外源5-氨基乙酰丙酸對(duì)鹽脅迫下花椰菜幼苗生理特性的影響

范夕玲 楊亞苓 任健 高穎 李愛(ài) 高英 李慧

摘? ? 要：以花椰菜‘津品70為試驗(yàn)材料，探究150 mmol·L-1 NaCl脅迫下不同濃度外源5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）（0，1，10，25，50和100 mg·L-1，分別記作CK2、T1、T2、T3、T4、T5）對(duì)花椰菜幼苗生理特性的影響，以正常培養(yǎng)的花椰菜幼苗為CK1，分別測(cè)定各處理超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化物酶（POD）活性及丙二醛（MDA）、可溶性蛋白和可溶性糖含量。結(jié)果表明：在150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，T2和T5處理組花椰菜幼苗SOD活性與CK1差異不顯著（P>0.05），三者顯著高于CK2（鹽對(duì)照）和其他5-ALA處理組（P<0.05）;T1和T2處理組POD活性與CK1差異不顯著（P>0.05），三者顯著高于CK2和T4、T5處理組（P<0.05）;T1、T2和T4處理組可溶性蛋白含量顯著高于CK1和CK2（P<0.05）;T3處理組可溶性糖含量顯著高于CK1、CK2和其他5-ALA處理組（P<0.05）;T2和T3處理組MDA含量顯著低于CK1和CK2（P<0.05）。隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)表明，150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，T2處理組（10 mg·L-1 5-ALA）對(duì)緩解花椰菜幼苗鹽害效果最佳。

關(guān)鍵詞：花椰菜;鹽脅迫;5-氨基乙酰丙酸;緩解作用

中圖分類號(hào)：Q945.78; S635.3? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.12.001

Abstract： In this paper， cauliflower' Jinpin 70' was used as the experimental material to explore the effects of different concentrations of 5-aminolevulinic acid （5-ALA） （0， 1， 10， 25， 50 and 100 mg·L-1， recording as CK2， T1， T2， T3， T4， T5） on physiological characteristics of cauliflower seedlings under 150 mmol·L-1 NaCl stress， the normal cauliflower seedling was recorded as CK1. The activities of superoxide dismutase （SOD） and peroxidase （POD） and the contents of malondialdehyde （MDA）， soluble protein and soluble sugar were measured. The results showed that under 150 mmol·L-1 NaCl stress， the SOD activities of T2 and T5 treatments had no significant difference with CK1（P>0.05）， however， the SOD activities of T2， T5 and CK1 were significantly higher than those of CK2 and other 5-ALA treatments（P<0.05）; the POD activities of T1 and T2 treatments had no significant difference with CK1（P>0.05）， however， the POD activities of T1， T2 and CK1 were significantly higher than those of CK2， T4 and T5 treatments （P<0.05）; the soluble protein contents of T1， T2 and T4 treatments were significantly higher than those of CK1 and CK2（P<0.05）; the soluble sugar content of T3 treatment was significantly higher than that of CK1， CK2 and other 5-ALA treatments（P<0.05）; the MDA contents of T2 and T3 treatments were significantly lower than those of CK1 and CK2（P<0.05）. The evaluation by membership function analysis indicated that T2 treatment （10 mg·L-1 5-ALA） had the best effects on alleviating salt stress in cauliflower seedlings under 150 mmol·L-1 NaCl stress.

