余沛東, 陳銀萍, 閆志強(qiáng), 柯昀琪, 楊波, 丁浚剛

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外源NO對(duì)Cd脅迫下娃娃菜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的保護(hù)效應(yīng)

余沛東, 陳銀萍*, 閆志強(qiáng), 柯昀琪, 楊波, 丁浚剛

蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070

為探討外源一氧化氮(NO)對(duì)鎘(Cd)脅迫下娃娃菜()的保護(hù)效應(yīng), 采用0、50、100、200、500和1000 μmol·L–1的外源NO供體硝普鈉(SNP)對(duì)100和200 mg·L–1CdCl2脅迫下的娃娃菜種子進(jìn)行處理, 分析其對(duì)種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)及生理指標(biāo)的影響。結(jié)果表明: Cd脅迫抑制娃娃菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng), 幼苗葉片葉綠素(Chl)和類(lèi)胡蘿卜素(Car)含量顯著降低, 丙二醛(MDA)含量和相對(duì)電導(dǎo)率(REC)顯著上升, 幼苗葉片膜脂過(guò)氧化加速。不同濃度的SNP處理, 不僅能提高Cd脅迫下娃娃菜種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù), 促進(jìn)幼苗生長(zhǎng), 而且能抑制MDA含量上升, 降低葉片REC, 增加Chl和脯氨酸(Pro)含量, 增強(qiáng)抗氧化酶活性。外源NO可緩解Cd脅迫對(duì)娃娃菜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的抑制作用, 緩解Cd脅迫引起的膜脂過(guò)氧化, 提高抗Cd能力, 其中以200 μmol·L–1SNP對(duì)Cd脅迫的緩解效果較好。

一氧化氮; Cd脅迫; 娃娃菜; 種子萌發(fā); 幼苗生長(zhǎng)

1 前言

近年來(lái), 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使得重金屬向環(huán)境中的排放增加, 給社會(huì)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的影響[1], 比如, 土壤中過(guò)量的鎘(Cd)除了對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育造成嚴(yán)重的影響外, 還會(huì)通過(guò)食物鏈危害人類(lèi)健康[2–3]。因此, 開(kāi)展如何降低農(nóng)作物Cd毒害方面的研究具有十分重要的意義。

我國(guó)東南沿海地區(qū)夏秋季(6—9月)氣候炎熱, 蔬菜生長(zhǎng)不良, 供需矛盾突出, 而利用高原夏季涼爽, 日照充足, 晝夜溫差大等氣候特點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的高原夏菜, 可以解決這一矛盾。娃娃菜()就是近年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者研究較多的高原夏菜之一, 其具有養(yǎng)胃生津、除煩解渴、利尿通便、清熱解毒等功能, 是補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)、凈化血液、疏通腸胃、預(yù)防疾病、促進(jìn)新陳代謝的佳蔬[4]。調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的信號(hào)分子一氧化氮(NO)[5–6]參與了植物對(duì)重金屬脅迫的響應(yīng), 如Cd[7–10]、Mn[11]和Cu[12]脅迫等。NO可以促進(jìn)種子萌發(fā), 通過(guò)增強(qiáng)種子抗氧化能力, 阻止丙二醛(MDA)含量的增加, 清除多余的活性氧(ROS), 從而減輕種子膜脂過(guò)氧化損傷。目前, 針對(duì)娃娃菜的研究主要集中在無(wú)公害和優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)[13]、病蟲(chóng)害的發(fā)生與綜合防治[14]、品種的引進(jìn)與選育[15]及氮素營(yíng)養(yǎng)的調(diào)控機(jī)理[16]等方面, 而關(guān)于其對(duì)重金屬特別是Cd的耐受能力和NO對(duì)重金屬抑制的緩解能力尚未見(jiàn)研究。為此, 本文以娃娃菜為材料, 模擬土壤中Cd脅迫狀況, 研究了NO在Cd脅迫下對(duì)娃娃菜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響, 系統(tǒng)地分析不同濃度的NO供體硝普鈉(sodium nitroprusside, SNP)對(duì)Cd脅迫下娃娃菜種子萌發(fā)數(shù)量、萌發(fā)速度、幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響, 旨在為探索緩解Cd污染土壤的最佳SNP濃度, 為Cd污染植物的生態(tài)防御研究提供一定的科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 材料和試劑

