尹美強，王棟，王金榮，蘭敏，趙娟，董淑琦，宋喜娥，Alam Sher，原向陽，王玉國，溫銀元

外源一氧化氮對鹽脅迫下高粱種子萌發(fā)及淀粉轉化的影響

尹美強，王棟，王金榮，蘭敏，趙娟，董淑琦，宋喜娥，Alam Sher，原向陽，王玉國，溫銀元

（山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院 山西太谷 030801）

【】探討外源一氧化氮（NO）對鹽脅迫下高粱種子萌發(fā)過程的生理生化調節(jié)作用，為揭示甜高粱種子的萌發(fā)生理及其化學調控提供理論依據(jù)。以晉甜08-1為試材，用NaCl濃度（mmol·L-1）為0、50、100、150、200、300和400 的溶液培養(yǎng)高粱種子，通過萌發(fā)率確定高粱種子萌發(fā)期的耐鹽適宜濃度、半致死濃度和極限濃度。用0.05、0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 mmol·L-1硝普鈉（SNP，NO供體）在25℃黑暗條件下浸種12 h，以150 mmol·L-1的NaCl模擬鹽脅迫，在培養(yǎng)36 h統(tǒng)計發(fā)芽勢，72 h統(tǒng)計發(fā)芽率，在5 d時取樣測定脯氨酸、丙二醛含量及淀粉轉化相關指標。采用二硝基水楊酸法測定淀粉酶活性和還原性糖，蒽酮法測定可溶性糖和淀粉含量，茚三酮顯色法測定脯氨酸含量，硫代巴比妥酸顯色法測定丙二醛含量。通過對高粱種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及種子吸脹、淀粉酶活性、淀粉及糖含量、脯氨酸等指標進行測定分析，研究外源一氧化氮對鹽脅迫下高粱種子萌發(fā)及淀粉轉化的影響。NaCl脅迫下高粱種子的萌發(fā)受到明顯抑制，NaCl濃度大于100 mmol·L-1時高粱種子的萌發(fā)率顯著降低，150 mmol·L-1NaCl處理時高粱種子的萌發(fā)率為63.17%，400 mmol·L-1NaCl完全抑制高粱種子萌發(fā)。0.05 mmol·L-1的SNP處理能夠緩解鹽脅迫對種子萌發(fā)的抑制，種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)分別比對照高14.44%、12.22%和18.07%（＜0.05）；SNP處理使高粱種子中脯氨酸和可溶性糖含量分別增加18.97%和41.43%，從而降低滲透勢，促進種子吸水，緩解NaCl造成的滲透脅迫，丙二醛含量顯著降低，較NaCl單獨處理降低了17.79%。SNP處理還能迅速提高鹽脅迫下種子淀粉酶活性，在處理后第1天時就比NaCl處理提高了17.20%，加速淀粉的降解，顯著增加可溶性糖和還原性糖含量。在處理的第5天時，SNP+NaCl處理淀粉含量比NaCl處理降低19.17%，可溶性糖和還原性糖的含量分別提高了41.4%和41.0%，差異顯著（＜0.05），這為種子萌發(fā)提供能量，提高高粱種子萌發(fā)期的抗鹽性。外源NO可調節(jié)高粱種子萌發(fā)期的淀粉酶活性和滲透調節(jié)能力，提高其對鹽脅迫的抵抗能力，促進種子的萌發(fā)。

