外源NO对低温胁迫下茄子幼苗生长及生理特性的影响

刘 旭，林碧英，吴宏琪，李小琼，祖颖达，钟路明，王爱红

(福建农林大学园艺学院，福建 福州 350002)

【研究意义】茄子(SolanummelongenaL.)属喜温性蔬菜作物，耐热性强，生长发育最适温度为 20～30 ℃，在17 ℃以下生长发育变得缓慢，15 ℃以下便出现新陈代谢失调的现象，发生冷害的临界温度是7.2 ℃[1]。近年来，由于茄子营养丰富，因而备受广大生产者和消费者的青睐，设施栽培面积仅次于黄瓜和番茄[2]，低温冷害是影响茄子产量的重要环境因素之一，在越冬设施栽培与早春栽培时常发生，对于茄子的抗冷性研究显得尤为重要。施用外源物质可有效缓解或减轻植物逆境伤害，通过施用各种外源物质提高作物抗逆性已成为植物抗逆研究中的热点。【前人研究进展】目前外源物质在提高植物的抗逆性中被普遍使用。NO作为信号分子在植物抗逆性中的作用越来越受到重视[3-4]，越来越多的研究证据表明NO能作为植物发育、激素调节和响应逆境胁迫的活跃小分子信号，当植物受低温等非生物因素影响时，能迅速大量的合成积累脯氨酸、甜菜碱等一系列渗透调节物质，来缓解非生物胁迫对植物的不利影响[5-6]。NO作为一种外源物质被广泛用于增强植物的抗逆性当中[7-9]，但外源NO对茄子幼苗的耐寒性的研究还鲜有报道。【本研究切入点】本试验以茄子为试材，探讨不同浓度外源NO对低温胁迫下茄子幼苗相关的生长指标、叶绿素含量、细胞膜、渗透调节物质及抗氧化酶活性的影响。【拟解决的关键问题】筛选出最适外源NO浓度，为外源NO缓解茄子幼苗低温胁迫的机理研究提供一些理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试茄子为 ‘秀娘’品种，来自于厦门农友种业有限公司。外源NO供体SNP药品由上海麦克林生化科技有限公司提供。

1.2 试验设计

将供试材料茄子种子进行常规温汤浸种后催芽，待种子露白后，播到穴盘中进行育苗，育苗基质采用草炭∶蛭石∶珍珠岩=3∶1∶1，待苗长到4叶1心期，选取大小长势较为一致的幼苗，用浓度为0(T0清水处理)、0.1(T1)、0.3(T2)、0.5(T3)、1.0(T4)mmol/L的NO供体硝普钠(SNP又亚硝基铁氰化钠)溶液对茄子幼苗叶片进行叶面喷施处理。每天早上9:00进行1次喷施，以溶液附于叶面正反面全部湿润但不下滴为度，连续喷施2 d，然后将喷施后的茄子幼苗放入10 ℃/5 ℃(昼/夜)的人工气候箱进行低温胁迫处理，以常温(25 ℃/18 ℃)清水处理为对照CK，昼夜时长均为12 h，空间相对湿度控制在70 %左右，光照强度在180 μmol·m-2·s-1左右。每个处理设3次重复，共6个处理，处理时间8 d。在低温胁迫处理第0、2、4、6、8天各处理随机选取3株叶片剪碎混合后进行相关生理生化指标的测定，在第8天各处理随机选取3株植株进行相关形态指标的测定。

1.3 指标测定及方法

1.3.1 形态指标的测定 株高用精确度为1 mm的刻度尺来测量，从根茎分界处到生长点的高度为株高；用精确度为0.02 mm的游标卡尺测定茎粗，以子叶下部节间1 cm为基准测定茎粗；以精确度为0.01 g的电子天平来测量鲜重和干重；干重：105 ℃杀青20 min，然后在75 ℃下烘干至恒重。

