5-ALA對NaCl脅迫下絲瓜幼苗生長及生理特性的影響

張愛慧 冷欣蘭 袁穎輝 任慧羚 陳雪瓊 朱士農(nóng)

摘要：以江蔬一號絲瓜為材料，研究100 mmol/L NaCl脅迫下，葉面噴施和根施5-ALA對絲瓜幼苗生長緩解效應及其生理活性的變化。結(jié)果表明，采用100 mmol/L NaCl處理幼苗后，絲瓜幼苗生長緩慢，NaCl脅迫下外源根施和葉面噴施5-ALA，均能有效地緩解鹽脅迫效應促進幼苗的生長，在此過程中絲瓜幼苗葉片中抗壞血酸過氧化物酶（APX）及抗壞血酸氧化酶（AAO）的活性明顯升高；干鮮質(zhì)量及谷胱甘肽含量、抗壞血酸含量明顯增加，且根施效果較噴施效果好。NaCl脅迫下外源5-ALA可以顯著提高絲瓜幼苗葉片的AsA含量。因此，外源5-ALA通過提高絲瓜幼苗AsA-GSH循環(huán)的重要酶類活性，增強了幼苗的抗氧化能力，從而緩解了鹽脅迫對于絲瓜幼苗的傷害。因此，生產(chǎn)中可以采用根施或葉面噴施5-ALA緩解鹽漬化土壤對絲瓜生長的影響。

關(guān)鍵詞：鹽脅迫；絲瓜幼苗；5-ALA；APX；AAO

中圖分類號：S642.401? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）13-0137-05

5-ALA即5－氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid），是一種廣泛存在于動物及植物體內(nèi)的非蛋白型氨基酸，是植物體內(nèi)天然存在的、植物生命活動必需的、代謝活躍的生理活性物質(zhì)［1］。作為常見的生長調(diào)節(jié)劑，5-ALA不僅參與植物的光合作用、呼吸作用和蒸騰作用，還具有促進植物生長發(fā)育，提高植物抗寒性及抗鹽性等抗逆作用［2］。近年來，5-ALA在農(nóng)業(yè)上的應用受到廣泛關(guān)注［3］。燕飛等提出5-ALA能夠促進高鹽條件下黃瓜幼苗的生長，其效應明顯超過已報道的任何一種植物激素［4］。王魏等證明了5-ALA對菠菜苗耐鹽性的緩解效應并認為這種效應和葉片抗氧化酶活性上升有關(guān)［5］。5-ALA在絲瓜幼苗抗逆生理方面的研究鮮有報道，本試驗以江蔬一號絲瓜為材料，采用外部根施和噴施2種方式，研究外源 5-ALA 對一定濃度NaCl脅迫下絲瓜幼苗生長及葉片中酶活性的影響，比較不同濃度5-ALA葉面噴施和根施對絲瓜幼苗在NaCl脅迫下生長的緩解效應，探討其提高絲瓜耐鹽性的機制，為外源 5-ALA 在絲瓜生產(chǎn)中的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

5-ALA購自國藥集團化學試劑有限公司。江蔬一號絲瓜種子由江蘇省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所友情提供。

1.2 試驗方法

本試驗于2020年3月至2021年9月在金陵科技學院園藝實驗站進行。將露白的絲瓜種子播于50孔的穴盤中（育苗基質(zhì)為蛭石、泥炭、珍珠巖，體積比為2 ∶2 ∶1），播種后覆膜保墑。待絲瓜出苗后去除薄膜，進行常規(guī)管理。當幼苗2～3張真葉時，選取健壯的幼苗，洗凈根系，定植于盛有1/2 Hoaland營養(yǎng)液的水培箱中［6］。

絲瓜緩苗后于NaCl處理前1 d傍晚進行5-ALA預處理，根施處理：用少許 95%乙醇將5-ALA溶解后，置于水培箱中，使營養(yǎng)液中5-ALA濃度為20 mg/L；葉面噴施處理：配制50 mg/L ALA并加入0.01%吐溫-20作展著劑噴施絲瓜幼苗葉片，使其葉片上下表面均附著溶液。