高粱；鹽脅迫；一氧化氮；種子萌發(fā)；淀粉轉化

0 引言

【研究意義】土壤鹽堿化是一個世界公認的環(huán)境問題，是限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要非生物脅迫因子之一。目前，全球鹽漬土壤面積約有9.55億hm2，約占陸地面積的10%；中國鹽堿地面積約為0.346億hm2，且有增加的趨勢[1]。甜高粱具備高光效、高生物產(chǎn)量和高抗逆性的特點，可在干旱、鹽堿和瘠薄的邊際土地上種植，被認為是最具開發(fā)潛力的糧飼作物和能源植物。但高粱在萌發(fā)期和苗期對鹽脅迫十分敏感，耐鹽性差，導致鹽堿地種植高粱出苗差、成苗率低、保苗難，造成缺苗斷壟而影響產(chǎn)量。如何提高高粱萌發(fā)期和苗期的耐鹽性是鹽堿地種植高粱首先應解決的關鍵問題[2]。【前人研究進展】鹽脅迫抑制高粱種子萌發(fā)，出苗率下降，胚根胚芽生長緩慢，且存在品種差異。66份高粱種質資源中蘇丹草類的高粱品種耐鹽性較強，而保持系類的高粱材料對鹽分較為敏感[3]。孫璐等[4]以根長、葉重和發(fā)芽率等為評價指標，篩選出遼雜15等5個萌發(fā)期高度抗鹽的品種。γ-氨基丁酸、赤霉素、激動素和水楊酸等外源生長調節(jié)物質可增加高粱種子保護酶超氧化物岐化酶（superoxide dismutase，SOD）和過氧化物酶（peroxidase，POD）活性、增加滲透調節(jié)物質可溶性糖和可溶性蛋白含量、調節(jié)體內離子平衡，顯著增加種子的吸水率、發(fā)芽率，有效緩解高粱萌發(fā)期鹽害[5]。100 ppmol·L-1赤霉素引發(fā)增加高粱種子萌發(fā)對鹽脅迫（20 dS·m-1）和水分脅迫（-0.6 MPa）的抗性，促進種子萌發(fā)和胚根胚芽的伸長[6]。NO參與植物生長發(fā)育的許多重要生理過程，并能夠提高植物對生物和非生物脅迫的耐受反應，增強萌發(fā)期植物抗逆性，促進脅迫條件下種子萌發(fā)[7-10]。0.1 mmol·L-1SNP顯著提高脯氨酸（Pro）含量以及抗氧化酶活性，降低丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量，緩解滲透脅迫引起的氧化損傷，促進滲透脅迫下黃瓜種子的萌發(fā)和幼苗生長，從而增強黃瓜幼苗的抗?jié)B透脅迫能力[11]。NO誘導萌發(fā)期小麥種子淀粉酶同工酶I活性的上升，加速了胚乳的液化和淀粉的降解，促進小麥種子萌發(fā)與胚芽和胚根的伸長[12]。王旺田等[13]研究表明外源NO可促進鹽脅迫下甜高粱種子萌發(fā)和幼苗生長。【本研究切入點】種子萌發(fā)過程中生理生化的變化對萌發(fā)有很大的影響，禾谷類種子的淀粉轉化最為重要。NO提高鹽脅迫條件下高粱種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率，但未見其對高粱萌發(fā)過程中生理生化影響的報道，特別是淀粉的轉化?！緮M解決的關鍵問題】本研究以不同濃度SNP處理高粱種子，分析鹽脅迫條件下的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等萌發(fā)相關指標，確定促進高粱抗鹽萌發(fā)的最佳NO濃度，研究外源NO對鹽脅迫下高粱種子萌發(fā)過程中淀粉、可溶性糖、脯氨酸等物質的變化，探討NO提高高粱萌發(fā)期抗鹽性的生理機制，為揭示甜高粱種子的萌發(fā)生理及其化學調控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的高粱品種為晉甜08-1，由山西省農(nóng)業(yè)科學院高粱研究所提供。

1.2 試驗方法

取籽粒飽滿大小均勻且無病蟲害的種子，經(jīng)0.1% HgCl2消毒10 min，置于直徑為9 cm鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。每皿加10 ml不同濃度的NaCl溶液（0、50、100、150、200、300和400mmol·L-1）進行耐鹽性鑒定。

硝普鈉（sodium nitroprusside，SNP）濃度篩選：消毒后的種子用蒸餾水（CK）、0.05、0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 mmol·L-1SNP在25℃黑暗條件下浸種12 h，蒸餾水浸種的種子一部分加蒸餾水作為對照（CK），另一部分用150 mmol·L-1NaCl進行處理（NaCl）；SNP浸種的種子用含150 mmol·L-1NaCl進行處理（SNP+NaCl），如表1。各處理放在25℃恒溫箱中培養(yǎng)，每12 h記錄一次發(fā)芽數(shù)（以胚根突破種皮0.5 cm為發(fā)芽標準），連續(xù)3次記錄發(fā)芽數(shù)無變化視為發(fā)芽結束。發(fā)芽結束后把胚根和胚芽分開，測量長度并稱重。發(fā)芽勢以處理36 h發(fā)芽百分比表示，處理72 h統(tǒng)計發(fā)芽率，計算種子發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)。

