全 文 ：广 洒 植 物 Guihaia 30(5)：672— 677 2010年 9月
一 氧化氮对水分胁迫下玉米种子
萌发及幼苗生理特性的影响
陈银萍，陶 玲，杨 莉，王 惠，思显佩
(兰州交通大学 环境与市政工程学院 寒区旱区水资源综合利用教育部工程研究中心，兰州 730070)
摘 要：以0．4 mol／L的甘露醇(M)模拟水分胁迫状况，研究了外源一氧化氮(N0)供体硝普钠(SNP)对水分
胁迫下玉米种子萌发、幼苗生长和生理特性的影响。结果表明：(1)水分胁迫下，玉米种子萌发和幼苗生长受
到抑制，叶片丙二醛(MDA)含量、质膜相对透性、脯氨酸含量均显著增加；(2)SNP能显著提高水分胁迫下玉
米种子的发芽率、发芽势 、发芽指数和活力指数 ，增加玉米幼苗的根长、茎长 、根重和整株干重，抑制水分胁迫
下玉米幼苗叶片 MDA含量 的上升，降低 叶片质膜相对透性，降低脯氨酸含量。其中以 100 8mol／L和 200
gmol／L SNP对水分胁迫的缓解效果最佳。
关键词；一氧化氮(N0)；硝普钠(SNP)；水分胁迫 ；玉米 ；种子萌发；幼苗生理特性
中图分类号 ：Q142 文献标识码：A 文章编号：1000-3142(2010)05—0672—06
Effects of nitric oxide on seed germination
and physiological reaction of maize
seedlings under water stress
CHEN Yin-Ping，TAO Ling，YANG Li，WANG Hui，SI Xian-Pei
(School of Environmental and Municipal Engineering，Engineering Research Center for Cb and Arid Regions Water Resource
Comprehensive Utilization，Ministry of Education，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China)
Abstract：The efects of sodium nitropprusside(SNP)，an exogenous nitric oxide donor at different concentrations，on
the seed germination，growth and physiological reaction of maize seedlings under 0．4mol／L manntol(M)stress were
studied．The results showed that：(1)The water stress inhibited significantly the maize seed germination and growth
of seedlings，increased significantly the malondialdehyde(MDA)content，cell membrane permeability and content of
proline~(2)The treatments with SNP at different concentrations could promote the germination rate，germination en-
ergy，index of germination and index of vigor of maize seeds，increased the root length，stem length，root height，dry
weight，relative water content and carotenoid contents of maize seedlings，inhibited significantly the MDA content，eel
membrane permeability and the content of proline of maize seedlings under water stress．It was shown that exogenous
nitric oxide had abating effect on depressed seed germination and growth of maize seedlings，could improve the antiox-
ygen ability of maize seedlings，debasing lipid peroxidation and protect plasma membrane from being destroyed during