5-ALA預處理后進行如下處理：（1）CK（對照），1/2 Hoaland營養(yǎng)液栽培；（2）處理T1：營養(yǎng)液+100 mmol/L NaCl；（3）處理T2：營養(yǎng)液+100 mmol/L NaCl+20 mg/L 5-ALA（根施）；處理T3：營養(yǎng)液+100 mmol/L NaCl+50 mg/L 5-ALA（葉面噴施）。

1.3 生長及生理指標測定方法

（1）干鮮質(zhì)量測定：分別于處理0、2、4、6、8 d任取不同處理的絲瓜幼苗3株。用清水洗凈，吸干表面水分，稱量地上部和地下部鮮質(zhì)量，取平均值為單株鮮質(zhì)量（g）［6］。然后置于烘箱中在105 ℃高溫下殺青15 min，再將溫度調(diào)至75 ℃烘至恒質(zhì)量。稱其質(zhì)量，即為單株干質(zhì)量（g）。

（2）生理指標測定：分別于處理0、4、8 d取生長點下第2～3張展開葉進行相關(guān)指標測定。谷胱甘肽（GSH）含量、抗壞血酸（AsA）含量、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、抗壞血酸氧化酶（AAO）、谷胱甘肽還原酶（GR）及脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）活性均采用南京建成生物工程研究所提供的試劑盒測定［6］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗結(jié)果均采用Excel和SAS軟件Duncan s多重比較法（α=0.05）進行統(tǒng)計分析［6］。

2 結(jié)果與分析

2.1 5-ALA對NaCl脅迫下絲瓜幼苗干鮮質(zhì)量的影響

由表1可知，經(jīng)過100 mmol/L NaCl處理后的幼苗隨著處理時間的延長，采用根施或葉面噴施 5-ALA 的處理，均能有效緩解絲瓜幼苗的NaCl脅迫傷害。試驗表明，100 mmol/L NaCl脅迫處理2 d時，處理T2、T3地上部及地下部干物量、鮮質(zhì)量均顯著高于處理T1，T2和T3處理間差異不顯著。而NaCl脅迫處理4 d時，T2處理的地上部及地下部鮮質(zhì)量分別較處理T1提高了39.5%、23.1%，干質(zhì)量分別提高了18.8%、27.6%；處理T3地上部干鮮質(zhì)量和地下部干質(zhì)量顯著高于T1，地下部鮮質(zhì)量與T1相比差異不顯著。處理6 d時，T2、T3地上及地下部干、鮮質(zhì)量均顯著高于T1，其中T2地上部鮮干質(zhì)量及地下部鮮干質(zhì)量較T1分別提高了60.4%、48.2%、28.2%和20.4%，T3地上部鮮干質(zhì)量及地下部鮮干質(zhì)量較T1處理分別提高了36.1%、31.5%、10.4%和12.4%。處理8 d時，T2和T3處理的幼苗地上部鮮干質(zhì)量及地下部鮮干質(zhì)量顯著高于T1。因此，5-ALA處理前期，根施和葉面噴施處理的干鮮質(zhì)量較NaCl脅迫有明顯增加且根施效果較好；隨著處理時間的延長，葉面噴施處理對緩解NaCl脅迫下絲瓜生長的效果減弱。

2.2 5-ALA對NaCl脅迫下絲瓜幼苗抗壞血酸（AsA）含量的影響

隨著NaCl處理時間的延長，不同處理下絲瓜幼苗中AsA含量呈逐漸增加的趨勢（圖1）。處理4 d時，T2、T3處理的絲瓜幼苗AsA含量顯著高于T1和CK，與T1相比分別提高了29.2%和17.1%；處理8 d時，T2、T3處理的絲瓜幼苗AsA含量較T1相比顯著提高，分別提高了52.1%和27.2%。其中，采用根施（T2）處理的效果明顯優(yōu)于噴施處理（T3）。

