外源ALA對鹽脅迫下商洛黃芩生理特性的影響

李小玲，華智銳

(商洛學院 生物醫藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000)

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外源ALA對鹽脅迫下商洛黃芩生理特性的影響

李小玲，華智銳

(商洛學院 生物醫藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000)

摘要：通過對黃芩種子萌發及幼苗生理特性的研究，尋找提高黃芩種子及幼苗在鹽脅迫下抗性能力的途徑。測定了鹽脅迫下黃芩種子在不同濃度處理后種子的發芽勢、發芽率，并測定了黃芩幼苗葉片的葉綠素含量、葉片丙二醛含量、過氧化物酶和過氧化氫酶活性。結果表明：0.5%鹽脅迫下黃芩種子萌發受到顯著抑制。外源ALA可促進鹽脅迫下黃芩的生長，提高黃芩的發芽勢和發芽率，提高葉片葉綠素含量、POD和CAT活性，降低MDA含量。由此可知，外源ALA可增強鹽脅迫下黃芩生理特性，對鹽脅迫有較好的緩解作用，減輕了鹽脅迫對黃芩生長的抑制作用，提高種子及幼苗的抗鹽能力。

關鍵詞：ALA；鹽脅迫；黃芩；生理特性

隨著我國鹽漬化土地面積的不斷擴大，土壤鹽漬化已成為一個世界性問題，嚴重影響著植物的產量和品質，也限制了農業生產的可持續發展及生態環境的維持[1-2]。鹽脅迫使得植物細胞內正常的電子傳遞鏈被阻斷，導致活性氧的產生和清除之間的平衡被破壞，引起細胞膜結構和透性的改變，最終影響植物體正常的生長和發育[3]。為了緩解逆境對植物的傷害，植物體形成了自身酶促防御體系，其是活性氧的有效清除劑，以便植物更好地適應逆境條件。

目前，對鹽漬化土地的改良主要集中在對土壤方面的改良，而針對提高植物自身耐鹽性方面的研究則較少。近年來，通過對植物鹽害及耐鹽機理的研究發現，化學調控手段是提高植物耐鹽性的有效方法之一。因此，在植物生長過程中，通過施加不同濃度外源物質的方式增強植物對鹽脅迫的耐受性至關重要。

ALA(5-氨基乙酰丙酸)是所有卟啉化合物生物合成的關鍵前體，具有調節光合色素的合成、提高光合效率、提高抗氧化酶活性、保護細胞膜穩定性等功能[4-6]。近年來的研究表明，ALA作為一種新型的植物生長調節劑，可以提高作物的抗逆性，提高作物產量，并改善作物品質[7-8]。

黃芩為唇形科黃芩屬(ScutellariabaicalensisGeorgi)多年生草本植物，其根可入藥，是我國常用藥材之一[9]。隨著我國中藥現代化進程的不斷發展，對黃芩藥材的需求量不斷上升，而野生資源不斷下降，已不能滿足市場的需求。目前，栽培黃芩已經成為我國生產黃芩藥材的主要來源，但由于不合理的灌溉和耕作措施，土壤鹽漬化問題日益突出，嚴重影響了黃芩的生產。因此，尋求一種高效、低成本的途徑提高黃芩耐鹽性，有目的地提高黃芩抗鹽性，對于擴大黃芩栽培面積和提高黃芩產量具有重要意義。目前，有關ALA在提高植物抗鹽能力方面也有一定報道，但主要集中在農作物方面[5-7]，而在藥用植物方面利用抗逆誘導物質緩解鹽分障礙的報道較少[8]，現擬從緩解鹽害逆境因子出發，本試驗以商洛道地藥材黃芩為材料，探討了外源ALA對鹽脅迫下黃芩種子萌發及幼苗生理特性的影響，以期為提高黃芩耐鹽性提供有效途徑，為科學合理應用ALA提高黃芩的產量提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

