外源NO對(duì)低溫脅迫下紅掌耐寒性誘導(dǎo)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(nóng)業(yè)科學(xué)院休閑農(nóng)業(yè)研究所，江蘇南京 210014；2.江蘇省園藝技術(shù)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(chǎn)地為南美洲熱帶和亞熱帶雨林地區(qū)。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(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。但紅掌是喜溫花卉，抗寒性較差，在我國長(zhǎng)江中下游及以北地區(qū)栽培時(shí)冬季需要設(shè)施加溫保護(hù)，增加了生產(chǎn)成本，同時(shí)也影響了花的品質(zhì)和產(chǎn)量[2]。因此，研究提高紅掌的耐寒性措施及機(jī)理對(duì)我國紅掌產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展至關(guān)重要。而利用外源信號(hào)物質(zhì)提高植物抗性是一種經(jīng)濟(jì)有效的措施，目前已成為紅掌逆境生理研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。

一氧化氮(nitric oxide，NO)是植物體內(nèi)普遍存在的一種氣體信號(hào)分子，在調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、種子萌發(fā)、氣孔運(yùn)動(dòng)和誘導(dǎo)植物抗逆性等方面發(fā)揮著十分重要的作用[3-4]。近年來，NO介導(dǎo)植物對(duì)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(yīng)用NO可以有效緩解低溫對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制作用、促進(jìn)植物的光合作用、穩(wěn)定細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)植物細(xì)胞保護(hù)系統(tǒng)的功能，提高細(xì)胞清除活性氧的能力，減少低溫脅迫對(duì)植物細(xì)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(jìn)行[6-8]，且在適用的處理濃度方面存在較大的爭(zhēng)議，而有關(guān)NO對(duì)于熱帶花卉影響的研究資料甚少，尤其是涉及NO對(duì)紅掌幼苗抗寒作用機(jī)理方面的研究尚未見報(bào)道。因此，本研究以紅掌幼苗為研究對(duì)象，通過外源噴施NO，初步探討不同濃度的外源NO對(duì)低溫脅迫條件下紅掌幼苗生長(zhǎng)和生理的影響，以期揭示NO提高紅掌耐寒的生理機(jī)制，為制定紅掌低溫冷害的有效防御措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試所用材料為紅掌品種阿拉巴馬，生長(zhǎng)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(hào)SNP]購自于Sigma公司。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)處理于2015年8—10月在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)進(jìn)行。8月上旬選取長(zhǎng)勢(shì)均一、無病、無損傷的紅掌幼苗，置于人工氣候培養(yǎng)箱中預(yù)培養(yǎng)3 d，培養(yǎng)溫度27 ℃/22 ℃(白天/夜間)，光照度10 000 lx，光照時(shí)間12 h/d，相對(duì)濕度80%。預(yù)處理結(jié)束后，按照如下試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)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(xù)噴施2次。每處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)15株。葉面噴施結(jié)束24 h后，將CK置于27 ℃/22 ℃常溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，其余各組置于12 ℃/15 ℃低溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，其它培養(yǎng)條件與預(yù)處理相同，培養(yǎng)15 d后取樣進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

分別采取每株紅掌從上往下數(shù)第1片成熟葉進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定。電導(dǎo)率、丙二醛(MDA)、葉綠素與脯氨酸含量測(cè)定參照黃芳等的方法[9]；SOD、POD和CAT活性的測(cè)定參照許楠等的方法[10]；各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定時(shí)重復(fù)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(jìn)行植株生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定。用鋼尺測(cè)量幼苗的株高，用電子天平測(cè)定植株的鮮質(zhì)量，用烘干法測(cè)量植株地上部分與地下部分干質(zhì)量。根據(jù)干鮮質(zhì)量測(cè)得含水量及根冠比，含水量=(鮮質(zhì)量-干質(zhì)量)/鮮質(zhì)量×100%，根冠比=地下部分干質(zhì)量/地上部分干質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel和SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并對(duì)平均數(shù)用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 NO對(duì)低溫脅迫下紅掌植株生長(zhǎng)的影響

低溫脅迫抑制了紅掌植株的正常生長(zhǎng)，T0組(低溫+蒸餾水)的株高、干質(zhì)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(shì)。T1組(低溫+200 μmol/L SNP)展示出最強(qiáng)的緩解作用，其株高、干質(zhì)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(zhì)量、含水量與根冠比與T0組無明顯差異(表1)。

