外源NO对盐胁迫下新疆杨生理特性的影响

曹 芳

(山西省桑干河杨树丰产林实验局金沙滩林场,山西 怀仁 038302)

土壤盐渍化是全世界面临的土壤肥力退化的重大难题，在我国华北、西北、西南沿海地区盐渍化土壤面积达到了3×108hm2，这也导致了当地多种植物体细胞水势降低、叶片光合能力下降，多种代谢受阻，在苗期表现尤其明显[1]，探索降低盐胁迫对植物生长发育的危害是目前众多研究者的探索方向。NO是植物体内一种重要的逆境信号物质，在植物生长发育、衰老、抗逆过程中发挥着重要的生理功能[2]。在对NO的生理机制研究中发现，NO可以直接对植物的活性氧代谢酶系统产生作用，进而实现对植物体内活性氧代谢的调控[3]。植物在盐胁迫下H2O2和活性氧大量产生，细胞膜结构破坏，影响正常生理机能的发挥[4]。植物体内清除多余的H2O2和活性氧主要依靠保护酶系统，适宜浓度的NO可以提高植物体内保护酶系统活性来降低膜脂过氧化作用，以降低盐胁迫对植物的伤害[5-6]。硝普钠(SNP)是人们最为常用的一种外源NO供体，施用0.5 mmol/L的SNP，能释放大约2.0 μmol/L的NO[7]。韩厅等利用硝普钠(SNP)提供外源NO，研究了紫花苜蓿逆境胁迫下膜伤害程度变化，结果表明外源NO显著降低了逆境胁迫程度[7]；麻云霞等[6]研究认为，外源NO显著提高了盐胁迫下酸枣植株保护酶活性，提高了植株体内活性氧代谢能力，降低了盐胁迫对植株的伤害。也有部分研究者认为，外源NO可以降低盐胁迫下植物体内MDA含量[8]，提高渗透调节物质含量以及叶绿素含量[9]，缓解了盐胁迫的危害。外源NO对缓解农作物盐胁迫危害的相关研究较多，目前也有部分关于外源NO对缓解木本植物盐胁迫危害的相关报道，但是仍然缺乏外源NO对新疆杨植株体内靶向调控活性氧系统作用的相关研究。新疆杨是重要的园林绿化兼用材林树种，但是土壤盐渍化是影响其幼苗生长发育和培育优质壮苗的限制因子。研究外源NO对盐胁迫下新疆杨生理特性的影响，初步分析其作用机制，对指导新疆杨育苗实践中降低盐胁迫危害具有重要的实践意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年3月至2019年9月在桑干河杨树丰产林实验局金沙滩林场试验苗圃内进行。试验所选用新疆杨(PopulusalbavarpyramidalisBge.)苗木为3年生扦插苗，2017年3月在苗圃内扦插繁殖，2018年3月5日将试验处理的苗木移栽至塑料盆内，塑料盆长×宽×高分别为0.30 m×0.30 m×0.50 m，盆装土直接取自新疆杨苗圃的表层厚0—20 cm的土壤。2018年全年正常生长和养护，防止干旱和水涝胁迫以及病虫危害。盆栽土壤基本肥力：碱解氮为16.34 mg/kg，P2O5为12.68 mg/kg，K2O为82.47 mg/kg，pH 7.63。

1.2 试验设计

本试验共设5个处理，其中B1为对照(无盐胁迫)，盐浓度为0 mmol/L；B2为盐胁迫处理，NaCl浓度为600 mmol/L；B3为盐浓度600 mmol/L +SNP浓度40 μmol/L处理；B4为盐浓度600 mmol/L + SNP 100 μmol/L；B5为盐浓度600 mmol/L + SNP 160 μmol/L。本试验中，每个处理重复10盆，总计150盆，随机区组试验设计，重复3次。

1.3 试验处理方式

在2019年的6月10日对盆栽新疆杨进行控水处理，6月14日进行盐处理，B2，B3，B4，B5处理的每个栽植盆中每盆浇入500 mL浓度为600 mmol/L的NaCl溶液，6月18日进行第2次盐处理，每盆浇入同量同浓度的NaCl溶液。6月14日至6月19日每天20:00按照试验设计浓度喷施SNP，连续喷施5 d，每株喷施SNP量以至植株叶面滴水为止。

