硝普钠和硫氢化钠对硝酸盐胁迫下黄瓜种子萌发及幼苗生长的影响

姜倩倩，汪承建

（潍坊学院，山东省高校生物化学与分子生物学重点实验室，山东潍坊 261061）

土壤盐渍化是全球农业可持续发展和生态环境面临的一个严峻问题，一般会导致土壤理化性状恶化，养分释放慢，土壤好气微生物活动性变差等问题。渗透胁迫、离子失调会影响植物正常代谢，造成光合色素含量降低、光合速率下降、根系生长受阻，严重时会使植株死亡[1]。

近年来，随着设施栽培的迅速发展，长期以来的管理措施不当和自然降雨淋溶减少，导致土壤的次生盐渍化问题严重[2]。相关研究表明，氮肥化合物Ca(NO3)2提供的硝酸根（NO3-）是植物吸收利用的最主要氮源，过量施用且大量积累于土壤中时会使设施土壤次生盐渍化，是造成设施作物生长障碍的主导因子[3]。多项研究表明，作为重要的气体信号分子，一氧化氮（Nirtic oxide，NO）和硫化氢（Hydrogen sulfide，H2S），既参与了种子休眠、萌发、根系形态建成等生长发育过程，也可调控植物对胁迫的抗逆应答，在植物体内具有广泛的生理作用[4-5]。有关H2S 和NO 相互关系的研究曾报道，H2S 能促进番薯、旱柳和大豆的根形态发生过程，而且这一生物学效应是通过H2S激活NO 信号途径实现的[6]。可见，研究植物的耐盐性生理对于提高植物的耐盐能力，从植物角度出发解决土壤盐渍化危害有重要的意义。鉴于此，本试验以设施栽培面积较大的黄瓜为试材，初步研究了外源NO 供体硝普钠（亚硝基铁氰化钠，简称SNP）和H2S 供体硫氢化钠（NaHS）对硝酸盐胁迫下黄瓜种子萌发和幼苗生长的影响，以期为作物抗盐性探索新的技术途径。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

供试黄瓜品种为“新泰密刺”。硝酸钙，分析纯，购自天津市科密欧化学试剂公司；硝普钠和硫氢化钠，分析纯，购自美国Sigma 公司。乙醇、氯化三苯基四氯唑（TTC），均为分析纯，购自上海化学试剂有限公司。

1.2 试验处理

试验于2018 在潍坊学院生物化学与分子生物学重点实验室进行。挑选饱满黄瓜种子480 粒，经1%次氯酸钠（NaClO）消毒15 min 后，蒸馏水冲洗3 次，置于25 ℃智能光照培养箱中进行常规浸种，浸种12 h 之后，将种子分成24 份，每皿20 粒，分别放入铺有滤纸的培养皿（直径9 cm）中，采用纸培法进行发芽试验。培养皿内分别加入8 种处理液，每种处理液体积为10 mL，每个处理重复3 次。试验设计见表1。

表1 各试验处理设计Table 1 Design of test treatment

摆好种子后在培养皿上罩保鲜膜，膜上扎透气孔，减少水分散失。将培养皿置于25 ℃恒温培养箱中培养。温度调至（25±1）℃，每天观察并统计发芽情况，等发芽后测定根系构型和叶片叶绿素含量等指标。试验处理所用器皿和滤纸均经过高压灭菌消毒处理。

