外源5-氨基乙酰丙酸對鹽脅迫下花椰菜幼苗生理特性的影響

范夕玲 楊亞苓 任健 高穎 李愛 高英 李慧

摘? ? 要：以花椰菜‘津品70為試驗材料，探究150 mmol·L-1 NaCl脅迫下不同濃度外源5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）（0，1，10，25，50和100 mg·L-1，分別記作CK2、T1、T2、T3、T4、T5）對花椰菜幼苗生理特性的影響，以正常培養的花椰菜幼苗為CK1，分別測定各處理超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性及丙二醛（MDA）、可溶性蛋白和可溶性糖含量。結果表明：在150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，T2和T5處理組花椰菜幼苗SOD活性與CK1差異不顯著（P>0.05），三者顯著高于CK2（鹽對照）和其他5-ALA處理組（P<0.05）;T1和T2處理組POD活性與CK1差異不顯著（P>0.05），三者顯著高于CK2和T4、T5處理組（P<0.05）;T1、T2和T4處理組可溶性蛋白含量顯著高于CK1和CK2（P<0.05）;T3處理組可溶性糖含量顯著高于CK1、CK2和其他5-ALA處理組（P<0.05）;T2和T3處理組MDA含量顯著低于CK1和CK2（P<0.05）。隸屬函數綜合評價表明，150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，T2處理組（10 mg·L-1 5-ALA）對緩解花椰菜幼苗鹽害效果最佳。

關鍵詞：花椰菜;鹽脅迫;5-氨基乙酰丙酸;緩解作用

中圖分類號：Q945.78; S635.3? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.12.001

Abstract： In this paper， cauliflower' Jinpin 70' was used as the experimental material to explore the effects of different concentrations of 5-aminolevulinic acid （5-ALA） （0， 1， 10， 25， 50 and 100 mg·L-1， recording as CK2， T1， T2， T3， T4， T5） on physiological characteristics of cauliflower seedlings under 150 mmol·L-1 NaCl stress， the normal cauliflower seedling was recorded as CK1. The activities of superoxide dismutase （SOD） and peroxidase （POD） and the contents of malondialdehyde （MDA）， soluble protein and soluble sugar were measured. The results showed that under 150 mmol·L-1 NaCl stress， the SOD activities of T2 and T5 treatments had no significant difference with CK1（P>0.05）， however， the SOD activities of T2， T5 and CK1 were significantly higher than those of CK2 and other 5-ALA treatments（P<0.05）; the POD activities of T1 and T2 treatments had no significant difference with CK1（P>0.05）， however， the POD activities of T1， T2 and CK1 were significantly higher than those of CK2， T4 and T5 treatments （P<0.05）; the soluble protein contents of T1， T2 and T4 treatments were significantly higher than those of CK1 and CK2（P<0.05）; the soluble sugar content of T3 treatment was significantly higher than that of CK1， CK2 and other 5-ALA treatments（P<0.05）; the MDA contents of T2 and T3 treatments were significantly lower than those of CK1 and CK2（P<0.05）. The evaluation by membership function analysis indicated that T2 treatment （10 mg·L-1 5-ALA） had the best effects on alleviating salt stress in cauliflower seedlings under 150 mmol·L-1 NaCl stress.

Key words：cauliflower; salt stress; 5-ALA; mitigation

鹽脅迫可引起植物生理干旱，影響生理代謝與營養吸收，阻礙其正常生長，嚴重影響農作物產量和生態環境[1]。如何提高作物的抗鹽性具有十分重要的科學和實踐意義。相對于傳統育種與分子育種而言，添加外源物質以提高作物抗鹽性具有時間短、見效快的優勢。5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid，5-ALA）是所有生物體內卟啉化合物合成的第一個關鍵前體，參與多種植物體內代謝過程，并對植物的生長發育具有一定的調節作用[2]。有研究表明，5-ALA可以提高作物的抗逆性[3-6]，增加作物產量[7]，改善作物品質[8]。