the water stress tO enhance the drought resistance of plants under water stress and the best abating effect occurred
with the SNP concentrati0ns set at 100~mol／L and 200~mol／L．
Key words：nitric oxide(NO)；sodium nitroprusside(SNP)；water stress；maize；seed germination seedling physio-
logical reaction
收稿 日期：2009-09—21 修回日期：2010—03—16
基金项 目：国家自然科学基金 (31060060，40901049)；兰州交通大学“青蓝”人才工程基金 (QI，08—14A)；兰州市科技计划项目 [Supported bythe
National Natural Science Foundation of China(31060060，40901049)；“Qing Lan”Talent Engineering Funds by Lanzhou Jiaotong University(QL-08-14A)；
Science＆Research Program of I~nzhou City]
作者简介：陈银萍(1974一)，女，甘肃榆 中人，博士，副教授，主要从事环境生物学研究，(E—mail)yinpch@yahoo．com．en。
5期 陈银萍等：一氧化氮对水分胁迫下玉米种子萌发及幼苗生理特性的影响 673
作为信号分子的NO可以调控作物种子的萌发
过程(Bethke等 ，2004；张华 等，2003)。外源 No供
体硝普钠(sodium nitroprusside，SNP)能显著促进
渗透胁迫下小麦种子的萌发(张华等，2003)，低浓度
SNP预处理水稻 ，能缓解其在水分胁迫和高温胁迫
下叶片叶绿素的降解 、维持光系统 Ⅱ的活性(Laxalt
等 ，1997；Beligni& Lamattina，1999)，SNP与甘露
醇同时处理小麦幼苗对水分胁迫下叶片的氧化损伤
有保护作用(王罗霞等，2006)，凌腾芳等(2005)发现
外源 SNP可以提高水稻 幼苗 的耐 盐性 ，张艳艳等
(2004)发现 0．1～200／~mol／L的 SNP都可提高盐
分胁迫下玉米幼苗的干物重积累速率 。玉米是我国
重要的农作物，干旱 是农 业生产 面临 的严 峻挑战。
本文 旨在分析 SNP浸种处 理对水分胁迫下玉米种
子萌发过程的调节作用以及 N0对 玉米幼苗生长和
生理特性的影响，为农作物种子的萌发生理 、生长代
谢和生产实践中的化学调控提供理论依据 。
1 材料与方法
1．1材料和试剂
玉米(Zea mays)品种 为“沈单 16号”(甘肃省
农科院提供)。NO供体硝普钠(亚硝基铁氰化钠，
sodium nitroprusside，SNP，购 自 Sigma公司)。通
常 0．15 mmol／L的 SNP大约 可 以产生 小于 0．2
／~mol／L的 N0(Garcia& Lamattina，2001)。
1．2实验设计
培养时取籽粒饱满、大小均匀且无病虫伤害的
种子洗净种外包衣，再用质量分数为 1 9／5的 NaC10
消毒 10 min，然后再用蒸馏水冲洗数次，把种子放
于水中让其吸胀 12 h后 ，吸干种子表面水分播于铺
有两层滤纸的培养皿内进行常规发芽实验。以含有
0．4 mol／L甘露醇(M)的 Hoagland营养液为基础
培养液(04-M)，分别添加 SNP至最终浓度为 25(25
十M )、50(50十 M )、100(io0+ M )、200(200+ M )、
500(500+M)、1000(1000+M)t~mol／L。每个浓度
设 3个重复，以浇 10 mL Hoagland营养液为对照
(CK)，在 2O℃黑暗 中培养 24 h后置 于温度为 27
℃，光照 12 h／d的培养箱内培养。发芽后第二天、
第三天、第四天、第五天分别统计发芽数，第六天测
量根长、芽长，第七天称根的鲜重，再烘干称干物质
量。7 d后把根芽长势好的种子移植到口径为 15
cm且装有珍珠岩的花盆中，用相对应的营养液继续
培养，每个处 理设 3个重 复，每个重复 2O株幼苗。
三片真叶完全展平 时测定茎 的长度 ，取第 l片完全
展开的叶片测定 叶片相对含水量、细胞质膜相对透
性 、叶绿素含量 、游离脯氨酸含量和丙二醛含量。
1．3测试方法
以芽长超过 1 mm 长为发芽标准 ，每天记录发
芽数。发芽势一(规定 日数内发芽的种子粒数／供试
