外源5-氨基乙酰丙酸在低溫和干旱脅迫下的應(yīng)用效果研究

滕昆 李瑞敏 秦超 陶秋紅 余義發(fā) 梁承 羅培繁

摘 ? ?要：以玉米和小麥為試驗材料，用不同濃度的5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）分別進(jìn)行灌根育苗和葉噴處理，并模擬低溫脅迫下玉米的生長環(huán)境和使用20% PEG-6000模擬干旱脅迫下小麥的生長環(huán)境，探索5-ALA在低溫和干旱脅迫下對作物是否有促進(jìn)生長發(fā)育或緩解逆境脅迫的作用。試驗結(jié)果表明，與對照相比，低溫脅迫下的玉米苗經(jīng)濃度為1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、50 mg/L、100 mg/L的5-ALA處理后，地上部干重分別增加了4.43%、15.87%、4.80%、14.02%、12.55%，其中濃度為5 mg/L的5-ALA灌根處理效果最好，差異達(dá)到顯著水平;與對照相比，干旱脅迫下的小麥苗由濃度為1～150 mg/L的5-ALA處理后，第2～3片葉片的相對含水量隨用量增加呈現(xiàn)先增加后減少規(guī)律，以50 mg/L最優(yōu)，且差異顯著，比對照增加9.9%。這說明施用適量濃度的外源5-ALA能顯著緩解低溫、干旱脅迫下對植物的抑制作用，促進(jìn)植物正常生長。

關(guān)鍵詞：5-氨基乙酰丙酸;低溫脅迫;干旱脅迫;應(yīng)用效果

文章編號：1005-2690（2022）09-0007-03 ? ? ? 中國圖書分類號：S311 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，低溫冷害是一種影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的自然災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計，低溫冷害具有綜合性、大尺度性及地區(qū)差異性等特點(diǎn)，通常會使我國糧食減產(chǎn)100億kg左右[1]。低溫會影響植物生長發(fā)育及其生理表現(xiàn)[2]。植物在長期適應(yīng)低溫脅迫的過程中，逐步形成獨(dú)特的生理生化特性。近年來，由于人類生產(chǎn)活動導(dǎo)致全球氣候變化劇烈，低溫冷害時常發(fā)生，極大程度上限制了植物生長。

在干旱環(huán)境下，植物細(xì)胞膨壓下降、葉片萎蔫。在極度干旱時，植物細(xì)胞嚴(yán)重脫水，體內(nèi)各生理生化反應(yīng)失調(diào)，嚴(yán)重時會使植物失水死亡[3]。目前，中國存在水資源短缺、分布不均勻、過分利用而導(dǎo)致大量浪費(fèi)等問題，水資源不足也嚴(yán)重限制了農(nóng)業(yè)發(fā)展。

5- 氨基乙酰丙酸（5-ALA）是一種廣泛存在于動物、植物以及微生物機(jī)體活細(xì)胞中的天然非蛋白氨基酸，是合成葉綠素、血紅素和維生素B12等四吡咯環(huán)色素的必要前體物質(zhì)，在生物體的多種生物化學(xué)反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[4]。近年來，人們開始探究5-ALA在植物體內(nèi)緩解逆境脅迫的作用。程菊娥等（2007）[5]發(fā)現(xiàn)，外源5-ALA可以提高煙草葉片的葉綠素含量，還能提高植物的抗冷性與耐旱性。

PEG-6000（聚乙二醇）是一種理想的高分子滲透劑，滲透壓較穩(wěn)定，能夠限制植物水分吸收速率，可用于模擬干旱脅迫試驗[6]。

本試驗用玉米和小麥作為試驗材料，創(chuàng)造出低溫和干旱脅迫的生長環(huán)境，用不同濃度的5-ALA分別進(jìn)行灌根育苗和葉噴處理，探索在低溫和干旱脅迫下5-ALA對作物是否有促進(jìn)生長發(fā)育或緩解逆境脅迫的作用，并確定效果最明顯的5-ALA應(yīng)用濃度，以期為5-ALA在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品研發(fā)提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試玉米為鄭單958，供試小麥為新冬22號。供試植物生長調(diào)節(jié)劑為5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid，5-ALA），由南寧漢和生物科技股份有限公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 5-ALA的玉米抗低溫脅迫試驗

