5-氨基乙酰丙酸對甜櫻桃花器官低溫脅迫傷害的緩解效應(yīng)

田永強，聶國偉，李 凱，張曉萍，戴麗蓉

（山西省農(nóng)業(yè)科學院 果樹研究所，太原 030031）

歐洲甜櫻桃（Prunus avium）隸屬薔薇科李屬櫻桃亞屬［1］，簡稱甜櫻桃，別名大櫻桃。因為甜櫻桃具有成熟期早、酸甜適口［2-3］，營養(yǎng)價值高［4-5］、外觀亮麗［6］、病蟲害少、經(jīng)濟效益好［7］等特點，近年來倍受消費者和廣大果農(nóng)的喜愛［8-9］。但由于甜櫻桃花期較早，常遭受低溫傷害，花期低溫傷害已經(jīng)成為制約中國北方甜櫻桃發(fā)展的關(guān)鍵性障礙因子［10］，因此，探索減輕甜櫻桃花期低溫傷害的途徑迫在眉睫。

5-氨基乙酰丙酸（ALA）是一種新型的植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)［11］，能夠緩解許多非生物脅迫給植物帶來的傷害［12］，如一定濃度的ALA 能夠緩解低溫脅迫對辣椒［13-14］、玉米［15-16］、甜瓜［17］、黃瓜［18］、油菜［19］和茄子［20］的傷害，調(diào)節(jié)鹽脅迫對番茄［21］、椰棗［22］、菘藍［23］和黃連［24］生理特征的影響，促進低溫與弱光下西瓜［25］和黃瓜［26］的光合作用，提高干旱脅迫下小麥的光合作用和D1 蛋白含量［27］。但目前關(guān)于外源ALA 參與調(diào)節(jié)甜櫻桃花器官低溫脅迫傷害鮮見報道。

甜櫻桃花器官不耐低溫傷害，花柱和子房是花器官中最易遭受低溫脅迫的部位［28-29］。本試驗以甜 櫻 桃 品 種‘紅 瑪 瑙’（Prunus avium L.‘Hongmanao’）為試材，花柱和子房為試驗部位，用外源ALA 處理甜櫻桃果枝，研究其對低溫脅迫下甜櫻桃花柱和子房有害代謝物質(zhì)［活性氧和丙二醛（MDA）含量］、氧化還原物質(zhì)［還原型抗壞血酸（AsA）和還原型谷胱甘肽（GSH）、氧化型抗壞血酸（DHA）和氧化型谷胱甘肽（GSSG）含量］和AsA-GSH 循環(huán)系統(tǒng)關(guān)鍵酶［抗壞血酸過氧化物酶（APX）、脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）、單脫氫抗壞血酸還原酶（MDHAR）、谷胱甘肽還原酶（GR）、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）和谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）］的影響。旨在通過研究低溫脅迫下ALA 處理對甜櫻桃花柱和子房活性氧的產(chǎn)生、抗氧化劑含量和AsA-GSH 循環(huán)相關(guān)酶活性的影響，揭示低溫脅迫對甜櫻桃花器官的影響，以及ALA 對低溫傷害的緩解機理，并篩選最佳濃度，為探索甜櫻桃花期抗寒新途徑提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試 材‘紅 瑪 瑙’甜 櫻 桃（Prunus avium L.‘Hongmanao’），于2019年3月采自山西省農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所（太谷基地）‘紅瑪瑙’示范園。示范園面積3.5hm2，主栽品種‘紅瑪瑙’甜櫻桃，授粉品種為‘龍冠’‘紅燈’‘紅艷’等，樹齡12a，樹勢健康均一，株行距2.5m×3 m，采用涌泉灌溉。試劑盒與ALA 購自Sigma公司。

1.2 試驗設(shè)計

選取長勢相近的植株，在樹冠中部的東、西、南、北 四 個方位采集甜櫻桃果枝，混合后帶回實驗室，于人工氣候箱中水培，花前將處理液均勻噴施于果枝表面，之后繼續(xù)培養(yǎng)至盛花期。培養(yǎng)條件為：光 照 周 期12 h 光 照／12 h 黑 暗，溫 度（光／暗）25 ℃／15 ℃，光照度2 000lx，空氣濕度55%，每3d換1次水。

試驗設(shè)置6 個處理，分別為CKT：常溫（18 ℃）+蒸餾水；T1：低溫脅迫（-2 ℃）+ 蒸餾水；T2：低溫脅迫（-2 ℃）+25mg·L-1ALA；T3：低溫脅迫（-2 ℃）+50mg·L-1ALA；T4：低溫脅迫（-2℃）+75mg·L-1ALA；T5：低溫脅迫（-2 ℃）+100 mg·L-1ALA。將盛花期果枝在常溫（18 ℃）或低溫脅迫（-2 ℃）下處理2h，后于光照培養(yǎng)箱中恢復2h 后立即摘取花柱和子房部位，用于生理指標的測定。

