任廷會， 陳仕勇， 羅興雨， 周青平， 陳智華， 李世丹

(1.西南民族大學生命科學與技術學院， 四川 成都 610041；2.西南民族大學青藏高原研究院， 四川 成都 610041)

燕麥(AvenasativaL.)是禾本科燕麥屬的一年生草本植物，是我國重要的特色雜糧資源之一，也是重要的飼用植物資源[1,2]。燕麥主要分布在北半球溫帶地區(qū)，具有耐貧瘠、耐旱及耐寒等特點，可在多種土壤條件下種植。在我國主要種植區(qū)為河北、內(nèi)蒙、山西、青海、甘肅等地[1]。在我國青藏高原高寒牧區(qū)，燕麥是非常重要的飼草資源，在緩解牦牛等家畜冬春飼草短缺方面起到了非常重要的作用[3-5]。干旱是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的熱點問題，隨著全球氣候變化的加劇，干旱也成為高寒地區(qū)飼草生產(chǎn)和生態(tài)建設的焦點問題。所以，開展高寒地區(qū)燕麥種質資源抗旱及相關研究對其高產(chǎn)栽培具有重要的意義。柏曉玲等研究了高寒地區(qū)6個燕麥品種在PEG脅迫下萌發(fā)期的抗旱能力，結果表明，低濃度(5%)的PEG促進了燕麥的萌發(fā)，高濃度(20%)條件下萌發(fā)受到明顯的抑制，其中青引3號莜麥、林納燕麥抗旱性較強[6]。羅興雨等分析了高寒燕麥青燕1號苗期的抗旱性，結果表明，其對于低濃度PEG脅迫具有一定的適應性，而隨著濃度升高其相對含水量、葉綠素含量等明顯降低，對燕麥的損傷程度逐漸加大，其中15%PEG可以作為該種燕麥抗旱評價最適合的脅迫濃度[7]。

一氧化氮(NO)是一種重要的信號分子，不僅參與植物的生長發(fā)育過程，還調節(jié)植物對逆境脅迫的調節(jié)機制。目前已被廣泛地應用于作物、牧草及藥材等植物的抗旱、耐鹽堿等抗逆研究中，且適宜濃度的外源NO的能夠增強植物對逆境的適應[8-11]。邱宗波等研究表明，外源低濃度(0.05 mmol·L-1)的添加NO供體可以明顯緩解干旱脅迫下小麥幼苗葉片膜脂過氧化，改善其抗旱能力[12]。高景慧等研究表明，低濃度(0.05 mmol·L-1)硝普鈉(NO供體)可提高紅三葉的抗旱性，而高濃度(0.1 mmol·L-1)硝普鈉則對紅三葉的干旱脅迫的緩解效果不佳[11]。目前關于外源添加NO對高寒地區(qū)皮燕麥品種的抗旱性影響及其機制中的研究還鮮有報道。本試驗研究了外源NO對PEG模擬干旱脅迫條件下高寒皮燕麥品種青燕1號幼苗及生理特性的影響，以期為其抗旱性研究及高產(chǎn)栽培等提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為高寒牧區(qū)優(yōu)良的皮燕麥品種青燕1號(AvenasativaL. cv. Qingyan No.1)，由青海大學畜牧獸醫(yī)科學院牧草研究所選育登記，種子由西南民族大學牧草創(chuàng)新團隊提供。

1.2 試驗方法

挑選均勻飽滿的燕麥種子，用蒸餾水沖洗3次，均勻播種在盛有等量石英砂的培育盆(21 cm×15 cm×6 cm)中，置于溫度23 ℃/18 ℃(晝/夜)的光照培養(yǎng)箱中，用蒸餾水培養(yǎng)7 d待種子發(fā)芽后，更換為Hoagland完全培養(yǎng)液，之后每3 d更換1次培養(yǎng)液。待幼苗長到2葉1心期時，用15%的PEG-6000溶液的Hoagland完全培養(yǎng)液進行干旱脅迫[7]，用Hoagland完全培養(yǎng)液培養(yǎng)作為對照。通過預實驗選用0.20 mmol·L-1硝普鈉(SNP)溶液作為外源NO添加量，設置對照(ck)、脅迫(D)和NO添加(D+0.2 NO)3個處理，每個處理4次重復。分別在處理后的0 d、7 d和14 d定時取樣進行相關指標的測定。

