外源5-氨基乙酰丙酸对盐胁迫下南瓜种子萌发及耐盐性的影响

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(1.齐齐哈尔大学 生命科学与农林学院， 黑龙江 齐齐哈尔 161006； 2.齐齐哈尔市卫生监督所， 黑龙江 齐齐哈尔 161005)

外源5-氨基乙酰丙酸对盐胁迫下南瓜种子萌发及耐盐性的影响

吴旭红1，冯晶旻2

(1.齐齐哈尔大学 生命科学与农林学院， 黑龙江 齐齐哈尔 161006； 2.齐齐哈尔市卫生监督所， 黑龙江 齐齐哈尔 161005)

为探讨外源5-氨基乙酰丙酸(ALA)对NaCl胁迫下南瓜种子萌发和耐盐性的影响，以“银辉2号” 南瓜品种为材料，在不同强度(0，90，180，270 mmol/L)NaCl胁迫下，分别复合(0，10，25，50 mmol/L)的ALA浸种6 h，人工气候箱培养5 d，研究ALA对南瓜种子发芽率、发芽势及芽苗O2-·产生速率、过氧化产物MDA的积累和超氧物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的影响。结果表明， 180～270 mmol/L NaCl胁迫，极显著抑制了南瓜种子的萌发；10～25 mmol/L ALA浸种，显著提高了NaCl胁迫下南瓜种子的发芽率和发芽势，上调了SOD 和APX活性，降低了MDA含量；而较高浓度(50 mmol/L)ALA则降低了发芽率和发芽势，对活性氧(ROS)生成的抑制作用和抗氧化能力均下降。总之，10 mmol/L ALA对90 mmol/L NaCl、25 mmol/L ALA 对180 mmol/L NaCl胁迫具有显著的促进种子萌发和缓解盐害的作用。

南瓜； 5-氨基乙酰丙酸(ALA)； NaCl胁迫；

土壤盐渍化是农业生产和人类生存和发展面临的生态危机之一。全球盐渍化土壤面积已达3.8×108～9×108hm2，占可耕地面积的10%，我国盐碱地面积为1.0×107hm2，已成为除干旱以外影响作物生长的第二大限制因素[1]。种子萌发期是对环境变化和对逆境信号的感应最敏感的时期，同时也是对植物适应环境变化进行生理调节的活跃期。因此，通过调控措施缓解盐胁迫对种子萌发的抑制并促进苗期发育，对改善和减轻盐胁迫危害具有重要意义。5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，ALA)是生物体内卟啉化合物生物合成的关键前体，是植物体内天然存在的生理活性物质。由于其在植物生长发育及逆境胁迫过程中，参与了低温弱光、干旱及盐碱胁迫下活性氧(ROS)代谢、有机渗透调节及光合特性等生理过程的调控，被认为是一种具有多种生理功能的植物生长调节剂[2]。赵艳艳等[3]研究发现，根或叶外施ALA显著增加了NaCl胁迫下叶片的最大净光合速率，减轻了光抑制，通过提高NaCl胁迫下番茄叶片的光合能力，提高了番茄幼苗的耐盐性；Wang等[4]证实，外源ALA明显促进了盐胁迫下小白菜种子的萌发,并认为这种效应与ALA转化为卟啉化合物亚铁血红素有关。ALA的调节作用在设施农业生产实践中的应用已成为一个研究热点。南瓜是集蔬菜、油料、饲料兼用作物，种植区域广泛，三北地区大面积的盐碱分布，抑制了南瓜种子的早发和壮苗的形成，进而影响南瓜的产量和品质。然而，关于外源ALA对盐胁迫下南瓜种子萌发及幼苗生长的影响鲜见报道。本试验黑龙江省西部主栽的“银辉2号”为试材，研究不同浓度ALA浸种对NaCl胁迫下南瓜种子发芽和幼苗氧化损伤的影响，探讨ALA提高南瓜抗盐碱胁迫的作用机理及浓度效应，为ALA的高效合理应用及提高南瓜耐盐性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试南瓜品种为“银辉2号”Cucurbitamoschata(Duch.) Yinhui 2，由齐齐哈尔市种子经销处提供。

1.2 试验设计

根据预试验结果，将胁迫所用的 NaCl浓度设为0，90，180，270 mmol/L(对照、轻度、中度、重度胁迫)，分别复合浓度为0，10，25，50 mmol/L的ALA浸种。试验共设置10个处理，分别以(N0A0、N0A10、N0A25、N0A50、N90A10、N90A25、N90A50，N180A10、N180A25、N180A50……N270A50)表示，以蒸馏水浸种催芽为对照。选取籽粒饱满、大小一致的南瓜种子，用0.1%的KMnO4消毒蒸馏水冲洗干净，在室温下用相应处理液浸种6 h后，置于铺有3层滤纸的培养皿内(25粒/皿)，于人工气候培养箱中(25 ℃±1 ℃，13 h/11 h昼/夜循环)发芽，每个处理3次重复。每天08：30定量补充蒸馏水和相应的处理液，处理液以覆盖皿底并润透滤纸为宜，保证水分与ALA浓度恒定。以胚根长2～3 mm为发芽标准，每天记载发芽种子数，第5天进行相关指标测定。