2.3 5-ALA對NaCl脅迫下絲瓜幼苗谷胱甘肽（GSH）含量的影響

外源5-ALA使NaCl脅迫下絲瓜幼苗中谷胱甘肽的含量呈現(xiàn)增加的變化（圖2）。處理4 d時，T3處理幼苗中谷胱甘肽的含量顯著高于T1和T2處理，與T1相比提高了25.1%，T1和T2間差異不顯著。隨著NaCl脅迫時間的延長，各處理絲瓜幼苗中GSH含量呈現(xiàn)較大的變化， 處理8 d時，T2處理GSH含量最高，T2和T3處理GSH含量均顯著高于T1處理，與T1相比分別提高了76.0%和65.9%。從試驗結(jié)果可以看出，外源5-ALA可以提高NaCl脅迫下絲瓜幼苗葉片中的谷胱甘肽含量，根施5-ALA的效果顯著高于噴施處理。

2.4 5-ALA對NaCl脅迫下絲瓜幼苗抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性的影響

由圖3可知，NaCl脅迫下絲瓜幼苗APX活性升高，且隨著NaCl處理時間的延長， 各處理絲瓜幼苗的APX活性均不同程度的提高。處理4 d時，T2、T3處理與T1處理相比APX活性分別提高了29.1%和22.0%；處理8 d時，APX活性變化趨勢與處理 4 d 時相似，T2、T3處理APX活性均顯著高于T1，但T2、T3處理間差異不顯著。這說明隨著NaCl脅迫時間的延長，外源5-ALA可以提高鹽脅迫下絲瓜幼苗的抗壞血酸過氧化物酶活性，且根施和噴施的效果差異不明顯。

2.5 5-ALA對鹽脅迫下絲瓜幼苗抗壞血酸氧化酶（AAO）活性的影響

如圖4所示，NaCl脅迫后絲瓜幼苗AAO活性總體上呈現(xiàn)升高的趨勢，但處理初期變化規(guī)律不明顯。隨著脅迫時間的延長，各處理活性均有所提高。處理4 d時，各處理AAO活性均高于CK；NaCl脅迫8 d時，T2、T3絲瓜幼苗AAO活性顯著高于T1，與T1相比分別提高了27.2%和23.6%，但二者間差異不顯著。這說明，隨著鹽脅迫時間的延長，外源5-ALA能提高NaCl脅迫下抗壞血酸氧化酶的活性，且根施和噴施的效果差異不大。

2.6 5-ALA對NaCl脅迫下絲瓜幼苗谷胱甘肽還原酶（GR）活性的影響

由圖5可知，5-ALA對NaCl脅迫GR的活性具有一定的影響，NaCl脅迫4 d時，各處理絲瓜幼苗GR的活性提高，但沒有達到顯著性差異；處理8 d時，T2處理GR的活性最高，其次為T3處理，二者均顯著高于T1，與T1相比GR活性分別提高了74.5%和50.4%。根施5-ALA處理及噴施 5-ALA 處理較單獨鹽處理分別提高了91.0%和72.4%。

2.7 5-ALA對鹽脅迫下絲瓜幼苗脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）活性的影響

抗壞血酸還原酶（DHAR）是植物體內(nèi)一種重要的抗氧化酶，絲瓜幼苗DHAR活性隨著NaCl脅迫時間延長而不斷提高（圖6）。處理4 d時，各處理DHAR活性均有所提高，其中T3處理DHAR活性最高， T1、T2處理間差異不顯著； NaCl處理8 d時，T3處理DHAR活性最高，其次為T2、T1，T2、T3處理顯著高于T1，與T1相比分別提高了38.1%和52.7%，且噴施5-ALA處理活性明顯高于根施 5-ALA 處理。由此可見，在NaCl脅迫下，外源 5-ALA 可顯著提高絲瓜幼苗的DHAR活性，且噴施的效果比根施要好。