1.3 測定指標和方法

1.3.1形態(tài)指標測定

根冠比(RSR)=(處理的根干重/處理的莖葉干重)×100%。

1.3.2生理生化指標測定

相對含水量(RWC)采用飽和稱重法測定；葉綠素(Chl)采用丙酮-乙醇浸提法；相對電導率采用電導率法測定；生理生化指標測定具體參考鄒琦[13]的方法進行，包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、游離脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SSC)；丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸(TBA)法[14]測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析，用Duncan法進行多重比較(顯著水平為0.05)。

2 結果與分析

2.1 NO對干旱脅迫下燕麥幼苗形態(tài)的影響

如圖1所示，隨著脅迫時間延長，干旱處理(D)的根冠比明顯高于對照組(p<0.05)，脅迫第7天和第14天分別升高61.5%、120%；NO處理組(D+0.2 NO)較干旱組(D)有明顯降低，第7天和第14天分別降低了9.9%(p<0.05)、29.7%。

注：不同字母表示不同處理之間差異顯著(p<0.05)。下同。

2.2 NO對干旱脅迫下燕麥幼苗相對含水量的影響

圖2表明，在正常處理情況下，燕麥幼苗相對含水量沒有明顯變化，均達到80%以上。隨著處理時間延長，干旱處理(D)與ck相比，相對含水量明顯下降(p<0.05)；NO處理(D+0.2 NO)的相對含水量較干旱處理有所提高；在脅迫第7天時，D+NO較干旱處理(D)顯著提高了23%(p<0.05)；脅迫14 d時，D+NO較干旱處理(D)提高了10.33%。

表1 NO對干旱脅迫下燕麥幼苗抗氧化酶活性的影響

處理 SOD/(U·g-1) CAT/(U·g-1) 0d7d14d0d7d14dck37.70±0.37a34.3±13.0c30.7±1.82c80.95±9.60a83.64±8.2a88.90±12.4aD37.96±0.50a56.1±1.7a46.8±0.27b92.90±7.35a42.31±9.3b6.59±1.6bD+NO37.30±1.13a51.9±0.6b55.9±0.81a87.40±9.85a71.40±11.0ab18.58±6.5b

圖2 不同處理下燕麥相對含水量的變化

2.3 NO對干旱脅迫下燕麥幼苗相對電導率的影響

如圖3所示，隨著脅迫時間的延長，干旱處理(D)的幼苗相對電導率較對照組顯著升高(p<0.05)，NO處理組(D+NO)比干旱脅迫(D)的電導率顯著降低(p<0.05)。這表明NO處理緩解了其細胞膜受損的程度。

圖3 不同處理下燕麥相對電導率的變化

2.4 NO對干旱脅迫下燕麥幼苗葉綠素含量的影響

如圖4所示，隨著脅迫時間的延長，干旱處理(D)對比ck組葉綠素含量下降趨勢越明顯，程度逐漸加劇(p<0.05)。NO處理組在脅迫7 d時，葉綠素含量較干旱脅迫(D)顯著下降，但是當脅迫14 d時，NO處理組比干旱脅迫(D)葉綠素含量顯著升高了21.9%(p<0.05)。

圖4 不同處理下燕麥葉綠素含量的變化

2.5 NO對干旱脅迫下燕麥幼苗對活性氧產(chǎn)生和膜脂過氧化的影響

由圖5可見，與對照相比，干旱處理(D)導致供試材料幼苗葉片超氧陰離子(O2·-)、過氧化氫(H2O2)、丙二醛(MDA)含量顯著提高(p<0.05)，NO處理組(D+NO)較干旱處理(D)其含量都有所下降，其脅迫得到了一定程度的緩解。脅迫第7天時，NO處理組(D+NO)較干旱組(D)O2·-、H2O2、MDA積累明顯下降，分別降低了31.9%、40.4%(p<0.05)、59.3%(p<0.05)；脅迫14 d后，分別降低了22.3%、10.6%、64.2%(p<0.05)。

2.6 NO對干旱脅迫下燕麥幼苗抗氧化酶活性的影響

由表1可知，干旱脅迫前(0 d)3個處理的SOD含量沒有差異；隨著脅迫延長，干旱處理(D)和NO處理(D+NO)的SOD活性對比ck均呈顯著上升(p<0.05)。脅迫14 d時，NO處理組(D+NO)顯著高于干旱處理(D)(p<0.05)。CAT的含量則隨著脅迫延長，干旱處理(D)和NO處理(D+NO)的含量對比ck基本上呈顯著下降(p<0.05)；NO處理組(D+NO)較干旱處理組(D)其含量較高。

