外源NO对干旱胁迫下红砂种子萌发特性的影响

摘 要：为探讨外源NO对干旱胁迫下红砂（Reaumuria soongorica）种子萌发的影响，选用10%PEG-6000模拟干旱胁迫环境，以NO供体硝普钠（Sudium Nitro Prusside，SNP）在人工气候箱中采用培养皿进行种子萌发试验，研究外源NO供体SNP对干旱胁迫下红砂种子的发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数等指标的影响。结果表明，10%PEG-6000模拟干旱胁迫下红砂种子的发芽率、发芽势、发芽指数等指标均随PEG浓度升高而逐渐下降。不同浓度NO供体SNP处理后对发芽率、发芽势、发芽指数等各项发芽指标呈促进作用，其中0.2 mmol/LSNP效果最好。这表明外施适当浓度外源NO可缓解10%PEG对种子萌发造成的胁迫效应。

关键词：红砂;干旱胁迫;NO

干旱是限制植物生长的重要因素之一。水分缺乏会严重影响植物的生长发育，甚至导致植物死亡[1]。据调查，我国的荒漠面积约70万km2，约占全国陆地总面积的7%，并且在不断扩大[2]。这意味着大量土地面积无法被合理利用，因此采用合理的方法提高植被抗旱性对荒漠的植被恢复具有重要的意义。

NO是植物体内一种重要的生物活性分子[3]，其可以提高植物遭受逆境胁迫时的抗逆能力[4]，如干旱胁迫[5]、盐胁迫[6]、温度胁迫[7]等，并且能提高植物对环境的适应能力。

红砂（Reaumuria soongorica）是一种耐旱的多年生半灌木，在中国从东到西广泛分布。其抗逆性强、生态可塑性大，具有极强的抗旱、耐盐和集沙能力，是保护干旱荒漠化土地的重要屏障[8]。近年来，我国有关红砂的研究主要集中在CO2浓度升高[9]、降水格局对红砂的影响[10]以及根系特性[11]等方面。通过外源物质来调节红砂抗旱性的研究还鲜有报道。

一、材料与方法

（一）试验材料

以2017秋季采集于甘肃省民勤县的成熟红砂种子为试材。

（二）试验方法

选择饱满均匀的红砂种子，用0.3%KMnO4溶液消毒15 min，用蒸馏水冲洗5次吸干表面水分备用，预试验以5%、10%、15%、20% 4个浓度水平的PEG-6000溶液处理红砂种子，筛选得到最佳干旱胁迫浓度为10%。用10% PEG-6000分别与不同浓度外源NO供体SNP（0.1、0.2、0.5、1.0 mmol/L和2.0 mmol/L）进行以下溶液配制，蒸馏水对照为CK，CK2为上述试验筛选的10%PEG，T1为10% PEG-6000+0.1 mmol/L SNP，T2为10%PEG-6000+0.2 mmol/L SNP，T3为10%PEG-6000+0.5 mmol/L SNP，T4为10% PEG-6000+1.0 mmol/L SNP，T5为10% PEG-6000+2.0 mmol/L SNP。将上述溶液加入铺有2层滤纸的培养皿中，每皿50粒种子，将处理后的培养皿均置于人工气候室[光照强度5 500 lx，温度25℃±1℃，光照时长12 h（光照/黑暗），相对湿度60%]进行发芽，每12 h称质量补水保持溶液浓度不变，以种子露白为发芽标志，连续7 d统计发芽种子数。

（三）种子萌发指标

（四）数据分析

采用Microsoft Excel 2007软件对数据进行处理和绘图，采用SPASS统计分析软件对数据进行差异显著性检验。

二、结果与分析

（一）SNP处理对干旱胁迫下红砂种子发芽率、发芽势的影响

由图1可见，干旱胁迫下红砂种子的发芽率和发芽势均随SNP浓度增加呈现先增加后降低的趋势。CK2处理后红砂种子的发芽率与发芽势分别为64%和30%，与正常条件下（CK）红砂种子的发芽率92%、发芽势58%相比均下降28%。这表明10%PEG处理显著抑制了红砂种子的正常萌发。用不同浓度的SNP处理后红砂种子的发芽率和发芽势与10%PEG处理相比均有不同程度的提高，其中经过0.2 mmol/L（T2）浓度SNP处理后的结果最为显著，发芽率和发芽势达到了76%和52%，显著缓解了干旱胁迫的危害，T4、T5处理的发芽率与CK2差异不显著，T1、T4、T5处理的发芽势接近且与CK2处理差异不显著，说明他们的作用效果相当，T3～T5处理的种子发芽率和发芽势随着SNP浓度的升高逐渐降低。总体上看，低浓度的SNP可缓解干旱胁迫对红砂种子萌发的影响，较高浓度的SNP对红砂种子的发芽率和发芽势具有显著的抑制作用

