外源NO對低溫脅迫下紅掌耐寒性誘導的研究

梁麗建，鄧衍明，孫曉波，賈新平，瞿 輝，蘇家樂

(1.江蘇省農業科學院休閑農業研究所，江蘇南京 210014；2.江蘇省園藝技術推廣站，江蘇南京 210036)

紅掌(Anthuriumandraeanum)，別稱安祖花，為天南星科花燭屬多年生附生常綠草本植物，主要原產地為南美洲熱帶和亞熱帶雨林地區。紅掌花朵鮮艷奪目、花姿奇特美妍、花期持久，是世界暢銷的熱帶花卉，具有極高的觀賞價值和經濟價值[1]。但紅掌是喜溫花卉，抗寒性較差，在我國長江中下游及以北地區栽培時冬季需要設施加溫保護，增加了生產成本，同時也影響了花的品質和產量[2]。因此，研究提高紅掌的耐寒性措施及機理對我國紅掌產業的健康發展至關重要。而利用外源信號物質提高植物抗性是一種經濟有效的措施，目前已成為紅掌逆境生理研究的重點領域。

一氧化氮(nitric oxide，NO)是植物體內普遍存在的一種氣體信號分子，在調節植物的生長發育、種子萌發、氣孔運動和誘導植物抗逆性等方面發揮著十分重要的作用[3-4]。近年來，NO介導植物對低溫、干旱、鹽害等非生物脅迫的抗性研究越來越受到人們的重視，已有大量研究表明，外源應用NO可以有效緩解低溫對植物生長的抑制作用、促進植物的光合作用、穩定細胞膜的結構、增強植物細胞保護系統的功能，提高細胞清除活性氧的能力，減少低溫脅迫對植物細胞造成的氧化損傷，從而提高植物的抗寒性[5]。但是，目前這些研究主要在果樹、蔬菜、大田作物及一些主要的園林植物中進行[6-8]，且在適用的處理濃度方面存在較大的爭議，而有關NO對于熱帶花卉影響的研究資料甚少，尤其是涉及NO對紅掌幼苗抗寒作用機理方面的研究尚未見報道。因此，本研究以紅掌幼苗為研究對象，通過外源噴施NO，初步探討不同濃度的外源NO對低溫脅迫條件下紅掌幼苗生長和生理的影響，以期揭示NO提高紅掌耐寒的生理機制，為制定紅掌低溫冷害的有效防御措施提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試所用材料為紅掌品種阿拉巴馬，生長健壯，苗齡1年左右，具有5～6片葉，由荷蘭安祖公司提供。NO供體為硝普鈉[Na2Fe(CN)5，代號SNP]購自于Sigma公司。

1.2 試驗處理

試驗處理于2015年8—10月在江蘇省農業科學院內進行。8月上旬選取長勢均一、無病、無損傷的紅掌幼苗，置于人工氣候培養箱中預培養3 d，培養溫度27 ℃/22 ℃(白天/夜間)，光照度10 000 lx，光照時間12 h/d，相對濕度80%。預處理結束后，按照如下試驗設計進行葉面噴施：(1)CK(常溫+蒸餾水)；(2)T0(低溫+蒸餾水)；(3)T1(低溫+200 μmol/L SNP)；(4)T2(低溫+400 μmol/L SNP)；(5)T3(低溫+800 μmol/L SNP)。葉面噴施以葉面分布均勻欲滴為度，每2 d噴施1次，連續噴施2次。每處理3個重復，每個重復15株。葉面噴施結束24 h后，將CK置于27 ℃/22 ℃常溫培養箱中培養，其余各組置于12 ℃/15 ℃低溫培養箱中培養，其它培養條件與預處理相同，培養15 d后取樣進行各項指標測定。

1.3 測定項目與方法

分別采取每株紅掌從上往下數第1片成熟葉進行生理指標的測定。電導率、丙二醛(MDA)、葉綠素與脯氨酸含量測定參照黃芳等的方法[9]；SOD、POD和CAT活性的測定參照許楠等的方法[10]；各項指標測定時重復3次，取平均值。處理 15 d 后，分別用水沖松盆土，取出幼苗，清洗干凈，進行植株生長指標測定。用鋼尺測量幼苗的株高，用電子天平測定植株的鮮質量，用烘干法測量植株地上部分與地下部分干質量。根據干鮮質量測得含水量及根冠比，含水量=(鮮質量-干質量)/鮮質量×100%，根冠比=地下部分干質量/地上部分干質量。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel和SPSS進行數據處理，并對平均數用Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 NO對低溫脅迫下紅掌植株生長的影響