2.7 NO對干旱脅迫下燕麥幼苗滲透調節(jié)能力的影響

如表2所示，相比對照(ck)，干旱脅迫(D)和NO處理組(D+NO)的脯氨酸和可溶性總糖含量顯著升高(p<0.05)。在脅迫第7天和第14天，NO處理組(D+NO)和脅迫組(D)的可溶性總糖含量二者差異不顯著，但是脯氨酸含量較干旱處理(D)顯著增加(p<0.05)。

表2 NO對干旱脅迫下燕麥幼苗滲透調節(jié)能力的影響

處理 Pro/(μg·g-1) SSC/(μg·g-1) 0d7d14d0d7d14dck0.42±0.30a0.50±0.32c0.33±0.02c 36.42±1.68c40.40±1.74b36.80±1.82bD0.43±0.20a1.47±0.93b1.64±0.10b49.44±1.82a90.53±9.40a91.58±16.10aD+NO0.38±0.22a2.23±0.13a2.43±0.22a43.14±1.28b85.76±4.10a76.80±8.78a

圖5 不同處理下燕麥O2·-、H2O2、MDA的變化

3 討 論

研究表明，植物在苗期會遭到不同程度的干旱脅迫，導致植物受到傷害，對植物的生長產(chǎn)生不可逆的影響，直接導致產(chǎn)量下降[15,16]。植物受到干旱脅迫時，導致燕麥生物量和相對含水量下降，本研究通過添加外源NO提高了其根冠比及葉片相對含水量，緩解了干旱對燕麥生長的抑制。利用15%的PEG-6000模擬干旱，干旱脅迫使供試燕麥幼苗葉片的相對含水量、葉綠素含量顯著下降，相對電導率等顯著升高。外源NO處理下，干旱脅迫下燕麥葉片中的葉綠素含量呈升高趨勢，這說明外源添加NO對干旱脅迫下葉綠體的傷害具有一定的緩解作用。外源NO處理下燕麥相對電導率顯著降低，這說明在水分缺失的情況下燕麥葉片細胞質膜遭到破壞，導致細胞內(nèi)電解質外滲，而NO可以緩解干旱導致的燕麥細胞質膜的破壞，這與邱宗波等[12]的研究結果一致。

植物受到外界環(huán)境的脅迫常會造成其體內(nèi)活性氧含量的增加，導致脂質過氧化物等強氧化性物質的積累，其中MDA是膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一，其可以衡量膜脂過氧化強弱和質膜破壞程度的重要指標[9]。本研究中，燕麥受到干旱脅迫后，MDA含量顯著升高，說明細胞質膜發(fā)生了過氧化作用，質膜受到了破壞。當外源NO處理燕麥后，MDA含量顯著降低，說明NO對干旱脅迫后燕麥所造成的傷害具有明顯的緩解作用，其中重要的作用是通過有效增強其抗氧化酶活性，以達到減輕質膜過氧化的效果。本研究中，NO處理后葉片的SOD含量顯著提高，增強了清除自由基能力，緩解了氧化損傷作用，使其MDA含量下降，同時也有效地清除了干旱誘導產(chǎn)生的O2·-和H2O2積累，緩解了質膜氧化，這與高景慧等[11]、劉建新等[17]的研究結果一致。植物在受到逆境脅迫時，脯氨酸和可溶性糖等滲透溶質會隨著脅迫的增強而積累，有利于維持和調節(jié)細胞的滲透勢，維持正常的水分需求，以保證植物細胞正常的生理功能[18,19]。本試驗中，NO處理的燕麥葉片可溶性糖和脯氨酸含量均高于對照和干旱處理，特別是關于脯氨酸的積累顯著，表明外源NO可對脯氨酸的積累產(chǎn)生一定的誘導作用，提高了供試材料的滲透調節(jié)能力，緩解干旱脅迫的傷害。

4 結 論

在干旱脅迫下，添加0.20 mmol·L-1NO(硝普鈉SNP)可以有效緩解燕麥幼苗受到的生長抑制，并通過提高燕麥幼苗抗氧化酶活性、增加葉綠素含量、加強清除活性氧能力，減少膜質過氧化作用，促進脯氨酸等滲透物質積累，從而緩解燕麥幼苗由于脅迫造成的氧化損傷，提高燕麥幼苗的抗旱性。