以娃娃菜品種“韓國(guó)2號(hào)”(甘肅省農(nóng)科院提供)為供試材料。NO供體硝普鈉(亞硝基鐵氰化鈉, sodium nitroprusside, SNP, 購(gòu)自Sigma公司)現(xiàn)用現(xiàn)配, 通常, 0.15 mmol·L–1(mM)的SNP大約可以產(chǎn)生小于0.2 μmol·L–1(μM)的NO[17]。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2.1 種子處理

培養(yǎng)時(shí)選取籽粒飽滿(mǎn)、大小均勻且無(wú)病蟲(chóng)傷害的種子洗凈種外包衣, 用0.1%的氯化汞消毒10 min, 然后再用蒸餾水沖洗 3—5次, 于水中吸脹12 h后, 吸干表面水分播于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)進(jìn)行常規(guī)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)處理

以 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液為基礎(chǔ)培養(yǎng)液, 分別添加Cd2+(CdCl2)至最終濃度為0、100、200 mg·L–1, SNP 至最終濃度為 0、50、100、200、500、1000 μmol·L–1, 共 18 個(gè)處理, 每個(gè)處理設(shè) 6 個(gè)重復(fù), 每個(gè)重復(fù) 50 粒種子。在 20 ℃黑暗中培養(yǎng) 24 h 后, 置于溫度為 27 ℃, 光照時(shí)間 12 h·d–1的培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng), 每天定時(shí)更換處理液, 其中的3個(gè)重復(fù)每 24 h 觀察發(fā)芽數(shù), 以胚芽長(zhǎng)超過(guò) 1 mm 為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn), 發(fā)芽第 4 d 測(cè)定發(fā)芽勢(shì), 第 6 d 測(cè)定發(fā)芽率、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng), 胚根、胚芽干重和鮮重, 計(jì)算發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù); 剩余的3個(gè)重復(fù)7 d 后將胚根芽長(zhǎng)勢(shì)一致的種子移植到口徑為 15 cm 且裝有珍珠巖的花盆中, 繼續(xù)置于培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng), 每天用相應(yīng)的處理液處理, 待幼苗三片真葉完全展平時(shí)測(cè)定葉片相對(duì)電導(dǎo)率(REC)、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)、類(lèi)胡蘿卜素(Car)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和過(guò)氧化物酶(POD)等抗氧化酶活性。

2.3 測(cè)定方法

發(fā)芽指數(shù)=∑(/), 其中為t天的發(fā)芽數(shù),為發(fā)芽日數(shù)。

活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×胚芽長(zhǎng)。

按照紫外分光光度法測(cè)定Chl和Car含量[18], 電導(dǎo)率儀法測(cè)定REC[18], 硫代巴比妥酸法測(cè)定MDA含量[19], 磺基水楊酸-酸性茚三酮比色法測(cè)定Pro含量[18], 氮藍(lán)四唑(NBT)法測(cè)定SOD活性, 紫外分光光度法測(cè)定CAT活性, 愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD活性[20]。

2.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均取 3 次重復(fù)平均值, 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及差異顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 外源NO對(duì)Cd脅迫下娃娃菜種子萌發(fā)的影響

100 mg·L–1和200 mg·L–1Cd 脅迫均抑制了娃娃菜種子的萌發(fā), 使發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著下降(<0.05), 100 mg·L–1Cd脅迫下, 分別較空白對(duì)照(0 μM SNP+ 0 mg·L–1Cd, CK)下降6.80%、2.06%、19.74%和24.13%, 200 mg·L–1Cd脅迫下, 分別下降10.68%、5.15%、26.29%和38.61%。不同濃度 SNP 處理均能不同程度緩解 Cd 脅迫對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用, 其中, 200 μM SNP 處理使兩種濃度Cd脅迫下種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)較 Cd 單獨(dú)處理均顯著升高(<0.05), 較100 mg·L–1Cd單獨(dú)處理分別升高21.94%和16.60%, 較200 mg·L–1Cd單獨(dú)處理分別升高25.85%和37.50%。但隨SNP 濃度的升高, 緩解效果就越不明顯(表1)。雙因素方差分析表明, Cd、SNP以及Cd與SNP交互作用對(duì)發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)沒(méi)有顯著影響, 而對(duì)發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)有顯著的影響(表2)。

