外源NO對(duì)玉米幼苗葉片保水能力和抗氧化酶活性的影響

苗豐　劉全永　邵瑞鑫等

摘要：采用三葉一心期的玉米幼苗為試驗(yàn)材料，研究不同濃度外源一氧化氮（NO）供體SNP（硝普鈉）處理對(duì)玉米幼苗葉片保水能力、丙二醛、葉綠素含量及抗氧化酶活性等指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，與對(duì)照相比，10、50、100、200 μmol/L SNP處理可提高玉米幼苗離體葉片的含水量1.5%、6.2%、9.8%、8.6%，不同程度減緩其葉片失水速率，增加其葉片光合色素含量。此外，SNP還能顯著誘導(dǎo)SOD、CAT、POD活性上升，從而提高玉米幼苗自身抗氧化能力。本試驗(yàn)中以100 μmol/L的SNP使用效果最佳。

關(guān)鍵詞：玉米；外源NO；葉片；保水能力；抗氧化酶

中圖分類號(hào)： S513.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2015）03-0082-03

一氧化氮（NO）是植物體內(nèi)重要的氣體自由基分子，諸多研究顯示NO參與了植物生長(zhǎng)發(fā)育的許多過(guò)程，如植物抗逆反應(yīng)[1]、根生長(zhǎng)、葉擴(kuò)展[2]、側(cè)根形成[3]、種子萌發(fā)[4]以及細(xì)胞凋亡[5]等。但是，NO與其他植物激素相似，在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)過(guò)程中的作用具有濃度效應(yīng)，低濃度一般促進(jìn)生長(zhǎng)，高濃度則抑制生長(zhǎng)，這在小麥、棉花和水稻等植物中已得到證明[6-8]。且大量試驗(yàn)報(bào)道以100 μmol/L的SNP調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育效果最佳[6，9]，但是與濃度更低的NO相比在玉米幼苗中調(diào)控效果如何尚無(wú)報(bào)道。

干旱脅迫是制約玉米生長(zhǎng)的重要非生物脅迫因素之一[10]，可導(dǎo)致植物葉綠素降解[11]、細(xì)胞ROS積累[12]、質(zhì)膜透性改變[13]、破壞光合作用[14]，并抑制生長(zhǎng)[15]。關(guān)于外源NO能夠提高小麥等作物抗逆適應(yīng)能力的報(bào)道較多[5]，但在玉米苗期通過(guò)外源NO預(yù)處理達(dá)到提高其抗旱性的研究尚未報(bào)道。因此，本試驗(yàn)選用鄭單958為材料，通過(guò)研究0～200 μmol/L 不同濃度外源NO供體（硝普鈉）對(duì)玉米幼苗葉片保水能力及抗氧化酶活性的影響，以期為化控預(yù)防抗旱技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)于2013年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行，以鄭單958為材料，精選均勻、飽滿、無(wú)病蟲害玉米種子，在2% NaClO中消毒10 min，滅菌蒸餾水沖凈后浸種8 h，放置在28 ℃培養(yǎng)箱中發(fā)芽，3 d后選取萌發(fā)一致的種子在1/2 Hogland營(yíng)養(yǎng)液中水培，晝夜光照為12 h/12 h，晝夜溫度為（25±2） ℃/（20±2） ℃，玉米長(zhǎng)至1葉1心時(shí)噴施4個(gè)不同濃度（10、50、100、200 μmol/L）的SNP溶液（NO供體硝普鈉）處理，每隔24 h處理1次，以葉面有水滴流下為標(biāo)準(zhǔn)，以清水處理（CK）為對(duì)照。至玉米長(zhǎng)至三葉一心期，取頂部全展葉片，進(jìn)行丙二醛含量、葉綠素含量、抗氧化酶活性測(cè)定，另取相同部位葉片稱取鮮質(zhì)量后放入清水中飽和吸水6 h后測(cè)定葉片的水分含量，每處理重復(fù)3次，每重復(fù)種植20株。SNP溶液現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.2 測(cè)定指標(biāo)和方法

離體葉片相對(duì)含水量（RWC）的測(cè)量：采用飽和稱質(zhì)量法[16]測(cè)定，每隔1h稱質(zhì)量1次，共24次，最后烘干稱取干質(zhì)量。RWC=（初始鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/（飽和鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）×100%。

葉綠素含量測(cè)量方法參照趙世杰等的方法[17]。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性的測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（NBT）還原法[18]，以抑制NBT光化還原50%的酶量為一個(gè)酶活性單位；過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法比色法[19]，以μmol/（min·g）表示POD活性；過(guò)氧化氫酶（catalas，CAT）活性測(cè)定采用紫外吸收法[20]，以U/（min·g）表示CAT活性；丙二醛（malonyldialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥顯色法測(cè)定[21]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行繪圖，用SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源NO對(duì)玉米幼苗葉片相對(duì)含水量和MDA含量的影響

葉片相對(duì)含水量隨著時(shí)間變化逐漸降低，但是SNP預(yù)處理的玉米幼苗葉片相對(duì)含水量在23 h內(nèi)均高于對(duì)照（圖1-A）。在10～100 μmol/L SNP濃度范圍內(nèi)，隨著SNP濃度增加，葉片的相對(duì)含水量越高，尤其在處理后23 h時(shí)處理之間葉片相對(duì)含水量差異最大，10、50、100、200 μmol/L SNP分別比對(duì)照的葉片含水量提高1.5%、6.2%、9.8%、8.6%。以上結(jié)果表明，低濃度SNP能提高玉米幼苗葉片的相對(duì)含水量，以100 μmol/L SNP處理效果最佳。