3 討論與結(jié)論

5-氨基乙酰丙酸（ALA）是一種廣泛存在于動植物細胞中的非蛋白類氨基酸［6］，低濃度ALA可以提高植物的抗逆性并可促進逆境脅迫下植物的生長［7］。本試驗結(jié)果表明，隨著NaCl脅迫時間的延長，根施20 mg/L和葉面噴施50 mg/L 5-ALA均能顯著提高NaCl脅迫下絲瓜幼苗地上部及地下部干鮮質(zhì)量，有效緩解了鹽脅迫對絲瓜幼苗生長的影響，這在紫蘇［8］、豌豆［9］和草莓［10］的研究中也有類似結(jié)果。

鹽脅迫條件下，植物會通過增強抗氧化酶活性和提高抗壞血酸、谷胱甘肽含量等途徑來緩解鹽脅迫對植物細胞造成的損傷［11-12］。鹽脅迫使植物生長受抑制，體內(nèi)產(chǎn)生大量活性氧（ROS），從而使植物次生氧化損傷［13］。AsA和GSH作為重要的ROS清除劑，在防御膜脂過氧化中具有非常重要的作用［14］，有研究表明，一定濃度的外源NO、茉莉酸甲酯及褪黑素均能促進NaCl脅迫下番茄幼苗葉片、玉米幼苗還原型抗壞血酸（AsA）含量和還原型谷胱甘肽（GSH）含量提高［15-16］；燕飛等認為，施用外源 5-ALA 可以提高黃瓜葉片中AsA、GSH含量水平［4］。本研究結(jié)果表明，根施20 mg/L和葉面噴施 50 mg/L 5-ALA能顯著提高NaCl脅迫下絲瓜幼苗AsA、GSH含量。NaCl脅迫8 d時，根施20 mg/L和葉面噴施50 mg/L 5-ALA絲瓜幼苗AsA含量與NaCl脅迫相比分別提高了52.1%和27.2%，GSH含量與NaCl脅迫相比提高了76.0%和65.9%。逆境脅迫下AsA、GSH含量增加，可以維持AsA-GSH循環(huán)高效運轉(zhuǎn)，減輕膜脂過氧化，提高絲瓜幼苗鹽漬抗性。

植物受到鹽脅迫后，植物體內(nèi)抗氧化保護酶活性迅速升高以清除過多的活性氧，即通過增強抗氧化酶活性等途徑來減少損傷［17-18］。APX、DHAR、GR、AAO在活性氧清除過程中具有十分重要的作用，是參與AsA-GSH循環(huán)的重要酶類［19］。噴施適量ALA對甜櫻桃子房和花柱AsA-GSH循環(huán)相關(guān)酶活性的增加有著積極的作用［19］；曹碧珍等研究表明，外源ALA處理顯著提高了低溫脅迫下枇杷葉片中抗脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）、谷胱甘肽還原酶（GR）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性［20-21］，5-ALA使NaCl脅迫下酸棗種子胚芽和胚根中的APX、GR活性上升［22］。本試驗結(jié)果表明，外源 5-ALA 可以提高鹽脅迫下絲瓜幼苗葉片中抗壞血酸過氧化物酶和抗壞血酸氧化酶活性，這與上述結(jié)論基本一致。對于抗壞血酸過氧化物酶和抗壞血酸氧化酶而言，葉面噴施5-ALA和根施5-ALA效果相當，無顯著差異。此外，本研究結(jié)果表明，當處理8 d時，采用根施或葉面噴施5-ALA后能顯著提高NaCl脅迫下絲瓜幼苗DHAR活性，與鹽脅迫處理后相比分別提高了38.1%和52.7%，并且發(fā)現(xiàn)噴施5-ALA處理活性明顯高于根施5-ALA處理。因此，植物可能在非生物脅迫下通過調(diào)節(jié)抗壞血酸-胱甘肽循環(huán)維持植物體內(nèi)抗壞血酸的代謝水平，對于保護細胞抵御氧化損傷方面發(fā)揮重要作用。外源根施5-ALA處理及噴施5-ALA處理能有效緩解NaCl脅迫下絲瓜幼苗的生長緩解鹽脅迫對幼苗的傷害。

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