3.2 外源NO對(duì)Cd脅迫下娃娃菜幼苗生長(zhǎng)的影響

兩種濃度Cd脅迫均使胚芽長(zhǎng)、胚芽鮮重和胚芽干重降低, 其中200 mg·L–1Cd單獨(dú)處理更顯著(<0.05), 較CK分別下降17.24%、4.67%和3.11%。不同濃度SNP處理均能促進(jìn)Cd脅迫下娃娃菜幼苗的生長(zhǎng), 其中, 200 μM SNP處理使幼苗胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)、胚根鮮重、胚芽鮮重、胚根干重和胚芽干重顯著升高(<0.05), 較100 mg·L–1Cd單獨(dú)處理分別升高22.80%、17.88%、7.02%、14.68%、7.17%和15.74%, 較200 mg·L–1Cd單獨(dú)處理分別升高42.78%、22.837%、7.19%、10.01%、9.32%和22.48%。但隨SNP濃度的升高, 促進(jìn)效果就越不明顯(表3)。雙因素方差分析表明, 胚根鮮重、胚芽鮮重、胚根干重、胚芽干重、胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)均受到Cd、SNP以及Cd與SNP交互作用的顯著影響(表2)。

表1 不同濃度SNP對(duì)Cd脅迫下娃娃菜種子萌發(fā)的影響

注: 同列中不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(＜0.05)。

表2 Cd、SNP以及Cd與SNP交互作用對(duì)娃娃菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)影響的雙因素方差分析

注: *表示方差分析結(jié)果為極顯著性差異(<0.001)。下同。

3.3 外源NO對(duì)Cd脅迫下娃娃菜幼苗葉片Chl和Car含量的影響

兩種濃度Cd脅迫均使娃娃菜幼苗葉片Chla、Chlb、Chl總量和Car含量降低, 其中200 mg·L-1Cd單獨(dú)處理更顯著(<0.05), 較CK分別下降33.03%、77.91%、40.54%和27.66%。不同濃度SNP處理均能促進(jìn)Chl合成, 其中, 200 μM SNP處理使Chla、Chlb、Chl總量和Car含量增加, 較100 mg·L–1Cd單獨(dú)處理分別升高6.19%、1.16%、5.35%和1.58%, 較200 mg·L–1Cd單獨(dú)處理分別升高15.77%、158.42%、24.62%和3.39%(<0.05)。但當(dāng)SNP濃度繼續(xù)增加時(shí), Chl含量不再增加, 且略有下降的趨勢(shì)(圖1)。雙因素方差分析表明, Cd、Cd與SNP交互作用對(duì)Chlb含量有顯著影響, Cd、SNP以及Cd與SNP交互作用對(duì)Chla、Chl總量和Car含量有顯著影響(表4)。

注: 圖中不同小寫(xiě)字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)。下同

表3 不同濃度SNP對(duì)Cd脅迫下娃娃菜幼苗生長(zhǎng)的影響

3.4 外源NO對(duì)Cd脅迫下娃娃菜幼苗葉片REC和MDA含量的影響

Cd 脅迫下, 娃娃菜幼苗葉片REC和MDA含量均顯著增加(<0.05), 100 mg·L–1Cd脅迫下, 分別較CK增加40.55%和171.28%, 200 mg·L–1Cd脅迫下, 分別增加183.46%和211.00%。不同濃度 SNP均能不同程度降低REC 和 MDA 含量, 其中, 200 μM SNP處理降低效果最顯著(<0.05), 較100 mg·L–1Cd單獨(dú)處理分別降低32.39%和19.91%, 較200 mg·L–1Cd單獨(dú)處理分別降低53.77%和40.15%。但當(dāng) SNP 濃度繼續(xù)增加時(shí), 降低效果略有下降(圖2)。雙因素方差分析表明, Cd 與 SNP 交互作用對(duì) MDA 有顯著影響, Cd、SNP以及Cd與SNP交互作用對(duì)REC有顯著影響(表4)。

