5-氨基乙酰丙酸浸種對NaCl脅迫下酸棗種子萌發(fā)及芽苗生理特性的影響

李芳芳， 趙寶龍，2， 李漢釗， 張國儒， 孫軍利，2

(1.石河子大學農學院，新疆石河子 832000； 2.特色果蔬栽培生理與種質資源利用兵團重點實驗室，新疆石河子 832000

5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，簡稱ALA)別稱δ-氨基酮戊酸，是葉綠素等四吡咯環(huán)色素形成的直接前體[1]，是一種廣泛存在于動植物體內的化合物，被看作是能調節(jié)植物生長的新型調節(jié)物質[2]。有研究表明，低濃度ALA能夠調節(jié)植物生長發(fā)育，提高其抗冷性、耐鹽性等[3]。Watanabe等認為，ALA可以提高植物的耐鹽性，這種效應可能與提高葉片的抗氧化酶活性有關[4]，但其作用機制、分子理論基礎等并不十分清楚[5]。目前，新疆紅棗的種植面積大大增加，南疆是主要種植區(qū)域，而南疆地區(qū)分布著大面積的鹽堿地，在鹽堿地栽植棗樹，不僅影響棗果的產量和品質，且對南疆棗園建成有很大影響，而棗樹的繁殖主要靠嫁接繁殖，其耐鹽性取決于砧木。酸棗(ZiziphusacidojujubaC.Y. Cheng et M.J.Liu)是常用的棗樹砧木[6]，南疆地區(qū)通常以酸棗種子進行直播建園。本試驗以酸棗為試材，研究不同濃度ALA浸種對不同濃度NaCl脅迫下酸棗種子發(fā)芽參數(shù)、芽苗抗氧化酶活性及丙二醛含量的影響，探索ALA對鹽脅迫下酸棗種子萌發(fā)的生理調控作用，以提高酸棗種子的發(fā)芽率及抗性，為酸棗生產栽培及直播建園提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

ALA，由美國Sigma公司提供。酸棗種子，由陜北榆林佳縣提供。

1.2 試驗設計

試驗于2016年4—7月進行。酸棗種子消毒，均勻擺放在襯有濾紙的玻璃培養(yǎng)皿中；分別加入0、50、100、150 mg/L ALA溶液20 mL，置于寧波江南儀器廠產RXZ智能型人工氣候箱內26 ℃黑暗浸種培養(yǎng)24 h；取出，用蒸餾水清洗種子及培養(yǎng)皿，將清洗的種子重新擺放于襯有濾紙的培養(yǎng)皿中，分別加入0、50、100 mmol/L NaCl溶液10 mL，人工氣候箱內26 ℃黑暗培養(yǎng)，并定時補充蒸發(fā)掉的水分。處理過程中，ALA濃度由低到高依次記為A0、A1、A2、A3，NaCl濃度由低到高依次記為Na0、Na1、Na2，共計12個處理(表1)，其中以清水處理為對照。每處理重復3次，以胚根達到種子直徑的1/2標志為萌芽，NaCl溶液處理后3～15 d統(tǒng)計種子發(fā)芽情況；處理后15 d由于大部分子葉展平，真葉露出，發(fā)芽試驗結束，測定抗氧化酶活性及丙二醛含量。

表1 ALA和NaCl對酸棗種子進行浸種處理的不同組合

1.3 測定內容及方法

1.3.1 種子發(fā)芽參數(shù)的測定 發(fā)芽率(GR)、發(fā)芽勢(GE)、發(fā)芽指數(shù)(GI)、活力指數(shù)(VI)計算公式分別為：

發(fā)芽率=處理后15 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽勢= 7 d內發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)；

活力指數(shù)=S×∑(Gt/Dt)。

式中，Gt為時間t的發(fā)芽數(shù)(粒)；Dt為相應的發(fā)芽時間(d)；S為芽苗的鮮質量(g)。

1.3.2 抗氧化酶活性及丙二醛含量的測定 超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)活性的測定參照Li等的方法[7]進行，酶活性以U/g表示；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法(TBA)[8]測定，以nmol/g表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2003、Origin 75、SPSS 19軟件對數(shù)據(jù)進行整理、制圖和方差分析，采用最小顯著差法(LSD法)進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同濃度ALA浸種對酸棗種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響