低溫脅迫抑制了紅掌植株的正常生長，T0組(低溫+蒸餾水)的株高、干質量、含水量和根冠比均低于CK，分別為CK的93.81%、92.31%、94.43%、94.23%。SNP處理能有效地緩解這種抑制作用，但隨著SNP處理濃度的增加緩解效果呈下降趨勢。T1組(低溫+200 μmol/L SNP)展示出最強的緩解作用，其株高、干質量、含水量和根冠比均顯著高于T0組，分別為T0組的1.06、1.06、1.04、1.06倍。T3組的緩解作用較差，其株高、干質量、含水量與根冠比與T0組無明顯差異(表1)。

2.2 NO對低溫脅迫下紅掌葉片膜透性與MDA含量的影響

低溫脅迫下與CK相比，T0組紅掌植株的膜透性與MDA含量均顯著提高，分別為CK的3.13、1.36倍。SNP處理顯著減緩了這種升高，但隨著處理濃度的增加緩解效果呈下降趨勢。在脅迫15 d后，T1組緩解低溫脅迫的效果最好，其電導率和MDA含量僅為T0組的55.84%、88.88%；T2組次之，為T0組的66.96%、90.6%；T3組的緩解作用最差，為T0組的77.78%、96.19%(圖1)。

表1 外源NO對低溫脅迫下紅掌幼苗形態指標的影響

2.3 NO對低溫脅迫下紅掌葉片葉綠素含量的影響

與CK相比，低溫脅迫下紅掌葉片葉綠素含量均顯著下降，各低溫處理組中，T0組下降幅度最大，15 d后僅為CK的32.76%。SNP各處理組中，T1組緩解低溫脅迫的效果最好，在脅迫15 d后，葉綠素含量顯著高于其他處理組，為CK的66.51%；T3組次之，葉綠素含量為CK的50.54%；T3組的緩解作用最差，葉綠素含量為CK的47.75%(圖2)。

2.4 NO對低溫脅迫下紅掌葉片脯氨酸含量的影響

低溫脅迫組(T0、T1、T2、T3)與常溫CK組相比，紅掌葉片脯氨酸含量均顯著提高。其中SNP處理組的增幅均顯著高于T0組，且隨著SNP濃度的提高增幅逐漸縮小。在脅迫處理15 d后，T1組脯氨酸含量增加最多，為CK的8.79倍；T2、T3組次之，分別為CK的6.39、6.11倍；T0組的增幅最小，為CK的4.03倍。

2.5 NO對低溫脅迫下紅掌抗氧化酶活性的影響

在低溫脅迫處理15 d后，各脅迫組的SOD和CAT活性均顯著低于CK組，SNP各處理組的降幅均顯著小于T0組，且隨著SNP濃度的提高增幅逐漸增加。SOD活性降幅由大到小依次為T0>T3>T2>T1，分別為CK的51.59%、62.61%、71.87%、78.66%；CAT活性降幅由大到小依次為T0>T3>T2>T1，分別為CK的17.6%、18.16%、20.15%、32.82%。各脅迫組的POD活性均顯著高于CK組，POD活性增幅由大到小依次為T1>T2>T0>T3，分別為CK的2.86、1.31、1.3、1.02倍(圖3)。

3 討論與結論

3.1 NO對低溫脅迫下紅掌植株形態指標的影響

低溫脅迫會導致植物發育遲緩，抑制植物組織和器官的生長與分化，形態學指標能很好地反映植株幼苗損傷狀態[11]。和紅云在對甜瓜的研究中發現，低溫脅迫下甜瓜幼苗的生長速率會有所下降，幼苗的高度、株葉面積、干物質的量增加緩慢[12]。張艷艷等研究發現，適量濃度外源NO能緩解鹽害對玉米幼苗的生長抑制作用，增強玉米幼苗的抗鹽性[13]。在本試驗中，低溫脅迫抑制了紅掌幼苗的生長，低溫脅迫組的株高、干質量、含水量和根冠比均低于CK組，但NO處理顯著緩解了這種抑制作用，且隨著NO濃度的升高緩解作用下降(表1)。這說明較低濃度的NO即可緩解紅掌寒害，較高的NO濃度對低溫脅迫下紅掌幼苗生長的緩解作用不顯著，這與郭經緯等對豇豆的研究結果[14]相似。