生理指標測定試驗：消毒后的種子用蒸餾水（CK）、0.05 mmol·L-1SNP在25℃黑暗條件下浸種12 h后，置于直徑為9 cm鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中進行不同處理，包括對照（CK，蒸餾水浸種后加蒸餾水培養(yǎng)）、NaCl（蒸餾水浸種后加150 mmol·L-1NaCl溶液培養(yǎng)）、SNP（0.05 mmol·L-1SNP浸種后加蒸餾水培養(yǎng)）、SNP+NaCl（0.05 mmol·L-1SNP浸種后加150mmol·L-1NaCl溶液培養(yǎng)）。培養(yǎng)后連續(xù)5 d取樣用于分析淀粉的轉化（淀粉酶、淀粉、可溶性糖、還原性糖），第5天取樣測定脯氨酸、可溶性糖、丙二醛等生理指標。

表1 試驗處理

1.3 種子發(fā)芽指標的測定

發(fā)芽率（Gr）=n/N×100%（n：發(fā)芽數(shù)；N：種子總數(shù)）

發(fā)芽勢（Ge）=n/N×100%（n：第36 h發(fā)芽數(shù)；N：種子總數(shù))

發(fā)芽指數(shù)（Gi）=ΣGt/Dt（Gt：在時間t的發(fā)芽數(shù)；Dt：相應的發(fā)芽天數(shù)）

活力指數(shù)（Vi）=S·ΣGt/Dt（S：幼苗生長勢（胚根和胚芽的平均鮮重））

耐鹽適宜濃度（mmol·L-1）范圍：發(fā)芽率達到CK發(fā)芽率75%以上時相對應的鹽溶液濃度范圍；

耐鹽半致死濃度（mmol·L-1）：發(fā)芽率達到CK發(fā)芽率50%時相對應的鹽溶液濃度；

耐鹽極限濃度（mmol·L-1）：發(fā)芽率達到CK發(fā)芽率10%時相對應的鹽溶液濃度。

1.4 種子含水量和吸水速率的測定

種子含水量和吸水速率測定按賀慧等[14]的方法，在培養(yǎng)6、12和24 h后，用蒸餾水快速沖洗干凈，擦干后稱鮮重（Ai）。將種子迅速放入105℃烘箱中烘烤10 min，殺青，然后70℃烘干至恒重，即干重（A0）。含水量按（Ai-A0）/Ai×100%計算。每50粒種子為1個重復，10個重復。吸水速率按下列公式計算：

吸水系數(shù)：Ri=（Ai-A0）/A0；吸水速率：Vi,i+1=（Ri +1-Ri）/t

式中，A0為種子干重；Ai為種子鮮重；Ri為吸水系數(shù)，其單位為每克種子吸水毫克數(shù)；Ri和Ri+1分別為兩相鄰測時的吸水系數(shù)；t為間隔時間（min）；Vi,i+1為兩相鄰測時內的吸水速率，其單位為每克種子（干重）每分鐘吸水的毫克數(shù)。

1.5 淀粉酶活性及相關碳水化合物含量測定

采用二硝基水楊酸測定還原糖方法測定淀粉酶活性[15]，酶活力定義為40℃、pH 5.6條件下，每分鐘催化底物釋放1 mg葡萄糖的量為1個酶活力單位（U）。還原性糖、可溶性糖和淀粉含量分別按照3,5-二硝基水楊酸法[15]與蒽酮法[16]測定。

1.6 脯氨酸和丙二醛含量的測定

采用茚三酮顯色法測定脯氨酸含量，采用硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TAB）顯色法測定丙二醛含量[16]。

