外源MeJA對蕪菁幼苗生長及抗氧化酶活性的影響

賈 凱，閆會轉(zhuǎn)，高 杰

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】蕪菁(Brassicarapasubsp.rapa)又稱蔓菁、圓菜頭、圓根、盤菜，是十字花科蕓薹屬2年生草本蔬菜，原產(chǎn)于地中海北岸，在世界各地廣泛栽培，全世界年產(chǎn)量約為3 000×104t[1]。目前蕪菁在我國新疆、西藏、浙江和東北地區(qū)有少量栽培[2]。蕪菁在新疆的種植區(qū)域主要分布于南疆地區(qū)，其中柯坪縣是全疆蕪菁的主要產(chǎn)區(qū)[3]。雖然新疆蕪菁和內(nèi)地蕪菁同屬一種，但在形態(tài)特征、生長環(huán)境和風(fēng)味口感上都有很大區(qū)別[4]。其主要食用器官為肉質(zhì)根。蕪菁葉片還是一種重要的飼料，種子(蕪菁籽)可以用來榨油、入藥[5]。新疆地區(qū)所處的地理環(huán)境較為干旱，土壤鹽堿度大，而且蕪菁的栽培季節(jié)主要在秋冬季，在生產(chǎn)中常會出現(xiàn)蕪菁幼苗受到干旱脅迫、鹽堿脅迫以及冷害，造成蕪菁減產(chǎn)[6]。茉莉酸(JAs)是植物發(fā)育過程和防御反應(yīng)過程中的重要信號分子[7]。有研究表明植物在受到脅迫時，從細(xì)胞質(zhì)中合成的具有生物學(xué)活性的茉莉酸，以JA-Ile為主，被轉(zhuǎn)運到植物組織的不同部位參與調(diào)節(jié)作用[8]?！厩叭搜芯窟M展】研究結(jié)果表明，茉莉酸(酯)類物質(zhì)是與抗性密切相關(guān)的植物生長物質(zhì)，它作為內(nèi)源信號分子參與植物在機械傷害、病蟲害、干旱、鹽脅迫、低溫等條件下的抗逆反應(yīng)[9, 10]。當(dāng)植物受到傷害時，植物體內(nèi)茉莉酸及其衍生物的含量顯著增加，進而誘導(dǎo)一系列與抗逆有關(guān)的基因表達，如蛋白酶抑制劑、苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(PAL)等。【本研究切入點】茉莉酸作為一種基本的植物激素，能夠調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的很多方面，如氣孔運動[11, 12]、根系發(fā)育[13, 14]、葉綠體發(fā)生[15]和光合作用[13, 16]等過程，從而使植物增強應(yīng)對不良環(huán)境的能力。研究外源MeJA對蕪菁幼苗生長及抗氧化酶活性的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】添加不同濃度的外源茉莉酸甲酯(MeJA)，測定蕪菁幼苗形態(tài)指標(biāo)以及抗氧化酶活性的影響，為蕪菁抗逆機理研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗用蕪菁品種為卡瑪古(新疆天地禾種業(yè)種業(yè)有限公司)和溫州盤菜(浙江甌江種業(yè)有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

挑選籽粒飽滿大小一致的蕪菁種子，用2%次氯酸鈉(NaOCl)溶液消毒15 min，無菌蒸餾水沖洗4次，每次5 min，之后將種子播種到底部墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，并將培養(yǎng)皿放置在溫度為25℃的培養(yǎng)箱中萌發(fā)。將露白的蕪菁種子轉(zhuǎn)接至含有不同濃度MeJA(0、0.5、1、2.5、5 μmol/L)的1/2 MS固體培養(yǎng)基中，在接種后第7 d時收集葉片，測定生理指標(biāo)。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 蕪菁幼苗芽長、根長

每個處理隨機選取10株長勢健壯的蕪菁幼苗，使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測定其芽長、根長以及植株總長，精度為0.01 mm。

1.2.2.2 蕪菁幼苗植株鮮重、干重

每個處理隨機選取10株長勢健壯的蕪菁幼苗，使用電子天平測量其鮮重。將蕪菁幼苗經(jīng)105℃殺青30 min后，再放入80℃烘箱中12 h，測量其干重，精度為0.001 g。