种子数)×100；发芽率一(发芽终期全部正常发芽的
种子数／供试种子数)×100；发芽指数 一∑(Gt／
Dt)，其中Gt为 t天的发芽数，Dt为发芽日数。活
力指数一发芽指数 x苗长度(取芽长)。
按照烘干法测定干重和叶片相对含水量(孙群
等 ，2006)；电导率法 测定细胞质膜 相对透性 (孙群
等 ，2006)；乙醇一丙酮混合法测定 叶绿素含量(张志
良，2003)；磺基水杨酸一酸性茚三酮比色法测定游离
脯氨酸含量(张宪政 ，1992)；硫代巴比妥酸法测定丙
二醛含量(MDA)(高俊凤，2000)。
1．4数据处理
所有数据均取 3次重复平均值，采用 SPSS13．0
统计分析软件进行数据分析及差异显著性检验。
2 结果与分析
2．1不同浓度 SNP对水 分胁 迫下玉米种子萌发的
影响
2．1．1不同浓度 SNP对水分胁迫下玉米种子发芽
率和发芽势的影响 水分胁迫下 ，玉米种子的发芽
势和发芽数均大幅度下降，从第二天开始，发芽率较
对照分别降低 了 59．84 9／5、38．O3 、28．77 和
17．14 ，0．4 mol／L甘露醇显著推迟 了玉米种子的
萌发(Pd0．05)，经不 同浓度 的 SNP处理后均能不
同程度的提高水分胁迫下玉米种子的发芽率、发芽
势及发芽整齐度 ，并缩短发芽时间，且在 SNP浓度
为 200／~mol／L时 NO对水 分胁迫的缓解效果最显
著(P与 0．4 mol／L甘露 醇处 理 的比较分别 升高了
88．24 、39．79 ，但随着 SNP浓度的逐渐升高，缓
解效果减弱(图 1，图 2)。
2．1．2不同浓度 SNP对水分胁迫下玉米种子发芽
指数和活力指数的影响 水分胁迫下，玉米种子的
发芽指数和活力指数均显著下降(P<0．05)，从发
芽第 2天到第 5天玉米种子的发芽指数较对照组分
别降低了 59．84 、52．O2％、47．42 和 43．52 (图

5期 陈银萍等 ：一氧化氮对水分胁迫下玉米种子萌发及幼苗生理特性的影响 675
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图 5 不同浓度 SNP对水分胁迫下玉米幼苗生长的影响
Fig．5 Effect of different concen trations of SNP on growth of maize seedlings under water stress
图 6 不同浓度 SNP对水分胁迫下
玉米幼苗相对含水量的影响
Fig．6 Effect of different concentrations of SNP on relative
water content of maize seedlings under water stress
电导率较对照极显著增加(P<0．001)，比对照组增
加了364。83 。SNP处理的相对电导率均显著高
于对照，但显著低于 0．4mol／L甘露醇水分胁迫处
理；另外，随 SNP浓度的提高电导率逐渐降低，在浓
度为 200>mol／L时降到最低，之后随 SNP浓度的
提高电导率又逐渐增加 ，但仍然低于 0．4 mol／L甘
露醇水分胁迫处理(图7)。
2．3．3不 同浓度 SNP对水分胁迫 下玉米幼苗 中叶
绿素含量的影响 用 0．4mol／L甘露醇处理玉米幼
苗后 ，除叶绿 素 b(Cb)外 ，玉米幼苗 中的叶绿素 a
(Ca)、类胡萝 卜素含量(Cx．C)及总叶绿素含量
(cT)值明显降低，较对照组分别降低了 38．58 、
图 7 不同浓度 SNP对水分胁迫下
玉米幼苗相对电导率的影响
Fig．7 Effect of different concentrations of SNP
on relative electric conductivity of maize
seedlings under water stress
78．O6 、17．15 ，外源喷施不同浓度的 SNP除增
加类胡萝 卜素的合成外对叶绿素 a和叶绿素 b的影
响不明显(图 8)。
2．3．4不同浓度 SNP对水分胁迫 下玉米幼苗游 离
脯氨酸含量的影响 水分胁迫诱导玉米幼苗体内游
离脯氨酸极显著积累(P理的玉米叶片中脯氨酸含量较仅 0．4 mol／L甘露醇
水分胁迫的均显著下降(P照，但 与对照无显著差异性(图 9)。
2．3．5不同浓度 SNP对水分胁迫下玉米幼苗 MDA
含量的影 响 随着培养液 SNP浓度 的增加 ，MDA
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676 广 西 植 物 30卷
的含量逐渐降低。在 SNP浓度为 i00和 200~mol／
L时 ，MDA的含量降至最低 ，这 时幼苗体 内 MDA
的水平相当于 0。4 mol／L甘露醇水分胁迫 的 112
