硝普鈉和硫氫化鈉對硝酸鹽脅迫下黃瓜種子萌發及幼苗生長的影響

姜倩倩，汪承建

（濰坊學院，山東省高校生物化學與分子生物學重點實驗室，山東濰坊 261061）

土壤鹽漬化是全球農業可持續發展和生態環境面臨的一個嚴峻問題，一般會導致土壤理化性狀惡化，養分釋放慢，土壤好氣微生物活動性變差等問題。滲透脅迫、離子失調會影響植物正常代謝，造成光合色素含量降低、光合速率下降、根系生長受阻，嚴重時會使植株死亡[1]。

近年來，隨著設施栽培的迅速發展，長期以來的管理措施不當和自然降雨淋溶減少，導致土壤的次生鹽漬化問題嚴重[2]。相關研究表明，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，過量施用且大量積累于土壤中時會使設施土壤次生鹽漬化，是造成設施作物生長障礙的主導因子[3]。多項研究表明，作為重要的氣體信號分子，一氧化氮（Nirtic oxide，NO）和硫化氫（Hydrogen sulfide，H2S），既參與了種子休眠、萌發、根系形態建成等生長發育過程，也可調控植物對脅迫的抗逆應答，在植物體內具有廣泛的生理作用[4-5]。有關H2S 和NO 相互關系的研究曾報道，H2S 能促進番薯、旱柳和大豆的根形態發生過程，而且這一生物學效應是通過H2S激活NO 信號途徑實現的[6]?？梢?，研究植物的耐鹽性生理對于提高植物的耐鹽能力，從植物角度出發解決土壤鹽漬化危害有重要的意義。鑒于此，本試驗以設施栽培面積較大的黃瓜為試材，初步研究了外源NO 供體硝普鈉（亞硝基鐵氰化鈉，簡稱SNP）和H2S 供體硫氫化鈉（NaHS）對硝酸鹽脅迫下黃瓜種子萌發和幼苗生長的影響，以期為作物抗鹽性探索新的技術途徑。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

供試黃瓜品種為“新泰密刺”。硝酸鈣，分析純，購自天津市科密歐化學試劑公司；硝普鈉和硫氫化鈉，分析純，購自美國Sigma 公司。乙醇、氯化三苯基四氯唑（TTC），均為分析純，購自上?；瘜W試劑有限公司。

1.2 試驗處理

試驗于2018 在濰坊學院生物化學與分子生物學重點實驗室進行。挑選飽滿黃瓜種子480 粒，經1%次氯酸鈉（NaClO）消毒15 min 后，蒸餾水沖洗3 次，置于25 ℃智能光照培養箱中進行常規浸種，浸種12 h 之后，將種子分成24 份，每皿20 粒，分別放入鋪有濾紙的培養皿（直徑9 cm）中，采用紙培法進行發芽試驗。培養皿內分別加入8 種處理液，每種處理液體積為10 mL，每個處理重復3 次。試驗設計見表1。

表1 各試驗處理設計Table 1 Design of test treatment

擺好種子后在培養皿上罩保鮮膜，膜上扎透氣孔，減少水分散失。將培養皿置于25 ℃恒溫培養箱中培養。溫度調至（25±1）℃，每天觀察并統計發芽情況，等發芽后測定根系構型和葉片葉綠素含量等指標。試驗處理所用器皿和濾紙均經過高壓滅菌消毒處理。