1.3 測定項目及方法

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并用Microsoft Excel 2007作圖，結(jié)果均為3次重復試驗的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 ALA 對低溫脅迫下甜櫻桃花器官有害代謝物質(zhì)含量的影響

植物在低溫等逆境下，活性氮（ROS）產(chǎn)生與清除機 制 被 打 破，、H2O2和MDA 等 大 量 積累，造成細胞膜脂過氧化反應(yīng)，生理代謝紊亂，及時清除過量積累的活性氧，才能緩解逆境下氧化脅迫對細胞造成的傷害。由圖1可知，低溫處理后甜櫻桃花器官、H2O2和MDA 含量顯著升高，而外施ALA 能夠使、H2O2和MDA 含量降低。ALA 為25～100mg·L-1，隨著處理質(zhì)量濃度升高，和H2O2的含量均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。表明低溫脅迫能夠促進甜櫻桃花柱和子房中有害代謝物質(zhì)、H2O2和MDA 的產(chǎn)生，過量有害物質(zhì)的產(chǎn)生必然會對甜櫻桃花器官的細胞結(jié)構(gòu)造成傷害，而外施ALA 能夠通過抑制、H2O2和MDA 等有害物質(zhì)的產(chǎn)生緩解因低溫脅迫造成的傷害。其中的含量以75 mg·L-1ALA 處理效果最好，比單獨低溫處理降低39.22%；H2O2和 MDA 的 含 量 以50 mg·L-1ALA 處理效果最好，分別比單獨低溫處理降低47.38%和44.77%。

2.2 ALA 對低溫脅迫下甜櫻桃花器官氧化還原物質(zhì)含量的影響

AsA 和GSH 是AsA-GSH 循環(huán)系統(tǒng)中重要的抗氧化物質(zhì)，既可直接還原活性氧自由基，又可作為酶的底物在活性氧的清除過程中起重要作用。由圖2 可知，低溫處理后甜櫻桃花器官AsA、GSH 含量降低、DHA、GSSG 含量升高，噴施25～100mg·L-1ALA 后AsA、GSH 含量升高、DHA、GSSG 含量降低。表明外施ALA 導致AsA／DHA、GSH／GSSG 的比值提高，保證AsAGSH 循環(huán)代謝能夠正常運轉(zhuǎn)，提高了植株清除活性氧的能力，緩解了因低溫脅迫而造成的氧化傷害，提高了甜櫻桃花柱和子房的耐寒性。ALA 為50mg·L-1時，AsA／DHA、GSH／GSSG 比值最高，50mg·L-1ALA 處理最能緩解因低溫脅迫而造成的氧化傷害。

圖1 不同處理下甜櫻桃花柱和子房O-·2 、H2O2 和MDA含量Fig.1 ，H2O2and MDA contents in style and ovary of sweet cherry under different treatments

2.3 ALA對低溫脅迫下甜櫻桃花器官AsA-GSH循環(huán)系統(tǒng)關(guān)鍵酶活性的影響

由圖3 可知，低溫脅迫下甜櫻桃花器官APX、DHAR、MDHAR、GR、GST 和GPX 活 性均明 顯 高 于CKT，外 施 ALA 在25 ～100 mg·L-1，隨著ALA 處理質(zhì)量濃度升高，APX、DHAR、MDHAR、GR、GST 和GPX 活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，其中APX、DHAR 和GPX活性在ALA 為50 mg·L-1時達到最高，MDHAR、GR 和GST 活 性 在ALA 質(zhì) 量 濃 度 為75mg·L-1時達到最高。表明外施一定質(zhì)量濃度的ALA 能夠提高甜櫻桃花器官APX、DHAR、MDHAR、GR、GST 和GPX 關(guān)鍵酶的活性，有利于AsA-GSH 循環(huán)的有效運轉(zhuǎn)，但過高質(zhì)量濃度的ALA 會抑制相關(guān)酶的活性。

圖3 不同處理下甜櫻桃花柱和子房APX、DHAR、MDHAR、GR、GST和GPX活性Fig.3 APX，DHAR，MDHAR，GR，GST and GPX activities in style and ovary of sweet cherry under different treatments