1.7 統(tǒng)計方法

采用Microsoft Excel軟件進行繪圖，用DPS8.01統(tǒng)計軟件處理分析數(shù)據(jù)，用Duncan′s新復極差法進行多重比較。

2 結果

2.1 NaCl脅迫對高粱種子萌發(fā)的影響

高粱種子的發(fā)芽率隨著鹽濃度的提高而下降（圖1），50 mmol·L-1NaCl對高粱種子的萌發(fā)抑制不顯著，NaCl濃度大于100 mmol·L-1時，高粱種子的萌發(fā)率顯著降低，150 mmol·L-1NaCl處理時，高粱種子的萌發(fā)率為63.17%，NaCl濃度為300 mmol·L-1時，萌發(fā)率為37.5%，400 mmol·L-1NaCl則完全抑制高粱種子萌發(fā)。利用種子相對萌發(fā)率（NaCl處理的發(fā)芽率/CK的發(fā)芽率）和NaCl濃度之間的關系得出回歸方程為=406.81-377.67（2=0.9637，為NaCl濃度，為相對萌發(fā)率），由方程可得，高梁萌發(fā)期耐鹽適宜濃度范圍為≤123.56 mmol·L-1，耐鹽半致死濃度為218.00 mmol·L-1，耐鹽極限濃度為369.04 mmol·L-1。根據(jù)鹽脅迫下種子萌發(fā)期的耐鹽適宜范圍、耐鹽半致死濃度和耐鹽極限濃度，確定鹽脅迫（NaCl）處理濃度為150 mmol·L-1。

不同字母表示濃度間差異性達5 %顯著水平。下同

2.2 不同濃度外源NO對NaCl脅迫下高粱種子萌發(fā)的影響

NaCl脅迫下高粱種子萌發(fā)明顯受到抑制，種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)明顯低于對照（表2）。0.05—0.2 mmol·L-1SNP浸種處理可明顯促進NaCl脅迫下高粱種子萌發(fā)，其中SNP濃度為0.05 mmol·L-1時促進效果最好，種子發(fā)芽勢比NaCl單獨處理高14.44%（＜0.05），發(fā)芽率高12.22%（＞0.05），發(fā)芽指數(shù)高18.07%（＜0.05）；隨著SNP濃度的增加，種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均有不同程度的降低，當SNP濃度達到0.4 mmol·L-1時，發(fā)芽各指標均低于NaCl單獨處理。說明高濃度SNP（＞0.4 mmol·L-1）對NaCl脅迫下高粱種子萌發(fā)有抑制作用，低濃度（0.05 mmol·L-1）SNP浸種處理能顯著緩解NaCl脅迫對高粱種子萌發(fā)的抑制作用，顯著提高早期的種子發(fā)芽（發(fā)芽勢），但對后期的發(fā)芽率無顯著影響。因此選用0.05 mmol·L-1SNP作為種子萌發(fā)試驗的處理濃度。

2.3 外源NO對NaCl脅迫下高粱種子吸脹的影響

用4種不同溶液浸種24 h后，150 mmol·L-1NaCl處理顯著降低了高粱種子的含水量，比對照降低了20.21%（＜0.05）（圖2-A）。NaCl脅迫添加外源NO后，0.05 mmol·L-1SNP處理能夠顯著提高高粱種子的含水量，比NaCl處理提高7.47%（＜0.05）。與對照相比，無脅迫下添加外源NO后，高粱種子的含水量也有所提高，比對照提高了2.15%（＞0.05）。此外，NaCl處理能夠明顯抑制高粱種子的吸水，在浸種前6 h內，吸水速率比對照降低了22.30%（＜0.05），添加外源NO后，種子的吸水速率提高了16.83%（＜0.05）。種子的萌發(fā)是由其本身的內部遺傳特性及外界的環(huán)境因素決定的，而影響成熟種子萌發(fā)最主要的外部因素是水分虧缺。研究表明，外源NO供體SNP可以促進鹽脅迫下種子的吸脹，提高種子的含水量，為種子的萌發(fā)提供先決條件。

表2 外源NO對NaCl脅迫高粱種子萌發(fā)的影響

同列數(shù)值不同字母表示差異性達5 %顯著水平。下同

Different letters within the same column indicate significant difference at 5 % level. The same as below

圖2 外源NO對高粱種子含水量(A,處理24 h)和吸水速率(B)的影響

2.4 外源NO對NaCl脅迫下高粱種子脯氨酸和可溶性糖含量的影響

無脅迫條件下，添加外源NO對高粱種子中脯氨酸積累的影響不顯著；150 mmol·L-1NaCl脅迫處理明顯促進了高粱種子中脯氨酸的積累，比對照提高141.91%，二者差異顯著（＜0.05）（圖3）。NaCl脅迫下0.05 mmol·L-1SNP處理能提高高粱種子中脯氨酸含量，比NaCl脅迫提高了18.97%，差異顯著（＜0.05）。