1.2.2.3 蕪菁幼苗葉片中抗氧化酶活性

參照石連旋[17]等的方法，并做了部分改進。采集新鮮的蕪菁幼苗葉片0.5 g，在預(yù)冷的研缽中加入5 mL 0.05 mol/L pH 7.0的磷酸緩沖液冰浴研磨，并最終定容至10 mL。將提取液于5 000 r/min冷凍離心20 min，上清液即為粗酶液，采用分光光度計法測定蕪菁幼苗葉片中的超氧化物歧化酶活性(SOD)，愈瘡木酚法測定過氧化物酶活性(POD)，紫外吸收法測定過氧化氫酶活性(CAT)，紫外分光光度法測定抗壞血酸-過氧化物酶(APX)活性。

1.2.2.4 蕪菁幼苗葉片

丙二醛含量(MDA)、過氧化氫含量(H2O2)、超氧陰離子自由基含量(O2·-)

參照李合生[18]的方法，采用硫代巴比妥酸比色法測定MDA含量，分光光度計法測定H2O2含量與O2·-含量。

1.2.2.5 蕪菁幼苗葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

參考李合生[18]的方法，并做了部分改進。采用蒽酮法測定可溶性糖含量，考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白質(zhì)含量，磺基水楊酸法測定脯氨酸含量。

1.2.2.6 蕪菁幼苗葉片葉綠素

參照李合生[18]的方法，采用乙醇提取法測定蕪菁幼苗葉片中的葉綠素含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0軟件進行方差分析，采用LSD(最小顯著性差異)進行差異檢驗(α=0.05)，采用Graphpad Prism8.0軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源MeJA對蕪菁幼苗生長指標(biāo)的影響

研究表明,在受到外源MeJA的刺激后，溫州盤菜幼苗的芽長相較于對照組分別降低了10.27%、13.45%、15.13%、18.35%，隨著MeJA濃度的增加，芽長有下降的趨勢，但差異不顯著。其余各項形態(tài)指標(biāo)(根長、芽鮮重、根鮮重及植株干重)較對照組均有顯著性的降低，都在5 μmol/L時達到最低，相較于對照組分別降低了48.92%、30.30%、72.73%、23.81%。外源MeJA對‘卡瑪古’的各項生長指標(biāo)均有顯著性影響，而且都在5 μmol/L時達到最低，相較于對照組分別下降了68.70%、69.68%、34.67%、60.00%、25.64%。外源MeJA對卡瑪古的生長指標(biāo)影響較大，各項指標(biāo)降低幅度較大。表1

表1 不同外源MeJA下蕪菁幼苗生長指標(biāo)變化Table 1 Effects of exogenous MeJA on growth indicators of turnip seedlings

注：數(shù)據(jù)為平均值，同列數(shù)字旁不同小寫字母表示有顯著差異(P<0.05)，下同
Note: The data is average, there are significant differences in lowercase letters along the same column of Numbers(P<0.05).The same as below

2.2 外源MeJA對蕪菁幼苗MDA、H2O2和O2·-含量的影響

研究表明,外源MeJA會顯著提高蕪菁幼苗葉片中的H2O2、MDA含量和O2·-含量。2個品種蕪菁的O2·-含量會隨著MeJA含量的增加而增加，當(dāng)MeJA濃度達到5 μmol/L時，2個品種的O2·-含量達到最高，分別是對照的2.93和2.25倍，而且MeJA對溫州盤菜的O2·-含量提高率顯著高于卡瑪古。

經(jīng)過外源MeJA處理后，2個蕪菁幼苗葉片中的H2O2都有不同程度的增加但又存在部分差異，溫州盤菜只有在5 μmol/L時H2O2顯著高于對照組，較對照組增加了226%，其他濃度相較于對照無明顯差異；而卡瑪古在MeJA處理組中，葉片的H2O2較對照均有明顯的提高，相較于對照組增加了31.59%、34.27%、28.84%、46.49%，但添加有外源MeJA的各處理間H2O2無顯著性差異。

隨著外源MeJA濃度的提高，溫州盤菜的幼苗葉片中MDA含量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，各MeJA處理組的MDA含量相較于對照組均達到顯著水平，分別是對照組的3.32、5.88、6.48、3.95倍。卡瑪古的幼苗葉片中MDA含量呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，并在5 μmol/L達到最高，相較于對照組增加了183%。溫州盤菜的MDA增加量顯著高于卡瑪古。圖1