壮苗指数：SI=[幼苗茎粗D(cm)/幼苗株高H(cm)]×幼苗干质量(g)×100 %

相对生长量 = 处理最后1 d的鲜重(g)/处理前的鲜重(g)×100 %

1.3.2 生理生化指标的测定 用电导仪器法测定电导率[10]；用混合液提取法测定叶绿素[11]；用愈创木酚法测定过氧化物酶活性[12]；用紫外吸收法测定过氧化氢酶活性[13]；用氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶活性[14]；采用磺基水杨酸法测脯氨酸含量[14]；用硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量[14]；用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白[14]。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS20.0软件进行单因素方差分析和差异显著性分析(P<0.05)，使用Excel2010进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 外源NO对低温胁迫下茄子幼苗生长的影响

由表1可知，所有低温胁迫处理在处理第8天时茄子幼苗的株高、茎粗、干重、壮苗指数及相对生长量均低于对照CK(常温清水)。喷施不同浓度SNP溶液处理的株高、茎粗、干重、壮苗指数及相对生长量均高于T0处理(低温清水)，且随着SNP溶液浓度的增加呈先上升后下降的趋势，说明喷施一定浓度的SNP溶液能缓解低温胁迫对茄子幼苗生长的抑制作用，其中以T2处理的株高、茎粗、干重、壮苗指数及相对生长量最大，比T0处理分别增加了21.74 %、66.67 %、37.50 %、87.50 %、48.63 %，且均达到显著性差异，而以T4处理最低，仅比T0处理分别增加了4.34 %、24.73 %、5.00 %、31.25%、1.37 %，且除茎粗外其他形态指标均无显著性差异。说明以T2处理缓解低温胁迫对茄子生长抑制作用效果最好，以T4处理的效果最差。

表1 SNP对低温胁迫下茄子幼苗生长的影响

图中不同处理下不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同

2.2 外源NO对低温胁迫下茄子幼苗叶绿素含量的影响

由图1可知，与对照CK相比，所有低温胁迫处理茄子幼苗的叶绿素含量均降低，但不同处理间的变化趋势有较大差异。喷施不同浓度SNP溶液处理的叶绿素含量均高于T0处理，以T2处理最高，T4处理最低，其中T1、T2处理的叶绿素含量均达到显著性差异，T3处理除第2天外，其他处理时间均显著高于T0处理，而T4处理仅在第8天时显著高于T0处理。说明一定浓度的SNP溶液能缓解低温胁迫对叶绿素合成的抑制作用，其中以T2处理的缓解效果最好，T4处理最差。

2.3 外源NO对低温胁迫下茄子幼苗相对电导率的影响

由图2可知，所有低温胁迫处理茄子幼苗的相对电导率均高于对照CK，随着低温胁迫时间的延长均呈先上升后下降的趋势，均在处理第4天达到最高。喷施不同浓度SNP溶液处理的相对电导率与T0处理相比，以T2处理最低，且在整个低温胁迫时期均达到显著性差异，T1处理除第4天外，其他时间均达到显著性差异，而T3、T4处理仅在第8天达到显著性差异，其中以T4处理最高，在处理第8天时，T1～T4处理与T0处理相比下降最大分别为23.49 %、28.71 %、24.78 %、22.93 %，说明一定浓度的SNP溶液能缓解低温胁迫下茄子幼苗相对电导率的增加，其中以T2处理效果最好，而T4处理效果最差。

图2 SNP对低温胁迫下茄子幼苗相对电导率的影响

图3 SNP对低温胁迫下茄子幼苗MDA含量的影响

2.4 外源NO对低温胁迫下茄子幼苗MDA含量的影响

由图3可知，低温胁迫能促使茄子幼苗MDA含量的增加，随着低温胁迫时间的延长，各处理均呈先上升后下降再上升的趋势。喷施不同浓度SNP溶液处理中T1、T2处理的MDA含量均显著低于T0处理，T3处理除第6天外，其他时间均显著低于T0处理，而T4处理除第8天外均无显著性差异，其中以T2处理的MDA含量最低，T4处理最高。说明以T2处理缓解低温胁迫下茄子幼苗的MDA含量提高效果最好，以T4处理效果最差。