3 討 論

5-氨基乙酰丙酸是重要的化合物，是生命活動中普遍存在的天然非蛋白氨基酸。研究表明，ALA 與植物的光合作用有關(guān)，高濃度下可作為具有多種生理功能的天然除草劑，低濃度下可提高多種作物抗逆能力，還可調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，被認為是新型植物生長調(diào)節(jié)劑［37］。但目前關(guān)于外源ALA 參與調(diào)節(jié)甜櫻桃花器官低溫脅迫傷害仍鮮見報道。本試驗以甜櫻桃品種‘紅瑪瑙’為試材，花柱和子房為試驗部位，系統(tǒng)研究ALA 對甜櫻桃花器官低溫脅迫傷害的緩解效應(yīng)。

植物體內(nèi)活性氧系統(tǒng)是一個動態(tài)過程，正常情況活性氧的產(chǎn)生與清除處于平衡狀態(tài)，不會對植物生理造成影響［38］。低溫等逆境脅迫下會發(fā)生 過 氧 化 反 應(yīng)，、H2O2和MDA 含 量 大 大 增加，造成細胞膜脂過氧化反應(yīng)，對生物膜結(jié)構(gòu)的完整性造成破壞，及時清除過量積累的活性氧，才能緩解逆境下氧化脅迫對細胞造成的傷害。本試驗中，甜櫻桃花器官受低溫脅迫后、H2O2和MDA 含 量 顯 著 增 加，而 外 施ALA 使、H2O2和MDA 含量降低，表明ALA 具有清除活性氧、保護膜結(jié)構(gòu)的作用，這與前人研究結(jié)果相似［7］。

AsA 和 GSH 含 量 以 及 AsA／DHA、GSH／GSSG 的比值是衡量植物抵抗低溫、干旱、鹽脅迫等逆境能力的重要參數(shù)［39］。本研究表明，低溫脅迫下甜櫻桃花器官中AsA 和GSH 含量降低而DHA 和GSSG 含量增加，可能是由于AsA 和GSH 參與活性氧的清除過程而被氧化為DHA 和GSSG，使AsA／DHA 和GSH／GSSG比值顯著下降。噴施ALA 后AsA 和GSH 的含量顯著升高，DHA 和GSSG 含量降低，從而導致AsA／DHA、GSH／GSSG 的比值提高，緩解了因低溫脅迫而造成的氧化傷害。這與劉濤等［12］研究辣椒在低溫脅迫下葉面噴施ALA 能夠提高AsA-GSH 循環(huán)中抗氧化劑含量的結(jié)果一致。

APX、DHAR、MDHAR、GR、GST、GPX 是在活性氧清除過程中十分重要的抗氧化酶類，與細胞內(nèi)非酶類抗氧化劑協(xié)同清除由脅迫產(chǎn)生的活性氧，緩解因脅迫產(chǎn)生的生理紊亂，提高植物抗性。本試驗結(jié)果表明，一定質(zhì)量濃度的外源ALA處理能增加低溫脅迫下甜櫻桃花器官中APX、DHAR、MDHAR、GR、GST、GPX 的含量，其中以ALA 處理質(zhì)量濃度為50 mg·L-1和75 mg·L-1效果最明顯，過高質(zhì)量濃度的ALA 會抑制抗氧化酶活性。

試驗過程中對試驗材料的觀察也進一步支持了上述結(jié)果。單獨低溫處理甜櫻桃花柱和子房均失水、萎蔫，甚至變褐；外施ALA 處理與單獨低溫處理相比，花器官失水和變褐均有不同程度的減輕，ALA 質(zhì)量濃度為50 mg·L-1和75 mg·L-1的處理柱頭輕微萎蔫未變褐，部分子房輕微萎蔫，所有子房均未變褐，凍害程度明顯較單獨低溫處理和其他ALA 質(zhì)量濃度處理輕。試驗明確低溫脅迫對甜櫻桃花器官、H2O2、MDA、AsA、GSH、DHA 和GSSG 含 量、AsAGSH 循環(huán)關(guān)鍵酶APX、DHAR、MDHAR、GR、GST 和GPX 活性的影響，以及外源ALA 對低溫脅迫的緩解效果，但關(guān)于ALA 對低溫脅迫的緩解機制尚不明確，其效果是直接作用，還是與其他分子互作或者間接作用的結(jié)果，還有待于進一步研究。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明噴施適量外源ALA 可有效降低低溫脅迫下甜櫻桃花器官、H2O2的 積累，提高抗氧化劑AsA 和GSH 含量，降低DHA和GSSG 含量，使AsA／DHA、GSH／GSSG 的比值提高，增加APX、DHAR、MDHAR、GR、GST和GPX 的活性，減輕低溫對甜櫻桃花器官的氧化傷害，以ALA 為50 mg·L-1時處理效果最明顯。