圖1 不同外源MeJA下蕪菁幼苗葉片中O2·-,H2O2和MDA含量
Fig.1 Effects of exogenous MeJA on superoxide anion production rate, hydrogen peroxide content and malondialdehyde content in leaves of turnip seedlings

2.3 外源MeJA對蕪菁幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

研究表明,溫州盤菜的抗氧化酶活性對于外源MeJA更加敏感。2個品種的蕪菁SOD活性都是隨著外源MeJA濃度的增高而呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。溫州盤菜的SOD活性在2.5 μmol/L時達到最高，相對于對照增加了132.50%?？ì敼诺腟OD活性則在1 μmol/L達到最高峰，相較于對照增加了81.48%。

外源MeJA顯著提高了蕪菁的POD活性，溫州盤菜的POD活性隨著外源MeJA濃度的增高而逐漸增加，相較于對照組增加了235%，卡瑪古在5 μmol/L MeJA時增幅最大，相較于對照組增加了300%。

溫州盤菜的CAT活性隨著外源MeJA濃度的增加而增加，在5 μmol/L時達到最高，相較于對照提高了687%?？ì敼庞酌缛~片中的CAT活性隨著外源MeJA濃度的增高而呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，當(dāng)MeJA濃度為2.5 μmol/L時，CAT活性達到最高，相較于對照組提高了98%。外源MeJA對 溫州盤菜的POD活性影響更大，增加幅度更高。

高濃度的外源MeJA能夠顯著的提高溫州盤菜的APX活性，在2.5 ～5 μmol/L時，溫州盤菜幼苗葉片中的APX活性達到最大，相較于對照組提高了207%?？ì敼庞酌缛~片中的APX活性隨著鹽濃度的增高而呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，當(dāng)外源MeJA濃度為5 μmol/L MeJA時，CAT活性達到最高，相較于對照組提高了347%。圖2

圖2 不同外源MeJA下蕪菁幼苗葉片抗氧化酶活性變化
Fig.2 Effects of Exogenous MeJA on Antioxidant Enzyme Activities in Leaves of Turnip Seedlings

2.4 外源MeJA對蕪菁幼苗葉片葉綠素含量的影響

外源MeJA顯著降低了蕪菁幼苗葉片的葉綠素含量(葉綠素a，葉綠素b，葉綠素總量)?？ì敼艑τ贛eJA十分敏感，相較于對照組添加有MeJA的各處理葉綠素含量降幅很大，在5 μmol/L時達到最低值，分別下降了75.90%、71.95%、74.81%，幼苗的葉片也出現(xiàn)了明顯的黃化現(xiàn)象。溫州盤菜的葉綠素含量隨著MeJA的增高而逐漸下降，并在5 μmol/L時達到最低，其葉綠素含量相較于對照組分別降低了50.03%、33.11%、46.41%。

卡瑪古在受到外源MeJA的刺激后，葉綠素的含量下降幅度高于溫州盤菜。圖3

圖3 不同外源MeJA下蕪菁幼苗葉片葉綠素含量變化
Fig.3 Effects of exogenous MeJA on chlorophyll content in leaves of turnip seedlings

2.5 外源MeJA對蕪菁幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

外源MeJA對幼苗葉片中可溶性糖含量的影響一致，低濃度的MeJA并未顯著提高植株葉片中的可溶性糖含量，溫州盤菜在2.5 μmol/L MeJA時，葉片中的可溶性糖才有顯著性的提高，并在5 μmol/L時達到最高，相較于對照組分別提高了176%、276%?？ì敼庞酌缛~片中的可溶性糖含量只在5 μmol/L時有顯著性的提高，其含量是對照組的3.04倍。

外源MeJA對溫州盤菜幼苗葉片中的可溶性蛋白質(zhì)含量有顯著提高，當(dāng)MeJA濃度為5 μmol/L時，其可溶性蛋白質(zhì)含量達到最高值，是對照組的5.60倍?？ì敼庞酌缛~片中的可溶性蛋白質(zhì)含量隨著外源MeJA濃度的增高而呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在1～2.5 μmol/L時處于最高水平，分別是對照組的1.84和1.93倍。

