低温胁迫下外源NO对黄秋葵幼苗生长及生理特性的影响

陈瑶瑶，严良文，刘智成，余 杰

(1.龙岩市农业科学研究所，福建龙岩 364000；2.龙岩市新罗区农业局，福建龙岩 364000)

黄秋葵(AbelmoschusesculentusL.)俗称洋辣椒、补肾草和羊角豆等[1]，随着人们对其营养保健与医疗价值的认可，黄秋葵的栽培区域及面积也在逐年增加，是近年来南方地区早春蔬菜栽培的优势品种之一。黄秋葵起源于热带和亚热带，耐热怕寒，对低温的反应很敏感[2]，早春容易遭受低温冷害，植株生长受到抑制，严重影响后期果荚的品质和产量。因此，如何提高黄秋葵的抗寒性是生产上急需解决的一个问题。

植物低温耐受能力首先决定于植物本身的遗传特性，不同蔬菜品种抵御低温能力不同[3-4]。但已有研究表明，在生产栽培上可以通过人为干预[5-6]，如低温锻炼、施加植物生长调节剂加外源脱落酸(ABA)[7]、外源亚精胺[8]、水杨酸[9]、外源褪黑素[10]、甜菜碱[11]及采用生物技术等手段来增强蔬菜抵御低温的能力[12-14]，而利用外源物质增强植物抗逆性是一种经济有效的措施，目前已成为蔬菜作物逆境生理研究的热点。

NO能够调节植物的生长发育，所以有人把它作为一种新的植物信号分子[15]，已有大量的研究表明NO与环境胁迫下植物抗逆性方面具有独特的生理功能，但是，目前在蔬菜作物中这些研究主要集中在黄瓜[16-17]、南瓜[18]、番茄[19]等一些蔬菜上，且在处理浓度上还存在比较多的争议。外源NO在黄秋葵上的相关研究资料较少，尤其是外源NO对黄秋葵不同品种(系)幼苗的抗低温逆境作用机理的相关研究尚鲜报道。低温对植株的影响主要是通过生理生化及形态的变化来体现，因此，本研究以3个不同品种的黄秋葵幼苗为试材，通过叶片喷施外源NO，初步探讨不同浓度外源NO处理对低温胁迫下黄秋葵幼苗生理指标的影响，以探究外源NO对黄秋葵幼苗耐寒性的调控机理，并确定最佳的处理浓度，以期为早春黄秋葵抗低温栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在龙岩市农科所内进行。供试黄秋葵品种(系)为‘岩黄秋葵’，其种子由龙岩市农科所果蔬室黄秋葵课题组提供，标为Y，‘红秋葵’种子购于北京绿东方农业技术研究所，标为H，‘绿霸’种子购于日本泷井种苗株式会社，标为L。3个品种(系)田间综合性状表现优异，抗耐性强，产量高，深受当地农户的喜爱，具有一定代表性。试验所用外源NO供体硝普钠[Na2Fe(CN)5NO·2H2O](sodium nitroprusside，SNP)购自福晨(天津)化学试剂有限公司，纯度大于99.0%。

1.2 试验设计

试验以外源一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)作为处理试剂。挑选籽粒大小均匀一致的种子，经浸种催芽后播种于穴盘中。待幼苗第3片真叶完全展开时，挑选生长一致、健壮的植株进行处理，常温清水标为对照CK1，低温(10 ℃/5 ℃)清水标为对照CK2，在叶面喷施浓度为 0.50、1.0、1.5和2.0 mmol/L SNP的基础上低温(10 ℃/5 ℃)处理，标为T1、T2、T3和T4，共6个处理。

用喷壶将配好的液体均匀喷施于黄秋葵的叶片上，喷到叶片滴水为止，连续喷施3 d后置于昼/夜温度为10 ℃/5 ℃，光期12 h，暗期12 h，光照度2 000 lx，低温处理，处理72 h后取幼苗生长点下第2片叶测定相关指标(处理72 h为龙岩农科所果蔬课题组前期试验筛选所得[20])。每处理30株，3次重复。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 株高、茎粗、干质量和鲜质量的测定 每个处理随机选取5株，用蒸馏水冲洗干净，滤纸吸干表面水分，测定株高、茎粗和鲜质量，然后再放入105 ℃下杀青20 min，后75 ℃烘干至恒量，称取干质量。

1.3.2 抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)含量的测定 超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定参考NBT光还原法[21]；过氧化物酶(POD)活性的测定参考愈创木酚比色法[22]；过氧化氢酶(CAT)活性的测定参照紫外吸收法[21]；抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的测定参考陈建勋等[23]的测定方法；丙二醛(MDA)含量的测定参考硫代巴比妥酸(TBA)[21]法。以上指标均采用苏州科铭生物技术有限公司生产的检测试剂盒进行测定，均以鲜质量计。

1.4 数据分析

采用WPS软件进行数据整理和图表绘制；运用SPSS 17.0软件进行方差分析和差异显著性分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 外源NO对低温胁迫下不同品种黄秋葵幼苗生长的影响