3.5 外源NO對(duì)Cd脅迫下娃娃菜幼苗葉片SOD、CAT和POD活性及Pro含量的影響

Cd脅迫下, 娃娃菜幼苗葉片抗氧化酶活性顯著增強(qiáng), Pro含量顯著增加(<0.05), 100 mg·L–1Cd脅迫下, SOD、CAT和POD活性及Pro含量分別較CK增加177.92%、5.98%、100.02%和68.58%, 200 mg·L–1Cd脅迫下, 分別增加161.04%、19.06%、75.02%和74.53%。不同濃度SNP處理能進(jìn)一步增強(qiáng)抗氧化酶活性, 增加Pro含量, 其中, 200 μM SNP處理增強(qiáng)效果最顯著(<0.05), 較100 mg·L–1Cd單獨(dú)處理分別增加20.56%、11.07%、100.02%和35.13%, 較200 mg·L–1Cd單獨(dú)處理分別增加54.73%、0.91%、150.00%和31.72%。但隨SNP濃度增加, 抗氧化酶活性增強(qiáng)和Pro含量增加趨勢(shì)越不顯著(圖3)。雙因素方差分析表明, Pro、SOD、CAT 、POD受到 Cd、SNP以及Cd與SNP交互作用的顯著影響(表4)。

4 討論

Cd脅迫下, 進(jìn)入植物細(xì)胞的Cd2+與酶活性中心或蛋白巰基結(jié)合, 取代蛋白反應(yīng)中心的Ca2+、Mg2+、Fe2+等必需金屬, 向細(xì)胞中釋放自由離子, 也能刺激脂氧合酶和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)氧化酶活性, 使細(xì)胞內(nèi)O2–·和H2O2等活性氧生成增加, 從而引起氧化脅迫和膜脂過(guò)氧化, 進(jìn)而影響植物的呼吸作用以及氮素、碳水化合物和核酸等重要物質(zhì)代謝, 導(dǎo)致細(xì)胞分裂與植物生長(zhǎng)受到抑制[8, 21]。本研究中, Cd脅迫抑制娃娃菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng), 幼苗葉片Chl含量顯著降低, 直接影響光合作用和光合產(chǎn)物的積累, 造成植物株高和生物量的減少, MDA含量和REC顯著上升, 幼苗葉片膜脂過(guò)氧化加速, 進(jìn)一步證明了Cd脅迫對(duì)植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)造成的影響。

作為一種新的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)信號(hào)分子, NO廣泛參與植物生長(zhǎng)、發(fā)育及各種生物和非生物脅迫[22–24]。已有研究表明, NO也參與了植物對(duì)各種重金屬脅迫的響應(yīng), SNP能促進(jìn)低濃度 Pb 脅迫下雜花苜蓿()[25]、Cd脅迫下水稻()[7]和Cu脅迫下小麥()[12]種子的萌發(fā)。本研究中, 不同濃度SNP能提高Cd脅迫下娃娃菜種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù), 這與前人研究結(jié)果相似, 雙因素方差分析表明, Cd、SNP以及Cd與SNP交互作用對(duì)發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)有顯著的影響, 進(jìn)一步證明了外源NO可以緩解Cd脅迫對(duì)娃娃菜種子萌發(fā)的抑制作用。

圖2 NO對(duì)Cd脅迫下娃娃菜葉片REC(A)和MDA含量(B)的影響

圖3 NO對(duì)Cd脅迫下娃娃菜葉片SOD(A)、CAT(B)、POD(C)活性和Pro(D)含量的影響

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用所必需的重要物質(zhì), 決定著植物的光合效率[26]。一定濃度SNP處理能促進(jìn)Cd脅迫下娃娃菜幼苗葉片中Chl合成, 促進(jìn)幼苗生長(zhǎng), 雙因素方差分析表明, Cd、SNP以及Cd與SNP交互作用對(duì)Chla、Chl總量、Car含量、胚根鮮重、胚芽鮮重、胚根干重、胚芽干重、胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)均有顯著影響?？赡苁荢NP增加了Ca、Fe、Cu、Zn等礦質(zhì)元素的吸收, 使葉綠素結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程減緩, 減弱了Chl的降解反應(yīng), 或者是活化了葉綠素生物合成過(guò)程中的某些酶類(lèi), 增加了葉綠素的合成, 從而維持葉綠素含量[27], 提高了葉片細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力和耐毒能力, 促進(jìn)了幼苗生長(zhǎng)。

