外源5-氨基乙酰丙酸對鹽脅迫下南瓜種子萌發(fā)及耐鹽性的影響

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(1.齊齊哈爾大學(xué) 生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院， 黑龍江 齊齊哈爾 161006； 2.齊齊哈爾市衛(wèi)生監(jiān)督所， 黑龍江 齊齊哈爾 161005)

外源5-氨基乙酰丙酸對鹽脅迫下南瓜種子萌發(fā)及耐鹽性的影響

吳旭紅1，馮晶旻2

(1.齊齊哈爾大學(xué) 生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院， 黑龍江 齊齊哈爾 161006； 2.齊齊哈爾市衛(wèi)生監(jiān)督所， 黑龍江 齊齊哈爾 161005)

為探討外源5-氨基乙酰丙酸(ALA)對NaCl脅迫下南瓜種子萌發(fā)和耐鹽性的影響，以“銀輝2號” 南瓜品種為材料，在不同強度(0，90，180，270 mmol/L)NaCl脅迫下，分別復(fù)合(0，10，25，50 mmol/L)的ALA浸種6 h，人工氣候箱培養(yǎng)5 d，研究ALA對南瓜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及芽苗O2-·產(chǎn)生速率、過氧化產(chǎn)物MDA的積累和超氧物歧化酶(SOD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的影響。結(jié)果表明， 180～270 mmol/L NaCl脅迫，極顯著抑制了南瓜種子的萌發(fā)；10～25 mmol/L ALA浸種，顯著提高了NaCl脅迫下南瓜種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，上調(diào)了SOD 和APX活性，降低了MDA含量；而較高濃度(50 mmol/L)ALA則降低了發(fā)芽率和發(fā)芽勢，對活性氧(ROS)生成的抑制作用和抗氧化能力均下降?？傊?0 mmol/L ALA對90 mmol/L NaCl、25 mmol/L ALA 對180 mmol/L NaCl脅迫具有顯著的促進種子萌發(fā)和緩解鹽害的作用。

南瓜； 5-氨基乙酰丙酸(ALA)； NaCl脅迫；

土壤鹽漬化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生存和發(fā)展面臨的生態(tài)危機之一。全球鹽漬化土壤面積已達3.8×108～9×108hm2，占可耕地面積的10%，我國鹽堿地面積為1.0×107hm2，已成為除干旱以外影響作物生長的第二大限制因素[1]。種子萌發(fā)期是對環(huán)境變化和對逆境信號的感應(yīng)最敏感的時期，同時也是對植物適應(yīng)環(huán)境變化進行生理調(diào)節(jié)的活躍期。因此，通過調(diào)控措施緩解鹽脅迫對種子萌發(fā)的抑制并促進苗期發(fā)育，對改善和減輕鹽脅迫危害具有重要意義。5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，ALA)是生物體內(nèi)卟啉化合物生物合成的關(guān)鍵前體，是植物體內(nèi)天然存在的生理活性物質(zhì)。由于其在植物生長發(fā)育及逆境脅迫過程中，參與了低溫弱光、干旱及鹽堿脅迫下活性氧(ROS)代謝、有機滲透調(diào)節(jié)及光合特性等生理過程的調(diào)控，被認(rèn)為是一種具有多種生理功能的植物生長調(diào)節(jié)劑[2]。趙艷艷等[3]研究發(fā)現(xiàn)，根或葉外施ALA顯著增加了NaCl脅迫下葉片的最大凈光合速率，減輕了光抑制，通過提高NaCl脅迫下番茄葉片的光合能力，提高了番茄幼苗的耐鹽性；Wang等[4]證實，外源ALA明顯促進了鹽脅迫下小白菜種子的萌發(fā),并認(rèn)為這種效應(yīng)與ALA轉(zhuǎn)化為卟啉化合物亞鐵血紅素有關(guān)。ALA的調(diào)節(jié)作用在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用已成為一個研究熱點。南瓜是集蔬菜、油料、飼料兼用作物，種植區(qū)域廣泛，三北地區(qū)大面積的鹽堿分布，抑制了南瓜種子的早發(fā)和壯苗的形成，進而影響南瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。然而，關(guān)于外源ALA對鹽脅迫下南瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響鮮見報道。本試驗黑龍江省西部主栽的“銀輝2號”為試材，研究不同濃度ALA浸種對NaCl脅迫下南瓜種子發(fā)芽和幼苗氧化損傷的影響，探討ALA提高南瓜抗鹽堿脅迫的作用機理及濃度效應(yīng)，為ALA的高效合理應(yīng)用及提高南瓜耐鹽性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試南瓜品種為“銀輝2號”Cucurbitamoschata(Duch.) Yinhui 2，由齊齊哈爾市種子經(jīng)銷處提供。

