外源NO對鹽脅迫下新疆楊生理特性的影響

曹 芳

(山西省桑干河楊樹豐產林實驗局金沙灘林場,山西 懷仁 038302)

土壤鹽漬化是全世界面臨的土壤肥力退化的重大難題，在我國華北、西北、西南沿海地區鹽漬化土壤面積達到了3×108hm2，這也導致了當地多種植物體細胞水勢降低、葉片光合能力下降，多種代謝受阻，在苗期表現尤其明顯[1]，探索降低鹽脅迫對植物生長發育的危害是目前眾多研究者的探索方向。NO是植物體內一種重要的逆境信號物質，在植物生長發育、衰老、抗逆過程中發揮著重要的生理功能[2]。在對NO的生理機制研究中發現，NO可以直接對植物的活性氧代謝酶系統產生作用，進而實現對植物體內活性氧代謝的調控[3]。植物在鹽脅迫下H2O2和活性氧大量產生，細胞膜結構破壞，影響正常生理機能的發揮[4]。植物體內清除多余的H2O2和活性氧主要依靠保護酶系統，適宜濃度的NO可以提高植物體內保護酶系統活性來降低膜脂過氧化作用，以降低鹽脅迫對植物的傷害[5-6]。硝普鈉(SNP)是人們最為常用的一種外源NO供體，施用0.5 mmol/L的SNP，能釋放大約2.0 μmol/L的NO[7]。韓廳等利用硝普鈉(SNP)提供外源NO，研究了紫花苜蓿逆境脅迫下膜傷害程度變化，結果表明外源NO顯著降低了逆境脅迫程度[7]；麻云霞等[6]研究認為，外源NO顯著提高了鹽脅迫下酸棗植株保護酶活性，提高了植株體內活性氧代謝能力，降低了鹽脅迫對植株的傷害。也有部分研究者認為，外源NO可以降低鹽脅迫下植物體內MDA含量[8]，提高滲透調節物質含量以及葉綠素含量[9]，緩解了鹽脅迫的危害。外源NO對緩解農作物鹽脅迫危害的相關研究較多，目前也有部分關于外源NO對緩解木本植物鹽脅迫危害的相關報道，但是仍然缺乏外源NO對新疆楊植株體內靶向調控活性氧系統作用的相關研究。新疆楊是重要的園林綠化兼用材林樹種，但是土壤鹽漬化是影響其幼苗生長發育和培育優質壯苗的限制因子。研究外源NO對鹽脅迫下新疆楊生理特性的影響，初步分析其作用機制，對指導新疆楊育苗實踐中降低鹽脅迫危害具有重要的實踐意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年3月至2019年9月在桑干河楊樹豐產林實驗局金沙灘林場試驗苗圃內進行。試驗所選用新疆楊(PopulusalbavarpyramidalisBge.)苗木為3年生扦插苗，2017年3月在苗圃內扦插繁殖，2018年3月5日將試驗處理的苗木移栽至塑料盆內，塑料盆長×寬×高分別為0.30 m×0.30 m×0.50 m，盆裝土直接取自新疆楊苗圃的表層厚0—20 cm的土壤。2018年全年正常生長和養護，防止干旱和水澇脅迫以及病蟲危害。盆栽土壤基本肥力：堿解氮為16.34 mg/kg，P2O5為12.68 mg/kg，K2O為82.47 mg/kg，pH 7.63。

1.2 試驗設計

本試驗共設5個處理，其中B1為對照(無鹽脅迫)，鹽濃度為0 mmol/L；B2為鹽脅迫處理，NaCl濃度為600 mmol/L；B3為鹽濃度600 mmol/L +SNP濃度40 μmol/L處理；B4為鹽濃度600 mmol/L + SNP 100 μmol/L；B5為鹽濃度600 mmol/L + SNP 160 μmol/L。本試驗中，每個處理重復10盆，總計150盆，隨機區組試驗設計，重復3次。

1.3 試驗處理方式

在2019年的6月10日對盆栽新疆楊進行控水處理，6月14日進行鹽處理，B2，B3，B4，B5處理的每個栽植盆中每盆澆入500 mL濃度為600 mmol/L的NaCl溶液，6月18日進行第2次鹽處理，每盆澆入同量同濃度的NaCl溶液。6月14日至6月19日每天20:00按照試驗設計濃度噴施SNP，連續噴施5 d，每株噴施SNP量以至植株葉面滴水為止。