由表2可知，0 mg/L ALA浸種時，隨NaCl處理濃度的升高，酸棗種子的GR、GE、GI、VI呈下降趨勢；與0 mg/L ALA浸種相比，50、100、150 mg/L ALA浸種處理能不同程度提高酸棗種子的GR、GE、GI、VI；NaCl處理濃度為0 mmol/L時，50 mg/L ALA浸種(Na0A1)的酸棗種子GE較對照處理提高34.58%，100、150 mg/L ALA浸種(Na0A2、Na0A3)的酸棗種子GE與對照相比差異不顯著(P<0.05)；NaCl處理濃度為50 mmol/L時，50、100 mg/L ALA浸種(Na1A1、Na1A2)的酸棗種子GR、GE分別為對照的98.64%、94.55%和101.11%、94.60%，與對照相比差異不顯著(P>0.05)；NaCl處理濃度為100 mmol/L時，50、100 mg/L ALA浸種(Na2A1、Na2A2)的種子GR、GE、GI、VI較對照顯著下降28.73%、61.82%、60.07%、80.27%和17.79%、54.55%、59.31%、78.12%(P<0.05)，150 mg/L ALA浸種(Na2A3)的種子GR較對照下降16.44%，差異不顯著(P>0.05)，GE、GI、VI分別較對照顯著下降45.45%、52.93%、71.47%(P<0.05)；NaCl處理濃度為50 mmol/L時，隨ALA濃度的增加，酸棗種子GR、GE、GI、VI呈先增加后下降趨勢，NaCl處理濃度為100 mmol/L時，隨ALA濃度的增加，酸棗種子GR、GE、GI、VI呈增加趨勢；同一NaCl濃度脅迫下，不同濃度ALA浸種可以提高酸棗種子的GR、GE、GI、VI；在50、100 mmol/L NaCl脅迫下，GI、VI較對照有顯著降低(P<0.05)，表明NaCl 脅迫會降低酸棗種子的發(fā)芽整齊度，降低芽苗鮮質量。

2.2 不同濃度ALA浸種對NaCl脅迫下酸棗芽苗抗氧化酶活性及丙二醛含量的影響

2.2.1 過氧化氫酶(CAT)活性 由圖1可知，NaCl處理濃度為0 mmol/L時，50、100、150mg/L ALA 浸種(Na0A1、Na0A2)的酸棗芽苗CAT活性較對照分別增加34.20%、31.42%、7.57%，相互間差異不顯著(P>0.05)；NaCl處理濃度為50 mmol/L時，50 mg/L ALA浸種(Na1A1)的酸棗芽苗CAT活性與對照相比差異不顯著(P>0.05)，100 mg/L ALA浸種(即Na1A3)的酸棗芽苗CAT活性較對照顯著提高54.32%(P<0.05)；NaCl處理濃度為100 mmol/L時，不同濃度ALA浸種的酸棗芽苗CAT活性與對照相比均有提高，但相互間差異不顯著(P>0.05)，其中150 mg/L ALA浸種(Na2A3)的酸棗芽苗CAT活性較對照明顯提高38.30%。不同濃度NaCl脅迫下宜選擇不同濃度的ALA進行浸種，整體而言，適宜的ALA濃度隨NaCl濃度的升高而增大。

2.2.2 過氧化物酶(POD)活性 由圖2可知，NaCl處理濃度為0 mmol/L時，隨ALA浸種濃度的增大，芽苗POD活性呈先升高后降低趨勢，但與對照相比差異不顯著(P>0.05)；NaCl處理濃度為50 mmol/L時，50、150 mg/L ALA浸種(Na1A1、Na1A2)的芽苗POD活性與對照相比差異不顯著，100 mg/L ALA浸種(Na1A3)的芽苗POD活性較對照顯著增加49.67%(P<0.05)； NaCl處理濃度為100 mmol/L時，50、100、150 mg/L ALA浸種的芽苗POD活性較對照有所提高，但相互間差異不顯著(P>0.05)。NaCl脅迫下，適宜的ALA濃度可有效提高酸棗芽苗的POD活性，其抗氧化能力提高。

2.2.3 超氧化物歧化酶(SOD)活性 由圖3可知，隨著NaCl處理濃度的升高，芽苗SOD活性多呈先增加后減小趨勢；NaCl處理濃度為0 mmol/L時，50 mg/L ALA浸種(Na0A1)的芽苗SOD活性較對照顯著增加33.70%(P<0.05)，100、150 mg/L ALA浸種的芽苗SOD活性與對照相比有所增加，但差異不顯著(P>0.05)；NaCl處理濃度為 50 mmol/L 時，0、150 mg/L ALA浸種的芽苗SOD活性與對照相比差異不顯著(P>0.05)，50、100 mg/L ALA浸種的芽苗SOD活性分別較對照顯著增加36.97%、57.59%；NaCl處理濃度為 100 mmol/L 時，0 mg/L ALA 浸種的芽苗SOD活性顯著低于對照(P<0.05)，50、100、150 mg/L ALA 浸種的芽苗SOD 活性與對照相比差異不顯著(P>0.05)?？梢?，隨著鹽濃度的增加， 芽苗中的SOD活性被抑制，經過ALA浸種可不同程度提高其SOD活性，其中低濃度NaCl脅迫下ALA浸種相對更為有效。

