外源5-氨基乙酰丙酸對(duì)澇漬脅迫下小麥幼苗生長(zhǎng)的影響

摘要 ［目的］探究5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）浸種對(duì)澇漬脅迫下小麥幼苗生長(zhǎng)的影響。［方法］以紅地95小麥品種為試驗(yàn)材料，利用不同質(zhì)量濃度梯度的5-ALA對(duì)小麥進(jìn)行浸種處理，采用“浸漬池”法模擬澇漬脅迫，測(cè)量小麥苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)及鮮重，評(píng)價(jià)外源5-ALA在澇漬脅迫下對(duì)于小麥幼苗生長(zhǎng)形態(tài)的影響；同時(shí)測(cè)定葉綠素（Chl）、可溶性糖（SS）以及丙二醛（MDA）等相關(guān)物質(zhì)含量，研究其在澇漬脅迫下對(duì)于小麥幼苗生理代謝的影響。［結(jié)果］隨著外源5-ALA質(zhì)量濃度增大，小麥的生長(zhǎng)活力先升高后下降。適宜濃度的5-ALA浸種使小麥在澇漬脅迫下苗長(zhǎng)、葉綠素及可溶性糖的含量較CK組升高，降低了小麥組織中丙二醛含量，提高了小麥的抗?jié)承裕欢邼舛?-ALA則對(duì)小麥生長(zhǎng)起抑制作用。［結(jié)論］最佳處理質(zhì)量濃度為50、80、100 mg/L處理下對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)起抑制作用。

關(guān)鍵詞 5-氨基乙酰丙酸；澇漬脅迫；小麥；抗?jié)承?/p>

中圖分類(lèi)號(hào) S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）19-0030-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.19.006

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effect of Exogenous 5-ALA on Growth of Wheat Seedling Under Waterlogging Stress

GE Cai-cai，Lü Xiang-hua，SHEN Ming-yue et al

（Qingdao Academy of Agricultural Sciences，Qingdao，Shandong 266100）

Abstract ［Objective］To investigate the effects of 5-aminolevulinic acid （5-ALA） soaking on the growth of wheat seedling under waterlogging stress.［Method］Hongdi 95 was used as experimental material and 5-ALA with different concentration gradients was used to soak wheat seeds.The soaking pond method was used to simulate waterlogging stress，and the effects of exogenous 5-ALA on the growth morphology of wheat seedlings under waterlogging stress were evaluated by measuring the length and fresh weight of seedlings and roots.The contents of chlorophyll （Chl），soluble sugar （SS） and malondialdehyde （MDA） on wheat seedlings under waterlogging stress were measured.［Result］With the increasing of exogenous 5-ALA concentration，the growth vigor of wheat seedling firstly increased and then decreased.Seed soaking with 5-ALA at suitable concentration accelerated seedling growth，increased chlorophyll and soluble sugar，decreased MDA in wheat tissues and improved waterlogging resistance of wheat.But 5-ALA in high concentration inhibited wheat growth.［Conclusion］The growth of wheat seedling was inhibited by the concentrations of 50，80 and 100 mg/L 5-ALA.

Key words 5-aminolevulinic acid;Waterlogging stress;Wheat;Waterlogging resistance

基金項(xiàng)目 青島市科技惠民示范引導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)（22-3-7-xdny-4-nsh）。

作者簡(jiǎn)介 葛猜猜（1997—），女，山東臨沂人，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)。*通信作者，高級(jí)農(nóng)藝師，碩士，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)研究及示范推廣。

收稿日期 2023-09-18

由于地表水滯留或地下水浸漬侵害，土壤實(shí)際含水量超過(guò)田間正常持水量，引起土壤理化性質(zhì)惡化、作物生長(zhǎng)受到抑制甚至減產(chǎn)的現(xiàn)象稱(chēng)為澇漬災(zāi)害。澇漬脅迫使土壤氣相部分減少，致使作物地下部缺氧，間接影響地上部生理代謝活力， 降低作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。近年來(lái)，我國(guó)澇漬災(zāi)害頻發(fā)，尤其是在黃淮平原、長(zhǎng)江中下游等地區(qū)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失^［1］。研究表明，5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）是葉綠素、鈷胺素等物質(zhì)的前體，在適宜濃度下可提高植物組織內(nèi)抗氧化酶活力（如GR、SOD、CAT、POD等），清除植物組織內(nèi)的活性氧自由基（ROS），增強(qiáng)作物對(duì)于逆境條件的適應(yīng)性^［2］。鑒于此，筆者通過(guò)“浸漬池”法進(jìn)行對(duì)小麥澇漬脅迫的模擬^［3］，將小麥種子在0、10、30、50、80、100 mg/L 6個(gè)質(zhì)量濃度梯度的5-ALA中進(jìn)行浸種處理，研究外源5-ALA浸種對(duì)小麥抵御澇漬脅迫的作用效果，為降低逆境傷害、增加作物產(chǎn)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)日期及地點(diǎn)