Key words：cauliflower; salt stress; 5-ALA; mitigation

鹽脅迫可引起植物生理干旱，影響生理代謝與營(yíng)養(yǎng)吸收，阻礙其正常生長(zhǎng)，嚴(yán)重影響農(nóng)作物產(chǎn)量和生態(tài)環(huán)境[1]。如何提高作物的抗鹽性具有十分重要的科學(xué)和實(shí)踐意義。相對(duì)于傳統(tǒng)育種與分子育種而言，添加外源物質(zhì)以提高作物抗鹽性具有時(shí)間短、見(jiàn)效快的優(yōu)勢(shì)。5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid，5-ALA）是所有生物體內(nèi)卟啉化合物合成的第一個(gè)關(guān)鍵前體，參與多種植物體內(nèi)代謝過(guò)程，并對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有一定的調(diào)節(jié)作用[2]。有研究表明，5-ALA可以提高作物的抗逆性[3-6]，增加作物產(chǎn)量[7]，改善作物品質(zhì)[8]。

植物在正常環(huán)境下生長(zhǎng)，其體內(nèi)的活性氧含量相對(duì)穩(wěn)定，處于產(chǎn)生與消除的動(dòng)態(tài)平衡中，但在鹽脅迫下活性氧會(huì)大量積累，從而破壞植物體細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。植物體內(nèi)含有多種重要的抗氧化酶，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）等，抗氧化酶系統(tǒng)協(xié)同作用可降低活性氧含量，減輕植物細(xì)胞受逆境脅迫的傷害程度[9-10]。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是植物體在逆境脅迫下膜脂過(guò)氧化的終產(chǎn)物，利用其含量可表示細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度，反映植物受逆境脅迫壓力的大小[11]。鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致植物發(fā)生滲透脅迫，水分代謝失調(diào)。植物體中可溶性糖和可溶性蛋白可作為滲透調(diào)節(jié)劑，通過(guò)降低細(xì)胞水勢(shì)、增強(qiáng)吸水等功能來(lái)提高植物對(duì)于鹽脅迫的抵抗能力[12-13]?；ㄒ耍˙rassica oleracea L. var. botrytis）為十字花科蕓苔屬一年生植物，其肉質(zhì)細(xì)嫩，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，具有提高機(jī)體免疫力及抗癌等功效。本文以花椰菜為試驗(yàn)材料，研究外源5-ALA對(duì)NaCl脅迫下花椰菜幼苗生理特性的影響，探究緩解花椰菜鹽害的最佳施用濃度，為明確5-ALA提高花椰菜抗鹽性的效果及可能生理機(jī)理奠定基礎(chǔ)，并為花椰菜在鹽堿地的推廣種植提供合理的科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試花椰菜品種為‘津品70，由天津科潤(rùn)蔬菜研究所惠贈(zèng)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2017年9—12月在天津農(nóng)學(xué)院園藝中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。將健康飽滿的花椰菜種子浸種催芽，露白后，選取發(fā)芽狀態(tài)良好的種子播種于配制好的基質(zhì)（草炭 ∶ 蛭石 ∶ 珍珠巖=2 ∶ 1 ∶ 1）中，澆灌1/2 MS 營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)，培養(yǎng)至三葉一心時(shí)進(jìn)行處理。以正常澆灌1/2 MS 營(yíng)養(yǎng)液的空白對(duì)照組記作CK1;澆灌含150 mmol·L-1 NaCl的1/2 MS 營(yíng)養(yǎng)液的鹽對(duì)照組記作CK2;同時(shí)澆灌含150 mmol·L-1 NaCl和不同濃度5-ALA溶液的1/2 MS 營(yíng)養(yǎng)液（1，10，25，50和100 mg·L-1）的處理組，分別記作T1、T2、T3、T4和T5。由于5-ALA在光照條件下不穩(wěn)定，故各處理均于傍晚進(jìn)行根施處理，每個(gè)處理20株幼苗（3組重復(fù)）。

鹽脅迫處理幼苗10 d后，以不同處理花椰菜幼苗葉片為試驗(yàn)材料，采用SOD抑制氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法測(cè)定SOD活性，愈創(chuàng)木酚顯色法測(cè)定POD活性，硫代巴比妥酸法測(cè)定MDA含量[14];考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定可溶性蛋白含量，蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量[15]。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件（17.0版）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，并利用Microsoft Excel 2010進(jìn)行隸屬函數(shù)計(jì)算。