由表1可知，与CK1相比，低温逆境下3个黄秋葵品种幼苗的株高、茎粗、干质量和鲜质量均显著降低。Y、L和H株高分别比CK1组降低 5.25%、4.55%和2.25%，茎粗分别降低 11.11%、23.22%和15.22%，鲜质量分别降低 9.40%、10.90%和32.35%，干质量分别降低 3.07%、21.95%和20.59%差异显著。说明低温胁迫显著抑制黄秋葵幼苗的生长发育。施加一定浓度外源NO处理能有效缓解低温逆境对黄秋葵幼苗生长的抑制作用，增加生长量，然而不同浓度SNP处理对黄秋葵生长量积累的影响也有所不同。其中品种Y和H以1.0 mmol/L SNP处理效果最佳，株高、茎粗、鲜质量和干质量较CK2处理显著提高4.31%和1.29%、9.93%和 10.56%、11.07%和9.70%、40.63%和25.93%；品种L则在0.5 mmol/L SNP处理时的株高、茎粗、鲜质量及干质量达到最大值，较CK2处理提高 2.78%、8.29%、10.45%和21.74%，差异显著。

表1 低温胁迫下不同浓度SNP处理黄秋葵幼苗生长状况

由此可知，低温胁迫影响黄秋葵幼苗的生长，不同浓度SNP处理对低温胁迫下幼苗的生长效果不同，低浓度促进幼苗生长，高浓度反而抑制幼苗的生长，本试验以0.5～1.0mmol/L处理效果较佳，但仍未能恢复到CK1水平。品种间比较，3个品种的抗寒性由高到低依次为‘岩黄秋葵’>‘红秋葵’>‘绿霸’。

2.2 外源NO对低温胁迫下不同品种黄秋葵幼苗SOD活性的影响

由图1可知，单独低温胁迫后黄秋葵叶片SOD活性明显升高，3个品种CK2的活性显著高于CK1，分别比各自对应的CK1提高20.33%、8.61%和10.91%，不同浓度外源NO(SNP)处理后叶片SOD活性变化呈现出先升后降的趋势，规律性强。其中T2处理的含量最高，Y、L和H分别比各自CK2增加57.92%、22.47%和 32.85%，差异显著。可见，低温胁迫会使幼苗叶片的SOD活性增强，适宜浓度外源SNP处理能进一步提高低温胁迫下SOD的活性，其中品种Y活性增加幅度最大。

2.3 外源NO对低温胁迫下不同品种黄秋葵幼苗POD活性的影响

由图2可知，低温胁迫下3个品种CK2处理的POD活性显著高于CK1，Y、L和H分别比各自对应的CK1提高6.96倍、5.79倍和 6.40倍。3个品种的POD活性随着SNP处理浓度的增加呈现先升高后降低的趋势，T2与各自CK2处理对比增幅最大，Y、L和H分别较CK2增加 53.05%、23.99%和31.89%，均达到显著水平。说明低温胁迫增强幼苗叶片的POD活性，外源NO进一步提高黄秋葵叶片POD的活性，其中对品种Y活性增加更明显。

2.4 外源NO对低温胁迫下不同品种黄秋葵幼苗CAT活性的影响

由图3可知，单独低温胁迫环境下，3个品种叶片CAT活性较CK1出现明显的抑制现象，且不同品种CAT活性下降程度不同，其中L品种下降最多，达96.75%，H品种次之，下降 67.59%，Y品种下降最少为64.14%。施加低浓度SNP处理，品种Y和H的CAT活性呈现先上升后下降的趋势，其中以T2处理最优，分别比CK2提高97.14%、62.08%和76.80%。当外源NO浓度达到2.0 mmol/L时叶片CAT活性显著低于CK1。结果表明低温下外施NO提高品种Y和H的CAT活性，但品种L无显著差异。

2.5 外源NO对低温胁迫下不同品种黄秋葵幼苗APX活性的影响

由图4可知，与CK1相比，低温胁迫下3个品种的APX活性均升高，但不同品种增加的幅度不同，Y和H分别增加14.88倍和2.06倍，差异显著，L增加16.13%，无显著差异，外源NO均不同程度上增强叶片APX活性，其中以T2处理的APX活性最高，Y、L和H分别比CK2增加1.64倍、1.09倍和1.20倍，均达到显著水平。由此可知，低温逆境会使黄秋葵幼苗叶片的APX活性增强，适当浓度SNP处理能进一步提高APX 的活性，其中增强效果为品种Y>H>L。

