外源ALA对盐胁迫下商洛黄芩生理特性的影响

李小玲，华智锐

(商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)



外源ALA对盐胁迫下商洛黄芩生理特性的影响

李小玲，华智锐

(商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)

摘要：通过对黄芩种子萌发及幼苗生理特性的研究，寻找提高黄芩种子及幼苗在盐胁迫下抗性能力的途径。测定了盐胁迫下黄芩种子在不同浓度处理后种子的发芽势、发芽率，并测定了黄芩幼苗叶片的叶绿素含量、叶片丙二醛含量、过氧化物酶和过氧化氢酶活性。结果表明：0.5%盐胁迫下黄芩种子萌发受到显著抑制。外源ALA可促进盐胁迫下黄芩的生长，提高黄芩的发芽势和发芽率，提高叶片叶绿素含量、POD和CAT活性，降低MDA含量。由此可知，外源ALA可增强盐胁迫下黄芩生理特性，对盐胁迫有较好的缓解作用，减轻了盐胁迫对黄芩生长的抑制作用，提高种子及幼苗的抗盐能力。

关键词：ALA；盐胁迫；黄芩；生理特性

随着我国盐渍化土地面积的不断扩大，土壤盐渍化已成为一个世界性问题，严重影响着植物的产量和品质，也限制了农业生产的可持续发展及生态环境的维持[1-2]。盐胁迫使得植物细胞内正常的电子传递链被阻断，导致活性氧的产生和清除之间的平衡被破坏，引起细胞膜结构和透性的改变，最终影响植物体正常的生长和发育[3]。为了缓解逆境对植物的伤害，植物体形成了自身酶促防御体系，其是活性氧的有效清除剂，以便植物更好地适应逆境条件。

目前，对盐渍化土地的改良主要集中在对土壤方面的改良，而针对提高植物自身耐盐性方面的研究则较少。近年来，通过对植物盐害及耐盐机理的研究发现，化学调控手段是提高植物耐盐性的有效方法之一。因此，在植物生长过程中，通过施加不同浓度外源物质的方式增强植物对盐胁迫的耐受性至关重要。

ALA(5-氨基乙酰丙酸)是所有卟啉化合物生物合成的关键前体，具有调节光合色素的合成、提高光合效率、提高抗氧化酶活性、保护细胞膜稳定性等功能[4-6]。近年来的研究表明，ALA作为一种新型的植物生长调节剂，可以提高作物的抗逆性，提高作物产量，并改善作物品质[7-8]。

黄芩为唇形科黄芩属(ScutellariabaicalensisGeorgi)多年生草本植物，其根可入药，是我国常用药材之一[9]。随着我国中药现代化进程的不断发展，对黄芩药材的需求量不断上升，而野生资源不断下降，已不能满足市场的需求。目前，栽培黄芩已经成为我国生产黄芩药材的主要来源，但由于不合理的灌溉和耕作措施，土壤盐渍化问题日益突出，严重影响了黄芩的生产。因此，寻求一种高效、低成本的途径提高黄芩耐盐性，有目的地提高黄芩抗盐性，对于扩大黄芩栽培面积和提高黄芩产量具有重要意义。目前，有关ALA在提高植物抗盐能力方面也有一定报道，但主要集中在农作物方面[5-7]，而在药用植物方面利用抗逆诱导物质缓解盐分障碍的报道较少[8]，现拟从缓解盐害逆境因子出发，本试验以商洛道地药材黄芩为材料，探讨了外源ALA对盐胁迫下黄芩种子萌发及幼苗生理特性的影响，以期为提高黄芩耐盐性提供有效途径，为科学合理应用ALA提高黄芩的产量提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

所用商洛黄芩种子购于天士力公司药源种植基地，ALA和NaCl购自西安晶博试剂公司，含量≥99.5%，分析纯试剂AR级。

1.2试验方法

1.2.1种子萌发生理指标的测定选取成熟饱满、大小一致、无病虫害的干燥黄芩种子，用75%酒精消毒3次后，再用蒸馏水冲洗3～5次，然后在电热恒温水浴锅中55 ℃水浴条件下用蒸馏水浸泡12 h，取出后用吸水纸将种子表面的水分吸干，将种子平铺于放有滤纸的培养皿中，每皿80个，共设3组对照，在SPX-250B-Ⅱ生化培养箱中进行暗培养，温度为25 ℃左右。经过预试验得出了黄芩种子在0.5%的盐浓度下种子萌发受到显著抑制，试验共设2个对照和4个处理:CK1(蒸馏水对照)，CK2(0.5%盐对照)，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。

