农艺学 现代农业科技2011年第20期 外源H2S对盐胁迫下小麦种子萌发的影响 鲍敬丁同楼贾文娟王灵燕王宝山 (山东师范大学生命科学学院逆境植物重点实验室,山东济南250014) 摘要以盐敏感小麦品种鲁麦15为材料,研究不同浓度外源硫化氢(H2s)对NaCl胁迫下小麦种子萌发率、发芽指数、活力指数和幼苗 生长状况的影响。结果表明,一定浓度的外源H 能够缓解NaC1胁迫对小麦种子萌发和幼苗生长的抑制。O.Ol~0.13 mmo]]LNariS浸种预处 理12 h均能不同程度地缓解100mmol/LNaC1对小麦种子萌发率、发芽指数、活力指数和幼苗生长的抑制作用。其中以0.05mmol/LNaris 浸种预处理效果最好 关键词硫化氢;小麦;盐胁迫;种子萌发;幼苗生长 中图分类号¥332.1 文献标识码A 文章编号1007—5739(2011)20—0040—03 Effect of Exogenous Hydrogen Sulifocde onⅥ eat Seed Germination Under Salt Stress BAO Jing DING Tong-lou JIA Wen-juan WANG Ling-yah WANG Bao-shan (Key Lab ofPlant StressResearch,CoHege ofLire Science,ShandongNormalUniversity,JinanShandong250014) Abstract The salt—sensitive wheat cuhivar LM15 was used to examine the effect of exogenous hydrogen sulfide on seed germination rate, germination index,vigor index and seedlings growth under salt stress.rI'he results showed that seed pretreatment with exogenous H2S could alleviate the NaC1一induced seed germination inhibiton and seedlings growth.seed priming with 0.O1~0.13 mmol/L NariS for 12 hours alleviated the seed germination rate signiifcantly,germination index,vigor index and growth of seedlings of wheat under 100 mmol/L NaC1 stress.The optimal concentration 0f NartS was 0.05 mmoi/L. Key words hydrogen sulfide;wheat;salt stress;seed germination;seedling growth 硫化氢(hydrogen sulifde,H2S)在动物体主要由胱硫醚一 及0.01、0.05、0.09、0.13 mmol/L NaHS浸种12 h。用去离子水 p一合成酶(cystathionine—p—synthase,CBS)、胱硫醚一 一裂解 浸种的一部分种子用1/5 Hoagland营养液培养;另一部分用 酶(cystathionine一 一lyase,CSE)催化I,-半胱氨酸代谢产生[1-3]。 去离子水浸种的种子以及用NaHS浸种的种子,都加入100 研究表明,H2S能够通过作用于KATP通道来调节血管平滑 mmol/L NaC1的1/5 Hoagland营养液培养。培养时将种子置 肌的舒张[41,还能够增加神经细胞内cAMP的水平来增加 于铺有2层滤纸的9 cm培养皿中,放于温度为25℃,光照时 NADM受体介导的兴奋性圈。然而H2s在植物中产生和作用 间为12 h/d,RH为60%~70%的生长室中培养。6次重复。每 途径还不很清楚。当为植物提供过多的硫酸盐、亚硫酸盐、 个重复40粒小麦种子。每隔12 h统计萌发的种子数目(萌发 二氧化硫或L一半胱氨酸【6_1 时,植物叶片就释放出H2S气 以胚根突破种皮0.5 mm为标准),直到不再萌发为止。 体。研究表明,O一乙酰丝氨酸在合成H2S时也起重要的作 1.3测量项目与方法 用[121。2009年文献报道H2s能够促进甘薯和柳树等植物不 培养2 d后测量根长、芽长及根和芽的干鲜重。计算发 定根的发生,并且此过程受IAA和NO的调节,可能H2s位 芽率、发芽指数和活力指数。 于IAA和NO信号通路的上游【131。刘菁等(t41研究认为H2S可 (1)芽长和根长的测定。取不同处理的小麦幼苗,用直 能参与ABA诱导的气孔关闭过程。 尺测量每株幼苗地上部分及每条根的长度,根的长度取一 近年来,H2S在植物抗逆中的作用逐渐引起人们关注。 株幼苗所有根的平均值。 H2S能够缓解甘薯遭受渗透胁迫的程度,增强抗氧化系统的 (2)芽和根鲜重的测定。