與對照相比，無脅迫條件下外源NO處理后高粱種子中可溶性糖的含量提高13.27%，差異顯著（＜0.05）（圖4）。NaCl脅迫下，高粱種子中可溶性糖的含量顯著降低，比對照降低了134.58%。添加外源NO后，0.05 mmol·L-1SNP處理明顯提高NaCl脅迫下高粱種子中可溶性糖的含量，比NaCl脅迫提高了41.43%。由此可見，外源NO供體SNP能夠提高鹽脅迫下高粱種子中脯氨酸、可溶性糖等滲透調節(jié)物質的含量，降低種子滲透勢，提高萌發(fā)期種子吸水能力，促進種子萌發(fā)。

圖3 外源NO對NaCl脅迫下高粱種子脯氨酸含量的影響

圖4 外源NO對NaCl脅迫下高粱種子可溶性糖含量的影響

2.5 外源NO對NaCl脅迫下高粱種子萌發(fā)過程中淀粉的降解與淀粉酶活性的影響

高粱種子萌發(fā)過程中，淀粉酶活性增加（圖5-D），促進淀粉降解（圖5-A），轉化為小分子的糖，使可溶性糖和還原性糖含量增加（圖5-B和圖5-C）。150 mmol·L-1NaCl處理降低了高粱種子中淀粉酶的活性，且在萌發(fā)1—5 d中均顯著低于CK（＜0.05），抑制淀粉的降解和可溶性糖、還原性糖的積累。0.05 mmol·L-1SNP 能夠緩解NaCl脅迫對高粱種子淀粉酶活性的抑制作用，不同程度地提高萌發(fā)過程中淀粉酶的活性，在處理第1天就比NaCl處理提高了17.20%，差異達顯著水平（＜0.05），隨著時間的延長，差異逐漸縮小，但仍顯著高于NaCl處理；淀粉酶活性提高的同時，加速了淀粉降解，促進可溶性糖和還原性糖含量增加，在處理的第5天時，SNP+NaCl處理淀粉含量比NaCl處理降低19.17%，可溶性糖和還原性糖的含量分別提高了41.4%和41.0%，差異顯著（＜0.05）。由此可見，外源NO能夠提高鹽脅迫下高粱種子淀粉酶活性，促進淀粉的降解，提高可溶性糖、還原性糖的含量。

2.6 外源NO對NaCl脅迫下高粱種子丙二醛（MDA）含量的影響

NaCl脅迫下高粱種子MDA含量顯著增加，比對照提高了19.85%；NaCl+SNP處理時，高粱種子中MDA的含量顯著降低，較NaCl單獨處理降低了17.79%；無脅迫條件下添加外源NO高粱種子MDA的含量無顯著影響（圖6）。表明外源NO能夠緩解NaCl脅迫對高粱種子萌發(fā)造成的膜脂過氧化。

圖5 外源NO對NaCl脅迫下種子萌發(fā)過程中淀粉（A）、可溶性糖（B）、還原性糖（C）及淀粉酶活性（D）的影響

圖6 外源NO對NaCl脅迫下高粱種子丙二醛含量的影響

3 討論

3.1 NO促進NaCl脅迫下高粱種子的萌發(fā)

種子萌發(fā)是植物生長過程中的起始階段，是植物生長的重要階段，是保證出苗的前提。鹽脅迫對種子萌發(fā)影響的大量研究表明，低濃度鹽分對種子萌發(fā)有促進作用，隨鹽分濃度的升高，種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)減小，鹽濃度過高就會抑制種子萌發(fā)[4-5]。NO作為一種植物生長調節(jié)信號分子，廣泛參與植物各種生理過程的調節(jié)，可促進植物種子的萌發(fā)。高粱、大豆等種子在萌發(fā)早期存在有內源NO迸發(fā)的現(xiàn)象[17-19]，外源NO浸種處理可促進玉米、黃瓜、豌豆種子萌發(fā)，提高鹽脅迫下的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)[20]。本研究中，0.05—0.2 mmol·L-1SNP浸種處理可明顯促進NaCl脅迫下高粱種子萌發(fā)，表現(xiàn)為種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均顯著增加，表明NO參與萌發(fā)期高粱種子對鹽脅迫的應答，提高其抗鹽性，促進種子萌發(fā)。