1.2 試驗設(shè)計

根據(jù)預(yù)試驗結(jié)果，將脅迫所用的 NaCl濃度設(shè)為0，90，180，270 mmol/L(對照、輕度、中度、重度脅迫)，分別復(fù)合濃度為0，10，25，50 mmol/L的ALA浸種。試驗共設(shè)置10個處理，分別以(N0A0、N0A10、N0A25、N0A50、N90A10、N90A25、N90A50，N180A10、N180A25、N180A50……N270A50)表示，以蒸餾水浸種催芽為對照。選取籽粒飽滿、大小一致的南瓜種子，用0.1%的KMnO4消毒蒸餾水沖洗干凈，在室溫下用相應(yīng)處理液浸種6 h后，置于鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)(25粒/皿)，于人工氣候培養(yǎng)箱中(25 ℃±1 ℃，13 h/11 h晝/夜循環(huán))發(fā)芽，每個處理3次重復(fù)。每天08：30定量補充蒸餾水和相應(yīng)的處理液，處理液以覆蓋皿底并潤透濾紙為宜，保證水分與ALA濃度恒定。以胚根長2～3 mm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每天記載發(fā)芽種子數(shù)，第5天進行相關(guān)指標(biāo)測定。

圖1 ALA對NaCl脅迫下南瓜種子發(fā)芽率(GR)和發(fā)芽勢(GE)的影響

1.3 測定項目及方法

1.3.1 種子發(fā)芽參數(shù)的測定

發(fā)芽率(%)=第5天發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽勢(%)=第3天發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

1.3.2 生理生化指標(biāo)的測定

采用張志良[5]等的羥胺法測定O2-·的產(chǎn)生速率、硫代巴比妥酸(TBAD)比色法測定MDA含量、氯化硝基四氮唑藍(lán)(NBT)法測定超氧物歧化酶(SOD)活性，采用鄒琦[6]等的抗壞血酸氧化法測定抗壞血酸過氧化物酶(APX)活力。3次重復(fù)，取3次測定的平均值。

1.4 統(tǒng)計分析

實驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2003進行繪圖，用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件進行統(tǒng)計分析，Duncan新復(fù)極差法進行多重比較(plt;0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度ALA浸種對NaCl脅迫下南瓜種子萌發(fā)的影響

由圖1可見，不同劑量的鹽脅迫對南瓜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響不同，90 mmol/L的NaCl并未影響南瓜種子發(fā)芽率，但降低了發(fā)芽勢。隨鹽濃度加大，180～270 mmol/L 的脅迫處理，發(fā)芽率已降至對照的60.07%和42.06%，發(fā)芽勢分別下降了52.14%、54.97%(plt;0.05)，說明鹽脅迫顯著抑制了南瓜種子的萌發(fā)。在非鹽脅迫下，10～25 mmol/L的ALA 浸種處理提高了南瓜種子的發(fā)芽率，分別較蒸餾水浸種提高了3.36%和5.37%，50 mmol/L的ALA 降低了種子的發(fā)芽率，較對照下降了3.59%，但都未達到差異顯著水平(plt;0.05)；發(fā)芽勢則分別提高了16.84%、8.58%。較低濃度和中度NaCl脅迫(90～180 mmol/L)，南瓜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢都呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢，但峰值都分別出現(xiàn)在N90A10和N180A25處理，分別提高了8.45%、21.91%；6.87%、56.05%。重度鹽脅迫(270 mmol/L)，10～25 mmol/L的ALA 浸種處理發(fā)芽率提高了19.80%、22.08%；發(fā)芽勢則與對照持平，當(dāng)ALA達到50 mmol/L時，N270A50的發(fā)芽率已降至對照水平，發(fā)芽勢已較對照下降了28.07%。說明適宜濃度ALA可有效緩解鹽脅迫對南瓜種子萌發(fā)造成的傷害,但過高濃度ALA反而抑制了種子萌發(fā),加重了鹽害。