将培养2 d的小麦幼苗从培养 活性,缓解小麦遭受渗透、铜、铝、铬胁迫的程度,增强抗氧 皿中取出,将芽和根分别剪下来,用吸水纸吸干其表面水 化系统的活性,增大萌发率Il5 ,增强干旱诱导的大豆抗氧 分,立即称其鲜重。 化能力【l8J。盐胁迫是一种重要的非生物胁迫,严重影响农业 (3)发芽率、发芽指数和活力指数计算。 的发展,研究H2S缓解小麦盐胁迫的抑制具有重要的经济 发芽率(Gr)(%)=n/NxlO0 意义。该文重点研究外源H2S浸种对NaC1胁迫下小麦种子 发芽指数(Gi)= ̄,Gt/Dt 萌发和幼苗生长的影响,为进一步深入研究H2S作用的分 活力指数(Vi)=S・∑G , 子机理奠定基础。 式中,n:发芽数;Ⅳ:供试种子总数;Gt:时间t(d)内的 1材料与方法 发芽数; :发芽天数;S:幼苗生长势(胚根平均长度)。 1.1试验材料 1.4数据处理 试验材料为鲁麦15(Triticumaestivum CV.LM15)。 利用Excel软件作图,利用SPSS软件进行数据分析。 1.2培养方法 2结果与分析 挑选饱满、大小一致的种子,用0.1%HgC12消毒10 min, 2.1不同浓度I 对NaCI胁迫下小麦种子萌发的影响 然后用去离子水冲洗数次。再将小麦种子分别用去离子水 由图1可以看出,100 mmol/L NaC1处理显著抑制小麦 基金项目 国家自然科学基金(30870138,31070158);国家支撑计划项 种子萌发,而一定浓度外源NaHS浸种显著缓解NaC1胁迫 目(2009BADA7B05)。 通讯作者 对种子萌发的抑制作用。对照组小麦种子萌发率达到 收稿日期 201 1一O8—29 96.67%,而100 mmol/L NaC1胁追下,小麦种子萌发率仅为 0 鲍敬等:外源H2S对盐胁迫下小麦种子萌发的影响 68.33%,占对照的70.68%。用0.01、0.05、0.09、0.13 mmol/L ∞ ∞∞∞∞∞如加m O NaHS浸种预处理后。小麦种子的萌发率分别为对照的 80.69%、93.10%、82.76%、74.14%。由图2可以看出,0.05 mmol/L NaHS浸种预处理的萌发率最高。可见。0.O1~0.13 mmol/L NaHS浸种预处理可以提高NaC1胁迫下小麦种子 椭 一 z、I,【0l00'【 的萌发率,0.05 mmol/L NaHS促进效果最显著。 图1不同处理小麦种子培养至36h的萌发情况 注:a—CK,b一100mmol/LNaC1,C一100mmo]/LNaCI+0.01 mmol/LNaHS, d-100 mmol/L NaC1+O.05 mmo]/L NaHS.e--100 mmol/L NaCl+O.09 mmol/L NaHS,f-100 mmol/L NaCI+0.13 mmol/L NaHS。 ∞ ∞ 加 挎m O _【u∞Z rI、【0—H暑H口0_【 稚 棵 ∞ 时z rI,【量H暑_ 0.0 ∞墨日z蔓0日目_6o.0 ∽墨∞Z rI、 茸基 n_【.0 处理 图2外源I-I2S供体NariS浸种预处理对NaCI 胁迫下小麦种子萌发率的影响 注:数据为4个重复的平均值+SD;字母表示0.05水平上的 差异性。下图同。 2.2不同浓度I-ItS对NaCi胁迫下小麦种子发芽指数的影响 发芽指数反映种子萌发的快慢和整齐程度。由图3可 以看出,100 mmol/L NaC1胁迫下,小麦种子的发芽指数显 著降低,占对照的57.43%,而用0.01、0.05、0.09、0.13 mmoI/L NaHS浸种预处理后,小麦种子的发芽指数均有显著提高, 分别为对照的65.11%、70.78%、66.06% ̄1:I 60.87%,呈现先升 高后降低趋势。表明0.01~0.13 mmol/L NaHS浸种预处理可 以显著提高NaC1胁迫下小麦种子的发芽指数.当NaHS 浓度为0.05 mmol/L时效果最明显。 2.3不同浓度I-I ̄S对NaC!胁迫下小麦种子活力指数的影响 种子活力指数是衡量种子发芽快慢和活力高低的重要 指标。由图4可以看出,小麦种子的发芽指数在100 mmol/L NaCI胁迫下明显降低,仅为22.91,占对照的23.53%,而用 ∞墨时Z、H、【0葺H昌n0.0 ∽}{∞z rI,10H冒口 0.0 ∞}{讳Z rI、【0口爿葛n.【.0 处理 图3外源H 供体NailS浸种预处理对NaCl胁迫 下小麦种子发芽指数的影响 不同浓度的NaHS浸种处理12 h后,活力指数均有显著提 高。NaHS浓度为0.01、0.05、0.09、0.13 mmol/L时,对应的小 麦种子活力指数分别是30.87、44.29、33.88、26.43,分别为对 照的31.70%、45.48%、34.∞∞∞ 79%、27.14%,其中NaHS浓度为 ∞∞∞如加m 0 0.05 mmol/L时。种子活力最大。表明0.01~O.13 mmol/L NaHS 浸种预处理均可以显著提高NaCI胁迫下小麦种子的活力 指数,当NaHS浓度为0.05 mmol/L时,效果最好。 _【 日Z、I,【la ∞}{日Z rI、【0_目口n0.b 蜒 c r士] c .∽}壬日Z rI I∞}1日Z 1,【0l .. . 11.