不同浓度的ALA和0.5% NaCl每次各喷施2 mL，每2 d喷施1次，每天定时统计发芽数，第4天计算发芽势，第7天计算发芽率。统计发芽指数，计算公式如下：

发芽势(GE)(%)=4 d内发芽的种子数/供试的所有种子数×100%

发芽率(GR)(%)=7 d内发芽的种子数/供试的所有种子数×100%

1.2.2幼苗相关生理指标的测定挑选长势一致的双叶期黄芩幼苗，移入放有滤纸的培养皿中，并于生化培养箱中继续培养，光照16 h/d。同样设以上2个对照和4个处理，继续喷施不同浓度的ALA和0.5% NaCl，每次各喷施2 mL，每2 d喷施1次。6 d后采集叶片，用天平将不同处理下的黄芩叶片分别称取0.5 g，测定黄芩叶片的叶绿素含量(叶绿素a、叶绿素b、叶绿素ab)、丙二醛(MDA)含量、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性的变化。

测定方法：叶绿素含量测定采用丙酮-碳酸钙法。MDA含量测定参考硫代巴比妥酸(TBA)检测法，以μmol/g表示MDA量。POD酶活性的测定采用愈创木酚法[10]，以每分钟吸光度(A)的变化表示酶活力的大小，即以每分钟A值减小0.01定义为1个酶活力单位(U)。CAT采用紫外吸收法测定[11]，以每分钟A值减小0.1定义为1个酶活力单位(U)，各项指标重复测定3次，求其平均值。酶活性测定采用UV755B紫外可见分光光度计，数据统计分析采用Excel 2003软件进行。

2结果与分析

2.1ALA对盐胁迫下黄芩种子萌发的影响

由图1可知，CK2与CK1相比，黄芩种子的发芽率、发芽势都显著降低，这说明盐胁迫抑制了黄芩种子的萌发。经不同浓度的ALA处理后，发芽率和发芽势都有明显的变化。T1～T4处理后，黄芩种子的发芽势和发芽率与CK2相比均有明显提高，且随ALA浓度的升高呈逐渐上升趋势，且基本接近于盐胁迫前的水平。T3的发芽势与发芽率均达到最大，分别为38.75%和30.6%，较CK2提高了17.5和11个百分点，虽在T4时有所降低，但仍高于CK2。

图1　ALA对盐胁迫下黄芩种子萌发的影响

2.2ALA对盐胁迫下黄芩幼苗生长的影响

2.2.1ALA对盐胁迫下黄芩幼苗叶片叶绿素含量的影响由图2可知，CK2与CK1比较，叶绿素a和叶绿素b含量都显著降低，这说明盐胁迫显然抑制了黄芩幼苗叶片中叶绿素含量。经不同浓度的ALA处理后，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素ab含量都表现出相似的变化趋势，且明显高于CK2。叶绿素a含量的变化幅度比叶绿素b的更明显。T3的3种叶绿素含量均达到最大，在此浓度下，黄芩幼苗叶片中光合色素量最大，光合作用最强。结果表明，0.05 g/L ALA对促进光合色素量的升高有显著的作用，且有效缓解了盐胁迫对黄芩幼苗叶片光合色素合成的抑制效应，提高了叶片的光合效率。

2.2.2ALA对盐胁迫下黄芩幼苗叶片MDA含量的影响由图3可知，CK2与CK1相比较，盐胁迫下黄芩幼苗叶片MDA含量显著提高，这说明盐胁迫能促进MDA的生成。经不同浓度的ALA处理后MDA含量也呈现出先降后升的趋势，与CK2比较均有不同程度的降低，这说明ALA显然抑制了MDA的生成，其中T3时MDA含量降低最大，与CK2相比降低了142 μmol/g，此时抑制效果最强，虽然T4时有所升高，但仍低于CK2中MDA的含量，结果表明，当ALA浓度为0.05 g/L时最能有效缓解盐胁迫对黄芩幼苗中MDA的积累。

