外源一氧化氮对铬胁迫下玉米幼苗生理活性的影响

孙天国++孙玉斌

摘要：为研究外源NO对Cr6+胁迫下玉米幼苗的缓解效应，研究不同浓度硝普钠（SNP）对10 mg/L Cr6+胁迫下玉米幼苗生理的影响。结果表明，与对照相比，10 mg/L Cr6+降低了叶绿素含量，增强了超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶等抗氧化酶的活性，显著提高了丙二醛含量。与10 mg/L Cr6+比较，添加不同浓度SNP处理的叶绿素含量升高，抗氧化酶活性减弱，丙二醛含量降低。因此，外源NO可以诱导玉米幼苗的抗逆性增强，减轻和缓解Cr6+胁迫的伤害。

关键词：外源一氧化氮；铬胁迫；玉米；生理活性

中图分类号： S513.01文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）09-0122-02

收稿日期：2014-09-16

重金属污染已成为世界发展的难题，铬是生物体内的微量元素之一，铬的毒性大小与化合价有关，六价铬的毒性较高。目前，铬已成为环境污染的五大金属元素之一，我国制定的《重金属污染综合防治“十二五”规划》已把铬污染的治理列在其中。一氧化氮（NO）是一种活性分子，在生物体内广泛分布，具有多种生理功能，它是一种新型的植物生长调节物质和植物信号传递链成员，广泛参与植物生长发育的许多过程，能够对各种逆境胁迫作出应答反应。目前，关于一氧化氮对重金属胁迫的缓解效应主要集中在镉的研究上，而关于一氧化氮缓解铬对玉米（Zea mays L.）的毒害作用未见报道。

1材料与方法

1.1试验材料

选用齐玉4号玉米（购买于黑龙江省齐齐哈尔市种子公司）为试验材料。

1.2试验方法

1.2.1发芽挑选饱满均一的玉米种子，消毒，漂洗干净，用蒸馏水浸种12 h后放到垫有干净滤纸的直径为15 cm的培养皿中，置于恒温培养箱中暗发芽。

1.2.2移栽玉米出芽后转栽到花盆中，每盆植苗8株，每天浇适量的水。

1.2.3重金属处理方法选取长势良好的玉米幼苗进行胁迫试验。Cr6+供体为三氧化铬，试验共设7组处理，分别为对照（T0）、10 mg/L Cr6+（T1）、10 mg/L Cr6++0.05 mmol/L SNP（T2）、10 mg/L Cr6++0.1 mmol/L SNP（T3）、10 mg/L Cr6++0.2 mmol/L SNP（T4）、10 mg/L Cr6++0.4 mmol/L SNP（T5）、10 mg/L Cr6++0.8 mmol/L SNP（T6）。

1.2.4测定方法叶绿素含量的测定按混合液法进行测定[1]；采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性[2]，超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定采用NBT光化还原法[2]，过氧化氢酶（CAT）活性的测定采用碘量法[3]；硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量[2]。

1.2.5试验数据处理试验数据采用SPSS 18.0 One-way ANOVA；采用Microsoft Excel 2003软件作图。

2结果与分析

2.1NO对铬胁迫下玉米幼苗叶绿素含量的影响

植物进行光合作用的主要色素是叶绿素，其含量可以反映光合作用能力。对Cr6+和SNP处理的玉米幼苗叶绿素含量进测定结果如图1所示。当用10 mg/L Cr6+处理玉米幼苗时，叶绿素含量大为降低，仅为对照的47.31%，且差异显著（P<0.05）；加入不同浓度SNP处理的叶绿素含量均有所增加，表明胁迫有所缓解。方差分析结果显示，当硝普钠的浓度（0.05 mmol/L）较低时，缓解作用有限，与10 mg/L Cr6+处理的叶绿素含量差异不显著（P>0.05），其余浓度的处理均达到了显著水平，其中硝普钠的浓度为0.4 mmol/L时，缓解效果最好，为对照的82.51%；当硝普钠的浓度进一步增大到08 mmol/L时，叶绿素含量又下降。从以上分析可以看出，虽然NO能够在一定程度上缓解Cr6+的毒害作用，但是这种缓解效应是有限的。

2.2NO对铬胁迫下玉米幼苗SOD活性的影响

SOD在生物体内可以清除超氧负离子产生的H2O2，消除或减弱活性氧对膜脂的破坏力。SOD活性变化如图2所示，当用10 mg/L Cr6+处理时，SOD活性增强，表明植物体受到了外界环境的胁迫，SOD开始增强保护自身。当加入不同浓度的硝普钠后，SOD先减弱后增强，当浓度（<0.2 mmol/L）较低时表现为减弱，当浓度超过0.4 mmol/L时开始增强。