3.2 NO促進NaCl脅迫下高粱種子滲透物質積累

水分虧缺是限制種子萌發(fā)的最主要的外部因素，尤其是禾谷類種子的吸水膨脹是其萌發(fā)的前提。在鹽脅迫下，由于植物細胞外的水勢低于胞內，細胞不僅不能吸收水分，而且內部水分會向外倒流，細胞發(fā)生水分虧缺現(xiàn)象，從而造成生理干早。

鹽脅迫對種子萌發(fā)的影響主要是滲透脅迫、離子毒害和氧化損傷。離子毒害包括對功能大分子（酶）結構破壞，細胞器和膜系統(tǒng)的損傷，呼吸、物質轉化等代謝的紊亂[21]。高濃度鹽脅迫造成棉籽發(fā)芽率低的原因主要是外界溶液滲透壓過高導致種子吸水不足[22]。萌發(fā)期種子內脯氨酸含量及其合成相關基因表達量的增加，有利于鹽脅迫下油菜種子的萌發(fā)[23]。本研究中，0.05 mmol·L-1SNP浸種處理顯著增加滲透調節(jié)物質脯氨酸和可溶性糖含量，維持NaCl脅迫下高粱萌發(fā)種子中滲透平衡，保持功能大分子結構的穩(wěn)定性，增強其抗氧化脅迫能力，抑制膜脂過氧化發(fā)生[24-25]，MDA含量降低，保持膜系統(tǒng)的完整性，從而增加其對水分的吸收和保持能力，吸水速率和種胚含水量增加，為鹽脅迫下高粱種子萌發(fā)的啟動和胚根胚芽的伸長提供充足的水分供應。張華等[26]也報道了外源NO能明顯促進水分進入滲透脅迫下的種子，保持種子具有較高的發(fā)芽潛力，從而促進其萌發(fā)。NO能使需光種子（萵筍）在黑暗條件下萌發(fā)[27]，提高鹽脅迫下水稻種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)[28]，增加水稻[29]、小麥[30]幼苗葉綠素含量和光系統(tǒng)Ⅱ的量子產(chǎn)額，降低丙二醛的積累，離子滲漏減少，促進脯氨酸的積累，從而減輕了鹽脅迫對幼苗的氧化傷害。這些研究結果進一步說明NO可增加鹽脅迫下的滲透調節(jié)能力，抑制膜脂過氧化作用，促進其對水分的吸收，促進鹽脅迫下種子的萌發(fā)。

3.3 NO增加NaCl脅迫下高粱種子淀粉酶活性

種子萌發(fā)時物質的轉化包括分解、運輸和重建等，是一個需要大量能量的過程。在胚未形成幼苗，不能進行光合作用之前，萌發(fā)過程中所需要的物質和能量完全來自貯存物質的氧化分解。高粱是淀粉型種子，其貯存物質的降解需要淀粉酶參與。外源cGMP促進淀粉水解，提高可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸含量，緩解鹽脅迫對黑麥草種子的傷害而加速萌發(fā)[31]。SNAP（NO供體）可調節(jié)鷹嘴豆萌發(fā)過程中碳水化合物代謝相關酶（6-磷酸果糖激酶、丙糖激酶、蔗糖合酶、a-淀粉酶等）基因表達，其中a-淀粉酶在SNAP處理后30 min時表達量增加750倍，蔗糖、半乳糖等還原性糖含量增加，加速種子萌發(fā)[32]。本研究中，外源NO可誘導種子淀粉酶活性的上升，且能緩解鹽脅迫對高粱種子淀粉酶活性的抑制，在處理第1天時NaCl+SNP的淀粉酶活性比NaCl處理提高了17.20%，同時伴隨有淀粉的降解、可溶性糖和還原性糖含量的上升，既可作為滲透調節(jié)劑，維持鹽脅迫下細胞的滲透平衡，保持細胞質中多種酶的活性，也可用于合成其它大分子物質的碳骨架和能量的來源[33]。研究結果與張華等[26]的結果一致，NO可誘導萌發(fā)期種子淀粉酶活性的上升，加速胚乳的液化和淀粉的降解，從而有利于貯藏物質的動員及胚芽胚根的伸長[12,34]，為鹽脅迫下高粱種子的萌發(fā)提供物質和能量供應[24]，促進種子萌發(fā)。