試驗于2021年3—4月在南寧漢和生物科技股份有限公司生測室進(jìn)行，用蛭石盆栽播種玉米種子。試驗共設(shè)7個處理：不添加5-ALA常溫育苗對照（CK），不添加5-ALA低溫育苗對照（K），分別用濃度為1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、50 mg/L、100 mg/L的5-ALA灌根低溫育苗處理（S1、S2、S3、S4、S5）。每個處理設(shè)置4個重復(fù)，每個重復(fù)含5株玉米苗。待玉米苗長至3葉1心時以處理液灌根處理，24 h后移至培養(yǎng)箱進(jìn)行低溫處理，低溫條件為晝/夜溫度14 ℃/5 ℃，光照時間12 h，相對濕度55%，低溫處理8 d后測量玉米苗地上部鮮重與干重。各處理間水分管理一致。

1.2.2 5-ALA的小麥抗干旱脅迫試驗

試驗于2019年4—5月在南寧漢和生物科技股份有限公司生測室進(jìn)行。試驗共設(shè)8個處理：清水對照處理（TCK），只用20% PEG-6000水培模擬干旱對照處理（TK），分別用濃度為1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L的5-ALA葉噴并用20% PEG-6000水培模擬干旱處理（T1、T2、T3、T4、T5、T6）。每個處理5個重復(fù)，每個重復(fù)播種發(fā)芽的小麥種子32粒，收樣時取15株測定相對含水量。

播種小麥種子10 d后待小麥苗長至1葉1心時，連續(xù)3 d葉噴不同濃度5-ALA處理，并暗處理12 h。第16天使用20% PEG-6000水培，模擬干旱處理。第20天取第2～3片葉子計算葉片相對含水量以及葉干重。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 玉米苗生物量指標(biāo)

待玉米苗低溫處理8 d后，測定地上部鮮重及干重。測定時將種苗連同蛭石基質(zhì)小心取出，輕輕抖落基質(zhì)后，用清水沖洗根部3遍，去除根系附著的基質(zhì)，用剪刀將植株地上部和地下部剪開，用吸水紙吸干植株后稱重，稱取種苗地上部鮮重。種苗地上部于干燥箱中105 ℃殺青15 min后，75 ℃下烘干至恒質(zhì)量，所稱重量即為地上部干重。

1.3.2 小麥苗第2～3片葉相對含水量及葉干重

待模擬干旱處理4 d后取小麥苗第2～3片葉并稱取鮮重，然后將葉片置于去離子水中浸泡24 h，稱取葉片的飽和鮮重。然后將葉片放入干燥箱中105 ℃殺青15 min后，75 ℃下烘干至恒質(zhì)量，稱量葉片干重。根據(jù)下式計算相對含水量。

葉片相對含水量=（葉片鮮重-葉片干重）/（葉片飽和鮮重-葉片干重）×100% ?（1）

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2013和SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，使用單因素方法分析（ANOVA）進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，用最小顯著差異法（LSD）檢驗進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對低溫脅迫下玉米苗的生物量影響

如圖1a）所示，與不加5-ALA低溫育苗對照（K）相比，用5-ALA灌根處理的玉米地上部鮮重均有增加，濃度為1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、50 mg/L、100 mg/L的處理分別增加了1.44%、8.82%、8.55%、4.64%、0.04%，其中濃度為5 mg/L的5-ALA灌根低溫處理（S2）效果最好。如圖1b）所示，相比于K處理，用5-ALA灌根處理的玉米地上部干重均有增加。與K處理相比，S1、S2、S3、S4及S5處理分別增加了4.43%、15.87%、4.80%、14.02%及12.55%，其中濃度為5 mg/L的5-ALA灌根低溫處理（S2）效果最好，差異達(dá)到顯著水平。這表明，5-ALA能有效緩解低溫脅迫造成的玉米苗生長抑制。

