一氧化氮缓解番茄幼苗干旱胁迫的生理机制研究

夏承东 方大伟

摘要以番茄幼苗为材料，采用一氧化氮供体硝普钠处理番茄幼苗，探讨不同浓度硝普钠处理对干旱胁迫下番茄叶片叶绿素荧光初始参数、净光合效率、抗氧化酶活性等生理指标的影响。结果表明，0.1 mmol/L硝普钠处理，可有效降低叶片中的MDA含量，维持较高水平的F v/F m、POD、SOD与CAT活性，而经0.5 mmol/L硝普钠处理后，加剧了叶片中MDA的积累，叶片中F v/F m、POD、SOD与CAT活性显著低于对照，可见，0.1 mmol/L硝普钠处理可有效缓解番茄幼苗的干旱胁迫，而0.5 mmol/L硝普钠处理则加剧了叶片的膜脂过氧化，加重了干旱胁迫的发生。

关键词一氧化碳;干旱胁迫;叶绿素初始荧光参数;抗氧化系统

中图分类号S641.2文献标识码A文章编号0517-6611（2020）15-0061-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.15.018

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Physiological Mechanism of Nitric Oxide Alleviating Drought Stress on Tomato Seedlings

XIA Chengdong，FANG Dawei

（Anhui Huida Agriculture Co. ，Ltd.， Hefei， Anhui 230088）

AbstractThe nitric oxide donor SNP were used to treat the seedlings of the tomato， the physiological parameters including the original fluorescence parameters， the activities of POD， SOD and CAT， the content of MDA were determinated to test the effects of NO. As a result， the leaf with 0.1 mmol/L SNP treatment maintained the high value of F v/F m， POD， SOD and CAT. The MDA content was lower than that in the control and 0.5 mmol/L SNP treatment. On the contrary， 0.5 mmol/L SNP treatment enhanced the drought stress. The values of F v/F m， POD， SOD and CAT were significantly lower than that in the control and 0.5 mmol/L SNP treatment. The results showed that 0.1 mmol/L SNP treatment effectively alleviated the drought stress in contrast to the contrary effects of 0.5 mmol/L  SNP treatment.

Key wordsNitric oxide;Drought stress;Original parameters of chlorophyll fluorescence;Antioxidant system

基金項目安徽省科技重大专项（17030701002）。

作者简介夏承东（1978—），男，安徽肥东人，从事蔬菜品种选育研究。

收稿日期2020-05-27;修回日期2020-06-02

番茄是我国重要的蔬菜、水果两用植物，由于其营养丰富、风味口感独特而备受消费者青睐[1]。研究表明，番茄生长最适土壤湿度为60%～70%[2]。而近年来随着极端天气的频发，番茄种植与生产过重中常常遭遇干旱胁迫，导致番茄产量、品质下降。

一氧化氮是一种气体小分子物质，被证实在生物体内发挥重要作用，如参与植物的生长发育、病虫害防御、逆境胁迫响应等[3-4]。为此，笔者以番茄为材料，通过模拟干旱胁迫与一氧化碳供体硝普钠协同处理，探讨一氧化碳缓解番茄干旱逆境胁迫的内在生理机制。

1材料与方法

1.1试验材料

以安徽徽大农业有限公司选育的番茄品种诺盾256为材料。

1.2试验方法

选取饱满的种子，播于育苗基质中，放置于气候培养箱，发芽、培养条件为温度28 ℃，湿度80%，光照强度120 μmol/（m2·s），光照时间10 h，暗培养10 h，待幼苗长至5叶时，选取表型基本一致的番茄苗放置于Hoagland营养液中进行培养，7 d后，将试验设置为3组，第一组为对照，在Hoagland培养液中加入PEG-6000至浓度15%，第二组为15% PEG-6000+0.1 mmol/L硝普钠，第三组为15% PEG-6000+0.5 mmol/L硝普钠，在干旱与硝普钠处理前，以及处理1、3、5和7 d时进行取样，进行相关生理生化指标的测定。

1.3测定项目与方法

1.3.1光合参数。

采用美国LI-COR公司Li-6400光合测定仪进行净光合速率的测定，测定条件为开放式气路，作用光强为1 200 μmol/（m2·s），CO 2浓度为390 μmol/（m2·s）左右，叶室温度设定为28 ℃，测定倒三叶的净光合速率（Net photosynthetic rate，P n）。取3片完全伸展的叶片进行测定，取平均值。

1.3.2叶绿素初始荧光参数。

采用德国WALZ公司PAM-2500便携式脉冲可调制式荧光测定仪进行叶绿素荧光参数的测定，测定条件为饱和脉冲时间800 ms，脉冲频率为20 s，脉冲光强3 000 μmol/（m2·s），测量光强100 μmol/（m2·s），作用光强为150 μmol/（m2·s）。取3片完全伸展的叶片进行测定，取平均值。直接测定叶绿素初始荧光参数最小荧光（F o）、最大荧光（F m）和光系统Ⅱ（PSⅡ）最大光化学效率（F v/ F m）。

