一氧化氮參與水楊酸對(duì)玉米幼苗根系抗旱性的調(diào)控

單長(zhǎng)卷+代海芳+孫海麗+武英霞

摘要：采用10%聚乙二醇6000（PEG6000）模擬干旱脅迫，研究?jī)?nèi)源一氧化氮（NO）在水楊酸調(diào)控新單29幼苗根系抗旱性中的作用。結(jié)果表明：與對(duì)照相比，干旱脅迫顯著提高了玉米幼苗根系NO、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛（MDA）、過(guò)氧化氫（H2O2）含量及根冠比，顯著降低了地上生物量；與單獨(dú)干旱脅迫處理相比，水楊酸顯著提高了玉米幼苗根系NO、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量及根系生物量、根冠比，顯著降低了MDA、H2O2含量；NO清除劑則可以顯著降低干旱和水楊酸誘導(dǎo)的NO的產(chǎn)生與脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量，同時(shí)顯著降低地上生物量、根系生物量及根冠比，并使MDA、H2O2含量顯著升高，從而逆轉(zhuǎn)干旱和水楊酸的上述效應(yīng)。由上述結(jié)果可知，NO參與水楊酸對(duì)玉米幼苗根系抗旱性的調(diào)控。

關(guān)鍵詞：新單29；干旱脅迫；一氧化氮；根系；水楊酸

中圖分類號(hào)： S513.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0133-02

水楊酸（SA）是植物體內(nèi)普遍存在的一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物的抗病、抗低溫、抗旱、抗鹽和抗紫外線等抗逆性方面具有重要作用[1-4]。已有研究表明，外源水楊酸能提高玉米、小麥等作物的抗旱性[5-7]。筆者之前的研究也證明，水楊酸可以提高玉米幼苗根系的抗氧化能力，進(jìn)而提高根系的抗旱性。作為信號(hào)分子，水楊酸誘導(dǎo)植物的抗逆性與其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)密切相關(guān)。一氧化氮（NO）是植物體內(nèi)重要的信號(hào)分子，許多研究表明NO在植物響應(yīng)生物、非生物脅迫中具有重要的作用[8-9]。研究還表明，NO可以參與SA誘導(dǎo)植物抗鹽性及氣孔關(guān)閉的信號(hào)途徑[10-11]。但到目前為止，NO是否參與SA調(diào)控的玉米根系抗旱性的信號(hào)途徑尚不清楚，值得進(jìn)行深入探討。

本研究用10% PEG6000模擬干旱脅迫，利用NO清除劑研究NO在SA調(diào)控玉米新單29幼苗根系丙二醛（MDA）、過(guò)氧化氫（H2O2）、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的含量及單株地上生物量、根系生物量和根冠比中的作用，以期揭示內(nèi)源NO是否參與SA對(duì)玉米根系抗旱性的調(diào)控。

1材料與方法

1.1供試材料及幼苗培養(yǎng)

供試品種為新單29，由河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。挑選大小均勻、籽粒飽滿的玉米種子100粒，用蒸餾水將種子洗凈后晾干，用0.1% HgCl2浸泡20 min進(jìn)行常規(guī)消毒并用蒸餾水沖洗，后用蒸餾水浸泡24 h，再轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)皿中，加入適量蒸餾水在培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽與幼苗培養(yǎng)，培養(yǎng)箱溫度設(shè)為25 ℃。待幼苗長(zhǎng)至2葉1心時(shí)，轉(zhuǎn)入1/4 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)，每天換1次營(yíng)養(yǎng)液。待幼苗長(zhǎng)至3葉1心時(shí)，挑選質(zhì)量和生長(zhǎng)情況基本一致的幼苗進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1處理方法與取材試驗(yàn)共設(shè)5種處理，分別將根系置于不同溶液中進(jìn)行處理。處理1為對(duì)照（CK），采用100 mL 1/4 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行處理；處理2為干旱脅迫（D），采用100 mL 1/4 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液配制成的10% PEG進(jìn)行處理；處理3為10 μmol/L SA處理（SA），先用10 μmol/L SA預(yù)處理 1 d，然后轉(zhuǎn)入1/4 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中進(jìn)行處理；處理4為 10 μmol/L SA+干旱脅迫（SA+D），先用10 μmol/L SA預(yù)處理1 d，然后轉(zhuǎn)入10% PEG中進(jìn)行處理；處理5為 100 μmol/L cPTIO+10 μmol/L SA+干旱脅迫（cPTIO+SA+D），先用cPTIO+SA共處理1 d，然后轉(zhuǎn)入10% PEG中進(jìn)行處理。每個(gè)處理的容器中均有6株幼苗，重復(fù)3次。在處理2 d后，取樣并測(cè)定玉米幼苗根系的各項(xiàng)生理指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)均測(cè)定3次。在處理7 d后測(cè)定各處理的生物量。

1.2.2測(cè)定項(xiàng)目與方法MDA含量測(cè)定參照李合生的方法[12]；過(guò)氧化氫含量采用硫酸鈦法[13]測(cè)定；

脯氨酸含量采用磺基水楊酸法[13]測(cè)定；可溶性糖含量采用硫酸蒽酮法[14]測(cè)定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法[14]測(cè)定。NO含量采用Zhou等的方法[15]測(cè)定。生物量測(cè)定采用烘干法。