1.4 試驗測定項目

分別于SNP處理結束后的第10，20，30，40天摘取各處理的植株葉片，每株按照樹冠的上中下各摘取葉2片，每處理選取3盆共計摘取葉18片，沖洗干凈后放入液氮中冷凍暫存，并進行相關生理指標的測定。其中SOD活性采用NBT還原法測定[10]，POD活性采用愈創木酚法測定[10]，CAT活性采用紫外吸收法測定[11]，MDA 含量測定采用硫代巴比妥酸法[11]。各生理指標均測定5次，取平均值作為最終結果。

1.5 數據處理

圖表制作采用Excel2010版軟件，差異顯著性檢驗采用DPS7.05版軟件。

2 結果與分析

2.1 外源NO對鹽脅迫下新疆楊MDA含量的影響

由圖1可知，鹽脅迫條件下，新疆楊葉片內MDA含量表現出升高的變化，其中B2與B1處理相比在整個試驗期間均存在顯著差異，表明600 mmol/L的鹽脅迫會使新疆楊葉片內MDA含量發生顯著變化，而MDA是新疆楊葉片細胞膜發生過氧化產物之一，其含量的升高說明鹽脅迫對新疆楊細胞膜產生了一定的傷害。

外源NO處理后的第10—20天，B3高于B2處理，說明低濃度的外源NO處理并未起到緩解新疆楊鹽脅迫的作用；100 μmol/L的外源NO處理顯著低于B2，表明該處理對緩解10—20 d內鹽脅迫危害具有顯著作用；B5在第10天與B2之間無顯著差異，表明該濃度的外源NO在處理后第10天不會顯著緩解新疆楊鹽脅迫。第30—40天，B4，B5處理均顯著低于B2處理，B1與B4，B5之間無顯著差異，表明B4，B5處理可以有效緩解新疆楊在鹽脅迫下的細胞膜受害程度，并且MDA含量降低到了與非鹽脅迫處理同一水平，這也表明外源NO對緩解新疆楊鹽脅迫對細胞膜的傷害是有效的。第40天，B3顯著低于B2處理，B3顯著高于B1處理，說明40 μmol/L的外源NO處理在第40天同樣具有緩解鹽脅迫新疆楊對細胞膜傷害的作用，但是效果低于B4處理。

注：不同小寫字母表示不同濃度外源NO處理后的同一天結果之間在P<0.05水平上差異性顯著。圖1 外源NO對鹽脅迫下新疆楊MDA含量的影響

2.2 外源NO對鹽脅迫下新疆楊SOD活性的影響

SOD在植物體內催化活性氧轉化為過氧化氫，從而降低活性氧對植物體的危害。由于NO調控對象為活性氧清除系統，因此外源NO會對新疆楊SOD活性產生顯著影響，進而影響活性氧的轉化速率。本試驗結果(如圖2)表明，鹽脅迫與對照相比SOD活性顯著升高，表明鹽脅迫提高了新疆楊SOD活性，這是新疆楊對鹽脅迫的正常生理響應機制。外源NO處理與鹽脅迫處理相比改變了新疆楊葉片內SOD活性。處理后的第10—20天，B3分別低于B2處理3.34，1.59 U/g，無顯著差異，而B5處理分別高于B2處理3.78，4.50 U/g，無顯著差異，表明這2個處理在第10—20天不會對新疆楊葉片內SOD活性產生顯著影響。第20天至第40天，B4處理SOD活性分別比B2提高了11.03%，10.58%，14.53%，差異顯著，表明100 μmol/L的外源NO顯著提高了新疆楊葉片內的SOD活性，從而顯著提高了清除活性氧自由基的能力，對降低新疆楊鹽脅迫危害具有顯著作用。第30—40天，B5分別高于B4處理2.81，1.14 U/g，無顯著差異，表明外源NO提高至160 μmol/L并未顯著提高新疆楊SOD活性。

注：不同小寫字母表示不同濃度外源NO處理后的同一天結果之間在P<0.05水平上差異性顯著圖2 外源NO對鹽脅迫下新疆楊SOD活性的影響

2.3 外源NO對鹽脅迫下新疆楊POD活性的影響

POD可以將植物體內多余的H2O2轉化為水和氧氣，可以有效緩解植物在鹽脅迫下產生的H2O2對植物體產生的傷害。外源NO作為植物體逆境的信號物質，通過調節POD活性可以顯著降低許多由 ROS 介導的細胞毒害作用[12-13]。本試驗結果(如圖3)中，鹽脅迫下新疆楊POD活性表現出升高的變化，外源NO處理在處理后30 d與鹽脅迫處理相比同樣表現出升高的變化，但是不同濃度的NO處理對POD活性的影響存在差異。整個試驗期間，B4處理POD活性分別比B2處理提高了2.90，1.01，10.12，8.75 U/g，第30—40天，2個處理之間差異，表明該處理對提高POD活性進而降低新疆楊細胞膜傷害程度效果達到了顯著水平。B3，B5與B2處理相比并無顯著差異，表明這2個處理不會對新疆楊POD活性產生顯著影響。