隸屬函數(shù)值計(jì)算公式：

反隸屬函數(shù)值計(jì)算公式：

式中，Xi為某一生理指標(biāo)測(cè)定值，Xmin和Xmax分別為所有處理該指標(biāo)的最小值和最大值。如果相應(yīng)生理指標(biāo)與植物耐鹽性正相關(guān)則用R（Xi）正進(jìn)行計(jì)算，負(fù)相關(guān)則用R（Xi）反進(jìn)行計(jì)算，綜合隸屬函數(shù)為試驗(yàn)中所用生理指標(biāo)隸屬函數(shù)的平均值，用以評(píng)價(jià)不同5-ALA處理對(duì)鹽脅迫下花椰菜幼苗抗性的提高程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度5-ALA對(duì)鹽脅迫下花椰菜幼苗SOD和POD活性及MDA含量的影響

由表1可知，CK2組花椰菜幼苗的SOD和POD活性比CK1分別顯著降低14.00%和48.30%（P<0.05），T1～T5處理組中SOD和POD活性與CK2相比均有不同程度的提高;CK2組花椰菜幼苗的MDA含量比CK1顯著提高36.90%（P<0.05），T1～T5處理組MDA含量與CK2相比均顯著降低（P<0.05）。當(dāng)5-ALA濃度為100 mg·L-1（T5）時(shí)，SOD活性達(dá)到最大值，與10 mg·L-1處理（T2）差異不顯著（P>0.05），二者分別比CK2顯著提高17.50%和13.28%（P<0.05），但與CK1差異不顯著（P>0.05）;當(dāng)5-ALA濃度為1 mg·L-1（T1）時(shí)，POD活性達(dá)到最大值，與10 mg·L-1處理（T2）差異不顯著（P>0.05），二者分別比CK2顯著提高138.69%和76.64%（P<0.05），但與CK1差異不顯著（P>0.05）;當(dāng)5-ALA濃度為25 mg·L-1（T3）時(shí)，MDA含量達(dá)到最低值，與10 mg·L-1處理（T2）差異不顯著（P>0.05），二者分別比CK2顯著降低56.44%和48.38%（P<0.05），比CK1顯著降低40.36%和29.32%（P<0.05）。綜合說(shuō)明適宜濃度的外源5-ALA能夠提高150 mmol·L-1 NaCl脅迫下花椰菜幼苗SOD和POD活性，減少M(fèi)DA積累。

2.2 不同濃度5-ALA對(duì)鹽脅迫下花椰菜幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由圖1可知，CK2組花椰菜幼苗的可溶性蛋白含量較CK1稍有提高（6.78%），但二者差異不顯著（P>0.05）;T1～T5處理組可溶性蛋白含量較CK2均有不同程度的提高，其中當(dāng)5-ALA濃度為50 mg·L-1（T4）時(shí)，可溶性蛋白含量達(dá)到最大值，與10 mg·L-1（T2）和1 mg·L-1（T1）處理差異不顯著（P>0.05），三者分別比CK2顯著提高了41.33%，32.82%和25.85%（P<0.05），分別比CK1顯著提高了50.91%，41.83%和34.39%（P<0.05）。

由圖2可知，CK2組花椰菜幼苗的可溶性糖含量較CK1稍有降低（18.74%），但二者差異不顯著（P>0.05）;150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，隨著5-ALA濃度的提高，花椰菜幼苗可溶性糖含量呈先升后降的趨勢(shì)，當(dāng)5-ALA濃度為25 mg·L-1（T3）時(shí)，可溶性糖含量達(dá)到峰值，比CK2顯著提高58.69%（P<0.05），比CK1顯著提高29.14%（P<0.05），當(dāng)5-ALA濃度增至100 mg·L-1（T5）時(shí)，可溶性糖含量低于CK2，差異不顯著（P>0.05），但比CK1顯著降低26.72%。綜合說(shuō)明適宜濃度的外源5-ALA能夠提高150 mmol·L-1 NaCl脅迫下花椰菜幼苗可溶性蛋白和可溶性糖含量，而高濃度5-ALA不利于可溶性糖含量的積累。

