噴施吲哚乙酸對鋁脅迫下東方百合的生理效應(yīng)

劉國娟，徐 寧，劉殿紅，王 闖，劉 敏，孫曉慧

(聊城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東聊城 252000)

土壤酸化引起的植物鋁毒已成為全球生物學(xué)和環(huán)境科學(xué)關(guān)注的熱點(diǎn)[1]。鋁脅迫是酸性土壤限制作物生長的主要原因，目前世界上超過40%的農(nóng)用耕地受到的危害[2]，鋁主要抑制植物的根系生長，影響水分及養(yǎng)分吸收，從而影響植物生長和發(fā)育[3]。自20世紀(jì)初以來，許多研究者們一直致力于鋁對植物毒害影響的研究。近年來，人們對植物鋁脅迫的研究，尤其是對耐鋁植物研究的興趣有增無減。有些學(xué)者提出，外源施加激素可以增強(qiáng)植物的抗鋁能力。

吲哚乙酸(IAA)是人類最早發(fā)現(xiàn)的一類植物激素，不僅在植物的正常生長中起重要作用，而且還參與調(diào)節(jié)多種脅迫下植物根系的生長和發(fā)育[4]。大量研究表明，IAA可能作為一種化學(xué)信號分子，廣泛作用于組織培養(yǎng)[5]、基因表達(dá)[6]、干旱[7]、水漬[8]等方面。植物激素在環(huán)境脅迫下作為正負(fù)信號，對細(xì)胞內(nèi)各種代謝進(jìn)行有效的調(diào)控。近年來，IAA被發(fā)現(xiàn)與植物的抗逆性有密切聯(lián)系，可以提高植物抵抗鹽、重金屬等脅迫的能力，促進(jìn)逆境脅迫下植物的生長[9]。在鎘脅迫下，能夠顯著增加芥菜型油菜和甘藍(lán)型油菜的株高和生物量，提高油菜莖和葉中的鎘含量[10]。IAA可減輕銅毒害對向日葵主根生長的抑制作用，并促進(jìn)側(cè)根生長[11]。楊野等報(bào)道了IAA能夠促進(jìn)耐鋁型小麥品種根系蘋果酸的分泌，從而提高小麥的耐鋁毒能力[12]；閆雯等報(bào)道了外源施用IAA可促進(jìn)鋁脅迫下紫花苜蓿根系和地上部的生長，能明顯緩解紫花苜蓿鋁毒害[13]。添加外源IAA可以顯著增加丹波黑大豆(RB)的抗鋁脅迫能力[4]，然而，有關(guān)IAA對鋁脅迫觀賞植物生長影響的研究報(bào)道非常少。

百合(Liliumbrowmivar.viridumu)為百合科(Liliaceae)百合屬(Lilium)的多年生草本球根花卉[14]，是當(dāng)今世界最著名的四大切花之一，其生產(chǎn)和消費(fèi)逐年遞增。百合原產(chǎn)于北半球溫帶，少數(shù)產(chǎn)于南半球寒帶及熱帶，適宜在排水良好的微酸性環(huán)境中生長[15]。目前，以觀賞植物作為試驗(yàn)材料來研究不同種、品種對鋁脅迫生理響應(yīng)和耐鋁脅迫機(jī)理的研究少見報(bào)道。本研究通過對百合植物耐鋁的生理響應(yīng)，以期明確鋁脅迫下百合的生長反應(yīng)，特別是對根系生長發(fā)育有明顯促進(jìn)作用的植物生長調(diào)節(jié)劑IAA對鋁脅迫下百合的生理效應(yīng)，為進(jìn)一步開展百合耐鋁的分子和生理機(jī)制的研究，培育耐鋁的百合新品種奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

選定東方百合索邦品種為試驗(yàn)材料。由周徑14～16 cm 鱗莖作為定植材料。

1.2 方法

將經(jīng)過低溫處理的種球栽于營養(yǎng)缽并置于人工氣候箱中，設(shè)置光—暗周期為14 h—10 h，光照度為10 000 lx，晝—夜溫度為25 ℃—16 ℃，相對濕度為70%。設(shè)置0、2、4、6、8 mg/L 等5個(gè)IAA濃度，采用葉面噴施的方法。