所用商洛黃芩種子購于天士力公司藥源種植基地，ALA和NaCl購自西安晶博試劑公司，含量≥99.5%，分析純試劑AR級。

1.2試驗方法

1.2.1種子萌發生理指標的測定選取成熟飽滿、大小一致、無病蟲害的干燥黃芩種子，用75%酒精消毒3次后，再用蒸餾水沖洗3～5次，然后在電熱恒溫水浴鍋中55 ℃水浴條件下用蒸餾水浸泡12 h，取出后用吸水紙將種子表面的水分吸干，將種子平鋪于放有濾紙的培養皿中，每皿80個，共設3組對照，在SPX-250B-Ⅱ生化培養箱中進行暗培養，溫度為25 ℃左右。經過預試驗得出了黃芩種子在0.5%的鹽濃度下種子萌發受到顯著抑制，試驗共設2個對照和4個處理:CK1(蒸餾水對照)，CK2(0.5%鹽對照)，T1:0.001 g/L ALA+0.5% NaCl，T2:0.025 g/L ALA+0.5% NaCl，T3:0.05 g/L ALA+0.5% NaCl，T4:0.1 g/L ALA+0.5% NaCl。

不同濃度的ALA和0.5% NaCl每次各噴施2 mL，每2 d噴施1次，每天定時統計發芽數，第4天計算發芽勢，第7天計算發芽率。統計發芽指數，計算公式如下：

發芽勢(GE)(%)=4 d內發芽的種子數/供試的所有種子數×100%

發芽率(GR)(%)=7 d內發芽的種子數/供試的所有種子數×100%

1.2.2幼苗相關生理指標的測定挑選長勢一致的雙葉期黃芩幼苗，移入放有濾紙的培養皿中，并于生化培養箱中繼續培養，光照16 h/d。同樣設以上2個對照和4個處理，繼續噴施不同濃度的ALA和0.5% NaCl，每次各噴施2 mL，每2 d噴施1次。6 d后采集葉片，用天平將不同處理下的黃芩葉片分別稱取0.5 g，測定黃芩葉片的葉綠素含量(葉綠素a、葉綠素b、葉綠素ab)、丙二醛(MDA)含量、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性的變化。

測定方法：葉綠素含量測定采用丙酮-碳酸鈣法。MDA含量測定參考硫代巴比妥酸(TBA)檢測法，以μmol/g表示MDA量。POD酶活性的測定采用愈創木酚法[10]，以每分鐘吸光度(A)的變化表示酶活力的大小，即以每分鐘A值減小0.01定義為1個酶活力單位(U)。CAT采用紫外吸收法測定[11]，以每分鐘A值減小0.1定義為1個酶活力單位(U)，各項指標重復測定3次，求其平均值。酶活性測定采用UV755B紫外可見分光光度計，數據統計分析采用Excel 2003軟件進行。

2結果與分析

2.1ALA對鹽脅迫下黃芩種子萌發的影響

由圖1可知，CK2與CK1相比，黃芩種子的發芽率、發芽勢都顯著降低，這說明鹽脅迫抑制了黃芩種子的萌發。經不同濃度的ALA處理后，發芽率和發芽勢都有明顯的變化。T1～T4處理后，黃芩種子的發芽勢和發芽率與CK2相比均有明顯提高，且隨ALA濃度的升高呈逐漸上升趨勢，且基本接近于鹽脅迫前的水平。T3的發芽勢與發芽率均達到最大，分別為38.75%和30.6%，較CK2提高了17.5和11個百分點，雖在T4時有所降低，但仍高于CK2。

圖1　ALA對鹽脅迫下黃芩種子萌發的影響

2.2ALA對鹽脅迫下黃芩幼苗生長的影響

2.2.1ALA對鹽脅迫下黃芩幼苗葉片葉綠素含量的影響由圖2可知，CK2與CK1比較，葉綠素a和葉綠素b含量都顯著降低，這說明鹽脅迫顯然抑制了黃芩幼苗葉片中葉綠素含量。經不同濃度的ALA處理后，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素ab含量都表現出相似的變化趨勢，且明顯高于CK2。葉綠素a含量的變化幅度比葉綠素b的更明顯。T3的3種葉綠素含量均達到最大，在此濃度下，黃芩幼苗葉片中光合色素量最大，光合作用最強。結果表明，0.05 g/L ALA對促進光合色素量的升高有顯著的作用，且有效緩解了鹽脅迫對黃芩幼苗葉片光合色素合成的抑制效應，提高了葉片的光合效率。