植物在正常環境下生長，其體內的活性氧含量相對穩定，處于產生與消除的動態平衡中，但在鹽脅迫下活性氧會大量積累，從而破壞植物體細胞膜結構的穩定性。植物體內含有多種重要的抗氧化酶，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）等，抗氧化酶系統協同作用可降低活性氧含量，減輕植物細胞受逆境脅迫的傷害程度[9-10]。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是植物體在逆境脅迫下膜脂過氧化的終產物，利用其含量可表示細胞膜脂過氧化程度，反映植物受逆境脅迫壓力的大小[11]。鹽脅迫會導致植物發生滲透脅迫，水分代謝失調。植物體中可溶性糖和可溶性蛋白可作為滲透調節劑，通過降低細胞水勢、增強吸水等功能來提高植物對于鹽脅迫的抵抗能力[12-13]。花椰菜（Brassica oleracea L. var. botrytis）為十字花科蕓苔屬一年生植物，其肉質細嫩，營養價值豐富，具有提高機體免疫力及抗癌等功效。本文以花椰菜為試驗材料，研究外源5-ALA對NaCl脅迫下花椰菜幼苗生理特性的影響，探究緩解花椰菜鹽害的最佳施用濃度，為明確5-ALA提高花椰菜抗鹽性的效果及可能生理機理奠定基礎，并為花椰菜在鹽堿地的推廣種植提供合理的科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試花椰菜品種為‘津品70，由天津科潤蔬菜研究所惠贈。

1.2 試驗方法

試驗于2017年9—12月在天津農學院園藝中心實驗室進行。將健康飽滿的花椰菜種子浸種催芽，露白后，選取發芽狀態良好的種子播種于配制好的基質（草炭 ∶ 蛭石 ∶ 珍珠巖=2 ∶ 1 ∶ 1）中，澆灌1/2 MS 營養液培養，培養至三葉一心時進行處理。以正常澆灌1/2 MS 營養液的空白對照組記作CK1;澆灌含150 mmol·L-1 NaCl的1/2 MS 營養液的鹽對照組記作CK2;同時澆灌含150 mmol·L-1 NaCl和不同濃度5-ALA溶液的1/2 MS 營養液（1，10，25，50和100 mg·L-1）的處理組，分別記作T1、T2、T3、T4和T5。由于5-ALA在光照條件下不穩定，故各處理均于傍晚進行根施處理，每個處理20株幼苗（3組重復）。

鹽脅迫處理幼苗10 d后，以不同處理花椰菜幼苗葉片為試驗材料，采用SOD抑制氮藍四唑（NBT）光化還原法測定SOD活性，愈創木酚顯色法測定POD活性，硫代巴比妥酸法測定MDA含量[14];考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量，蒽酮比色法測定可溶性糖含量[15]。

1.3 統計分析

利用SPSS統計軟件（17.0版）對數據進行方差分析，并利用Microsoft Excel 2010進行隸屬函數計算。

隸屬函數值計算公式：

反隸屬函數值計算公式：

式中，Xi為某一生理指標測定值，Xmin和Xmax分別為所有處理該指標的最小值和最大值。如果相應生理指標與植物耐鹽性正相關則用R（Xi）正進行計算，負相關則用R（Xi）反進行計算，綜合隸屬函數為試驗中所用生理指標隸屬函數的平均值，用以評價不同5-ALA處理對鹽脅迫下花椰菜幼苗抗性的提高程度。

2 結果與分析

2.1 不同濃度5-ALA對鹽脅迫下花椰菜幼苗SOD和POD活性及MDA含量的影響

由表1可知，CK2組花椰菜幼苗的SOD和POD活性比CK1分別顯著降低14.00%和48.30%（P<0.05），T1～T5處理組中SOD和POD活性與CK2相比均有不同程度的提高;CK2組花椰菜幼苗的MDA含量比CK1顯著提高36.90%（P<0.05），T1～T5處理組MDA含量與CK2相比均顯著降低（P<0.05）。當5-ALA濃度為100 mg·L-1（T5）時，SOD活性達到最大值，與10 mg·L-1處理（T2）差異不顯著（P>0.05），二者分別比CK2顯著提高17.50%和13.28%（P<0.05），但與CK1差異不顯著（P>0.05）;當5-ALA濃度為1 mg·L-1（T1）時，POD活性達到最大值，與10 mg·L-1處理（T2）差異不顯著（P>0.05），二者分別比CK2顯著提高138.69%和76.64%（P<0.05），但與CK1差異不顯著（P>0.05）;當5-ALA濃度為25 mg·L-1（T3）時，MDA含量達到最低值，與10 mg·L-1處理（T2）差異不顯著（P>0.05），二者分別比CK2顯著降低56.44%和48.38%（P<0.05），比CK1顯著降低40.36%和29.32%（P<0.05）。綜合說明適宜濃度的外源5-ALA能夠提高150 mmol·L-1 NaCl脅迫下花椰菜幼苗SOD和POD活性，減少MDA積累。