1.3.3抗氧化系统酶活性与丙二醛含量。

抗氧化系统酶SOD、POD与CAT活性，以及丙二醛含量的测定采用南京建成生物工程研究所提供试剂盒。

1.4数据处理

采用软件DPS 2000，按turkey多重比较方法分析试验结果差异显著性[5-6]。

2结果与分析

2.1不同浓度硝普钠处理对干旱胁迫下番茄叶片叶绿素荧光初始参数的影响

初始荧光参数F o反映了叶片光合系统II反应中心全部打开时的最小初始荧光，其值一般在200～400，过高的F o值则表明光合系统II反应中心受到破坏或胁迫。从图1A可以看出，随着干旱处理时间的延长，初始荧光F o逐渐上升，在不同处理间，0.1 mmol/L硝普钠处理后，F o在处理3 d后变化不大，而对照与0.5 mmol/L硝普钠处理在处理3 d后，F o明显上升。初始最大荧光F m则反映了叶片光合系统II反应中心全部关闭时的最大初始荧光，经连续干旱处理后，F m值逐步降低，处理3 d后，0.1 mmol/L硝普钠处理的F m值最高，其次是对照，0.5 mmol/L硝普钠处理的F m值最低（图1B）。F v/F m是叶片光合系统II潜在最大光化学效率，直接反映叶片光合系统II的运转与光能利用情况，经干旱处理3 d后，对照与0.5 mmol/L硝普钠处理的F v/F m明显降低，0.1 mmol/L硝普钠处理的叶片则维持较高光能利用效率（图1C）。

2.2不同浓度硝普钠处理对干旱胁迫下番茄叶片净光合速率的影响

由图2可知，随着干旱处理时间的延长，番茄叶片的净光合效率（P n）逐渐降低，处理7 d后降至最低，而在处理间，经0.1 mmol/L硝普钠处理后，叶片的净光合效率降低较为缓慢，显著高于0.5 mmol/L硝普钠处理，略高于对照，但与对照差异不显著。

2.3不同浓度硝普钠处理对干旱胁迫下番茄叶片MDA含量的影响

丙二醛（MDA）含量反映了植物细胞膜脂过氧化的程度。随着干旱处理时间的延长，番茄叶片中丙二醛含量逐渐升高，在处理7 d时达到最高;而在各个处理间，处理1 d后，0.5 mmol/L硝普钠处理的丙二醛含量显著高于对照和0.1 mmol/L硝普钠处理，0.5 mmol/L硝普钠处理加剧了番茄叶片的膜脂过氧化程度（图3）。处理3 d后，0.1 mmol/L硝普钠处理叶片的丙二醛含量均显著低于对照与0.5 mmol/L硝普钠处理，表明0.1 mmol/L硝普钠处理可缓解叶片的膜脂过氧化。

2.4不同浓度硝普钠处理对干旱胁迫下番茄叶片POD活性的影响

从图4可以看出，随着干旱处理时间的延长，叶片中过氧化物酶（POD）活性呈先升后降的趋势，经干旱处理后，过氧化物酶活性在处理后5 d达最高值，而后开始下降。而在不同处理间，处理1 d后，0.1 mmol/L硝普钠处理叶片的过氧化物酶活性明显上升;处理3 d后，0.1 mmol/L硝普钠处理叶片的过氧化物酶活性显著高于对照和0.5 mmol/L硝普钠处理;处理7 d后，0.1 mmol/L硝普钠处理叶片的过氧化物酶仍保持较高的活性。

2.5不同浓度硝普钠处理对干旱胁迫下番茄叶片SOD活性的影响

超氧化物歧化酶（SOD）在植物氧自由基清除中扮演着重要角色，其通过歧化反应将超氧化物转化为氧气和过氧化氢。从图5可以看出，随着干旱处理时间的延长，叶片中超氧化物歧化酶活性呈先升后降的趋势，经干旱处理后，超氧化物歧化酶活性在处理后5 d达最高值，而后開始下降。而在不同处理间，处理1 d后，0.1 mmol/L硝普钠处理叶片的超氧化物歧化酶活性明显上升，0.1 mmol/L硝普钠处理叶片的超氧化物歧化酶活性显著高于对照和0.5 mmol/L硝普钠处理;处理7 d后，0.5 mmol/L硝普钠处理的酶活显著下降，低于干旱处理前水平。

2.6不同浓度硝普钠处理对干旱胁迫下番茄叶片CAT活性的影响

从图6可以看出，经干旱处理后，过氧化氢酶活性呈先升后降的趋势，而在不同处理间，在干旱处理3 d后0.1 mmol/L硝普钠处理叶片的过氧化氢酶活性显著高于对照与0.5 mmol/L硝普钠处理;在干旱处理5 d时，过氧化氢酶活性最高;处理7 d时，过氧化氢酶活性均显著下降，但01 mmol/L硝普钠处理叶片的过氧化氢酶活性仍保持较高的水平。

3结论与讨论

番茄生长发育过程中常遭遇高温、盐害、干旱、低温等非生物逆境的胁迫。为了有效缓解逆境胁迫的影响，多种生物调节剂、信号分子被用于处理番茄幼苗，研究其对非生物逆境的缓解作用[7-8]。如外源H 2O 2可增强NaCl胁迫下番茄幼苗的抗氧化系统，通过增强POD、SOD和CAT活性，降低内源H 2O 2和MDA含量，从而缓解NaCl胁迫对番茄幼苗生长的抑制作用[9]。外源H 2S和H 2O 2共处理可缓解NaCl对番茄幼苗生长的抑制作用，使幼苗保持较高水平的光合色素含量、相对含水量和根系活力，有效降低MDA和H 2O 2含量，提高抗氧化系统酶活[8]。而对番茄幼苗喷洒脱落酸，可有效增强其抗旱性能[10]。该研究以番茄幼苗为材料，采用PEG-6000模拟干旱胁迫，探讨一氧化氮供体硝普钠处理后，一氧化氮对干旱胁迫的缓解作用。结果表明，0.1 mmol/L硝普钠处理可有效降低叶片中MDA的积累，维持较高水平的POD、SOD与CAT活性，对膜脂过氧化导致的破坏作用起到了有效的抑制作用，使叶片维持较高水平的潜在光化学效率和净光合速率。而高浓度0.5 mmol/L硝普钠处理则加剧了MDA的积累，加剧了干旱胁迫对番茄幼苗造成的损伤。

参考文献

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