試驗(yàn)于2022年3月17日在青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)期間室內(nèi)平均溫度為18.2 ℃，平均相對(duì)濕度為62.3%。

1.2 試驗(yàn)材料及儀器

小麥品種為紅地95，其母本為周麥16，父本為淮麥18。所用種子純度≥99.0%，發(fā)芽率≥85%，水分含量≤13%。 5-ALA為煙臺(tái)深海生物有限公司所提供的質(zhì)量濃度為15 g/L的母液。試驗(yàn)所用722s可見(jiàn)分光光度計(jì)以及752Pro紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)均由上海棱光技術(shù)有限公司制造。

1.3 試驗(yàn)方法

供試母液按照0、10 、30 、50 、80 、100 mg/L 6個(gè)質(zhì)量濃度梯度配置250 mL 的5-ALA溶液，低溫避光保存。篩選正常飽滿(mǎn)的小麥種子360粒，按照6個(gè)質(zhì)量濃度梯度分為6組，每組20粒小麥種子；各質(zhì)量濃度梯度設(shè)立3組平行對(duì)照試驗(yàn)，共18組。將18組種子分別浸入盛有各質(zhì)量濃度梯度的5-ALA溶液中，黑暗處浸種24 h。取出后轉(zhuǎn)移至具有雙層濾紙的育苗紙床，在光照恒溫培養(yǎng)箱中（20 ℃）進(jìn)行正常培養(yǎng)。待胚根長(zhǎng)至2～5 mm時(shí)轉(zhuǎn)移至浸漬池中，保證水面完全沒(méi)過(guò)種子表面，模擬澇漬脅迫。72 h后轉(zhuǎn)入正常培養(yǎng)，10 d后測(cè)量各組小麥幼苗的根、苗長(zhǎng)度和鮮重以及各項(xiàng)生理指標(biāo)（葉綠素、可溶性糖、丙二醛含量）。

其中，根、苗長(zhǎng)度分別從各組20株幼苗中隨機(jī)選取10株進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算平均根、苗長(zhǎng)度；由于小麥幼苗質(zhì)量較輕，所以鮮重指標(biāo)以每10株幼苗的質(zhì)量總和進(jìn)行表示。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

葉綠素定量測(cè)定采用張曉宏等^［4］研究番茄光合色素變化的分光光度法；可溶性糖定量測(cè)定采用柏明娥等^［5］對(duì)于干旱脅迫下胡枝子生理響應(yīng)研究的TBA顯色法；丙二醛定量測(cè)定采用劉冰等^［6］對(duì)于玉米抗?jié)承匝芯恐兴褂玫牧虼捅韧姿犸@色法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理；采用IBM SPSS Statistics 25軟件進(jìn)行方差分析；采用最小顯著極差法（LSR）檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長(zhǎng)形態(tài)比較

由表1可知，澇漬脅迫下當(dāng)外源5-ALA質(zhì)量濃度為0～10 mg/L時(shí)，小麥平均苗長(zhǎng)隨5-ALA濃度升高而出現(xiàn)上升趨勢(shì)；當(dāng)質(zhì)量濃度為50～100 mg/L區(qū)間時(shí)，小麥平均苗長(zhǎng)隨5-ALA濃度升高而下降。在50 mg/L時(shí)，小麥平均苗長(zhǎng)最高，為（15.56±0.21）cm，較CK（0 mg/L）苗長(zhǎng)提高2.64%。在100 mg/L時(shí)，小麥平均苗長(zhǎng)最短，為（12.00±0.15）cm，較CK組苗長(zhǎng)減少了20.84%。從10株苗鮮重來(lái)看，在5-ALA質(zhì)量濃度為0～50 mg/L，各處理間并無(wú)顯著性差異，但當(dāng)質(zhì)量濃度超過(guò)50 mg/L時(shí)，幼苗鮮重顯著降低，80和100 mg/L處理較CK分別下降12.57%和23.93%。小麥幼苗的平均根長(zhǎng)隨外源5-ALA濃度升高而逐漸降低，而10株根鮮重各處理間差異性并不顯著，30和50 mg/L處理根鮮重均高于CK組。實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)，在蒸餾水及低濃度5-ALA中浸種處理的小麥幼苗根系較為細(xì)長(zhǎng)，而高濃度的5-ALA處理后小麥幼苗的根部較短但粗壯。其原因可能為外源5-ALA對(duì)于根部細(xì)胞伸長(zhǎng)有抑制作用，但不抑制細(xì)胞分裂，原理類(lèi)似于ABA，氯化氯代膽堿等化學(xué)物質(zhì)對(duì)于植物的影響^［7-8］。目前，鮮見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)其進(jìn)行描述，其調(diào)節(jié)機(jī)理仍待進(jìn)一步研究。