2.2 不同濃度ALA浸種對NaCl脅迫下南瓜芽苗O2-·產(chǎn)生速率和MDA含量的影響

在正常生長條件下，植物體內(nèi)ROS產(chǎn)生和清除處于動態(tài)平衡，不會引起植物傷害的發(fā)生。圖2可見，對照組芽苗O2-·和MDA含量無明顯變化，但經(jīng) NaCl脅迫后，隨脅強加大兩者均呈升高趨勢。中度和重度NaCl脅迫，O2-·生成速率分別達到對照的2.57倍、3.43倍；MDA含量則分別上升了166.67%和231.03%(plt;0.05)。由于O2-·是O2的單電子還原產(chǎn)物，較基態(tài)氧具更高的反應(yīng)活性和氧化能力。外源ALA處理后，不同程度抑制了兩者的上升態(tài)勢。N90A10和N180A25O2-·生成速率分別達到處理后的最低和次低水平，分別較對照降低了27.09%和40.61%(plt;0.05)；重度鹽脅迫下，N270A10的O2-·生成速率比對照僅下降了6.41%，差異不顯著。25～50 mmol/L的ALA處理，O2-·生成速率分別為對照的84.01%和81.10%，說明此劑量對O2-·生成仍有抑制作用，但抑制作用已大幅減弱。MDA含量經(jīng) ALA 處理后均顯著減少，N90A25比鹽脅迫下降了19.50%，中度鹽脅迫下10～25 mmol/L的ALA處理，芽苗MDA含量分別下降了45.26%、54.74%(plt;0.05)，尤其是N180A25在所有處理中降低幅度最大，有效減緩了過氧化產(chǎn)物MDA的積累。

圖2 外源ALA對NaCl脅迫下南瓜芽苗O2-·生成速率(a)和MDA含量(b)的影響

圖3 外源ALA對NaCl脅迫下南瓜芽苗SOD(a)、APX(b)活性的影響

2.3 不同濃度ALA浸種對NaCl脅迫下南瓜芽苗SOD、APX活性的影響

不同濃度ALA處理南瓜芽苗內(nèi)SOD和APX活性變化趨勢如圖3所示。非鹽脅迫條件下，對照組芽苗SOD和APX均處于活性較低水平，10 mmol/L的ALA處理，并未對2種抗氧化酶活力產(chǎn)生影響，但隨處理濃度加大至25～50 mmol/L時，SOD和APX活性分別上調(diào)了21.46%、28.91%；31.17%、17.88%。鹽脅迫導(dǎo)致SOD和APX活性都呈上升趨勢，并且與對照形成顯著差異，不同的是在NaCl濃度為270 mmol/L時，SOD活性已顯著下降但仍高于對照100.33%，而APX活性處于持續(xù)上升狀態(tài)。在經(jīng)過不同濃度的ALA處理，SOD和APX活性出現(xiàn)繼續(xù)走高的趨勢。N90A10和N180A25SOD活性達到處理組合中的次高和最高水平，分別比對照上調(diào)了93.69%、73.94%。高鹽脅迫，10 mmol/L ALA處理的SOD活性已顯著低于對照(-25.38%)，25～50 mmol/L ALA處理的SOD活性也已降至對照之下并呈下降趨勢，說明此劑量的ALA對高鹽脅迫下南瓜芽苗SOD和APX活性的調(diào)控效果已不顯著。APX 活性在N90A10和N180A25及N180A50時，出現(xiàn)了不同劑量處理的最大值和次高值，分別比對照提高了76.05%、72.23%、49.00%，與SOD活性變化趨勢不同的是，除N270A10略低于對照外，其它處理仍維持在對照和高于對照水平。說明外源 ALA 顯著提高了2種抗氧化酶的活性，減輕了對細(xì)胞的氧化傷害程度。