1.3 測定指標與方法

（1）種子發芽率

播種4 d 后統計種子發芽的個數，發芽率計算公式見式（1）。

（2）胚軸、胚根的長度

種子發芽4 d 后用刻度尺測量胚軸和胚根的長度。

（3）根系長度、根尖數、表面積

用專業版WinRHIZO 根系分析系統獲取種子發芽4 d后幼苗根系的掃描圖像并分析獲取相應的數據。

（4）幼苗鮮質量

種子發芽4 d 后用電子天平稱量幼苗的質量。

（5）葉片的葉綠素含量

取種子發芽4 d 后幼苗的新鮮葉片用乙醇萃取法提取葉綠素，用分光光度計測定。

（6）根系活力

取種子發芽4 d 后幼苗的根系，用氯化三苯基四氯唑（TTC）還原法測定。

2 結果與分析

2.1 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下種子發芽率的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜種子發芽率的影響見圖1。由圖1 可知，黃瓜種子在蒸餾水（CK）中的發芽率最高，而硝酸鈣明顯抑制了黃瓜種子萌發，使該處理的發芽率最低，比CK 降低了51.4%；與只加入硝酸鈣的處理對比，在外源SNP 或NaHS 的作用下，黃瓜種子的發芽率分別提高了57.1%和34.2%，同時加入外源SNP 和NaHS 時，黃瓜種子的發芽率提高了85.7%。與CK 相比，單獨進行SNP、NaHS 或NaHS 和SNP 共同處理時，黃瓜的發芽率稍有下降，分別降低了17.0%、13.9%和14.2%。

2.2 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗胚軸的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗胚軸長度的影響如圖2 所示。由圖可知，硝酸鈣處理的黃瓜幼苗根系胚軸長度最短，與蒸餾水（CK）相比降低了48.4%。加入硝酸鈣和SNP 處理的胚軸長度比單獨硝酸鈣處理的提高了41.1%，加入硝酸鈣和NaHS 處理的胚軸長度與單獨硝酸鈣處理的基本一致。同時加入硝酸鈣、NaHS 和SNP 處理的胚軸長度比單獨硝酸鈣處理的提高了74.3%。與CK 相比，單獨進行SNP，或NaHS 和SNP 共同處理時，黃瓜的胚軸長度均比對照長，分別增加了14.3%和8.05%，單獨進行NaHS 處理時，黃瓜的胚軸長度與對照基本一致。

2.3 SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗根系總長度的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗根系總長度的影響見圖3。由圖3 可知，硝酸鈣顯著抑制了黃瓜種子根系的生長，與蒸餾水（CK）相比，根系總長度降低了92.3%倍。硝酸鹽處理下，添加外源SNP 和NaHS 均可明顯緩解硝酸鈣脅迫對黃瓜幼苗根系生長的抑制，根系總長度分別提高了264.5%和74.2%。硝酸鹽處理下，同時添加SNP 和NaHS 時，根系總長度比硝酸鈣處理的提高了356.4%倍。與CK 相比，單獨進行SNP、NaHS 或NaHS和SNP 共同處理時，幼苗根系總長度分別增加了24.8%、22.4%和24.1%。

2.4 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗根尖數的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗根尖數的影響如圖4 所示。由圖可知，硝酸鈣處理的黃瓜幼苗根尖數最少，比蒸餾水（CK）減少了83.8%。硝酸鈣處理時加入SNP 和NaHS，幼苗根尖數比單獨硝酸鈣處理的分別增加了156%和58.3%；硝酸鈣處理同時加入SNP 和NaHS，幼苗根尖數比單獨硝酸鈣處理的增加了218%。與CK 相比，單獨用NaHS 處理或NaHS 和SNP 共同處理時，幼苗根尖數分別增加了43.9%和17.6%，單獨進行SNP 處理對幼苗根尖數沒有影響。

2.5 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗根系表面積的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗根系表面積的影響見圖5。由圖5 可知，與CK 處理相比，加入硝酸鈣的培養皿中的黃瓜幼苗的根系表面積最小，降低了86.6%；硝酸鈣處理再加入SNP 處理或NaHS 和處理時，幼苗根系表面積比單獨硝酸鈣處理的增加了208%和156%；硝酸鈣處理同時加入SNP 和NaHS 時，幼苗根系表面積比單獨硝酸鈣處理的增加了314%。與CK 相比，單獨進行SNP 或NaHS 和SNP 共同處理時，幼苗根系表面積也明顯增加，分別提高了61.3%、25.7%和64.2%。