2.2 葉綠素含量比較

葉綠素（chlorophyll，Chl）在光合作用中起到對(duì)光信號(hào)接收、傳導(dǎo)并轉(zhuǎn)換的作用，其含量反映了光合能力的強(qiáng)弱。研究表明植物在逆境條件下，葉綠素含量與植物生長(zhǎng)活力呈正相關(guān)關(guān)系^［9］。由表2可知，隨著外源5-ALA質(zhì)量濃度升高，小麥葉片中類(lèi)胡蘿卜素含量各處理間并無(wú)顯著性差異，而葉綠素含量變化趨勢(shì)為先上升后下降，葉綠素a含量變化較葉綠素b的變化更為明顯。在50 mg/L 5-ALA處理的葉綠素含量達(dá)到最高，為（1.25±0.04）mg/L，較CK（1.05±0.07 mg/L）提高了19.05%。80和100 mg/L處理的葉片葉綠素含量分別為（1.00±0.09）和（0.93±0.09）mg/L，分別較CK減少了4.76%和11.43%。這說(shuō)明外源5-ALA可能對(duì)于小麥幼苗抗逆能力具有兩重性，即澇漬脅迫下低濃度增加小麥抗逆性，高濃度則調(diào)節(jié)回到正常水平或?qū)χ仓晟L(zhǎng)有負(fù)作用，這與孟長(zhǎng)君等^［10-11］的試驗(yàn)結(jié)果一致。

2.3 可溶性糖含量比較

郭相平等^［12］的研究顯示，澇漬脅迫下作物組織可溶性糖（soluble sugar，SS）含量升高，提高作物組織適應(yīng)環(huán)境能力。所以在一定范圍內(nèi)，可溶性糖的含量與植物抗逆性強(qiáng)弱呈正相關(guān)關(guān)系。澇漬脅迫下不同質(zhì)量濃度5-ALA浸種對(duì)于小麥幼苗葉片中可溶性糖的含量影響見(jiàn)圖1。由圖1可知，0～30 mg/L處理葉片中可溶性糖的含量隨著處理濃度增加而有所增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度較小，30 mg/L 5-ALA處理的葉片可溶性糖的含量為（54.381±0.937）μmol/g，較CK組［（52.168±1.738）μmol/g］增長(zhǎng)了4.24%。當(dāng)外源5-ALA濃度處于30～50 mg/L時(shí)，葉片可溶性含量增長(zhǎng)速率明顯加快，50 mg/L 5-ALA浸種處理的小麥幼苗葉片可溶性糖含量達(dá)到最高，為（61.337±3.790）μmol/g，較CK提高了17.58%。當(dāng)5-ALA質(zhì)量濃度大于50 mg/L時(shí)，葉片中可溶糖含量大幅下降，均低于CK，這與張春平等^［13］的結(jié)果基本一致。

2.4 丙二醛含量比較

植物受到外界環(huán)境脅迫，膜脂會(huì)產(chǎn)生過(guò)氧化現(xiàn)象。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是膜脂過(guò)氧化分解終產(chǎn)物，其含量可反映植物遭受逆境傷害的程度，因此可以通過(guò)丙二醛含量判定植物的抗逆性強(qiáng)弱^［14］。各梯度處理的小麥幼苗組織中丙二醛含量見(jiàn)圖2。由圖2可知，丙二醛含量總體呈先下降后升高的趨勢(shì)，其中在外源5-ALA濃度小于50 mg/L時(shí)，小麥組織中丙二醛含量均低于CK［（8.244±0.189）nmol/g］，這說(shuō)明低濃度5-ALA浸種可減少小麥幼苗在澇漬脅迫下生物膜結(jié)構(gòu)與功能損害程度。當(dāng)濃度為50 mg/L時(shí)，小麥組織中丙二醛含量最低，為（6.297±0.469）nmol/g，較CK減少了23.62%。當(dāng)5-ALA濃度大于50 mg/L時(shí)，小麥組織中丙二醛含量逐漸升高。80和100 mg/L 5-ALA處理的小麥幼苗丙二醛含量均高于CK。這說(shuō)明高濃度的5-ALA對(duì)于植物來(lái)說(shuō)本身可成為一種逆境條件，抑制植物生長(zhǎng)，導(dǎo)致膜脂發(fā)生過(guò)氧化，影響生物膜功能。