1.3 测定指标与方法

（1）种子发芽率

播种4 d 后统计种子发芽的个数，发芽率计算公式见式（1）。

（2）胚轴、胚根的长度

种子发芽4 d 后用刻度尺测量胚轴和胚根的长度。

（3）根系长度、根尖数、表面积

用专业版WinRHIZO 根系分析系统获取种子发芽4 d后幼苗根系的扫描图像并分析获取相应的数据。

（4）幼苗鲜质量

种子发芽4 d 后用电子天平称量幼苗的质量。

（5）叶片的叶绿素含量

取种子发芽4 d 后幼苗的新鲜叶片用乙醇萃取法提取叶绿素，用分光光度计测定。

（6）根系活力

取种子发芽4 d 后幼苗的根系，用氯化三苯基四氯唑（TTC）还原法测定。

2 结果与分析

2.1 SNP、NaHS 对硝酸钙胁迫下种子发芽率的影响

SNP 和NaHS 对硝酸钙胁迫下黄瓜种子发芽率的影响见图1。由图1 可知，黄瓜种子在蒸馏水（CK）中的发芽率最高，而硝酸钙明显抑制了黄瓜种子萌发，使该处理的发芽率最低，比CK 降低了51.4%；与只加入硝酸钙的处理对比，在外源SNP 或NaHS 的作用下，黄瓜种子的发芽率分别提高了57.1%和34.2%，同时加入外源SNP 和NaHS 时，黄瓜种子的发芽率提高了85.7%。与CK 相比，单独进行SNP、NaHS 或NaHS 和SNP 共同处理时，黄瓜的发芽率稍有下降，分别降低了17.0%、13.9%和14.2%。

2.2 SNP、NaHS 对硝酸钙胁迫下幼苗胚轴的影响

SNP 和NaHS 对硝酸钙胁迫下黄瓜幼苗胚轴长度的影响如图2 所示。由图可知，硝酸钙处理的黄瓜幼苗根系胚轴长度最短，与蒸馏水（CK）相比降低了48.4%。加入硝酸钙和SNP 处理的胚轴长度比单独硝酸钙处理的提高了41.1%，加入硝酸钙和NaHS 处理的胚轴长度与单独硝酸钙处理的基本一致。同时加入硝酸钙、NaHS 和SNP 处理的胚轴长度比单独硝酸钙处理的提高了74.3%。与CK 相比，单独进行SNP，或NaHS 和SNP 共同处理时，黄瓜的胚轴长度均比对照长，分别增加了14.3%和8.05%，单独进行NaHS 处理时，黄瓜的胚轴长度与对照基本一致。

2.3 SNP 和NaHS 对硝酸钙胁迫下幼苗根系总长度的影响

SNP 和NaHS 对硝酸钙胁迫下黄瓜幼苗根系总长度的影响见图3。由图3 可知，硝酸钙显著抑制了黄瓜种子根系的生长，与蒸馏水（CK）相比，根系总长度降低了92.3%倍。硝酸盐处理下，添加外源SNP 和NaHS 均可明显缓解硝酸钙胁迫对黄瓜幼苗根系生长的抑制，根系总长度分别提高了264.5%和74.2%。硝酸盐处理下，同时添加SNP 和NaHS 时，根系总长度比硝酸钙处理的提高了356.4%倍。与CK 相比，单独进行SNP、NaHS 或NaHS和SNP 共同处理时，幼苗根系总长度分别增加了24.8%、22.4%和24.1%。

2.4 SNP、NaHS 对硝酸钙胁迫下幼苗根尖数的影响

SNP 和NaHS 对硝酸钙胁迫下黄瓜幼苗根尖数的影响如图4 所示。由图可知，硝酸钙处理的黄瓜幼苗根尖数最少，比蒸馏水（CK）减少了83.8%。硝酸钙处理时加入SNP 和NaHS，幼苗根尖数比单独硝酸钙处理的分别增加了156%和58.3%；硝酸钙处理同时加入SNP 和NaHS，幼苗根尖数比单独硝酸钙处理的增加了218%。与CK 相比，单独用NaHS 处理或NaHS 和SNP 共同处理时，幼苗根尖数分别增加了43.9%和17.6%，单独进行SNP 处理对幼苗根尖数没有影响。

2.5 SNP、NaHS 对硝酸钙胁迫下幼苗根系表面积的影响

SNP 和NaHS 对硝酸钙胁迫下黄瓜幼苗根系表面积的影响见图5。由图5 可知，与CK 处理相比，加入硝酸钙的培养皿中的黄瓜幼苗的根系表面积最小，降低了86.6%；硝酸钙处理再加入SNP 处理或NaHS 和处理时，幼苗根系表面积比单独硝酸钙处理的增加了208%和156%；硝酸钙处理同时加入SNP 和NaHS 时，幼苗根系表面积比单独硝酸钙处理的增加了314%。与CK 相比，单独进行SNP 或NaHS 和SNP 共同处理时，幼苗根系表面积也明显增加，分别提高了61.3%、25.7%和64.2%。