2.6 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗根系活力的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗根系活力的影響如圖6 所示。由圖可知，硝酸鈣脅迫導致黃瓜幼苗根系活力降低，比CK 降低了59.9%。硝酸鈣處理時分別加入SNP 或NaHS，幼苗根系活力比單獨硝酸鈣處理提高了69.3%和80.8%；同時加入SNP 和NaHS 時，幼苗根系活力進一步提高，比單獨硝酸鈣處理提高了98.7%。與CK 相比，單獨進行SNP 處理或NaHS 和SNP 共同處理時，幼苗根系活力與CK 基本一致。

2.7 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗葉綠素的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗葉綠素含量的影響如圖7 所示。由圖7 知，受硝酸鈣脅迫的影響，黃瓜幼苗的葉綠素含量比CK 處理減少了45.6%。硝酸鈣處理加入SNP 或NaHS，幼苗的葉綠素含量比單獨硝酸鈣處理增加了33.5%和50.9%；同時加入SNP 和NaHS，使幼苗的葉綠素含量比單獨硝酸鈣處理增加了62.7%。與CK 相比，單獨進行SNP，或NaHS 和SNP 共同處理時，幼苗葉綠素含量稍有提高。

2.8 SNP、NaHS 對硝酸鈣脅迫下幼苗鮮質量的影響

SNP 和NaHS 對硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗鮮重的影響如圖8 所示。由圖可知，CK 處理的黃瓜幼苗的鮮質量最高，加入硝酸鈣溶液的幼苗與CK 相比，鮮質量降低了68.4%。硝酸鈣處理時分別加入SNP 或NaHS，幼苗鮮質量比單獨硝酸鈣處理增加了83.3%和100%；同時加入SNP 和NaHS，幼苗鮮質量比單獨硝酸鈣處理增加了133%。與CK 相比，單獨進行SNP 或NaHS 和SNP 共同處理時，幼苗鮮質量與CK 基本一致。

3 討論

硝態氮是植物易吸收的氮素營養形式，合理施用硝態氮肥可促進作物的生長、提高產量；而過量施用硝態氮肥，不僅會使土壤發生次生鹽漬化，還會影響作物的生長發育和產量品質。目前，過量施用硝態氮肥對黃瓜生理生化機能的影響及其緩解措施研究多集中于地上部[7-8]，對根系生長發育影響的研究較少。本試驗中，硝酸鈣降低了黃瓜種子萌發率，影響了與硝酸鈣溶液直接接觸的根系的生長，表現為根尖數、總長度、表面積均減少，根系活力降低。根系是植物體吸收水分和養分的主要部位，其生長狀況和活力水平影響地上部生長。生長在硝酸鈣溶液中的黃瓜幼苗的胚軸縮短，葉綠素含量降低，最終整個植株的生長受到限制，鮮質量降低。因而，增強黃瓜根系對硝酸鹽脅迫的抗性，可為生產中尋求硝酸鹽脅抵御途徑提供參考。

張華等[9]在研究外源NO 對滲透脅迫下小麥種子萌發及活性氧代謝的影響時，發現SNP 可明顯促進小麥種子的萌發及胚根和胚芽的伸長。Zhang 等[10]也發現外源H2S 可以降低滲透脅迫下甘薯的氧化傷害而降低葉綠素的降解。用NaHS 作為H2S 供體可以促進小麥種子萌發過程中淀粉酶的活性[11]，提高黃瓜種子在鎘脅迫下的發芽率和胚軸、胚根的長度，使子葉葉綠素含量明顯增加[12]。本試驗研究中，H2S 供體NaHS 和NO 供體SNP 緩解了硝酸鹽脅迫對黃瓜種子發芽的抑制，還有效緩解了硝酸鹽脅迫對種子鮮質量、根長、根表面積、葉綠素含量、根系活力的不利影響，且同時外源加入NaHS 和SNP 對硝酸鹽脅迫的緩解有疊加效應。