選取生長勢一致的幼苗進(jìn)行酸性環(huán)境處理。將百合幼苗放置在pH值為4.5、含100 μmol/L Al3+(鋁源用AlCl3·6H2O)的營養(yǎng)液中分別進(jìn)行為期5、10、15 d的脅迫，其間每隔2 d分別用不同濃度的IAA對鋁脅迫百合幼苗進(jìn)行噴施處理，噴施量為2 mL。同時(shí)設(shè)置1個(gè)無Al3+脅迫處理(pH值4.5)作為對照，噴施等量蒸餾水。全部試驗(yàn)共6個(gè)處理，即無鋁和Al3++IAA(0、2、4、6、8 mg/L)，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.3 測定指標(biāo)和方法

1.3.1 丙二醛(MDA)含量測定 采用硫代巴比妥酸(TBA)法[16]測定。

1.3.2 電導(dǎo)率測定 采用張志良介紹的方法[17]測定。

1.3.3 過氧化物酶(POD)含量的測定 采用愈創(chuàng)木酚法[18]測定。

1.3.4 超氧化物歧化酶(SOD)含量的測定 依據(jù)SOD抑制NBT(氮藍(lán)四哩)在光下的還原程度來確定SOD活性，活性單位以抑制NBT光化還原的50%為1個(gè)酶活性單位(U)[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 IAA對鋁脅迫下丙二醛的影響

丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的產(chǎn)物，也是細(xì)胞膜受損傷程度的標(biāo)志物。如圖1所示，與對照相比，添加鋁后，MDA含量均有不同程度的提高，說明鋁脅迫明顯引起了細(xì)胞膜的過氧化反應(yīng)。東方百合的MDA含量在添加鋁后分別比對照增高68.6%、38.1%、2.09%。

IAA緩解了鋁毒對東方百合的脅迫。添加IAA后，除噴施5 d表現(xiàn)為MDA含量比對照的高外，其余的MDA含量都比添加IAA前低，呈現(xiàn)下降趨勢，并且隨著IAA濃度的升高，MDA含量越低。其中，6 mg/L IAA處理的丙二醛含量顯著低于未噴施IAA的對照。

2.2 IAA對鋁脅迫下電導(dǎo)率的影響

由圖2可以看出，在鋁脅迫下，東方百合的電導(dǎo)率均有所增加，比對照分別增加27.9%、25.7%、30.2%，說明在鋁脅迫下，電導(dǎo)率的增加與膜功能損傷成正相關(guān)，能作為逆境脅迫的有效指標(biāo)。此外，IAA的增加，對膜損傷起到了一定的恢復(fù)作用，隨著IAA濃度的提高，電導(dǎo)率也基本呈現(xiàn)降低的趨勢，在6 mg/L處理下，電導(dǎo)率達(dá)到了最低點(diǎn)，差異最明顯。

2.3 IAA對鋁脅迫下過氧化物酶(POD)活性的影響

從圖3可以看出，東方百合的POD活性隨著鋁脅迫時(shí)間的延長，呈現(xiàn)持續(xù)增高的趨勢，并均高于無鋁脅迫，增幅分別達(dá)13.1%、25.8%、26.0%，增高幅度也是逐漸上升。此試驗(yàn)結(jié)果說明鋁脅迫促進(jìn)了東方百合POD酶的形成和活性。

在鋁脅迫5 d時(shí)加入IAA，不同程度地增加了東方百合的POD活性，但當(dāng)鋁脅迫時(shí)間延長至10 d后，IAA的加入降低了東方百合POD的活性，并在處理10 d 時(shí)，POD活性達(dá)到最低值，隨著IAA濃度的提高，POD活性也呈現(xiàn)下降趨勢。

2.4 IAA對鋁脅迫超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

由圖4可知，在鋁脅迫下，SOD活性呈現(xiàn)先升后降的趨勢。鋁脅迫10 d后SOD活性比脅迫5 d的增高6.2%，脅迫15 d的比脅迫10 d的降低10.8%。但是，在鋁脅迫5、10、15 d 下，SOD活性分別降低為無鋁對照的86.8%、88.8%、68.2%。說明鋁脅迫不同程度地降低了東方百合SOD活性，鋁脅迫抑制了SOD的活性。