倍。随着 SNP浓 度的增加 ，MDA 的含量也增加 ，
在培养液中 SNP浓度为 500和 1 000／~mol／L时，
MDA的含量虽然有所增加 ，但依然低于 0．4 mol／L
甘露醇水分胁迫的 MDA水平(图 10)。
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图 8 不同浓度 SNP对水分胁迫下
玉米幼苗 中叶绿素含量的影响
Fig．8 Effect of different concentrations of SNP on
chlorophyl content of maize seedlings under water stress
图 9 不同浓度 SNP对水分胁迫下
玉米幼苗脯氨酸含量的影响
Fig．9 Effect of different concentrations of SNP on Proline
content of maize seedlings under water stress
3 讨论
一 氧化氮与植物非生物胁迫的关系是植物界 目
前研究的热点之一 。适 宜浓度的 NO可 以减轻盐
害、干旱、低温、臭氧和紫外线照射等对植物细胞的
伤害(王韶唐，1983；陈明等，2004；王宪叶等，2004)。
Caro& Puntarulo(1998)曾观察到大豆种子的 NO
产生率和一氧化氮合酶(NOS)活性随萌发进程上
升，SNP和另一种 NO供体SNAP可诱导光依赖性
的莴苣种子萌发，其效应可被 NO清除剂ePTIO所
抑制(Beligni& Lamattina，2000)，也能明显促进渗
透胁迫下小麦种子萌发、胚根和胚芽伸长(张华等，
2003)。本试验中玉米种子对照发芽率最高，水分胁
迫下玉米种子的萌发率受到很大的影响，外源一氧
化氮供体SNP处理对玉米种子萌发有明显的促进
作用，增加玉米的发芽指数和活力指数，特别是浓度
为200／lmol／L的SNP处理对玉米种子的萌发起到
显著的促进作用。
图 1O 不同浓度 SNP对水分胁迫下
玉米幼苗 MDA含量的影响
Fig．1 0 Effect of different concentrations of SNP Of
MDA content of maize seedlings under water stress
据报道，以 0．06mmol／L的 SNP浸种预处理可
极显著提高 100 mM NaC1胁迫下小麦幼苗的生物
量(段培等，2006)。本研究发现用不同浓度的 SNP
处理 0．4 mol／L甘露醇胁迫下玉米幼苗，可不同程
度的增加幼苗的根长、茎长、根重和干物质重。其中
100~mol／L和200 t~mol／L的 SNP处理可显著提
高 0．4 mol／L甘露醇胁迫下玉米幼苗的根长、茎长、
根重和干物质重 ，极显著地缓解水分胁迫对玉米地
上部分和根部生长的抑制作用。
本研究中，水分胁迫造成了植株细胞膜的伤害，
导致玉米幼苗叶片的相对含水量显著下降。水分胁
迫下 SNP处理的幼苗有较高的相对含水量，表明外
源SNP能够提高幼苗的持水能力，保证了植株体内
水分的运输，对增强抗旱性有显著作用。水分胁迫
引起植物体内 MDA含量明显增加(董芳等，2009；
刘奕清等，2008；赵文才等，2009)，而在外源 SNP存
在的条件下，MDA含量显著降低，说明 SNP能抑
制膜脂过氧化作用，从而减轻对细胞的伤害作用，特
别是在 SNP浓度为 100和200／lmol／L时效果最为
明显。同时，适量浓度的 SNP处理对提高水分胁迫
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5期 陈银萍等：一氧化氮对水分胁迫下玉米种子萌发及幼苗生理特性的影响 677
下类胡萝 卜素的合成具有积极作用，而类胡萝 卜素
在光合作用过程中具有过剩激发能的耗散和活性氧
的清除功能，能够保护其细胞器免受伤害。此外，一
定浓度的 SNP处理可使水 分胁迫下玉米叶片的渗
透调节物质维持在一个相对稳定的状态而达到提高
抗旱性的目的。
综上所述，外源一氧化氮供体 SNP对水分胁迫
有一定的缓解作用 ，可以促进在水分胁迫下的玉米
种子萌发及幼苗生长 ，改善幼苗生理活性。SNP通
过促进游离脯氨酸的积累进而提高玉米叶片的渗透
调节能力以缓解水分胁迫造成的玉米幼苗叶片的水
分损失，提高叶片的相对含水量，改善玉米幼苗的水
分状况；SNP降低了水分胁迫下玉米叶片细胞的质
膜透性增加程度和膜脂过氧化程度 ，使逆境 中的植
株在一定程度上仍能保持较好的生理生长特性。特
别是浓度为 lOO#mol／L、200#mol／L的 SNP处理
效果较好 。
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