生物膜與植物抗性有關(guān), 正常條件下, 植物體內(nèi)ROS的產(chǎn)生與清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài), 植物遭受逆境脅迫時(shí), 這種動(dòng)態(tài)平衡被破壞, 引發(fā)膜脂過(guò)氧化反應(yīng)[8]。外源NO能減少逆境脅迫下植物體內(nèi)ROS的積累從而緩解氧化脅迫對(duì)植物的傷害[28]。本研究中, Cd脅迫誘導(dǎo)了娃娃菜幼苗細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)生, 而SNP能在一定程度上緩解這種損傷, 抑制MDA含量的上升, 降低REC, 可能是NO同ROS或脂質(zhì)過(guò)氧化自由基發(fā)生了反應(yīng), 使氧化脅迫中斷[29]。另外, 本研究中, 適當(dāng)濃度的SNP處理能進(jìn)一步增強(qiáng)SOD、CAT、POD活性, 促進(jìn)Pro積累, 表明NO也能通過(guò)激活抗氧化系統(tǒng), 增強(qiáng)活性氧的清除效率, 從而較好地維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性, 減輕Cd脅迫誘導(dǎo)的氧化損傷, 這與NO緩解Cd脅迫對(duì)水稻[7,9]、蠶豆()[8]及亞麻()[30]幼苗傷害的研究結(jié)果一致。

但是, 這種緩解作用對(duì)NO濃度有一定的依賴(lài)性。本研究表明, 當(dāng)SNP濃度低于 200mM 時(shí), SNP處理能促進(jìn)娃娃菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng), 使發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)增大, 幼苗的胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)及胚根、胚芽生物量增加, 幼苗葉片Chl含量增加, MDA含量和REC降低, Pro含量增加, 抗氧化酶活性增強(qiáng), NO有效地緩解了Cd脅迫下娃娃菜葉片中ROS的傷害。但當(dāng)SNP濃度超過(guò) 200mM 時(shí), 娃娃菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)隨SNP濃度的增加而受到抑制, Chl含量降低, MDA含量和REC增大, Pro含量降低, 抗氧化酶活性減弱, 使娃娃菜幼苗受害更加明顯。這與冉烈等[31]、陳銀萍等[32]和楊志娟等[33]的研究結(jié)果一致, 表明娃娃菜對(duì)Cd脅迫的抗性并不是隨SNP使用濃度的增加而增強(qiáng)的。

表4 Cd、SNP以及Cd與SNP交互作用對(duì)娃娃菜葉片生理特性影響的雙因素方差分析

低濃度NO可作為抗氧化劑清除ROS, 也能誘導(dǎo)抗氧化酶基因的表達(dá), 但高濃度的NO會(huì)與ROS發(fā)生作用, 生成大量的過(guò)氧亞硝酸陰離子(OONO-), OONO-質(zhì)子化后形成具有強(qiáng)氧化性的過(guò)氧亞硝酸(HOONO), 破壞生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能, 具有更強(qiáng)的生物毒性。因此, NO在植物體內(nèi)以適宜的濃度存在才能起到最佳的生物學(xué)效應(yīng), 濃度過(guò)高或過(guò)低, 都無(wú)法調(diào)控下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo), 表明NO在生物體內(nèi)的作用具有濃度依賴(lài)性。

5 結(jié)論

外源NO可提高Cd脅迫下娃娃菜種子萌發(fā)率、幼苗葉片中Chl含量、Pro含量和抗氧化酶活性, 緩解MDA的積累, 降低REC, 保護(hù)細(xì)胞膜免受或減少損傷, 緩解對(duì)娃娃菜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的抑制作用, 提高植物抗Cd能力。使用SNP濃度過(guò)低和過(guò)高均不理想, 200 μM SNP對(duì)娃娃菜Cd脅迫的緩解效果最佳。

[1] XU X H, ZHAO Y C, ZHAO X T, et al. Sources of heavy metal pollution in agricultural soils of a rapidly industrializing area in the Yangtze Delta of China[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2014, 108: 161–167.

[2] 崔秀敏, 吳小賓, 李曉云, 等．銅、鎘毒害對(duì)番茄生長(zhǎng)和膜功能蛋白酶活性的影響及外源NO的緩解效應(yīng)[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 02: 349–357.