2.5 外源NO对低温胁迫下茄子幼苗脯氨酸含量的影响

由图4可知，低温胁迫下各处理茄子幼苗的脯氨酸含量均显著高于对照CK，随着低温胁迫时间的延长均呈先上升后下降的趋势，均在处理第6天时达到最高。喷施不同浓度SNP溶液处理的脯氨酸含量均高于T0处理，其中以T2处理最高，且达到显著性差异，在处理第6天时比T0处理增加了58.09 %，T4处理最低，且始终无显著性差异，T1处理除第4天外，其他时间均显著高于T0处理，T3处理在第6、8天时均显著高于T0处理，在处理第6天时，T1、T3、T4处理比T0处理分别增加了14.38 %、28.43 %、6.66 %。说明一定浓度的SNP溶液能提高低温胁迫下茄子幼苗脯氨酸的含量，其中以T2处理的效果最好，以T4处理的效果最差。

图4 SNP对低温胁迫下茄子幼苗脯氨酸含量的影响

图5 SNP对低温胁迫下茄子幼苗可溶性蛋白含量的影响

2.6 外源NO对低温胁迫下茄子幼苗可溶性蛋白含量的影响

由图5可知，低温胁迫下各处理可溶性蛋白含量均显著高于对照CK，且均呈先上升后下降再上升的趋势。喷施不同浓度SNP溶液处理的可溶性蛋白含量均高于T0处理，其中以T2处理最高，且达到显著性差异，而其他处理均无显著性差异，其中以T4处理最低，在处理第8天时，T1-T4处理与T0处理相比上升最大分别为7.04 %、31.22 %、6.89 %、4.10 %。说明以T2处理缓解低温胁迫下茄子幼苗的可溶性蛋白含量降低效果最好，而以T4处理的效果最差。

2.7 外源NO 对低温胁迫下茄子幼苗抗氧化酶活性的影响

由图6可知，低温胁迫能促进茄子幼苗抗氧化酶SOD、POD和CAT活性的增加，且均呈先上升后下降的趋势，其中SOD、CAT活性均在处理第4天达到最大，而POD活性除T0、T2处理在第4天最大外，其他处理均在第6天达到最大。

由图6-A可知，喷施不同浓度SNP溶液处理的SOD活性均高于T0处理，其中以T2处理最高，且达到显著性差异，T1、T3处理分别在第8和6天达到显著性差异，其他时间均无显著性差异，而以T4处理最低，且无显著性差异。

由图6-B可知，喷施不同浓度SNP溶液处理的POD活性均高于T0处理，除T4处理外均达到显著性差异，其中以T2处理最高，在处理第6天时，T1～T4处理与T0处理相比上升最大，分别为47.73 %、63.42 %、41.43 %、33.52 %。

由图6-C可知，喷施不同浓度SNP溶液处理的CAT活性均高于T0处理，除T4处理外均达到显著性差异，其中以T2处理最高，在处理第2天时，T1～T4处理与T0处理相比上升最大，分别为41.57 %、68.67 %、33.13 %、27.11 %。

说明一定浓度的SNP溶液能促进低温胁迫下茄子幼苗抗氧化酶活性的增加，其中以T2处理效果最好，T4处理效果最差。

3 讨论与结论

3.1 外源NO对低温胁迫下茄子幼苗生长的影响

A～C分别表示抗氧化酶SOD、POD、CAT活性

在低温胁迫下，植物的生长受到抑制，生长势受到削弱，植物的干物质积累量减少。樊怀福等[15]研究认为，喷施外源NO供体SNP在一定程度上缓解了低温胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制作用。本试验研究表明，低温胁迫处理下各处理茄子幼苗的株高、茎粗、干重、壮苗指数及相对生长量均低于对照CK(常温清水)，说明低温胁迫能抑制茄子幼苗生长。喷施不同浓度SNP溶液处理的茄子幼苗株高、茎粗、干重、壮苗指数及相对生长量均高于T0(低温清水)处理，以T2处理最高，而T4处理最低。说明一定浓度的外源NO能缓解低温胁迫对茄子幼苗生长的抑制作用，这与于秀针等[16]研究结果相一致。