表2 ALA浸種對NaCl脅迫下酸棗種子芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

2.2.4 丙二醛(MDA)含量 由圖4可知，不使用ALA浸種處理，隨著鹽濃度的增加，酸棗芽苗MDA含量呈增加趨勢，采取ALA浸種可使酸棗芽苗MDA含量下降；NaCl處理濃度為0 mmol/L時，隨著ALA濃度的升高，芽苗MDA 含量呈增加趨勢，50、100 mg/L ALA浸種的芽苗MDA含量與對照相比差異不顯著，150 mg/L ALA浸種的顯著高于對照(P<0.05)；NaCl處理濃度為50 mmol/L時，0、150 mg/L ALA浸種的芽苗MDA含量分別較對照顯著增加36.67%、32.79%(P<0.05)，50 mg/L ALA浸種的芽苗MDA含量比對照下降3.19%，與對照相比差異不顯著；NaCl處理濃度為100 mmol/L時，0 mg/L ALA浸種的芽苗MDA含量比對照顯著增加57.19%(P<0.05)，100、150 mg/L ALA浸種的芽苗MDA含量與對照相比差異不顯著。因此，高濃度NaCl脅迫可使芽苗中的氧自由基含量大大增加，而施用外源ALA可以緩解細胞膜受到鹽害。

3 結論與討論

不同植物在鹽脅迫下對鹽環(huán)境的適應程度不一樣，同一植物在不同生長階段對鹽環(huán)境的適應性也會有所差異。種子萌發(fā)期是植物生長過程中對鹽環(huán)境十分敏感的時期[9]，這一時期種子對環(huán)境的適應能力決定植物是否能夠成功建苗，鹽漬地區(qū)植物是否能夠正常生長發(fā)育，萌發(fā)期種子的耐鹽性至關重要[10]。本試驗結果表明，ALA浸種能不同程度提高50、100 mmol/L NaCl脅迫下酸棗種子的發(fā)芽率(GR)、發(fā)芽勢(GE)、發(fā)芽指數(shù)(GI)、活力指數(shù)(VI)，酸棗種子的耐鹽性增強，促進了酸棗種子的萌發(fā)和生長，其中，50 mmol/L NaCl脅迫下，100 mg/L ALA浸種處理的酸棗種子GR、GE、GI、VI達到峰值，這與張春平等的研究結論[11]較為吻合。隨著鹽濃度增加，ALA可以提高NaCl脅迫下種子的發(fā)芽率，但種子發(fā)芽不整齊。因此，在不同濃度NaCl脅迫下選擇適宜濃度的ALA是研究重點。

ALA緩解鹽脅迫可能與提高滲透調節(jié)能力、保護酶活性和抑制膜質過氧化有關，而其提高植物的抗氧化酶活性可能與其轉化為亞鐵血紅素(Heme)有關[12]。Heme作為過氧化物酶的輔基普遍存在于POD、CAT中，ALA是Heme的合成前體，外源ALA可促進Heme的合成，從而提高了植物的抗氧化酶活性。燕飛研究認為，維持質膜結構的穩(wěn)定性與ALA通過誘導或者合成積累一定的滲透調解物質有關，從而保證細胞功能的正常運行[13]。本試驗中，NaCl處理濃度為0 mmol/L時，50 mg/L ALA浸種可明顯提高酸棗芽苗的CAT、POD、SOD活性，150 mg/L ALA處理的酸棗芽苗CAT、POD、SOD活性有所下降，接近于清水處理(對照)，這說明高濃度ALA浸種對不同鹽脅迫處理酸棗芽苗抗氧化酶活性的影響有異，可能與高濃度ALA浸種反而減緩Heme的合成有關；ALA 浸種對鹽脅迫下酸棗種子的芽苗生長抑制起到一定的緩解作用，這與劉暉等的研究結果[14]一致。

MDA是脂質過氧化作用的產物，其含量可以間接反映膜系統(tǒng)受損程度及植物的抗逆性[15-16]。本研究表明，在不使用ALA浸種處理的條件下，隨著NaCl處理濃度的升高，MDA含量呈上升趨勢；鹽脅迫下，高濃度ALA浸種有時反而會使芽苗中的MDA含量增加，這與王魏等的研究結果[17]相似，可能與品種自身的耐鹽性有關。

ALA浸種可提高酸棗種子活力，促進芽苗的抗氧化酶活性，為細胞內氧自由基的清除提供了有力條件，減緩了其對細胞膜的傷害[18]。南疆地區(qū)棗園多為直播建園，為緩解NaCl對酸棗種子造成的傷害，可以采用適宜濃度ALA(100 mg/L)對酸棗種子進行預處理，在提高酸棗種子發(fā)芽率的同時降低土壤鹽分對種子的傷害。