2.2 不同處理對干旱脅迫下小麥苗第2～3片葉鮮重及干重的影響

如圖2a）所示，與TK相比，T2、T3、T4處理培育的小麥苗第2～3片葉鮮重均有增加，但差異不顯著，而T1、T5、T6處理則有所減少，且T1與TK相比差異顯著;相比于TK，T3、T4處理小麥苗第2～3片葉鮮重分別增加9.7%和10.6%。如圖2b）所示，與TK相比，T3、T4處理培育的小麥苗第2～3片葉干重有所增加，但差異不顯著，而T1、T6則有所減少，且T1與TK相比差異顯著;相比于TK，T3、T4處理小麥苗第2～3片葉干重分別增加6.3%和10.4%。在均使用PEG干旱處理下，5-ALA在1～150 mg/L的濃度中，第2～3片葉片的鮮、干重隨用量的增加呈先增加后減少規(guī)律，以50 mg/L最優(yōu)，但差異不顯著。5-ALA 1 mg/L處理較對照K處理低，差異顯著。

2.3 不同處理對干旱脅迫下小麥苗第2～3片葉相對含水量的影響

如圖3所示，與TK相比，T3、T4處理培育的小麥苗第2～3片葉相對含水量增加，T4處理差異顯著，而T1、T2、T5、T6處理則有所減少，且T1與TK相比差異顯著;相比于TK，T3、T4處理小麥苗第2～3片葉相對含水量分別增加8.9%和9.9%。在均使用PEG干旱處理下，5-ALA 在1～150 mg/L濃度中，第2～3片葉片的相對含水量隨用量的增加呈先增加后減少規(guī)律，以50 mg/L最優(yōu)，且差異顯著。

3 討論

5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）在低濃度下能夠顯著提高辣椒、紫花苜蓿和水稻的抗逆能力[7]。低溫脅迫下，細(xì)胞膜遭到破壞，細(xì)胞膜脂過氧化的程度加劇。研究表明，葉面噴施30 mg/L 5-ALA能夠促進(jìn)油菜葉綠素合成，提高油菜植株的抗氧化能力，減少膜脂過氧化的傷害程度，從而提高了油菜幼苗的抗冷性[8]。張愛慧等（2019）[9]研究表明，葉面噴施25～50 mg/L的5-ALA可以顯著提高絲瓜幼苗抗氧化酶活性，緩解低溫對絲瓜幼苗的傷害。與以上試驗結(jié)果類似，本研究通過使用不同濃度的5-ALA灌根育苗并移入培養(yǎng)箱進(jìn)行低溫脅迫處理，結(jié)果表明，低溫處理后，濃度為5 mg/L的5-ALA灌根處理能顯著增加玉米苗地上部干重，有效緩解低溫脅迫對玉米幼苗發(fā)育造成的不利影響。

本試驗結(jié)果表明，20% PEG-6000水培模擬干旱環(huán)境明顯抑制了小麥幼苗的生長發(fā)育，其葉片鮮重和葉片相對含水量均顯著低于清水環(huán)境中生長的幼苗。在葉噴不同濃度5-ALA后，小麥苗第2～3片葉片的鮮重、干重和相對含水量均隨5-ALA噴施濃度的增加呈現(xiàn)先增加后減少的規(guī)律，以50 mg/L濃度最優(yōu)，說明葉噴5-ALA可以增強(qiáng)植物對干旱逆境下的抵抗能力。與本試驗結(jié)果類似，王鵬等（2021）[10]研究表明，噴施25 mg/L的5-ALA能顯著緩解干旱脅迫對玉米幼苗造成的損傷，增強(qiáng)玉米幼苗的抗旱性。

5-ALA作為一種新型植物生長調(diào)節(jié)劑，適量施用能顯著緩解低溫、干旱脅迫下對植物生長的抑制作用，促進(jìn)幼苗體內(nèi)光合色素含量及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的提高，促進(jìn)生物量積累，從而促進(jìn)植物生長發(fā)育和形態(tài)建成。

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