2.2 NO對(duì)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(shì)。在脅迫15 d后，T1組緩解低溫脅迫的效果最好，其電導(dǎo)率和MDA含量?jī)H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(duì)低溫脅迫下紅掌幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

2.3 NO對(duì)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(duì)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(duì)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(jié)論

3.1 NO對(duì)低溫脅迫下紅掌植株形態(tài)指標(biāo)的影響

低溫脅迫會(huì)導(dǎo)致植物發(fā)育遲緩，抑制植物組織和器官的生長(zhǎng)與分化，形態(tài)學(xué)指標(biāo)能很好地反映植株幼苗損傷狀態(tài)[11]。和紅云在對(duì)甜瓜的研究中發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫下甜瓜幼苗的生長(zhǎng)速率會(huì)有所下降，幼苗的高度、株葉面積、干物質(zhì)的量增加緩慢[12]。張艷艷等研究發(fā)現(xiàn)，適量濃度外源NO能緩解鹽害對(duì)玉米幼苗的生長(zhǎng)抑制作用，增強(qiáng)玉米幼苗的抗鹽性[13]。在本試驗(yàn)中，低溫脅迫抑制了紅掌幼苗的生長(zhǎng)，低溫脅迫組的株高、干質(zhì)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(duì)低溫脅迫下紅掌幼苗生長(zhǎng)的緩解作用不顯著，這與郭經(jīng)緯等對(duì)豇豆的研究結(jié)果[14]相似。

3.2 NO對(duì)低溫脅迫下紅掌葉片膜透性與MDA含量的影響

細(xì)胞膜是低溫傷害作用于植物細(xì)胞的原初部位，電子泄露和MDA含量的增加是細(xì)胞膜氧化性損傷的重要表現(xiàn)。湯紅玲等研究發(fā)現(xiàn)，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(dǎo)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(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫下，未經(jīng)SNP處理的紅掌幼苗電導(dǎo)率顯著增大，加速了電解質(zhì)的外滲，導(dǎo)致了MDA的大量積累。而外源噴施SNP能顯著降低電導(dǎo)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(shì)(圖1)。這些暗示了NO可以通過穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)來提高植物耐寒性。

3.3 NO對(duì)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(biāo)之一，低溫脅迫下，植物葉片葉綠素合成會(huì)受到抑制，抗寒性較強(qiáng)的植物葉綠素含量會(huì)高于抗寒性較弱的植物[16]。外源應(yīng)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(duì)植物光合作用的抑制作用[17]。脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，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(duì)柱花草抗寒性的研究中發(fā)現(xiàn)，外源噴施SNP能促進(jìn)植物體內(nèi)脯氨酸的積累[19]。在本試驗(yàn)中，低溫導(dǎo)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(shí)也增加脯氨酸的積累(圖2)，這與于秀針等的研究結(jié)果[20]相一致，這些結(jié)果暗示了NO或許可以通過促進(jìn)低溫脅迫條件下植物的光合作用和參與滲透調(diào)節(jié)來提高植物耐寒性。

3.4 NO對(duì)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(nèi)重要的抗氧化酶，它們協(xié)同作用可以清除植物體內(nèi)多余的活性氧自由基，減輕活性氧自由基對(duì)細(xì)胞膜造成的傷害，從而緩解低溫對(duì)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M(fèi)DA和活性氧的產(chǎn)生和積累，從而提高其對(duì)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(jīng)超出紅掌植株的忍受范圍，活性氧大量生成，抗氧化系統(tǒng)受到了抑制。這一結(jié)果與牟雪嬌等的結(jié)果[23]相一致。外源應(yīng)用NO能顯著緩解這種抑制，可能是由于其本身相當(dāng)于一種抗氧化劑，對(duì)低溫脅迫產(chǎn)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(duì)寒冷的適應(yīng)性(圖3)。低溫脅迫顯著促進(jìn)了POD活性，外源應(yīng)用NO能顯著增加這種促進(jìn)，但隨著NO濃度的升高促進(jìn)作用下降(圖3)。這些結(jié)果說明低溫脅迫使紅掌幼苗受到傷害，外源應(yīng)用SNP能夠通過增強(qiáng)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(yīng)用低濃度NO可以通過調(diào)整自身生長(zhǎng)、葉綠素和脯氨酸含量及抗氧化酶活性等來提高植株對(duì)低溫的適應(yīng)能力，從而有效地防止膜質(zhì)過氧化程度和活性氧對(duì)植株的傷害。

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