2.2.2ALA對鹽脅迫下黃芩幼苗葉片MDA含量的影響由圖3可知，CK2與CK1相比較，鹽脅迫下黃芩幼苗葉片MDA含量顯著提高，這說明鹽脅迫能促進MDA的生成。經不同濃度的ALA處理后MDA含量也呈現出先降后升的趨勢，與CK2比較均有不同程度的降低，這說明ALA顯然抑制了MDA的生成，其中T3時MDA含量降低最大，與CK2相比降低了142 μmol/g，此時抑制效果最強，雖然T4時有所升高，但仍低于CK2中MDA的含量，結果表明，當ALA濃度為0.05 g/L時最能有效緩解鹽脅迫對黃芩幼苗中MDA的積累。

圖2　ALA對鹽脅迫下黃芩幼苗葉片葉綠素含量的影響

圖3　ALA對鹽脅迫下黃芩幼苗葉片MDA含量的影響

2.2.3ALA對鹽脅迫下黃芩幼苗葉片CAT和POD酶活性的影響由圖4可知，CK2時CAT活性升高，這說明鹽脅迫顯然提高了黃芩幼苗葉片中CAT的活性，且幼苗對鹽脅迫的反應比較明顯。經不同濃度ALA處理后，CAT活性呈現先升后降的趨勢，且趨勢明顯，T1～T4與CK2相比酶活性均顯著增強，且在T3時活性最大，較CK2提高了44 U/g。雖T4時CAT活性有所降低，但仍高于CK2。

圖4　ALA對鹽脅迫下黃芩幼苗

由圖5可知，POD的活性也在鹽脅迫后明顯提高，經不同濃度ALA處理后，POD活性呈先升后降的趨勢，且T3的活性最大，雖然T4有所降低，但仍高于CK2。由以上結果可知，不同濃度的外源ALA處理黃芩幼苗能明顯提高幼苗葉片中CAT、POD的活性，且效果顯著。

3小結與討論

ALA(5-氨基乙酰丙酸)參與植物生長發育的調節，具有類似植物激素的生理活性，能誘導植物產生抗逆性。該試驗將ALA應用于黃芩幼苗，起到了一定的抗鹽作用。

種子萌發是植物生活史中的重要階段，直接影響植物的生長、產量。發芽率反映了種子發芽的多少，發芽勢則反映了種子發芽的快慢和整齊度[12]，不同種子的發芽率、發芽勢都不同，這2個指標的大小能夠反映出商洛黃芩在種子萌發期耐鹽性的強弱。劉暉等[13]認為一定濃度的ALA能促進西瓜種子的萌發，顯著緩解鹽脅迫對西瓜種子萌發的抑制效應，促進西瓜幼苗的生長。張春平等[14]研究表明，外源ALA能通過提高紫蘇種子細胞內抗氧化酶活性和種子萌發過程中種子的呼吸強度，從而促進鹽脅迫下紫蘇種子的萌發，進而緩解鹽脅迫對紫蘇種子萌發的抑制作用，促進幼苗的抗鹽生長，這與本研究結果一致。本試驗中，鹽脅迫下黃芩種子的發芽勢、發芽率與蒸餾水對照相比有明顯的降低，這說明鹽脅迫通過降低種子細胞的呼吸強度和抗氧化酶活性，抑制了種子的萌發。經不同濃度的ALA處理后，發芽率和發芽勢均有不同程度的提高，T3的發芽率、發芽勢達到最大，之后有所降低，但仍高于CK2。ALA處理能通過提高黃芩種子細胞內抗氧化酶活性，提高抗氧化脅迫能力，且在濃度為0.05 g/L時效果最強。

葉綠素是一類與光合作用有關的最重要的色素。ALA作為植物葉綠素合成的前體物質，能促進葉綠素a轉化為葉綠素b，防止葉綠素酶分解，以達到保護光合器官的作用。Downton等[15]研究表明，葉綠素含量降低是引起光合速率降低的主要原因。本試驗中，鹽脅迫后黃芩幼苗葉片中葉綠素含量顯著降低，這說明鹽脅迫對植物的光合器官造成了傷害。經不同濃度的ALA處理后，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素ab均有不同程度的提高，且都高于蒸餾水處理下的結果，T3的含量達到最高。由此表明，由于ALA作為葉綠素合成的前體物質，減緩了葉綠素降低的趨勢，促進了葉綠素的合成，從而促進了黃芩葉片光合作用的進行。