2.3NO对铬胁迫下玉米幼苗POD活性的影响

过氧化物酶的主要作用是清除H2O2和过氧化物，因此，POD在生物体内的抗氧化代谢中起重要作用[4]。当玉米幼苗用10 mg/L Cr6+胁迫时，POD活性迅速增强（图3），比对照高51.57%。当加入硝普钠后，POD活性表现为先减弱后增强，其中POD活性的最低值出现在0.1 mmol/L处，当浓度达到0.2 mmol/L时，POD活性增强。

2.4NO对铬胁迫下玉米幼苗CAT活性的影响

CAT普遍存在于植物中，可清除代谢产生的H2O2，以避免H2O2积累对细胞的氧化破坏作用，其活性与植物抗逆性有关。如图4所示，当用10 mg/L Cr6+处理时，活性增强，比对照高22.17%。加入硝普钠后，当SNP的浓度低于 0.2 mmol/L 时，CAT活性减弱；当SNP的浓度高于 0.4 mmol/L 时，CAT活性增强。

2.5NO对铬胁迫下玉米幼苗MDA含量的影响

由图5可见，当玉米幼苗受到10 mg/L Cr6+胁迫时，MDA含量显著增大，高出对照59.22%。当加入不同浓度的SNP后，MDA的含量有所下降，当SNP浓度为0.2 mmol/L时下降到最低，但是仍然高于对照。方差分析结果显示，当SNP浓度为0.05 mmol/L时的MDA含量与10 mg/L Cr6+胁迫时差异不显著，说明0.05 mmol/L SNP没有起到缓解效应。而当SNP浓度（>0.4 mmol/L）较高时，MDA含量又有所增加，说明高浓度的SNP对MDA起到了刺激效应。

3结论与讨论

NO具有信号分子的作用，能够减少非生物胁迫下植物体内活性氧簇的积累，缓解各种胁迫造成的氧化损伤，从而增强植物的适应能力[5]。光合作用是植物生存的基础，叶绿素含量是衡量植物光合作用的重要指标，Cr6+胁迫下玉米幼苗叶绿素含量显著下降，当施加NO后叶绿素含量提高了。Laspina等发现，0.1 mmol/L SNP处理可以显著缓解Cd胁迫对向日葵幼苗生长和叶绿素含量的抑制[6]，本试验也得出了相似的结论，可见植物的抗氧化酶系统对生物体起重要的保护作用。本试验中Cr6+胁迫下玉米幼苗3种抗氧化酶SOD、POD和CAT活性显著增强，表明植物体受到胁迫后，3种酶对植物体具有保护作用。施加NO后，当SNP浓度低于0.2 mmol/L 时，SOD和CAT的活性减弱；而POD的活性在SNP浓度小于0.1 mmol/L时表现为减弱的趋势，说明低浓度的SNP能够缓解逆境的胁迫。而当SNP浓度较高时，对植物体却产生了毒害作用。很多学者认为，SNP对植物存在剂量效应，低浓度有缓解效应而高浓度有害[7]，本试验也得出了相同的结论。细胞膜脂过氧化的程度由MDA体现，Cr6+胁迫下玉米幼苗MDA含量显著提高，当加入不同浓度SNP后，细胞膜脂氧化程度有所缓解，可能是因为NO抑制了植物对Cr6+的吸收，从而对植物的伤害减轻。

本试验中受Cr6+胁迫玉米幼苗加入SNP后，对植物体的胁迫起到了缓解作用，但0.05 mmol/L SNP缓解作用不明显，0.1、0.2 mmol/L SNP 起到了缓解效应，而高浓度（0.4、08 mmol/L）SNP对植物有毒害作用。

参考文献：

[1]陈福明，陈顺伟. 混合液法测定叶绿素含量的研究[J]. 林业科技通讯，1984（2）：4-8.

[2]李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[3]肖美秀，林文雄，陈冬梅，等. 镉胁迫对耐性不同的水稻幼苗膜脂过氧化和保护酶活性的影响[J]. 中国生态农业学报，2006，14（4）：256-258.

[4]李文一，徐卫红，胡小凤，等. Zn胁迫对黑麦草幼苗生长、生理生化及Zn吸收的影响[J]. 农业工程学报，2007，23（5）：190-194.

[5]张绪成，上官周平，高世铭. NO对植物生长发育的调控机制[J]. 西北植物学报，2005，25（4）：812-818.

[6]Laspina N V，Groppa M D，Tomaro M L，et al. Nitric oxide protects sunflower leaves against Cd-induced oxidative stress[J]. Plant Science，2005，169（2）：323-330.

[7]刘建新，胡浩斌，王鑫. 外源NO对盐胁迫下黑麦草幼苗活性氧代谢、多胺含量和光合作用的影响[J]. 植物研究，2009，29（3）：313-319.