（二）不同浓度SNP处理对干旱胁迫下红砂种子发芽指数和活力指数的影响

发芽指数和活力指数是反映种子活力的综合指标，反映了种子发芽速度、发芽整齐度和幼苗健壮的潜势。发芽指数和幼苗活力指数越高，在自然条件下就能快速出苗。

如图2所示，与CK相比，10%PEG（CK2）处理下的种子发芽指数和活力指数分别比CK降低了14.44%和47.18%，说明干旱胁迫显著抑制了红砂种子活力，但是经过0～2 mmol/L SNP处理下的红砂种子，发芽指数分别提高了2.64%、10.13%、6.99%、3.07%和1.84%，活力指数分别提高了6.84%、32.63%、21.44%、14.50%和4.32%。其中，T2处理下的红砂种子发芽指数和活力指数最高，分别为43.25%和60.12%，显著高于10%PEG处理和其他处理，且其发芽指数与CK相近;而T1和T4处理差异不显著，T4和T5发芽指数和活力指数相比T2均显著下降，至T5时发芽指数和活力指数分别低至34.96%和31.81%。

（三）不同浓度SNP处理对干旱胁迫后红砂发芽速率和平均发芽天数的影响

由表1可知，10%PEG处理后红砂种子的发芽速率与对照相比明显降低，但各浓度SNP处理下的红砂种子发芽速率与单干旱胁迫处理后的发芽速率相比并无明显提升，并且各浓度处理下的红砂种子发芽速率差异不显著，说明SNP对干旱胁迫所造成的发芽速率的降低并无明显缓解作用。10%PEG处理下红砂种子平均发芽天数为8.11 d，比对照增加了1.04 d，说明10%PEG处理对红砂种子平均发芽天数有明显影响。T2处理下红砂种子的平均发芽天数为7.55 d，为SNP各浓度处理中最小值;T5处理下红砂种子的平均发芽天数为7.69 d，为SNP各浓度处理中最大值，均与10%PEG处理下红砂种子平均发芽天数8.11 d有较大差异。这说明SNP能缓解10%PEG处理对平均发芽天数的影响，添加不同浓度的SNP均能缩短平均发芽天数。

三、讨论

干旱胁迫会使植物生长受到抑制，本研究发现不同浓度的SNP对干旱胁迫下红砂种子的萌发均有促进作用，但并不是随着SNP浓度的升高可以无限增长，SNP浓度为0.2 mmol/L时对红砂种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等指标的促进作用最为显著。但当SNP浓度高于2.0 mmol/L时，反而会对红砂种子的发芽率、发芽指数、活力指数等指标的增长起抑制作用。

四、结论

外源NO供体SNP能提高干旱胁迫后红砂种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数，并缩短发芽时间，其中0.2 mmol/L SNP对红砂种子干旱胁迫的缓解效果最理想。（基金项目：国家自然基金，项目编号：41461044;甘肃农业大学青年导师基金，项目编号：GAU-QNDS-201714;甘肃农业大学学科建设专项基金，项目编号：GAU-XKJS-2018-113）

参考文献：

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[2]冯起，程国栋.我国沙地水分分布状况及其意义[J].土壤学报，1999（2）：225-236.

[3]陈明，沈文飚，阮海华，等.一氧化氮对盐胁迫下小麦幼苗根生长和氧化损伤的影响[J].植物生理与分子生物学学报，2004（5）：569-576.

[4]Angélique Besson-Bard，Alain Pugin，David Wendehenne. New Insights into Nitric Oxide Signaling in Plants[J]. Annual Review of Plant Biology，2008（1）：21-39.

[5]郝岗平，杜希华，史仁玖.干旱胁迫下外源一氧化氮促进银杏可溶性糖、脯氨酸和次生代谢产物合成[J].植物生理与分子生物学学报，2007（6）：499-506.

[6]刘文瑜，杨宏伟，魏小红，等.外源NO调控盐胁迫下蒺藜苜蓿种子萌发生理特性及抗氧化酶的研究[J].草业学报，2015（2）：85-95.

[7]戴知宁，陈明堂，刘颖，等.硝普钠浸种对低温胁迫下小麦种子萌发和幼苗生长的影响[J].大麦与谷类科学，2018（2）：36-41.

[8]单立山，李毅，董秋莲，等.红砂根系构型对干旱的生态适应[J].中国沙漠，2012（5）：1283-1290.

[9]刘晟彤.模拟CO2浓度升高及降水变化对红砂幼苗生物量分配及植株—土壤碳氮特征的影响[D].兰州：甘肃农业大学，2018.

[10]单立山，李毅，张正中，等.人工模拟降雨格局变化对红砂种子萌发的影响[J].生态学报，2017（16）：5382-5390.

[11]单立山，苏铭，张正中，等.不同生境下荒漠植物红砂—珍珠猪毛菜混生根系的垂直分布规律[J].植物生态学报，2018（4）：475-486.