MDA是膜脂過氧化產物之一，也是膜系統受傷害的重要指標。徐曉潔等[16]研究表明，外源ALA處理番茄幼苗后，促進了保護酶系統活性，降低了MDA含量，緩解了鹽脅迫對番茄幼苗生長的抑制作用。本試驗中，黃芩幼苗受到鹽脅迫后，MDA含量顯著升高，表明黃芩幼苗受到一定的傷害，即葉片細胞膜發生了過氧化作用，質膜被破壞。經不同濃度的ALA處理后，MDA含量有不同程度的降低，這說明外源ALA能夠顯著抑制膜脂過氧化作用，減少膜系統受到的傷害，提高膜的穩定性，緩解鹽脅迫對黃芩幼苗的傷害。

CAT、POD作為酶促防御系統，有清除活性氧的能力，從而保護植物免受傷害。在鹽脅迫下，黃芩幼苗葉片中抗氧化酶(CAT、POD)活性均有所提高，當用不同濃度的ALA處理后，CAT、POD活性呈先升后降趨勢，且在T3時的活性最大，為清除細胞內產生的活性氧提供了基礎。由此可見，外源ALA可顯著緩解鹽脅迫對黃芩生長的抑制作用，增強黃芩幼苗的抗氧化能力，從而提高黃芩幼苗的抗鹽性。

綜上所述，鹽脅迫能抑制黃芩種子的萌發和生長。在黃芩種子萌發期，用ALA處理種子可顯著提高鹽脅迫下黃芩種子的發芽勢和發芽率，對黃芩后期生長發育及提高黃芩產量有重要的影響。在黃芩幼苗生長期，外施ALA通過提高幼苗葉片葉綠素含量，進而起到提高光合作用的效果；通過提高葉片細胞內抗氧化酶CAT和POD活性，清除葉片細胞內多余的活性氧，保護細胞膜的完整性，從而抵御鹽害；通過降低MDA的含量，緩解幼苗的氧化損傷，減少膜脂過氧化產物，減少膜系統的傷害，從而有效地緩解鹽脅迫對黃芩幼苗生長的抑制作用，在ALA濃度為0.05 g/L時抑制效果最好，使黃芩能更好地抵御鹽害，對黃芩抗鹽誘導及抗性育種方面提供了一定參考。

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(責任編輯：曾小軍)

Effects of Exogenous ALA on Physiological Characteristics ofScutellariabaicalensisGeorgi of Shangluo under NaCl Stress

LI Xiao-ling, HUA Zhi-rui

(College of Biology Pharmacy and Food Engineering, Shangluo University, Shangluo 726000, China)

Abstract：To study the skullcap seed germination and seedling physiological characteristics, looking for ways to improve skullcap seeds and seedlings under salt stress tolerance capabilities. Skullcap seed under salt stress at different concentrations after treatment, seed germination rate, and skullcap chlorophyll content of leaves, malondialdehyde (MDA) content, peroxidase (POD) and catalase enzyme (CAT) activity were measured. The results showed that skullcap seed germination was significantly inhibited under 0.5% salt stress. Exogenous ALA under salt stress could promote the growth of skullcap, improve germination potential and germination rate, increase chlorophyll content and POD and CAT activity, and decrease MDA content. Therefore, Exogenous ALA could enhance skullcap physiological characteristics under salt stress, better to salt stress relief, reduce the inhibitory effect of salt stress on the growth of skullcap, improve salt resistance of seeds and seedlings.

Key words：ALA; Salt stress; Scutellaria baicalensis Georgi; Physiological characteristics

中圖分類號：Q945.78

文獻標志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)02-0070-04

作者簡介：李小玲(1980─)，女，陜西藍田人，副教授，碩士研究生，主要從事植物生物技術研究。

基金項目：陜西省科技廳項目(2009K01-11)。

收稿日期：2015-07-22