[3] AGRAWAL S B, MISHRA S. Effects of supplemental ultraviolet-B and cadmium on growth, antioxidants and yield ofL. [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2009, 72(2): 610–618.

[4] 張凱, 張玉鑫, 陳年來(lái), 等. 甘肅省高原夏菜種植氣候區(qū)劃[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2012, 40(5): 179–185.

[5] SAXENA I, SHEKHAWAT G S. Nitric oxide (NO) in alleviation of heavy metal induced phytotoxicity and its role in protein nitration[J]. Nitric Oxide, 2013, 32: 13–20.

[6] CHEN Y P, ZHANG J, YANG Z J, et al. Relationship between nitric oxide accumulation, anti-oxidative system and freezing tolerance in the leaves ofduring cold adaptation[J]. Journal of Animal and Plant Sciences, 2012, 22(4): 1133–1141.

[7] HE J Y, REN Y F, CHEN X L, et al. Protective roles of nitric oxide on seed germination and seedling growth of rice(L.) under cadmium stress[J]. Ecoto-xicology and Environmental Safety, 2014, 108: 114–119.

[8] 李源, 魏小紅, 朱蕾, 等. 外源 NO 和 H2O2對(duì)Cd脅迫下蠶豆種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的保護(hù)效應(yīng)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 37(11): 4942–4944, 4959.

[9] PRERNA S, KAVITA S. Evidences for reduced metal-uptake and membrane injury upon application of nitric oxide donor in cadmium stressed rice seedlings[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2014, 83: 180–184.

[10] JOZEF K, BO?IVOJ K, PETR B, et al. Nitric oxide donor modulates cadmium-induced physiological and metabolic changes in the green alga[J]. Algal Research, 2015, 8: 45–52.

[11] JOZEF K, PETR B, JOSEF H, et al. Manganese-induced oxidative stress in two ontogenetic stages of chamomile and amelioration by nitric oxide[J]. Plant Science, 2014, 215-216: 1–10.

[12] HU K D, HU L Y, LI Y H, et al. Protective roles of nitric oxide on germination and antioxidant metabolism in wheat seeds under copper stress[J]. Plant Growth Regulation, 2007, 53: 173–183.

[13] 蔣紅英. 娃娃菜農(nóng)殘消降組合方法及對(duì)品質(zhì)的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè), 2011, 37(4): 92–96.

[14] 湛長(zhǎng)菊. 娃娃菜的特征特性及高產(chǎn)栽培技術(shù)[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, (19): 63–65.

[15] 張曉梅, 嚴(yán)湘萍. 高寒地區(qū)娃娃菜品種引種比較試驗(yàn)初報(bào)[J]. 長(zhǎng)江蔬菜, 2009, (1): 46–47.

[16] 楊兵麗, 張國(guó)斌, 周箬涵, 等. 不同形態(tài)氮素配施對(duì)娃娃菜光合和Chl熒光特性的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 27(5): 761–768.

[17] 孫群, 胡景江.植物生理學(xué)研究技術(shù)[M]. 陜西: 西北農(nóng)林科技大學(xué)出版社, 2006.

[18] 李合生, 孫群, 趙世杰, 等. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000, 164–261.

[19] 樊懷福, 郭世榮, 焦彥生, 等. 外源一氧化氮對(duì)NaCl脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)、活性氧代謝和光合特性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 27(2): 546–553.

[20] 李忠光, 李江鴻, 杜朝昆, 等. 在單一提取系統(tǒng)中同時(shí)測(cè)定五種植物抗氧化酶[J]. 云南師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2002, 22(6): 44–48.

[21] 陳世軍, 張明生. 外源NO供體SNP對(duì)Cd脅迫下辣椒種子萌發(fā)的影響[J]. 種子, 2009, 28(2): 21–25.

[22] 陳銀萍, 陶玲, 楊莉, 等.一氧化氮對(duì)水分脅迫下種子玉米種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響[J].廣西植物, 2010, 30(5): 672–677.

[23] ZHENG C F, JIANG D, LIU F L, et a1. Exogenous nitric oxide improves seed germination in wheat against mitochondrial oxidative damage induced by high salinity[J]. Environmental and Experimental Botany, 2009, 67: 222–227.

[24] XU Y F, SUN X L, JIN J W, et al. Protective effect of nitric oxide on light-induced oxidative damage in leaves of tall fescue[J]. Journal Plant Physiology, 2010, 167: 512–518.