3.2 外源NO对低温胁迫下茄子幼苗叶绿素含量的影响

植物的叶绿素是植物进行光合作用的一类重要色素，含量的高低能直接影响到植物的光合能力[17]。和红云等[18]对甜瓜研究表明，低温胁迫下甜瓜幼苗的叶绿素含量降低。陈银萍等[19]对玉米的研究表明，外源NO能提高低温胁迫下玉米幼苗的叶绿素含量。本试验研究结果表明，低温胁迫处理下各处理茄子幼苗的叶绿素含量均低于对照CK，其中以T0处理最低，喷施不同浓度SNP溶液处理的叶绿素含量均高于T0处理，说明一定浓度的SNP溶液能缓解低温胁迫下茄子幼苗叶绿素含量的降低，该结果与杜卓涛等[20]对苦瓜的研究结果相一致。其中T2处理含量最高，缓解效果最好。

3.3 外源NO对低温胁迫下茄子幼苗细胞膜以及渗透调节物质的影响

植物的细胞膜是植物遭受伤害的直接反应。植物遭受低温胁迫后，细胞膜受损破裂，胞内电解质外流引起电导率增大，导致植物代谢紊乱[21]，相对电导率和MDA含量是反应植物受到伤害的重要指标。王芳等[22]研究表明，外源NO降低了低温下玉米幼苗的相对电导率和MD含量，从而减轻了低温对玉米幼苗的伤害。本试验结果表明，低温胁迫处理下各处理茄子幼苗的相对电导率和MDA含量均高于对照CK，结果与郭经纬等[23]对豇豆的研究结果相一致。而喷施不同浓度SNP溶液处理的相对电导率和MDA含量较T0处理均有所下降，其中以T2处理下降最大，而T4处理下降最小。

很多植物在低温胁迫下会累积可溶性蛋白质、游离脯氨酸等渗透调节物质以适应冷环境，从而保护体内组织免受冻害[24]，在植物的抗逆境过程中发挥了积极作用。罗娅[25]对草莓的研究发现，在低温胁迫下可溶性蛋白含量均高于对照。本试验研究结果表明，低温胁迫处理下各处理茄子幼苗的可溶性蛋白和脯氨酸含量均高于对照CK。喷施不同浓度SNP溶液处理均能提高可溶性蛋白质和脯氨酸含量，来缓解低温胁迫处理对茄子幼苗的伤害，其中以T2处理最明显，而T4处理与T0处理相比无显著性差异，效果最差。

3.4 外源NO对低温胁迫下茄子幼苗抗氧化酶活性的影响

植物在逆境环境下，会产生大量的活性氧自由基(ROS)，浓度过高会对植物造成伤害[26]。当ROS浓度过高时，植物本身的抗氧化酶系统和非酶系统会共同作用降低ROS浓度，从而保持活性氧产生和清除之间的平衡，维持细胞氧化还原过程的稳定。其中一些抗氧化酶包括SOD、CAT、POD等[27]。张红梅等[28]研究发现，低温胁迫下不同砧木的黄瓜嫁接苗的SOD、CAT、POD活性均有所提高。本试验研究结果表明，低温胁迫下各处理的茄子幼苗SOD、CAT、POD活性均高于对照CK，其中SOD、CAT活性均在处理第4d最高，说明低温胁迫能促进抗氧化酶活性的增加且时间较为提前。喷施不同浓度SNP溶液处理能增加低温胁迫下茄子幼苗抗氧化酶活性来提高耐低温能力，这与王英姿等[29]研究结果相一致。其中以T2处理提高抗氧化酶活性效果最明显，T4处理最不明显。

4 结 论

低温胁迫下所有处理与对照CK相比，茄子幼苗的株高、茎粗、干重、壮苗指数、相对生长量及叶绿素含量均降低，相对电导率及MDA、脯氨酸、可溶性蛋白含量均升高，抗氧化酶POD、CAT、SOD活性均增强。喷施不同浓度SNP溶液处理与T0处理相比，相对电导率、MDA含量均降低，株高、茎粗、干重、壮苗指数、相对生长量及叶绿素、脯氨酸、可溶性蛋白含量均升高，抗氧化酶活性均增强，其中以0.3 mmol/L SNP溶液处理对缓解低温胁迫下茄子幼苗生长的不利影响效果最好，而1.0 mmol/L的SNP溶液处理的效果最差。