽長(zhǎng)達(dá)到最大，為3.53 cm；T 5最小，為0.33 cm。其中，ck 1與T 1～T 5之間存在顯著差異；與ck 2相比，T 1、T 2、T 3處理下大豆幼苗的芽長(zhǎng)分別提高了1.27，1.33 cm和0.53 cm，而T 4、T 5處理下大豆幼苗的芽長(zhǎng)分別降低了0.94 cm和1.14 cm；且ck 2與T 1～T 5之間均存在顯著差異，但T 1、T 2及T 4、T 5之間的差異不顯著；說(shuō)明在干旱脅迫下，SNP濃度為0.3 mmol/L時(shí)，大豆幼苗芽長(zhǎng)的生長(zhǎng)達(dá)到最佳。

圖6 不同處理?xiàng)l件下大豆幼苗的芽長(zhǎng)

2.2.3 外源NO對(duì)大豆幼苗鮮重的影響

由圖7可知，ck 1的鮮重最大，為4.14 g；且ck 1與T 1～T 5之間存在顯著差異；與ck 2相比，T 1～T 5處理下大豆幼苗的鮮重均有所提高；其中，ck 2與T 4之間的差異不顯著，而與其它處理的大豆苗鮮重之間存在顯著差異；但T 1、T 2及T 3、T 5之間的差異不顯著；因此，不同濃度的SNP處理干旱條件下的大豆種子，均有利于大豆物質(zhì)的積累。

圖7 不同處理?xiàng)l件下大豆幼苗的鮮重

3 結(jié) 論

通過(guò)研究外源NO對(duì)干旱脅迫下大豆種子的萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，確定了在干旱脅迫下大豆種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)最適合的硝普鈉溶液的濃度。研究結(jié)果顯示：在干旱脅迫下，當(dāng)SNP濃度為0.1 mmol/L時(shí)，大豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)最高；當(dāng)SNP濃度為0.3 mmol/L時(shí)，大豆種子的發(fā)芽勢(shì)及幼苗的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)這3項(xiàng)指標(biāo)最高；而當(dāng)SNP濃度超過(guò)0.7 mmol/L，大豆種子的萌發(fā)及幼苗的生長(zhǎng)受到了抑制。

結(jié)論：添加外源NO對(duì)干旱脅迫下大豆種子的萌發(fā)及幼苗的生長(zhǎng)存在一定的影響。

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Effects of Exogenous NO on Seed Germination and Seedling Growth of Soybean Under Drought Stress

WANGXiaojing，HUFenglan，CHUPanpan

2016-10-19

呂梁學(xué)院科研基金項(xiàng)目資助(ZRXN 201510)；山西省高等學(xué)校科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2013168)。

王曉晶(1982—)，女，山西省霍州市人；研究生，講師，研究方向：生物學(xué)；E-mail：18868016@qq.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.02.079

S 565.1

A

1001-4705(2017)02-0079-04