4 結論

鹽脅迫通過抑制種子對水分的吸收、誘發(fā)膜脂過氧化、抑制貯藏物質降解及滲透脅迫等抑制高粱種子萌發(fā)。外源NO可促進高粱種子萌發(fā)中脯氨酸、可溶性糖的積累，提高了種子的吸水能力；NO可增強鹽脅迫下水解酶（包括淀粉酶）活性，促進淀粉的降解，提高種子中可溶性糖和還原性糖的濃度，為種子萌發(fā)過程中胚根胚芽的生長提供物質和能量，促進鹽脅迫下高粱種子的萌發(fā)。

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Effects of Exogenous Nitric Oxide on Seed Germination and Starch Transformation of Sorghum Seeds under Salt Stress

YIN MeiQiang, WANG Dong, WANG JinRong, LAN Min, ZHAO Juan, DONG ShuQi, SONG Xi’E, ALAM Sher, YUAN XiangYang, WANG YuGuo, WEN YinYuan

(College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi)

To discuss the physiological and biochemical regulation of exogenous Nitric Oxide (NO) on the germination of sorghum seeds under salt stress, which provided a theoretical basis for revealing the germination physiology and chemical regulation of sorghum seeds.Sorghum (variety: Jintian 08-1) seeds were cultivated with 0, 50, 100, 150, 200, 300, and 400 mmol·L-1NaCl solution. According to the germination rate under different concentrations of NaCl, the suitable salt tolerance concentration, semi-lethal concentration, and limiting concentration of sorghum seeds at the germination stage were defined. Sorghum seeds pretreated with 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8 mmol·L-1sodium nitroprusside (SNP, NO donor) for 12 h at 25℃ in dark, then were cultured in salt solution of 150 mmol·L-1NaCl. The germination potential and germination rate were counted at cultured 36 h and 72 h, respectively. Proline content, malondialdehyde content and starch transformation related indexes were determined at cultured 5 days. Dinitrosalicylic acid is used in colorimetric determination of reducing sugars and to analyze amylase activity by quantitation of enzymatically released reducing sugar. The content of soluble sugar and starch were determined by anthrone method. Proline content and malondialdehyde (MDA) content were measured by acid-ninhydrin method and thiobarbituric acid method, respectively. The germination rate, germination energy, water absorption capacity of seeds, amylase activity, starch and sugar content, proline and other indexes were determined and analyzed to investigate the effects of exogenous NO on sorghum seed germination and starch transformation under salt stress.The germination of sorghum seeds was obviously inhibited by more than 100 mmol·L-1NaCl. When NaCl concentration was 150 mmol·L-1, the germination rate of sorghum seeds was 63.17%. 400 mmol·L-1NaCl completely inhibited sorghum seeds germination. Pretreatment with SNP greatly relieves the inhibitory effect of the following salt stress to sorghum seeds germination, especially during the early stage of germination (36 h). 0.05 mmol·L-1SNP alleviated the inhibition of salt stress on seed germination, seed germination potential, germination rate and germination index were 14.44%, 12.22% and 18.07% higher than those of the control, respectively (＜0.05). SNP increased the content of proline and soluble sugar in sorghum seeds by 18.97% and 41.43% respectively, which reduced osmotic potential, promoted water absorption and alleviated osmotic stress caused by NaCl. At the same time, the content of MDA decreased by 17.79% compared with NaCl treatment alone. Further investigations showed that pretreatment with NO donor dramatically stimulated the activities of amylase under salt stress by 17.20% compared with NaCl on the first day after treatment, and accelerated the degradation of starch, increased the content of reducing sugar. By the 5th day of SNP+NaCl treatment, the starch content decreased by 19.17%, and the content of soluble sugar and reducing sugar increased by 41.4% and 41.0%, respectively, compared to NaCl treatment. These newly produced substances provided energy for seed germination, and improved the salt resistance of sorghum seeds during germination period.According to our results, exogenous NO could regulate the amylase activity and osmotic regulation ability of sorghum seeds during germination period, improved their resistance to salt stress, and promoted seed germination.

sorghum; salt stress; nitric oxide; seed germination; starch conversion

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.016

2019-06-10；

2019-08-17

國家“十三五”谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術體系項目（CARS-06-13.5-A28）、山西農(nóng)業(yè)大學青年拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃（TYIT201406）、山西農(nóng)谷建設科研專項項目（SXNGJSKYZX201704）

尹美強，E-mail：yinmq999@163.com。通信作者溫銀元，wenyinyuan@126.com

（責任編輯 李莉）