1.4 试验测定项目

分别于SNP处理结束后的第10，20，30，40天摘取各处理的植株叶片，每株按照树冠的上中下各摘取叶2片，每处理选取3盆共计摘取叶18片，冲洗干净后放入液氮中冷冻暂存，并进行相关生理指标的测定。其中SOD活性采用NBT还原法测定[10]，POD活性采用愈创木酚法测定[10]，CAT活性采用紫外吸收法测定[11]，MDA 含量测定采用硫代巴比妥酸法[11]。各生理指标均测定5次，取平均值作为最终结果。

1.5 数据处理

图表制作采用Excel2010版软件，差异显著性检验采用DPS7.05版软件。

2 结果与分析

2.1 外源NO对盐胁迫下新疆杨MDA含量的影响

由图1可知，盐胁迫条件下，新疆杨叶片内MDA含量表现出升高的变化，其中B2与B1处理相比在整个试验期间均存在显著差异，表明600 mmol/L的盐胁迫会使新疆杨叶片内MDA含量发生显著变化，而MDA是新疆杨叶片细胞膜发生过氧化产物之一，其含量的升高说明盐胁迫对新疆杨细胞膜产生了一定的伤害。

外源NO处理后的第10—20天，B3高于B2处理，说明低浓度的外源NO处理并未起到缓解新疆杨盐胁迫的作用；100 μmol/L的外源NO处理显著低于B2，表明该处理对缓解10—20 d内盐胁迫危害具有显著作用；B5在第10天与B2之间无显著差异，表明该浓度的外源NO在处理后第10天不会显著缓解新疆杨盐胁迫。第30—40天，B4，B5处理均显著低于B2处理，B1与B4，B5之间无显著差异，表明B4，B5处理可以有效缓解新疆杨在盐胁迫下的细胞膜受害程度，并且MDA含量降低到了与非盐胁迫处理同一水平，这也表明外源NO对缓解新疆杨盐胁迫对细胞膜的伤害是有效的。第40天，B3显著低于B2处理，B3显著高于B1处理，说明40 μmol/L的外源NO处理在第40天同样具有缓解盐胁迫新疆杨对细胞膜伤害的作用，但是效果低于B4处理。

注：不同小写字母表示不同浓度外源NO处理后的同一天结果之间在P<0.05水平上差异性显著。图1 外源NO对盐胁迫下新疆杨MDA含量的影响

2.2 外源NO对盐胁迫下新疆杨SOD活性的影响

SOD在植物体内催化活性氧转化为过氧化氢，从而降低活性氧对植物体的危害。由于NO调控对象为活性氧清除系统，因此外源NO会对新疆杨SOD活性产生显著影响，进而影响活性氧的转化速率。本试验结果(如图2)表明，盐胁迫与对照相比SOD活性显著升高，表明盐胁迫提高了新疆杨SOD活性，这是新疆杨对盐胁迫的正常生理响应机制。外源NO处理与盐胁迫处理相比改变了新疆杨叶片内SOD活性。处理后的第10—20天，B3分别低于B2处理3.34，1.59 U/g，无显著差异，而B5处理分别高于B2处理3.78，4.50 U/g，无显著差异，表明这2个处理在第10—20天不会对新疆杨叶片内SOD活性产生显著影响。第20天至第40天，B4处理SOD活性分别比B2提高了11.03%，10.58%，14.53%，差异显著，表明100 μmol/L的外源NO显著提高了新疆杨叶片内的SOD活性，从而显著提高了清除活性氧自由基的能力，对降低新疆杨盐胁迫危害具有显著作用。第30—40天，B5分别高于B4处理2.81，1.14 U/g，无显著差异，表明外源NO提高至160 μmol/L并未显著提高新疆杨SOD活性。

注：不同小写字母表示不同浓度外源NO处理后的同一天结果之间在P<0.05水平上差异性显著图2 外源NO对盐胁迫下新疆杨SOD活性的影响

2.3 外源NO对盐胁迫下新疆杨POD活性的影响

POD可以将植物体内多余的H2O2转化为水和氧气，可以有效缓解植物在盐胁迫下产生的H2O2对植物体产生的伤害。外源NO作为植物体逆境的信号物质，通过调节POD活性可以显著降低许多由 ROS 介导的细胞毒害作用[12-13]。本试验结果(如图3)中，盐胁迫下新疆杨POD活性表现出升高的变化，外源NO处理在处理后30 d与盐胁迫处理相比同样表现出升高的变化，但是不同浓度的NO处理对POD活性的影响存在差异。整个试验期间，B4处理POD活性分别比B2处理提高了2.90，1.01，10.12，8.75 U/g，第30—40天，2个处理之间差异，表明该处理对提高POD活性进而降低新疆杨细胞膜伤害程度效果达到了显著水平。B3，B5与B2处理相比并无显著差异，表明这2个处理不会对新疆杨POD活性产生显著影响。