处理 图4外源H2s供体NailS浸种预处理对NaCl胁 迫下小麦种子活力指数的影响 2.4不同浓度H2s对№Cl胁迫下小麦幼苗生长的影响 由图5、表1可以看出,100 mmol/L NaC1处理显著抑制 小麦幼苗的生长,其根长、芽长、根鲜重、芽鲜重分别为对照 的40.79%、50.00%、64.95%、51.79%。而用0.01、0.05、0.09、 0.13 mmol/L NaHS浸种预处理后,盐胁迫对小麦生长的抑制 有所缓解。其中根长分别占对照的48.74%、64.26%、52.71%、 44.40%;芽长分别占对照的63.41%、73.17%、68.29%、 59.15%;根鲜重分别占对照的69.37%、75.09%、70.41%、 67_39%;芽鲜重分别占对照的58.94%、69.11%、62.51%、 53.44%。当NaHS浓度为0.05 mmo]]L时,根长、芽长、根鲜重 和芽鲜重都达到最大。表明0.01—0.13 mmol/L NaHS浸种预 41 00_【 0 q0 n_【.0 农艺学 现代农业科技2011年第2O期 处理可以促进NaCl胁迫下小麦幼苗的生长。NaHS浓度为 0.05 mmol/L时,效果最显著。 3讨论 有重要的影响。发芽率、发芽指数和种子活力是衡量种子萌 发最关键的指标。 H2s的供体为NaHS,不同浓度的NaHS溶液pH值不 同。研究证明,pH值不是影响小麦种子萌发的关键因素 】。 种子萌发是植物生长的最初阶段,对植物的后续生长 图5外源H2s供体N ̄d-IS浸种预处理对NaC!胁迫下小麦幼苗生长的缓解作用 注:a-CK,b一100mmol/LNaC1,c一0.01mmol/LNaHS,d-0.05mmol/LNaHS,e一0.09mmol/LNaHS,f-0.13mmo]/LNaHS。 表1外源H2s供体Naris浸种预处理对NaCI胁迫下小麦幼苗生长的缓解作用 注:数据为4个重复的平均值+SD;字母表示0.05水平上的差异性。括号内数字为对照的百分数。 张华等r1 研究表明,外源H2S能够缓解Cuz+、A1 胁迫对小麦 萌发的抑制,提高萌发率,促进幼苗生长。该试验结果表明, 0.05 mmol/L NaHS浸种预处理12 h能显著地缓解100 mmol/L NaC1对小麦种子萌发率、发芽指数、活力指数和幼 苗生长的抑制作用。 H2s是第3种气体信号分子,可能与NO有相似的作用 或跟NO起协调作用㈣。大量研究表明,NO能够缓解植物盐 胁迫的抑制。段培等 研究表明,外源NO能够缓解盐胁迫 [6】RENNENBERG H,FILNER P.Stimulation of H emission from pumpkin leaves by inhibition of glutathione synthesis[J].Plant Physiol,1982,69 (4):766-770. f71 RENNENBERG H,FILNER P.Developmental changes in the potential or fH2s emissionin cucurbitplntas[J].PlantPhysiol,1982,71(2):269—275. 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[11】SEKIYAJ,SCHMIDTA,FILNERP.Emission ofhydrogen sulifdebyleaf tissuein responsetoL-cysteineI J1.PlntPhysiaol,1982,70(2):43o_436. 【12]Rennenberg H.Role of O—acetylserine in hydrogen sulide emifssion from PumPkin leavesin response to sulfate[J].Plant Physiol,1983,73(3): 560-565. 【13]ZHANG H,TANG J,LIU X P,et a1.Hydrogen sulifde promotes root organogenesis in omoea batatas,Salix matsudana and Glycine max[J].J IntegrPlantBiol,2009,51(12):1086—1094. 对小麦种子萌发的抑制可能是由于外源H2s提高了淀粉酶 的活性,具体原因有待进一步研究。 4参考文献 [11 BUKOVSKA G,KERY V,KRAUS J P.Expression of human cystathionine beta-synthase in Escherichia coli:puriifcation and characterization『J]. Protein Exp Purif,1994.5(5):442—448. [14]刘菁,侯智慧,赵方贵,等.H2S介导ABA诱导蚕豆气孔运动的生理 机制研究[J】.西北植物学报,2011,31(2):298—304. 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