葉片MDA含量隨著SNP濃度升高呈先降低后增加趨勢(shì)（圖1-B）。SNP濃度為50 μmol/L時(shí)幼苗體內(nèi)MDA水平與對(duì)照相比降低12.8%；SNP濃度為100 μmol/L時(shí)，MDA含量降至最低；SNP濃度為200 μmol/L時(shí)MDA含量反而升高，且與對(duì)照相比差異不明顯。這些結(jié)果表明適宜的SNP濃度處理可緩解膜脂過(guò)氧化程度，保持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。

2.2 外源NO對(duì)玉米幼苗葉片葉綠素含量的影響

由表1可見，葉綠素a、葉綠素b及葉綠素a+b的含量隨著SNP濃度的升高呈先增后降的趨勢(shì)，在SNP濃度為 100 μmol/L 時(shí)，葉片葉綠素a、葉綠素b及葉綠素a+b的含量與對(duì)照相比均差異顯著。隨著SNP濃度進(jìn)一步增加（即至200 μmol/L），葉綠素含量出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。當(dāng)處理濃度為10、50、100、200 μmol/L時(shí)，葉綠素a含量分別比對(duì)照增加了5.16%、10.44%、23.31%、10.12%，葉綠素b含量比對(duì)照增加了18.65%、37.68%、27.34%、16.38%，葉綠素b的增加幅度要大于葉綠素a，可能是由于SNP對(duì)葉綠素b的影響大于葉綠素a。以上研究結(jié)果表明各處理均能提高玉米幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b及葉綠素a+b的含量，增強(qiáng)葉片的光合能力，且當(dāng)SNP濃度為100 μmol/L時(shí)效果最好。

2.3 外源NO對(duì)玉米幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

由圖2可知，隨著SNP濃度升高，SOD、POD、CAT活性表現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，各處理均優(yōu)于對(duì)照，濃度為100 μmol/L時(shí)活性增加最明顯，與其他處理相比差異均達(dá)到顯著水平。濃度為200 μmol/L時(shí)，葉片CAT活性與10、50 μmol/L時(shí)相比也顯著提高（圖2-A），SOD活性較100 μmol/L SNP處理顯著降低，且與50 μmol/L處理間差異不顯著（圖2-B）。POD活性低于其他濃度處理（圖2-C）。

上述研究結(jié)果表明，SNP處理能增強(qiáng)玉米幼苗葉片SOD、POD、CAT酶的活性，進(jìn)而提高玉米葉片的抗氧化能力，其中SOD和CAT酶活性受SNP處理影響較大，適宜的SNP濃度處理能夠顯著提高玉米葉片的抗氧化能力，清除細(xì)胞內(nèi)過(guò)多的活性氧自由基，使之維持在正常水平，從而保護(hù)膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。濃度為100 μmol/L時(shí)效果最好。

3 討論

植物葉片失水時(shí)，不飽和脂肪酸在自由基的作用下，發(fā)生膜脂過(guò)氧化，膜脂過(guò)氧化會(huì)引起膜中蛋白質(zhì)交聯(lián)、聚合及類脂變化，使膜上孔隙變大，通透性增加，離子大量外泄導(dǎo)致細(xì)胞代謝紊亂，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致植物死亡[22]。葉片相對(duì)含水量變化可準(zhǔn)確反映葉片失水速率[23]。García-Mata等研究發(fā)現(xiàn)SNP可以提高小麥葉片含水量[24-25]。陳銀萍等認(rèn)為SNP處理可提高玉米幼苗葉片的相對(duì)含水量，減緩葉片的失水速率，顯著抑制水分脅迫下玉米幼苗葉片膜脂過(guò)氧化的發(fā)生[26]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，各濃度SNP處理不同程度降低玉米葉片中MDA含量，100 μmol/L時(shí)效果最佳，顯著緩解了膜脂過(guò)氧化程度，保持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，延緩了玉米葉片的水分散失，提高葉片的保水能力。

SOD、POD、CAT是植物細(xì)胞內(nèi)重要的酶促抗氧化體系[27-29]，共同直接或間接消除活性氧和自由基對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)的損害，維持正常的活性氧和自由基水平[30]。前人研究表明，玉米抗旱性與超氧化物歧化酶等保護(hù)酶活性成顯著正相關(guān)，抗旱性強(qiáng)的玉米品種POD、CAT、SOD等保護(hù)酶活性較高[31]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，10～200 μmol/L SNP濃度范圍內(nèi)玉米幼苗葉片SOD、POD、CAT酶的活性呈先增后降趨勢(shì)，100 μmol/L 時(shí)清除活性氧自由基、降低膜脂過(guò)氧化水平效果最佳。低濃度SNP作為抗氧化劑和ROS相互作用，上調(diào)抗氧化酶的基因表達(dá)或酶活性，調(diào)節(jié)ROS水平[32]。蔣明義等證實(shí)滲透脅迫下葉綠素的降解主要與活性氧的氧化損傷有關(guān)[33]。本研究結(jié)果表明施加外源SNP能提高玉米幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b及葉綠素a+b的含量，這和吳雪霞等的研究結(jié)果[34]一致。葉綠素在植物體內(nèi)處于不斷更新的狀態(tài)，NO作為一種重要的生物活性分子，可能是抑制了葉綠素酶的活性或者激活了葉綠素生物合成過(guò)程中的某些酶類，進(jìn)而減少葉綠素的分解，促進(jìn)葉綠素的合成。

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