3 結(jié)論與討論

發(fā)芽勢是用來測試種子是否能早發(fā)、快發(fā)及發(fā)芽出苗整齊度的指標(biāo)，同發(fā)芽率一樣都是衡量種子質(zhì)量的重要參數(shù)。NaCl脅迫對植物造成的原初傷害是對細(xì)胞膜的損傷。試驗結(jié)果顯示，外源ALA處理不同程度提高了鹽害下南瓜種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，推測其主要原因為：鹽脅迫的同時都會伴隨著水分脅迫，由于ALA改善了細(xì)胞的水分狀況，維持了細(xì)胞水分平衡，對過氧化的顯著抑制，維持了膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性，離子滲漏降低、呼吸代謝強度下降，因此作為喜鈉耐鹽的南瓜在輕度和中度NaCl脅迫下(90～180 mmol/L)，10～25 mmol/L ALA處理有效提高了種子的萌發(fā)能力。

NaCl脅迫下，O2-·自由基積累，引發(fā)膜脂質(zhì)雙層中的不飽和脂肪酸發(fā)生鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)和脫脂化作用，從而破壞膜結(jié)構(gòu)，MDA的積累是膜氧化損傷的重要標(biāo)志[7]。復(fù)合ALA處理后，尤其是N180A25處理，O2-·的生成速率和膜脂過氧產(chǎn)物MDA同步顯著降低，說明ALA對NaCl脅迫具有顯著的緩解作用。逆境下植物體內(nèi)活性氧在生成的同時首先被 SOD歧化、再由APX等將歧化產(chǎn)物H2O2不斷清除,因此，SOD、APX等酶活性可作為植物的抗逆性指標(biāo)。本試驗N90A10和N180A25處理組合，芽苗持了較高的SOD、APX活性,提高了南瓜芽苗清除ROS的能力，緩解了輕中度NaCl脅迫誘導(dǎo)的O2-·的積累和對膜脂的過氧化傷害，表明外源ALA可以通過調(diào)控抗氧化保護機制降低和緩解鹽脅迫下ROS積累對膜結(jié)構(gòu)和功能的損傷，但外源ALA 是作為抗氧化劑直接參與了ROS的清除，還是誘導(dǎo)抗氧化酶基因的表達而間接降低了過氧化傷害的機制有待于進一步研究。

綜上所述，外源ALA通過上調(diào)NaCl脅迫下南瓜芽苗的抗氧化酶活性，加強了清除活性氧的能力，降低了膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物的積累，維持了膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性，促進了種子萌發(fā)。低鹽脅迫，10 mmol/L ALA效果最好；中度NaCl脅迫，25 mmol/L ALA能顯著提高南瓜種子萌發(fā)能力，降低鹽害。

[1]劉正魯,朱月林,胡春梅,等.氯化鈉脅迫對嫁接茄子生長、抗氧化酶活性和活性氧代謝的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2007,18(3):537-541.

[2]Bindu R C,Vivekanandan M.Hormonal activities of 5-aminolevulinic acid in callus induction and micropropagation[J].Plant Growth Regul,1998,26:15-18.

[3]趙艷艷,燕飛,胡立盼,等.5-氨基乙酰丙酸對NaCl脅迫下番茄幼苗光合特性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2014,25(10):2 919-2 926.

[4]WANG L J,JIANG W B,LIU H,et al.Promotion of 5-aminolevulinic acid(ALA)on germination of pakchoi(Brassica chinensis)seeds under salt stress[J].Inte.Plant Biol,2005,47(9):1 084-1 091.

[5]張志良,瞿偉菁,李小方.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2009:32-33,227-229.

[6]鄒琦,趙世杰,王忠,等.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

[7]張春平,何平,袁鳳剛,等.外源5-氨基乙酰丙酸對干旱脅迫下甘草種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響[J].西北植物學(xué)報,2011,31(8):1 603- 1 610.

Effects of Seed Soaking with Different Concentrations of 5-aminolevulinic Acid on the Germination and Salt Tolerance of Pumpk Seeds Under NaCl Stress

WUXuhong1,FENGJingmin2

2016-06-28

吳旭紅(1962—)，教授，研究方向：生物化學(xué)與植物營養(yǎng)學(xué)。

種子萌發(fā)；抗氧化酶活性； 耐鹽性

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.12.090

S 642.1

A

1001-4705(2016)12-090-04