2.2 不同濃度5-ALA對鹽脅迫下花椰菜幼苗滲透調節物質的影響

由圖1可知，CK2組花椰菜幼苗的可溶性蛋白含量較CK1稍有提高（6.78%），但二者差異不顯著（P>0.05）;T1～T5處理組可溶性蛋白含量較CK2均有不同程度的提高，其中當5-ALA濃度為50 mg·L-1（T4）時，可溶性蛋白含量達到最大值，與10 mg·L-1（T2）和1 mg·L-1（T1）處理差異不顯著（P>0.05），三者分別比CK2顯著提高了41.33%，32.82%和25.85%（P<0.05），分別比CK1顯著提高了50.91%，41.83%和34.39%（P<0.05）。

由圖2可知，CK2組花椰菜幼苗的可溶性糖含量較CK1稍有降低（18.74%），但二者差異不顯著（P>0.05）;150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，隨著5-ALA濃度的提高，花椰菜幼苗可溶性糖含量呈先升后降的趨勢，當5-ALA濃度為25 mg·L-1（T3）時，可溶性糖含量達到峰值，比CK2顯著提高58.69%（P<0.05），比CK1顯著提高29.14%（P<0.05），當5-ALA濃度增至100 mg·L-1（T5）時，可溶性糖含量低于CK2，差異不顯著（P>0.05），但比CK1顯著降低26.72%。綜合說明適宜濃度的外源5-ALA能夠提高150 mmol·L-1 NaCl脅迫下花椰菜幼苗可溶性蛋白和可溶性糖含量，而高濃度5-ALA不利于可溶性糖含量的積累。

2.3 隸屬函數綜合評價

利用隸屬函數綜合分析了150 mmol·L-1 NaCl脅迫下對照和不同處理組的耐鹽性，結果見表 2。SOD 活性、POD 活性、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量與植物耐鹽性呈正相關，隸屬函數按R（Xi）正計算;丙二醛含量與植物耐鹽性呈負相關，按R（Xi）反計算。綜合各生理指標分析，在150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，不同濃度的外源5-ALA處理中10 mg·L-1 5-ALA處理（T2）對緩解花椰菜幼苗鹽害的效果最佳。

3 結論與討論

5-ALA具有調節葉綠素的合成、提高光合效率、提高抗氧化酶酶活性、保護細胞膜穩定性、促進植物組織分化等多種生理功能，參與植物生長發育的調節過程，是具有類似植物激素的生理活性調節物質[16-17]。據報道，外源5-ALA處理可使鹽脅迫下菘藍幼苗[18]、小型西瓜幼苗[19]、半夏幼苗[20]、西葫蘆[21]、葡萄[22]、棗樹[23]等抗氧化酶酶活性提高;使鹽脅迫下美國山核桃幼苗[24]、酸棗種子及幼苗[25]、決明子幼苗[26]等丙二醛含量降低。本研究結果顯示，150 mmol·L-1NaCl脅迫下，施用5-ALA能提高花椰菜幼苗葉片抗氧化酶（SOD、POD）活性，降低MDA含量，與前人研究結果一致。由此表明，花椰菜抗氧化系統保護機制在5-ALA作用下增強，從而能有效降低細胞膜結構和功能的損傷程度[27]。但外源5-ALA是作為抗氧化劑直接參與了活性氧的清除，還是作為信號因子誘導抗氧化酶基因的表達有待進一步研究。

有研究表明，外源5-ALA可使鹽脅迫下黃瓜幼苗[28]、黃連幼苗[29]等可溶性蛋白和可溶性糖含量提高。本研究與前人研究結果一致，在150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，施用不同濃度外源5-ALA可提升花椰菜幼苗可溶性蛋白含量，其中T1、T2和T4處理組與鹽對照組（CK2）和空白對照組（CK1）均達到了顯著水平（P<0.05）;花椰菜幼苗可溶性糖含量隨著5-ALA濃度的提高呈先升后降的趨勢，其中T1～T4處理均高于鹽對照組（CK2），以50 mg·L-1外源5-ALA（T3）處理可溶性糖含量最高，顯著高于鹽對照組（CK2）和空白對照組（CK1）（P<0.05）。由此表明，適宜濃度的外源5-ALA處理可使花椰菜的滲透調節機制得以正常運轉，可溶性蛋白和可溶性糖繼續積累，以保證植物的水分平衡，增強其抵抗鹽脅迫的能力。外源5-ALA處理是否能有效提高鹽脅迫下花椰菜幼苗另一重要滲透調節物質-脯氨酸的含量有待于進一步的研究。

綜合而言，在150 mmol·L-1NaCl脅迫下，適宜濃度5-ALA能提高鹽脅迫下花椰菜幼苗抗氧化酶活性、可溶性蛋白和可溶性糖含量，并顯著降低花椰菜幼苗MDA含量。通過隸屬函數綜合評價，施加10 mg·L-1外源5-ALA對緩解花椰菜幼苗鹽害的效果最佳。

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