3 討論

土壤液相過(guò)高會(huì)導(dǎo)致小麥根系缺氧，引起生理代謝紊亂，導(dǎo)致株高、根系活力、干物質(zhì)率等生理指標(biāo)明顯下降。而小麥幼苗期是生長(zhǎng)周期中對(duì)外界環(huán)境要求較高的時(shí)期，其抗?jié)承詻Q定了澇漬脅迫下作物產(chǎn)量與品質(zhì)。5-ALA具有促進(jìn)作物生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量的作用，同時(shí)可提高作物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。多位學(xué)者已通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證外源5-ALA有利于提高作物對(duì)干旱、寒冷、鹽脅迫及亞適宜溫光等逆境的抵抗能力^［15-18］。

該試驗(yàn)通過(guò)“浸漬池”法進(jìn)行對(duì)小麥澇漬脅迫的模擬，經(jīng)過(guò)適宜濃度的5-ALA浸種后，小麥幼苗的株高、葉綠素、可溶性糖等指標(biāo)明顯較蒸餾水處理的幼苗有所提高，而丙二醛含量明顯減少，這說(shuō)明外源5-ALA浸種可顯著降低澇漬脅迫對(duì)小麥幼苗的影響。其原因可能為5-ALA是血紅素（Heme）的合成前體，后者為血紅蛋白（HGB）的非蛋白性輔基，適宜濃度下可提高根系的呼吸能力；同時(shí)5-ALA還促進(jìn)葉綠素的合成，顯著提高葉綠素濃度，有利于可溶性糖的累積，間接增強(qiáng)植物適應(yīng)逆境的能力。綜合各項(xiàng)生理指標(biāo)，50 mg/L為該試驗(yàn)的最適濃度值，在該濃度下小麥幼苗抗?jié)承誀钭顬榱己谩５S著濃度超過(guò)最適濃度后，小麥對(duì)于澇漬侵害的緩解作用反而下降，甚至出現(xiàn)抑制生長(zhǎng)現(xiàn)象。其原因可能為5-ALA作為一種α-氨酮，濃度過(guò)高時(shí)在有氧條件下烯醇化生成大量過(guò)氧化氫（HO）、單線態(tài)氧（¹O）、羥基自由基（OH·）以及超氧陰離子自由基（O^-·）等活性氧自由基，加速生物膜磷脂發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)；另一方面5-ALA過(guò)量積累會(huì)誘發(fā)光氧化反應(yīng)，降低生物膜系統(tǒng)的流動(dòng)性，使類(lèi)囊體膜上的光電子傳遞發(fā)生紊亂^［19］，目前已有相關(guān)學(xué)者進(jìn)行對(duì)高濃度5-ALA作為光活化農(nóng)藥除草劑可行性的研究^［20-21］。

4 結(jié)論

（1）在一定濃度范圍內(nèi)，5-ALA質(zhì)量濃度與小麥萌發(fā)期苗長(zhǎng)呈正相關(guān)關(guān)系，與根長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。不同濃度外源5-ALA浸種處理對(duì)于澇漬脅迫下小麥苗、根鮮重變化無(wú)顯著影響。

（2）外源5-ALA對(duì)于澇漬脅迫下小麥幼苗生長(zhǎng)具有兩重性，即低濃度5-ALA促進(jìn)澇漬脅迫下小麥幼苗葉綠素及可溶性糖的含量升高，降低丙二醛含量，提高了小麥的抗?jié)承?；高濃?-ALA降低小麥組織內(nèi)葉綠素及可溶性糖含量，增加丙二醛含量，抑制小麥生長(zhǎng)。

（3）該試驗(yàn)各組處理中，50 mg/L 5-ALA浸種對(duì)于提升小麥抗?jié)承孕Ч蠲黠@。

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