2.6 SNP、NaHS 对硝酸钙胁迫下幼苗根系活力的影响

SNP 和NaHS 对硝酸钙胁迫下黄瓜幼苗根系活力的影响如图6 所示。由图可知，硝酸钙胁迫导致黄瓜幼苗根系活力降低，比CK 降低了59.9%。硝酸钙处理时分别加入SNP 或NaHS，幼苗根系活力比单独硝酸钙处理提高了69.3%和80.8%；同时加入SNP 和NaHS 时，幼苗根系活力进一步提高，比单独硝酸钙处理提高了98.7%。与CK 相比，单独进行SNP 处理或NaHS 和SNP 共同处理时，幼苗根系活力与CK 基本一致。

2.7 SNP、NaHS 对硝酸钙胁迫下幼苗叶绿素的影响

SNP 和NaHS 对硝酸钙胁迫下黄瓜幼苗叶绿素含量的影响如图7 所示。由图7 知，受硝酸钙胁迫的影响，黄瓜幼苗的叶绿素含量比CK 处理减少了45.6%。硝酸钙处理加入SNP 或NaHS，幼苗的叶绿素含量比单独硝酸钙处理增加了33.5%和50.9%；同时加入SNP 和NaHS，使幼苗的叶绿素含量比单独硝酸钙处理增加了62.7%。与CK 相比，单独进行SNP，或NaHS 和SNP 共同处理时，幼苗叶绿素含量稍有提高。

2.8 SNP、NaHS 对硝酸钙胁迫下幼苗鲜质量的影响

SNP 和NaHS 对硝酸钙胁迫下黄瓜幼苗鲜重的影响如图8 所示。由图可知，CK 处理的黄瓜幼苗的鲜质量最高，加入硝酸钙溶液的幼苗与CK 相比，鲜质量降低了68.4%。硝酸钙处理时分别加入SNP 或NaHS，幼苗鲜质量比单独硝酸钙处理增加了83.3%和100%；同时加入SNP 和NaHS，幼苗鲜质量比单独硝酸钙处理增加了133%。与CK 相比，单独进行SNP 或NaHS 和SNP 共同处理时，幼苗鲜质量与CK 基本一致。

3 讨论

硝态氮是植物易吸收的氮素营养形式，合理施用硝态氮肥可促进作物的生长、提高产量；而过量施用硝态氮肥，不仅会使土壤发生次生盐渍化，还会影响作物的生长发育和产量品质。目前，过量施用硝态氮肥对黄瓜生理生化机能的影响及其缓解措施研究多集中于地上部[7-8]，对根系生长发育影响的研究较少。本试验中，硝酸钙降低了黄瓜种子萌发率，影响了与硝酸钙溶液直接接触的根系的生长，表现为根尖数、总长度、表面积均减少，根系活力降低。根系是植物体吸收水分和养分的主要部位，其生长状况和活力水平影响地上部生长。生长在硝酸钙溶液中的黄瓜幼苗的胚轴缩短，叶绿素含量降低，最终整个植株的生长受到限制，鲜质量降低。因而，增强黄瓜根系对硝酸盐胁迫的抗性，可为生产中寻求硝酸盐胁抵御途径提供参考。

张华等[9]在研究外源NO 对渗透胁迫下小麦种子萌发及活性氧代谢的影响时，发现SNP 可明显促进小麦种子的萌发及胚根和胚芽的伸长。Zhang 等[10]也发现外源H2S 可以降低渗透胁迫下甘薯的氧化伤害而降低叶绿素的降解。用NaHS 作为H2S 供体可以促进小麦种子萌发过程中淀粉酶的活性[11]，提高黄瓜种子在镉胁迫下的发芽率和胚轴、胚根的长度，使子叶叶绿素含量明显增加[12]。本试验研究中，H2S 供体NaHS 和NO 供体SNP 缓解了硝酸盐胁迫对黄瓜种子发芽的抑制，还有效缓解了硝酸盐胁迫对种子鲜质量、根长、根表面积、叶绿素含量、根系活力的不利影响，且同时外源加入NaHS 和SNP 对硝酸盐胁迫的缓解有叠加效应。