1.3數(shù)據(jù)處理

用SAS軟件處理，在α=0.05水平進(jìn)行差異顯著分析。

2結(jié)果與分析

2.1NO清除劑和水楊酸對(duì)干旱脅迫下玉米幼苗根系NO含量的影響

由表1可知，與對(duì)照相比，干旱脅迫使新單29幼苗根系NO含量顯著增加，比對(duì)照增加了150.0%；與單獨(dú)干旱脅迫相比，NO清除劑使干旱脅迫下根系NO含量顯著降低了 70.0%，SA預(yù)處理使干旱下根系NO含量顯著增加了 66.7%；與SA+PEG處理相比，NO清除劑cPTIO則使根系NO含量顯著降低了80.0%。這說(shuō)明，干旱脅迫和SA均可以誘導(dǎo)NO的產(chǎn)生。

2.2NO清除劑和水楊酸對(duì)干旱脅迫下玉米幼苗根系MDA、H2O2含量的影響

由表1可知，與對(duì)照相比，干旱脅迫使新單29幼苗根系MDA、H2O2含量均顯著增加，分別比對(duì)照增加200.0%、105.3%；NO清除劑則使干旱下根系MDA、H2O2含量分別顯著增加了36.2%、41%；與單獨(dú)干旱脅迫相比，SA則使干旱下根系MDA、H2O2含量分別顯著降低了37.7%、30.8%；與SA+D處理相比，cPTIO+SA+D處理則使根系MDA、H2O2含量分別顯著增加了67.4%、88.9%。這說(shuō)明，內(nèi)源NO參與了SA對(duì)玉米幼苗根系抗氧化的調(diào)控。

2.3NO清除劑和水楊酸對(duì)干旱脅迫下玉米幼苗根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由表2可知，與對(duì)照相比，干旱脅迫使玉米幼苗根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量均顯著增加，分別比對(duì)照增加了84.3%、38.3%、78.3%；NO清除劑則使干旱下根系脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量均顯著降低，分別降低了30.6%、14.1%、22.0%；與單獨(dú)干旱脅迫相比，SA則使干旱下根系上述滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均顯著增加，分別增加了35.4%、15.3%、31.7%；與SA+PEG處理相比，cPTIO+SA+PEG處理則使脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量分別顯著降低了32.2%、17.2%、25.9%。這說(shuō)明，內(nèi)源NO均參與了干旱和SA對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白的誘導(dǎo)。

2.4NO清除劑和水楊酸對(duì)干旱脅迫下玉米幼苗單株生物量的影響

由表3可知，與對(duì)照相比，干旱脅迫使玉米幼苗地上生物量顯著降低了32.9%，對(duì)根系生物量無(wú)顯著影響，卻使根冠比顯著增加了45.9%；NO清除劑則使干旱下地上生物量、根系生物量、根冠比分別顯著降低了20.4%、32.6%、16.7%；與單獨(dú)干旱脅迫相比，SA則使干旱下地上生物量、根系生物量、根冠比分別顯著增加了5.1%、26.9%、18.5%；與SA+D處理相比，cPTIO+SA+D處理則使地上生物量、根系生物量、根冠比分別顯著降低了20.4%、43.9%、29.7%。

3結(jié)論與討論

膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA、活性氧H2O2含量是衡量植物抗氧化能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。研究表明，干旱脅迫可以顯著增加玉米根系的MDA、H2O2含量[16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，干旱脅迫可以顯著增加新單29幼苗根系的MDA、H2O2含量，而使其遭受氧化脅迫，這與前人的研究結(jié)果[16]一致。水楊酸作為一種重要的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，在增強(qiáng)植物抗旱性上具有重要作用。本研究也表明，水楊酸可以顯著降低干旱下新單29幼苗根系的MDA、H2O2含量，從而緩解干旱對(duì)根系造成的傷害，這與前人的研究結(jié)果[16]一致。利用NO清除劑cPTIO降低根系NO含量則加劇了干旱造成的氧化脅迫，逆轉(zhuǎn)了水楊酸的效應(yīng)，這說(shuō)明內(nèi)源NO參與水楊酸緩解干旱造成的氧化脅迫的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的高低是衡量植物抗旱能力大小的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)表明，干旱可以顯著提高玉米根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的含量，水楊酸處理則可以進(jìn)一步增加干旱下根系中上述3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，從而進(jìn)一步增強(qiáng)植株保水能力和抗旱性。而降低內(nèi)源NO含量后，干旱和水楊酸誘導(dǎo)的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量則顯著下降，從而使根系的滲透調(diào)節(jié)能力下降，這說(shuō)明內(nèi)源NO參與水楊酸對(duì)根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的誘導(dǎo)。

生物量大小是反映植物對(duì)干旱逆境響映的最直觀指標(biāo)。本研究表明，干旱脅迫顯著降低了幼苗地上生物量，顯著提高了根冠比。水楊酸處理則進(jìn)一步提高了干旱下玉米幼苗根系生物量和根冠比，這說(shuō)明水楊酸可以促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，這與前人的研究結(jié)果[17]一致。而降低內(nèi)源NO含量后，進(jìn)一步抑制了干旱下地上部和根系的生長(zhǎng)，并逆轉(zhuǎn)了水楊酸對(duì)植株生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，尤其是根系的生長(zhǎng)，這說(shuō)明內(nèi)源NO參與水楊酸對(duì)植株生長(zhǎng)的促進(jìn)作用。

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