3.2 NO對低溫脅迫下紅掌葉片膜透性與MDA含量的影響

細胞膜是低溫傷害作用于植物細胞的原初部位，電子泄露和MDA含量的增加是細胞膜氧化性損傷的重要表現。湯紅玲等研究發現，在低溫條件下通過外施0.15 mmol/L SNP能顯著降低香蕉幼苗的電導率，抑制MDA的積累，從而緩解香蕉幼苗所受的低溫傷害[15]。本研究發現，在低溫脅迫下，未經SNP處理的紅掌幼苗電導率顯著增大，加速了電解質的外滲，導致了MDA的大量積累。而外源噴施SNP能顯著降低電導率，緩解MDA的積累，但是隨著濃度的增加，緩解效果呈下降趨勢(圖1)。這些暗示了NO可以通過穩定膜結構來提高植物耐寒性。

3.3 NO對低溫脅迫下紅掌葉片葉綠素與脯氨酸含量的影響

葉綠素含量是植物耐寒性的重要生理指標之一，低溫脅迫下，植物葉片葉綠素合成會受到抑制，抗寒性較強的植物葉綠素含量會高于抗寒性較弱的植物[16]。外源應用NO能夠阻止低溫脅迫條件下葉綠素含量的下降，緩解低溫脅迫對植物光合作用的抑制作用[17]。脯氨酸是植物體內重要的滲透調節物質，低溫脅迫下，植物可通過脯氨酸的積累來減輕傷害[18]。莫億偉等在對柱花草抗寒性的研究中發現，外源噴施SNP能促進植物體內脯氨酸的積累[19]。在本試驗中，低溫導致了紅掌葉片葉綠素含量的下降和脯氨酸的積累，但SNP處理能顯著抑制葉綠素的下降，同時也增加脯氨酸的積累(圖2)，這與于秀針等的研究結果[20]相一致，這些結果暗示了NO或許可以通過促進低溫脅迫條件下植物的光合作用和參與滲透調節來提高植物耐寒性。

3.4 NO對低溫脅迫下紅掌葉片抗氧化酶活性的影響

SOD、POD和CAT是植物體內重要的抗氧化酶，它們協同作用可以清除植物體內多余的活性氧自由基，減輕活性氧自由基對細胞膜造成的傷害，從而緩解低溫對植物造成的傷害[21]。Fan等研究表明，外源NO能顯著提升鹽脅迫下黃瓜幼苗的SOD、POD和CAT活性，減少MDA和活性氧的產生和積累，從而提高其對鹽害的忍耐性[22]。在本研究中，低溫脅迫顯著抑制了SOD和CAT的活性，這可能是由于脅迫已經超出紅掌植株的忍受范圍，活性氧大量生成，抗氧化系統受到了抑制。這一結果與牟雪嬌等的結果[23]相一致。外源應用NO能顯著緩解這種抑制，可能是由于其本身相當于一種抗氧化劑，對低溫脅迫產生的活性氧具有一定的清除作用，從而緩解低溫脅迫下SOD和CAT活性的下降，提高了紅掌幼苗對寒冷的適應性(圖3)。低溫脅迫顯著促進了POD活性，外源應用NO能顯著增加這種促進，但隨著NO濃度的升高促進作用下降(圖3)。這些結果說明低溫脅迫使紅掌幼苗受到傷害，外源應用SNP能夠通過增強POD活性來緩解低溫脅迫的傷害。

綜上所述，在低溫脅迫下，外源應用低濃度NO可以通過調整自身生長、葉綠素和脯氨酸含量及抗氧化酶活性等來提高植株對低溫的適應能力，從而有效地防止膜質過氧化程度和活性氧對植株的傷害。

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