图2　ALA对盐胁迫下黄芩幼苗叶片叶绿素含量的影响

图3　ALA对盐胁迫下黄芩幼苗叶片MDA含量的影响

2.2.3ALA对盐胁迫下黄芩幼苗叶片CAT和POD酶活性的影响由图4可知，CK2时CAT活性升高，这说明盐胁迫显然提高了黄芩幼苗叶片中CAT的活性，且幼苗对盐胁迫的反应比较明显。经不同浓度ALA处理后，CAT活性呈现先升后降的趋势，且趋势明显，T1～T4与CK2相比酶活性均显著增强，且在T3时活性最大，较CK2提高了44 U/g。虽T4时CAT活性有所降低，但仍高于CK2。

图4　ALA对盐胁迫下黄芩幼苗

由图5可知，POD的活性也在盐胁迫后明显提高，经不同浓度ALA处理后，POD活性呈先升后降的趋势，且T3的活性最大，虽然T4有所降低，但仍高于CK2。由以上结果可知，不同浓度的外源ALA处理黄芩幼苗能明显提高幼苗叶片中CAT、POD的活性，且效果显著。

3小结与讨论

ALA(5-氨基乙酰丙酸)参与植物生长发育的调节，具有类似植物激素的生理活性，能诱导植物产生抗逆性。该试验将ALA应用于黄芩幼苗，起到了一定的抗盐作用。

种子萌发是植物生活史中的重要阶段，直接影响植物的生长、产量。发芽率反映了种子发芽的多少，发芽势则反映了种子发芽的快慢和整齐度[12]，不同种子的发芽率、发芽势都不同，这2个指标的大小能够反映出商洛黄芩在种子萌发期耐盐性的强弱。刘晖等[13]认为一定浓度的ALA能促进西瓜种子的萌发，显著缓解盐胁迫对西瓜种子萌发的抑制效应，促进西瓜幼苗的生长。张春平等[14]研究表明，外源ALA能通过提高紫苏种子细胞内抗氧化酶活性和种子萌发过程中种子的呼吸强度，从而促进盐胁迫下紫苏种子的萌发，进而缓解盐胁迫对紫苏种子萌发的抑制作用，促进幼苗的抗盐生长，这与本研究结果一致。本试验中，盐胁迫下黄芩种子的发芽势、发芽率与蒸馏水对照相比有明显的降低，这说明盐胁迫通过降低种子细胞的呼吸强度和抗氧化酶活性，抑制了种子的萌发。经不同浓度的ALA处理后，发芽率和发芽势均有不同程度的提高，T3的发芽率、发芽势达到最大，之后有所降低，但仍高于CK2。ALA处理能通过提高黄芩种子细胞内抗氧化酶活性，提高抗氧化胁迫能力，且在浓度为0.05 g/L时效果最强。

叶绿素是一类与光合作用有关的最重要的色素。ALA作为植物叶绿素合成的前体物质，能促进叶绿素a转化为叶绿素b，防止叶绿素酶分解，以达到保护光合器官的作用。Downton等[15]研究表明，叶绿素含量降低是引起光合速率降低的主要原因。本试验中，盐胁迫后黄芩幼苗叶片中叶绿素含量显著降低，这说明盐胁迫对植物的光合器官造成了伤害。经不同浓度的ALA处理后，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素ab均有不同程度的提高，且都高于蒸馏水处理下的结果，T3的含量达到最高。由此表明，由于ALA作为叶绿素合成的前体物质，减缓了叶绿素降低的趋势，促进了叶绿素的合成，从而促进了黄芩叶片光合作用的进行。

MDA是膜脂过氧化产物之一，也是膜系统受伤害的重要指标。徐晓洁等[16]研究表明，外源ALA处理番茄幼苗后，促进了保护酶系统活性，降低了MDA含量，缓解了盐胁迫对番茄幼苗生长的抑制作用。本试验中，黄芩幼苗受到盐胁迫后，MDA含量显著升高，表明黄芩幼苗受到一定的伤害，即叶片细胞膜发生了过氧化作用，质膜被破坏。经不同浓度的ALA处理后，MDA含量有不同程度的降低，这说明外源ALA能够显著抑制膜脂过氧化作用，减少膜系统受到的伤害，提高膜的稳定性，缓解盐胁迫对黄芩幼苗的伤害。

CAT、POD作为酶促防御系统，有清除活性氧的能力，从而保护植物免受伤害。在盐胁迫下，黄芩幼苗叶片中抗氧化酶(CAT、POD)活性均有所提高，当用不同浓度的ALA处理后，CAT、POD活性呈先升后降趋势，且在T3时的活性最大，为清除细胞内产生的活性氧提供了基础。由此可见，外源ALA可显著缓解盐胁迫对黄芩生长的抑制作用，增强黄芩幼苗的抗氧化能力，从而提高黄芩幼苗的抗盐性。