2.6 外源NO对低温胁迫下不同品种黄秋葵幼苗MDA含量的影响

从图5可以看出，低温胁迫下MDA含量剧增。与CK1相比，CK2处理MDA含量明显提高，不同品种升高的幅度不同，其中L提高的幅度最多达106.35倍，H次之为27.73倍，Y提高幅度最低为21.86倍。由于MDA作为膜脂过氧化的最重要产物之一，其含量的高低可以判断逆境下植物细胞膜的损害程度，本研究表明胁迫下3个品种叶片细胞膜遭受伤害程度为L>H>Y。试验发现高浓度SNP处理(1.5～2.0 mmol/L)导致MDA含量剧增，且都显著高于CK2。低浓度外源NO处理效果好，其中T2处理效果最佳，Y、L和H的MDA含量分别较对应的CK2降低65.30%、33.01%和42.96%，差异显著。说明低温逆境引起黄秋葵叶片细胞内MDA含量的增加，适当浓度的SNP处理可抑制MDA的积累，在一定程度上缓解低温逆境对细胞膜的损害，3个品种中Y品种降低最明显。

3 讨论与结论

低温冷害是自然界中最常见的非生物胁迫之一，植物遭受低温冷害，会使各项生理活动减缓或停止[24]。逆境下，植物形态学特征变化反映了植物生物量的变化。本研究发现低温胁迫下黄秋葵幼苗生长受到抑制，生物量积累下降，施加一定浓度(0.5～1.0 mmol/L)的外源NO显著缓解了胁迫伤害，并且3个品种的最大株高、茎粗、鲜质量、干质量均超过各自对应的CK2，表明适量的SNP处理能够有效增强植株的抗低温能力，促进幼苗的生长发育，更有利于黄秋葵壮苗培育。这与张永吉等[25]和樊怀福等[26]研宄表明，SNP处理显著提高冷害胁迫下茄子幼苗的干质量和缓解低温对黄瓜幼苗的抑制作用的结果相似。

抗氧化酶系统中APX、POD、CAT与SOD一起协同作用组成抗氧化防线共同保护植物使其免受过氧化作用造成的损伤。叶片是植物进行光合和蒸腾作用的主要器官，能灵敏地反映外界的变化。本研究表明低温冷害显著抑制黄秋葵叶片CAT活性，SOD、POD和APX活性在植物遭受低温冷害后升高，这可能是在植物到胁迫伤害后迅速激活，减轻胁迫所造成的活性氧损伤。外源NO供体硝普钠(SNP)在提高植物叶片抗氧化酶活性，进而提高叶片对逆境胁迫的耐受力的过程中发挥了重要作用，这与Liang等[27]研究表明外源NO可有效诱导抗氧化酶系统从而提高耐寒性研究结果相似。

本研究表明施加外源NO对黄秋葵叶片保护酶活性表达产生显著影响，其中SOD、POD、CAT和APX活性在低浓度0.5～1.0 mmol/L明显提高，高浓度又呈下降趋势，可能是因为低浓度的SNP可通过增强叶片抗氧化系统中酶的活性以清除过量的活性氧(ROS)，从而缓解氧化伤害，增强黄秋葵对低温胁迫的抗性。在较高浓度(1.5～2.0 mmol/L)处理下，SOD、POD、CAT和APX活性显著降低，这可能是因为植物在低温胁迫环境下产生的大量活性氧离子，在未被及时清除之前，当有大量的NO存在时，活性氧离子就会和高浓度SNP释放的NO生成某种物质，其破坏性远远大于活性氧本身的破坏程度，因此，低温胁迫下如果加入过量外源NO不但不会缓解胁迫对黄秋葵造成的氧化伤害，还会增强促进活性氧对黄秋葵的伤害。这与李美兰等[28]在南方红豆杉幼苗上研究认为低浓度促进抗氧化酶活性，高浓度反而抑制的结论相似，但是与李美兰等[28]认为喷施浓度为0.5和1.0 mmol/L SNP降低了抗氧化酶活性的结果不一致。这可能是由于植物品种、处理方法和胁迫时间等因素的不同而造成的差异。

低温胁迫条件下，膜脂过氧化物的终产物MDA是衡量蔬菜作物耐低温的一个重要指标[29]。本研究发现低温胁迫下3个品种MDA含量显著增加，其中品种L >H >Y，一定浓度SNP处理能有效抑制低温胁迫下黄秋葵幼苗MDA的产生，缓解低温胁迫对幼苗的膜脂过氧化损伤程度。这与已有的研究结果相一致[30-32]。

本试验结果表明，低温胁迫处理引起 3个黄秋葵品种SOD、POD和 APX活性均不同程度增加，但不同品种增加幅度不同。这说明抗冷性不同的作物中存在一定的差别。通过分析外源NO对3个品种的抗低温效果，发现‘岩黄秋葵’耐寒效果更明显。因此，建议早春闽西地区黄秋葵栽培，选用‘岩黄秋葵’等耐低温能力较强的品种；在低温寒潮来临前，可以对叶片进行喷施一定浓度的外源NO来减缓低温对苗期的伤害，保障黄秋葵的生长。

综上所述，在低温胁迫下，喷施适宜浓度外源NO供体SNP可以通过调整自身生长、MDA含量及抗氧化酶活性等来提高黄秋葵幼苗对低温的适应能力。但是NO作为一种信号分子参与了植物体内起许多重要的生理过程[33-35]，其缓解黄秋葵幼苗低温胁迫的作用机理尚需要进一步的 研究。