摘要： 【目的】施加外源硝普納 （sodium nitroprusside， SNP） 可有效緩解水稻堿脅迫傷害。本研究通過比較不同堿敏感性水稻品種萌發(fā)及碳氮代謝相關指標的差異，探討堿脅迫下外源SNP 添加對萌發(fā)期水稻碳氮代謝的影響，為鹽堿地水稻種植提供參考?！痉椒ā恳詨A敏感品種中花11 （ZH11） 和耐堿品種寧粳52 （NG52） 為試驗材料，在混合堿脅迫 [alkali stress （AS）， 即20 mmol/L CO32?和HCO3?等比例混合液， pH 10.50] 下，設置不同SNP 濃度 （0、10、30、50、70、100 μmol/L） 浸種處理，通過測定萌發(fā)期關鍵生長指標，以篩選SNP 最適濃度。結果顯示堿脅迫下不同濃度外源SNP 影響了水稻萌發(fā)，其中，30 μmol/L SNP 處理顯著增加了水稻的發(fā)芽指數，促進了水稻萌發(fā)。進一步設置CK （control）、SNP （30 μmol/L）、AS （20 mmol/L）、AS+SNP （20 mmol/L AS + 30 μmol/L SNP）4 個處理，分析它們對萌發(fā)期堿敏感差異水稻碳氮代謝的影響?！窘Y果】1） 在碳代謝方面，與AS 處理相比，AS+SNP 處理下ZH11 和NG52 中蔗糖含量顯著降低。其中，NG52 中蔗糖含量顯著低于ZH11，而其蔗糖合成基因 （OsNIN1） 和葡萄糖合成基因 （OsSPS1、OsSPS11） 的表達量顯著高于ZH11。2） 在氮代謝方面，與AS 處理相比，AS+SNP 處理顯著增加了2 個品種中蘋果酸、檸檬酸、一氧化氮含量，硝酸還原酶、S-亞硝基谷胱甘肽還原酶活性以及OsNR2、OsGSNOR1 基因表達，降低了NO3?和氧化型谷胱甘肽含量，提高了脯氨酸水平。其中，NG52 中蘋果酸、檸檬酸、一氧化氮、脯氨酸、氧化型谷胱甘肽含量，S-亞硝基谷胱甘肽還原酶活性以及OsNR1.2、OsGSNOR1 的表達量均顯著高于ZH11。3） 相關分析和主成分分析結果顯示，葡萄糖和蔗糖合成酶基因 （OsNIN1） 分別與蘋果酸、檸檬酸、脯氨酸和一氧化氮呈顯著正相關，葡萄糖、果糖、一氧化氮、亞硝基谷胱甘肽和氧化型谷胱甘肽可能是影響碳氮代謝相互協(xié)調的關鍵指標?！窘Y論】施加30 μmol/L SNP 可促進堿脅迫下水稻體內蔗糖分解和有機酸的積累，增強硝酸還原酶和S-亞硝基谷胱甘肽還原酶活性，提高有機氮含量，促進碳代謝向氮代謝轉化，維持堿脅迫下萌發(fā)期水稻碳氮代謝的正常進行。

關鍵詞： 水稻； 萌發(fā)期； 堿脅迫； 硝普納； 碳氮代謝

土壤鹽堿化是一個全球性問題。中國的鹽堿地面積占世界第三，主要分布在東北、華北、西北等地區(qū)，嚴重制約著我國農業(yè)發(fā)展[1]。研究表明，種植水稻（Oryza sativa L.） 有利于淡化土壤表層鹽堿度，改善土壤結構，進而達到改良鹽堿地的目的[2]。然而，水稻是一種鹽堿敏感作物，種子萌發(fā)階段易受鹽堿脅迫的危害，這對幼苗及后期生長會造成不利影響[3]。例如，中性鹽（NaCl、Na2SO4） 與堿性鹽的混合脅迫（Na2CO3、NaHCO3） 顯著抑制了水稻種子發(fā)芽，當混合溶液濃度達200 mmol/L 時幾乎完全抑制了水稻種子的發(fā)芽[4]。逆境脅迫下外施外源硝普納（SNP）能夠影響植物體內的碳氮代謝，從而使植物做出對逆境的響應和適應。如鹽脅迫下施加外源0.15 mmol/LSNP、0.15 mmol/L SNP+50 μmol/L 葡萄糖進行浸種處理，增加了水稻種子萌發(fā)過程中內源葡萄糖和果糖的積累，提高了鹽脅迫下水稻種子早期發(fā)芽率和發(fā)芽指數，這說明糖信號分子葡萄糖通過參與調控碳代謝影響了鹽脅迫下水稻種子的萌發(fā)[5]。類似地，10 μmol/L SNP 增加了鹽脅迫下水稻葉片中的氮含量和谷氨酸脫氫酶活性（glutamate dehydrogenase， GDH），促進蔗糖和脯氨酸的積累，為鹽脅迫下水稻氮代謝提供還原力[6]。

碳氮代謝是植物體內最主要的兩大代謝，包括分解、轉化和積累，為植物生命活動提供能量和物質，兩者協(xié)同調控植物生長發(fā)育過程[ 7 ? 9 ]。研究表明，ygl53 突變體具有較高的凈同化速率、電子傳遞通量效率、光呼吸速率和過氧化氫酶活性，以及較低的H2O2 含量和氮吸收效率。該突變體中較高活性的谷氨酸合成酶（GOGAT） 和谷氨酰胺合成酶（GS）有利于合成α-酮戊二酸和氨，暗示碳代謝衍生的能量和物質可能以光呼吸的形式補充氮代謝，以維持水稻正常生長發(fā)育[10]。此外，水稻生長中后期施用氮肥不僅為生長提供充足的氮素營養(yǎng)，也能夠提高水稻葉片凈光合速率，增強碳代謝能力，促進籽粒中碳氮代謝產物積累，有助于提升產量[11]。

堿脅迫造成碳元素和氮元素的同化和吸收障礙，影響植物養(yǎng)分的吸收和代謝，添加外源物可調控作物體內碳氮代謝，緩解作物堿脅迫傷害。吳旭紅等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在60 mmol/L Na2CO3 堿性鹽脅迫下，添加80 μmol/L 的外源SNP 增強了光合作用、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶、硝酸還原酶活性和蛋白質含量，降低游離氨基酸含量，維持了堿脅迫下南瓜幼苗碳氮代謝的正常進行，進而緩解堿脅迫對南瓜幼苗的傷害。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，不同外源物（甜菜堿、SNP 和褪黑素） 均能通過調節(jié)水稻幼苗形態(tài)、生理特性及基因表達的變化，從而緩解水稻堿脅迫傷害并增強水稻的耐堿性，其中，SNP 的緩解效應最大[13]。然而，堿脅迫下外源SNP的添加是否影響了水稻碳氮代謝需要進一步研究。本研究以堿敏感差異水稻品種ZH11 和NG52 為材料，研究堿脅迫下添加外源SNP 對萌發(fā)期水稻中碳氮代謝物含量、合成酶活性及相應基因表達水平的影響，旨在探索萌發(fā)期水稻耐堿性中碳氮代謝機制，為研究SNP 調控鹽堿脅迫下水稻萌發(fā)和早期生長發(fā)育機理提供技術支撐和理論依據。