综上所述，盐胁迫能抑制黄芩种子的萌发和生长。在黄芩种子萌发期，用ALA处理种子可显著提高盐胁迫下黄芩种子的发芽势和发芽率，对黄芩后期生长发育及提高黄芩产量有重要的影响。在黄芩幼苗生长期，外施ALA通过提高幼苗叶片叶绿素含量，进而起到提高光合作用的效果；通过提高叶片细胞内抗氧化酶CAT和POD活性，清除叶片细胞内多余的活性氧，保护细胞膜的完整性，从而抵御盐害；通过降低MDA的含量，缓解幼苗的氧化损伤，减少膜脂过氧化产物，减少膜系统的伤害，从而有效地缓解盐胁迫对黄芩幼苗生长的抑制作用，在ALA浓度为0.05 g/L时抑制效果最好，使黄芩能更好地抵御盐害，对黄芩抗盐诱导及抗性育种方面提供了一定参考。

参考文献：

[1] 宁运旺,张永春.设施土壤次生盐渍化的发生与防治[J].江苏农业科学,2001(4)：49-52.

[2] 彭宇,张春兰.盐胁迫下两种外源酚酸对黄瓜种子萌发及幼苗体内某些酶活性的效应[J].南京农业大学学报,2003,26(1):33-36.

[3] Vital S A, Fowler R W, Virgen A, et al. Opposing roles for superoxide and nitric oxide in the NaCl stress induced up-regulation of antioxidant enzyme activity in cotton tissue[J]. Environmental & Experimental Botany, 2008, 62(1): 60-68.

[4] Hotta Y, Tanaka T, Takaoka H, et al. Promotive effects of 5-aminoleevulinic acid on the yield of several crops[J]. Plant Growth Regul, 1997, 22(2): 109-114.

[5] 孟长军,邹志荣.外源ALA对樱桃番茄幼苗盐伤害的缓解效应[J].江苏农业学报,2011,27(2):378-381.

[6] 刘翠霞,罗庆熙,李跃建,等.外源5-氨基乙酰丙酸(ALA)对弱光下黄瓜生长指标及抗氧化酶活性的影响[J].中国蔬菜，2011(16):72-78.

[7] 童金珠,邹志荣.外源ALA对NaCl胁迫下不同品种西葫芦生理特性及产量的影响[J].干旱地区农业研究，2009,27(4):116-120.

[8] 张春平,何平,刘海英,等.外源性5-氨基乙酰丙酸对盐胁迫下决明子萌发及幼苗生理特性的影响[J].中草药，2012,43(4):778-787.

[9] 苏淑欣,李世,尚文艳,等.黄芩生长发育规律的研究[J].中国中药杂志,2003,28(11):1081-1021.

[10] 张志良,翟伟菁,李小方.植物生理学实验指导[M].北京:高等教育出版社,2009.

[11] 张以顺,黄霞,陈云凤.植物生理实验教程.[M].北京：高等教育出版社,2009.

[12] 赵艳艳,胡晓辉,邹志荣,等.不同浓度5-氨基乙酰丙酸(ALA)浸种对NaCl胁迫下番茄种子发芽率及芽苗生长的影响[J].生态学报,2013,33(1):62-70.

[13] 刘晖,康琅,汪良驹.ALA对盐胁迫下西瓜种子的萌发的促进效应[J].果树学报,2009,31(4):499-502.

[14] 张春平,何平,魏品祥,等.盐胁迫对不同基因型紫苏种子萌发、幼苗抗氧化酶活性的影响[J].中草药,2011,42(6):1194-1200.

[15] Downton W J S, Grant W J, Robinson S P. Stomatal closure fully accounts for the inhibition of photosynthesis by abscisic acid[J]. New Phytologist, 1988, 108(3): 263-266.

[16] 徐晓洁,邹志荣,乔飞，等.ALA对NaCl胁迫下不同品种番茄植株光合作用、保护酶活性及果实产量的影响[J].干旱地区农业研究,2008,26(4):131-135.

(责任编辑：曾小军)

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

中图分类号：Q945.78

文献标志码：A

文章编号：1001-8581(2016)02-0070-04

作者简介：李小玲(1980─)，女，陕西蓝田人，副教授，硕士研究生，主要从事植物生物技术研究。

基金项目：陕西省科技厅项目(2009K01-11)。

收稿日期：2015-07-22