2.3 隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)

利用隸屬函數(shù)綜合分析了150 mmol·L-1 NaCl脅迫下對(duì)照和不同處理組的耐鹽性，結(jié)果見(jiàn)表 2。SOD 活性、POD 活性、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量與植物耐鹽性呈正相關(guān)，隸屬函數(shù)按R（Xi）正計(jì)算;丙二醛含量與植物耐鹽性呈負(fù)相關(guān)，按R（Xi）反計(jì)算。綜合各生理指標(biāo)分析，在150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，不同濃度的外源5-ALA處理中10 mg·L-1 5-ALA處理（T2）對(duì)緩解花椰菜幼苗鹽害的效果最佳。

3 結(jié)論與討論

5-ALA具有調(diào)節(jié)葉綠素的合成、提高光合效率、提高抗氧化酶酶活性、保護(hù)細(xì)胞膜穩(wěn)定性、促進(jìn)植物組織分化等多種生理功能，參與植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)節(jié)過(guò)程，是具有類似植物激素的生理活性調(diào)節(jié)物質(zhì)[16-17]。據(jù)報(bào)道，外源5-ALA處理可使鹽脅迫下菘藍(lán)幼苗[18]、小型西瓜幼苗[19]、半夏幼苗[20]、西葫蘆[21]、葡萄[22]、棗樹(shù)[23]等抗氧化酶酶活性提高;使鹽脅迫下美國(guó)山核桃幼苗[24]、酸棗種子及幼苗[25]、決明子幼苗[26]等丙二醛含量降低。本研究結(jié)果顯示，150 mmol·L-1NaCl脅迫下，施用5-ALA能提高花椰菜幼苗葉片抗氧化酶（SOD、POD）活性，降低MDA含量，與前人研究結(jié)果一致。由此表明，花椰菜抗氧化系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制在5-ALA作用下增強(qiáng)，從而能有效降低細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的損傷程度[27]。但外源5-ALA是作為抗氧化劑直接參與了活性氧的清除，還是作為信號(hào)因子誘導(dǎo)抗氧化酶基因的表達(dá)有待進(jìn)一步研究。

有研究表明，外源5-ALA可使鹽脅迫下黃瓜幼苗[28]、黃連幼苗[29]等可溶性蛋白和可溶性糖含量提高。本研究與前人研究結(jié)果一致，在150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，施用不同濃度外源5-ALA可提升花椰菜幼苗可溶性蛋白含量，其中T1、T2和T4處理組與鹽對(duì)照組（CK2）和空白對(duì)照組（CK1）均達(dá)到了顯著水平（P<0.05）;花椰菜幼苗可溶性糖含量隨著5-ALA濃度的提高呈先升后降的趨勢(shì)，其中T1～T4處理均高于鹽對(duì)照組（CK2），以50 mg·L-1外源5-ALA（T3）處理可溶性糖含量最高，顯著高于鹽對(duì)照組（CK2）和空白對(duì)照組（CK1）（P<0.05）。由此表明，適宜濃度的外源5-ALA處理可使花椰菜的滲透調(diào)節(jié)機(jī)制得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可溶性蛋白和可溶性糖繼續(xù)積累，以保證植物的水分平衡，增強(qiáng)其抵抗鹽脅迫的能力。外源5-ALA處理是否能有效提高鹽脅迫下花椰菜幼苗另一重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)-脯氨酸的含量有待于進(jìn)一步的研究。

綜合而言，在150 mmol·L-1NaCl脅迫下，適宜濃度5-ALA能提高鹽脅迫下花椰菜幼苗抗氧化酶活性、可溶性蛋白和可溶性糖含量，并顯著降低花椰菜幼苗MDA含量。通過(guò)隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)，施加10 mg·L-1外源5-ALA對(duì)緩解花椰菜幼苗鹽害的效果最佳。

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