注：不同小写字母表示不同浓度外源NO处理后的同一天结果之间在P<0.05水平上差异性显著。图3 外源NO对盐胁迫下新疆杨POD活性的影响

2.4 外源NO对盐胁迫下新疆杨CAT活性的影响

CAT是植物体内保护酶系统的重要组成部分，在盐胁迫条件下其可以将植物体内产生的活性氧和H2O2分解为H2O和O2，对防止其危害膜系统起到重要的保护作用。NO作为作用于ROS系统的信号物质，其对植物体内CAT活性会产生显著的影响。本试验结果中(如图4)，盐胁迫提高新疆杨叶片内的CAT活性，但是在第30—40天并未达到显著水平。100 μmol/L的外源NO在整个试验期间与盐胁迫处理相比显著提高了新疆杨CAT活性，表明该处理可以显著提高新疆杨清除H2O2的能力，对降低新疆杨盐胁迫危害具有重要作用。40 μmol/L的外源NO处理与盐胁迫处理相比CAT活性处于同一水平，说明该浓度的外源NO处理不会对新疆杨CAT活性产生显著影响。

注：不同小写字母表示不同浓度外源NO处理后的同一天结果之间在P<0.05水平上差异性显著。图4 外源NO对盐胁迫下新疆杨CAT活性的影响

3 讨论

NO是植物逆境胁迫中重要的调控小分子物质，其通过作用于细胞壁和细胞膜的磷脂双分子层，以提高流动性和稳定系，从而缓解植物的逆境胁迫[14]。植物在盐胁迫条件下会使植株体内积累ROS，导致细胞膜脂过氧化作用，从而引起MDA积累[15-16]。本试验结果表明，盐胁迫显著提高了新疆杨叶片内MDA含量，这与吴雪霞等[17]、付娆等[18]的研究结果相似，表明盐胁迫可能使新疆杨活性氧处于较高水平，从而使细胞膜受到了一定程度的损伤。外源喷施NO与盐胁迫处理相比降低了MDA含量，这样说明NO对缓解盐胁迫下新疆杨细胞膜受ROS危害具有较为明显的作用。植物体在逆境条件下产生的ROS会与DNA、脂类发生化学反应，从而导致酶活性降低，严重影响植株的正常生长[19]。植物保护酶系统(SOD，POD，CAT)是清除ROS的重要活性物质，其活性的高低直接影响到植株清除ROS的能力[16,20]。本试验研究结果中，新疆杨在盐胁迫下SOD、POD活性均显著升高，这与郑庆柱等[21]的研究结果相同，说明盐胁迫条件下新疆杨会提高2种保护酶的活性来清除过多的活性氧，以防止膜系统受到破坏，影响其正常生长。从不同NO浓度对新疆杨SOD、POD活性的影响来看，100 μmol/L的SNP处理对提高新疆杨SOD、POD活性高于40 μmol/L和160 μmol/L处理，说明该浓度的NO对缓解新疆杨盐胁迫效应优于其他2个浓度处理。CAT在逆境条件下将植物体内产生的H2O2转化为H2O和O2，可以有效降低活性氧的危害，因此CAT活性的升高有利于提高植物的抗逆能力[21-22]。适宜浓度的NO可以显著提高植物体内CAT活性，植物体可以快速清除ROS，但NO浓度过高，会与超氧阴离子反应，产生较高浓度的过氧亚硝酸阴离子(ONOO-)[16]，导致CAT活性降低，使植株表现出伤害效应。本项研究中，160 μmol/L处理与100 μmol/L处理相比并未显著提高新疆杨CAT活性，这可能与160 μmol/L的NO处理对新疆杨保护效应降低有关。

4 结论

(1)盐胁迫会显著提高新疆杨植株体内MDA含量，外源NO会降低盐胁迫下新疆杨叶片内MDA含量，其中100 μmol/L处理降低效果最显著。

(2)盐胁迫显著提高了新疆杨叶片内的SOD，POD，CAT活性，外源NO处理提高了盐胁迫条件下3种保护酶活性，其中100 μmol/L处理提高效果显著优于其他2个NO处理。

(3)综合比较3个浓度的外源NO处理来看，100 μmol/L对缓解新疆杨幼苗盐害效果较好。