注：不同小寫字母表示不同濃度外源NO處理后的同一天結果之間在P<0.05水平上差異性顯著。圖3 外源NO對鹽脅迫下新疆楊POD活性的影響

2.4 外源NO對鹽脅迫下新疆楊CAT活性的影響

CAT是植物體內保護酶系統的重要組成部分，在鹽脅迫條件下其可以將植物體內產生的活性氧和H2O2分解為H2O和O2，對防止其危害膜系統起到重要的保護作用。NO作為作用于ROS系統的信號物質，其對植物體內CAT活性會產生顯著的影響。本試驗結果中(如圖4)，鹽脅迫提高新疆楊葉片內的CAT活性，但是在第30—40天并未達到顯著水平。100 μmol/L的外源NO在整個試驗期間與鹽脅迫處理相比顯著提高了新疆楊CAT活性，表明該處理可以顯著提高新疆楊清除H2O2的能力，對降低新疆楊鹽脅迫危害具有重要作用。40 μmol/L的外源NO處理與鹽脅迫處理相比CAT活性處于同一水平，說明該濃度的外源NO處理不會對新疆楊CAT活性產生顯著影響。

注：不同小寫字母表示不同濃度外源NO處理后的同一天結果之間在P<0.05水平上差異性顯著。圖4 外源NO對鹽脅迫下新疆楊CAT活性的影響

3 討論

NO是植物逆境脅迫中重要的調控小分子物質，其通過作用于細胞壁和細胞膜的磷脂雙分子層，以提高流動性和穩定系，從而緩解植物的逆境脅迫[14]。植物在鹽脅迫條件下會使植株體內積累ROS，導致細胞膜脂過氧化作用，從而引起MDA積累[15-16]。本試驗結果表明，鹽脅迫顯著提高了新疆楊葉片內MDA含量，這與吳雪霞等[17]、付嬈等[18]的研究結果相似，表明鹽脅迫可能使新疆楊活性氧處于較高水平，從而使細胞膜受到了一定程度的損傷。外源噴施NO與鹽脅迫處理相比降低了MDA含量，這樣說明NO對緩解鹽脅迫下新疆楊細胞膜受ROS危害具有較為明顯的作用。植物體在逆境條件下產生的ROS會與DNA、脂類發生化學反應，從而導致酶活性降低，嚴重影響植株的正常生長[19]。植物保護酶系統(SOD，POD，CAT)是清除ROS的重要活性物質，其活性的高低直接影響到植株清除ROS的能力[16,20]。本試驗研究結果中，新疆楊在鹽脅迫下SOD、POD活性均顯著升高，這與鄭慶柱等[21]的研究結果相同，說明鹽脅迫條件下新疆楊會提高2種保護酶的活性來清除過多的活性氧，以防止膜系統受到破壞，影響其正常生長。從不同NO濃度對新疆楊SOD、POD活性的影響來看，100 μmol/L的SNP處理對提高新疆楊SOD、POD活性高于40 μmol/L和160 μmol/L處理，說明該濃度的NO對緩解新疆楊鹽脅迫效應優于其他2個濃度處理。CAT在逆境條件下將植物體內產生的H2O2轉化為H2O和O2，可以有效降低活性氧的危害，因此CAT活性的升高有利于提高植物的抗逆能力[21-22]。適宜濃度的NO可以顯著提高植物體內CAT活性，植物體可以快速清除ROS，但NO濃度過高，會與超氧陰離子反應，產生較高濃度的過氧亞硝酸陰離子(ONOO-)[16]，導致CAT活性降低，使植株表現出傷害效應。本項研究中，160 μmol/L處理與100 μmol/L處理相比并未顯著提高新疆楊CAT活性，這可能與160 μmol/L的NO處理對新疆楊保護效應降低有關。

4 結論

(1)鹽脅迫會顯著提高新疆楊植株體內MDA含量，外源NO會降低鹽脅迫下新疆楊葉片內MDA含量，其中100 μmol/L處理降低效果最顯著。

(2)鹽脅迫顯著提高了新疆楊葉片內的SOD，POD，CAT活性，外源NO處理提高了鹽脅迫條件下3種保護酶活性，其中100 μmol/L處理提高效果顯著優于其他2個NO處理。

(3)綜合比較3個濃度的外源NO處理來看，100 μmol/L對緩解新疆楊幼苗鹽害效果較好。