噴施IAA顯著影響了東方百合SOD的活性。在噴施低濃度的IAA時(shí)，SOD活性基本呈下降趨勢，但是隨著IAA濃度的提高，SOD活性顯著增高。在處理10、15 d后，6 mg/L IAA對SOD活性的影響最為顯著。

3 結(jié)論與討論

丙二醛(MDA)含量和電導(dǎo)率是反映細(xì)胞膜脂過氧化作用程度和質(zhì)膜破壞程度的重要指標(biāo)，可以用來衡量植物對逆境脅迫的抵御能力[19]。鹽逆境往往會造成植物的生長受阻和組織傷害，常常出現(xiàn)生長緩慢，葉色變淡、脫落甚至死亡等可見表現(xiàn)和體內(nèi)生理指標(biāo)的改變，如脯氨酸含量增加、細(xì)胞膜透性增大以及光合能力下降等[20]。本研究結(jié)果表明，鋁脅迫后5、10、15 d，東方百合的MDA含量始終高于無鋁脅迫，說明鋁脅迫對東方百合細(xì)胞膜產(chǎn)生了明顯的破壞，同時(shí)東方百合MDA含量增長率逐漸降低，與對照之間的差距越來越小，可見在鋁脅迫下，東方百合通過自身防御系統(tǒng)的增強(qiáng)和活性氧的消除，逐漸緩解了鋁毒對其的傷害。此研究結(jié)果與前人的研究結(jié)果[21]一致。本研究結(jié)果顯示，在鋁脅迫下，東方百合的電導(dǎo)率也始終高于無鋁脅迫，表明鋁脅迫對東方百合質(zhì)膜結(jié)構(gòu)造成傷害，電解質(zhì)外滲增加，細(xì)胞離子平衡受到影響，并直接影響到東方百合的生長。本研究結(jié)果也與劉鵬等對大豆鋁脅迫處理下的研究結(jié)果[22]一致。當(dāng)植物處于逆境時(shí)，POD和SOD等保護(hù)酶能有效地消除過氧化所產(chǎn)生的活性氧物質(zhì)，防御植物細(xì)胞膜過氧化，降低植物細(xì)胞受傷害的程度[23]。本研究中鋁脅迫不同程度地降低了東方百合SOD活性，表明鋁脅迫抑制了細(xì)胞中SOD的合成和活性，這個(gè)結(jié)果與許多學(xué)者的研究結(jié)果[24]一致。本研究結(jié)果顯示，鋁脅迫下東方百合的POD活性隨著鋁脅迫時(shí)間的延長呈現(xiàn)持續(xù)增高的趨勢，并且始終高于無鋁脅迫，表明鋁脅迫促進(jìn)了東方百合POD酶的形成和活性。

生長調(diào)節(jié)劑可以通過促進(jìn)植物生長來緩解重金屬脅迫，國內(nèi)外針對生長調(diào)節(jié)劑緩解重金屬脅迫、減輕膜系統(tǒng)損傷的研究已有報(bào)道。IAA是植物體內(nèi)重要的信號物質(zhì)，不僅可以調(diào)控植物的生長發(fā)育，而且在植物抗逆脅迫調(diào)控抗氧化物酶體系中發(fā)揮著重要作用[25-27]。在本研究中添加IAA后，SOD活性呈現(xiàn)先下降后上升趨勢，POD活性呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，結(jié)果表明，IAA促進(jìn)鋁脅迫東方百合根系生長和發(fā)育首先是通過提高鋁脅迫東方百合POD活性來清除鋁脅迫誘導(dǎo)和積累的根細(xì)胞氧自由基，減輕細(xì)胞受到活性氧離子的傷害，從而保護(hù)細(xì)胞膜質(zhì)的穩(wěn)定性。此試驗(yàn)證明，在鋁脅迫處理下，植物抗氧化酶與植物生長調(diào)節(jié)劑之間存在密切的相關(guān)性，與王學(xué)等研究結(jié)果[28]一致。

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