低濃度的MeJA對溫州盤菜幼苗葉片中的脯氨酸含量沒有顯著性的影響，在2.5～5 μmol/L時脯氨酸含量有顯著性的提高，相較于對照組分別提高了252%、323%?？ì敼庞酌缛~片中的脯氨酸含量隨著外源MeJA濃度的增高而增高，并在5 μmol/L時達到最高，相較于對照提高了302%。

溫州盤菜在感受到低濃度的外源MeJA刺激時，體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)提高的幅度不明顯，在受到較高濃度MeJA刺激時，體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)顯著增高。圖4

圖4 不同外源MeJA下蕪菁幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)變化
Fig.4 Effects of exogenous MeJA on osmotic regulators in leaves of turnip seedlings

3 討 論

3.1 茉莉酸對形態(tài)特征的影響

茉莉酸具有廣泛的生物學(xué)功能，它能夠抑制種子萌發(fā)[21]，促進氣孔關(guān)閉[11]，降低光合速率[13]，葉綠體降解[15]，促進植物葉片衰老[22]。劉華山等[23]在煙草幼苗生長至5～7片葉時，噴施外源茉莉酸(2.8×10-4～4.2×10-4mol/L)抑制植物的伸長生長，防止幼苗徒長，從而起到壯苗的效果。黃勝琴等[24]發(fā)現(xiàn)濃度為10-6～10-4mol/L MeJA會抑制花生根和下胚軸的生長，但低濃度10-7MeJA能夠明顯地促進花生幼苗的生長。劉興等[25]研究表明，MeJA能夠抑制顛茄的生長，降低光合色素、硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。李海亮等[26]研究表明，高濃度的外源MeJA(2 ～3 μmol/L)對西伯利亞百合組培苗的生長有明顯的抑制現(xiàn)象。添加有外源MeJA，能夠顯著地抑制蕪菁幼苗的干、鮮重、幼苗長度等形態(tài)指標(biāo)，這與研究得到的結(jié)果一致，但是研究并未發(fā)現(xiàn)低濃度MeJA促進植株生長的現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.2 外源MeJA對蕪菁幼苗生理指標(biāo)的影響

劉興等[25]研究表明，外源MeJA能夠增加顛茄的可溶性蛋白質(zhì)和游離脯氨酸的含量，劉華山等[23]在煙草幼苗生長時噴施外源MeJA，可以提高葉片中的SOD和POD活性，從而提高幼苗對逆境的抵御能力。外源JA可以提高鹽脅迫中大豆可溶性糖、脯氨酸、蛋白的積累、從而促進植物的生長，提高大豆的產(chǎn)量[27]。胡海英等[28]研究發(fā)現(xiàn)，高濃度(10 ～100 μmol/L)的MeJA抑制了甘草種子的萌發(fā)，阻礙幼苗生長，低濃度(0.01～1 μmol/L)的MeJA對甘草種子的萌發(fā)和幼苗的生長具明顯的促進作用，隨著MeJA濃度的升高，甘草幼苗的POD活性逐漸增加。有研究表明，MeJA通過提高洋甘菊中抗氧化酶，如SOD、POD、CAT活性來抵御鹽脅迫。李海亮等[26]研究發(fā)現(xiàn)西伯利亞百合幼苗的POD、SOD、CAT的活性和脯氨酸的含量均有所增加，外源MeJA提高了幼苗的抗逆性。研究也發(fā)現(xiàn)，在添加外源MeJA后，蕪菁葉片的抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、H2O2和MDA均有顯著性的增加以抵御外界的逆境脅迫。

4 結(jié) 論

外源MeJA會抑制蕪菁幼苗的生長。隨著外源MeJA濃度的增高，蕪菁幼苗長度及干、鮮重呈降低趨勢。溫州盤菜和恰瑪古葉片中的SOD活性分別在2.5和5 μmol/L時達到最高后降低，POD、CAT、APX活性逐漸增高，并在5 μmol/L時達到峰值，可溶性糖、脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量逐漸增高，均在5 μmol/L時達到最高。蕪菁幼苗的MDA含量及活性氧含量隨著外源MeJA濃度的增高，而呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，并在5 μmol/L時達到最高。高濃度的MeJA會減少葉綠素含量，使蕪菁幼苗葉片黃化，誘導(dǎo)衰老。