[25] 向華, 南麗麗, 李春曉. 一氧化氮對(duì)鉛脅迫下雜花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響[J]. 草原與草坪, 2014, 34(2): 77–80.

[26] 劉燕, 蔣光霞. 硒對(duì)鉛脅迫下油菜酶活性及葉綠素含量的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 36(18): 7554–7555, 7849.

[27] 張義凱, 崔秀敏, 楊守祥, 等. 外源NO對(duì)鎘脅迫下番茄活性氧代謝及光合特性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 21(6): 1432–1438.

[28] 趙寶泉, 萬(wàn)宇, 楊世湖, 等. 外源 NO 供體硝普鈉(SNP)對(duì)重金屬Cd脅迫下水稻幼苗膜脂過(guò)氧化及抗氧化酶的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2010, 26(3): 468–475.

[29] MATA C G, LAMATTINA L. Nitric oxide induces stomatal closure and enhances the adaptive plant responses against drought stress[J]. Plant Physiology, 2001, 126: 1196–1204.

[30] 徐嚴(yán), 魏小紅, 李兵兵. 外源NO對(duì)重金屬Cd脅迫下亞麻幼苗葉片抗氧化能力的影響[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 47(5): 45–49.

[31] 冉烈, 李會(huì)合, 田秀英. 外源NO對(duì)鎘脅迫下東南景天生長(zhǎng)和鎘累積的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)通報(bào), 2012, 28(19): 60-64.

[32] 陳銀萍, 蘧苗苗, 蘇向楠, 等. 外源一氧化氮對(duì)鎘脅迫下紫花苜蓿幼苗活性氧代謝和鎘積累的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 34(12): 2261–2271.

[33] 楊志娟, 陳銀萍, 蘇向楠, 等. 外源NO對(duì)鉛脅迫下三葉鬼針草幼苗活性氧代謝的影響[J]. 廣西植物, 2015, 35(5): 648–655.

Protective effects of nitric oxide on seed germination and seedling growth ofunder cadmium stress

YU Peidong, CHEN Yinping*, YAN Zhiqiang, KE Yunqi, YANG Bo, DING Jungang

School of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China

To investigate the effects of nitric oxide (NO) on mitigating Cd stress on, the seeds (under 100 and 200 mg·L–1CdCl2stress) were treated with 0, 50, 100, 200, 500, and 1000 μmol·L–1sodium nitroprusside (SNP) as an exogenous NO donor, as well as the seed germination, seedling growth, and physiological indicators of leaves were measured. The results showed that Cd stress inhibited seed germination and seedling growth, decreased chlorophyll (Chl) andCarotenoid (Car) contents, increased malondialdehyde (MDA) and relative electrical conductivity (REC), and accelerated membrane lipid peroxidation. SNP at different concentrations performed well to promote seed germination and seedling growth, and to decrease MDA content and cell membrane permeability, increase Chl, Car and proline (Pro) contents, and activate the antioxidant enzyme system in seedlings under Cd stress. It was shown that exogenous NO not only mitigated the inhibiting effects on seed germination and seedling growth and mitigated the lipid peroxidation induced by Cd stress, but also enhanced the plants resistance to Cd stress. The most optimal SNP concentration was suggested at 200 μmol·L–1.

nitric oxide (NO); Cd stress;; seed germination; seedling growth

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.05.002

X173；Q142

A

1008-8873(2018)05-007-09

2018-01-05;

2018-03-04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31560161, 31260089, 31640012)

余沛東(1993—), 男, 甘肅天水人, 碩士, 主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué), E-mail: yupeidong7878@foxmail.com

通信作者:陳銀萍(1974—), 女, 甘肅榆中人, 教授, 主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué), E-mail: yinpch@mail.lzjtu.cn

余沛東, 陳銀萍, 閆志強(qiáng), 等. 外源 NO對(duì)Cd脅迫下娃娃菜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的保護(hù)效應(yīng)[J]. 生態(tài)科學(xué), 2018, 37(5): 7-15.

YU Peidong, CHEN Yinping, YAN Zhiqiang, et al. Protective effects of nitric oxide on seed germination and seedling growth ofunder cadmium stress[J]. Ecological Science, 2018, 37(5): 7-15.