图1 ALA对NaCl胁迫下南瓜种子发芽率(GR)和发芽势(GE)的影响

1.3 测定项目及方法

1.3.1 种子发芽参数的测定

发芽率(%)=第5天发芽种子总数/供试种子总数×100%；

发芽势(%)=第3天发芽种子总数/供试种子总数×100%。

1.3.2 生理生化指标的测定

采用张志良[5]等的羟胺法测定O2-·的产生速率、硫代巴比妥酸(TBAD)比色法测定MDA含量、氯化硝基四氮唑蓝(NBT)法测定超氧物歧化酶(SOD)活性，采用邹琦[6]等的抗坏血酸氧化法测定抗坏血酸过氧化物酶(APX)活力。3次重复，取3次测定的平均值。

1.4 统计分析

实验数据用Microsoft Excel 2003进行绘图，用SPSS 17.0统计分析软件进行统计分析，Duncan新复极差法进行多重比较(plt;0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同浓度ALA浸种对NaCl胁迫下南瓜种子萌发的影响

由图1可见，不同剂量的盐胁迫对南瓜种子发芽率和发芽势的影响不同，90 mmol/L的NaCl并未影响南瓜种子发芽率，但降低了发芽势。随盐浓度加大，180～270 mmol/L 的胁迫处理，发芽率已降至对照的60.07%和42.06%，发芽势分别下降了52.14%、54.97%(plt;0.05)，说明盐胁迫显著抑制了南瓜种子的萌发。在非盐胁迫下，10～25 mmol/L的ALA 浸种处理提高了南瓜种子的发芽率，分别较蒸馏水浸种提高了3.36%和5.37%，50 mmol/L的ALA 降低了种子的发芽率，较对照下降了3.59%，但都未达到差异显著水平(plt;0.05)；发芽势则分别提高了16.84%、8.58%。较低浓度和中度NaCl胁迫(90～180 mmol/L)，南瓜种子发芽率和发芽势都呈现先升后降的变化趋势，但峰值都分别出现在N90A10和N180A25处理，分别提高了8.45%、21.91%；6.87%、56.05%。重度盐胁迫(270 mmol/L)，10～25 mmol/L的ALA 浸种处理发芽率提高了19.80%、22.08%；发芽势则与对照持平，当ALA达到50 mmol/L时，N270A50的发芽率已降至对照水平，发芽势已较对照下降了28.07%。说明适宜浓度ALA可有效缓解盐胁迫对南瓜种子萌发造成的伤害,但过高浓度ALA反而抑制了种子萌发,加重了盐害。

2.2 不同浓度ALA浸种对NaCl胁迫下南瓜芽苗O2-·产生速率和MDA含量的影响

在正常生长条件下，植物体内ROS产生和清除处于动态平衡，不会引起植物伤害的发生。图2可见，对照组芽苗O2-·和MDA含量无明显变化，但经 NaCl胁迫后，随胁强加大两者均呈升高趋势。中度和重度NaCl胁迫，O2-·生成速率分别达到对照的2.57倍、3.43倍；MDA含量则分别上升了166.67%和231.03%(plt;0.05)。由于O2-·是O2的单电子还原产物，较基态氧具更高的反应活性和氧化能力。外源ALA处理后，不同程度抑制了两者的上升态势。N90A10和N180A25O2-·生成速率分别达到处理后的最低和次低水平，分别较对照降低了27.09%和40.61%(plt;0.05)；重度盐胁迫下，N270A10的O2-·生成速率比对照仅下降了6.41%，差异不显著。25～50 mmol/L的ALA处理，O2-·生成速率分别为对照的84.01%和81.10%，说明此剂量对O2-·生成仍有抑制作用，但抑制作用已大幅减弱。MDA含量经 ALA 处理后均显著减少，N90A25比盐胁迫下降了19.50%，中度盐胁迫下10～25 mmol/L的ALA处理，芽苗MDA含量分别下降了45.26%、54.74%(plt;0.05)，尤其是N180A25在所有处理中降低幅度最大，有效减缓了过氧化产物MDA的积累。

图2 外源ALA对NaCl胁迫下南瓜芽苗O2-·生成速率(a)和MDA含量(b)的影响

图3 外源ALA对NaCl胁迫下南瓜芽苗SOD(a)、APX(b)活性的影响

2.3 不同浓度ALA浸种对NaCl胁迫下南瓜芽苗SOD、APX活性的影响

不同浓度ALA处理南瓜芽苗内SOD和APX活性变化趋势如图3所示。非盐胁迫条件下，对照组芽苗SOD和APX均处于活性较低水平，10 mmol/L的ALA处理，并未对2种抗氧化酶活力产生影响，但随处理浓度加大至25～50 mmol/L时，SOD和APX活性分别上调了21.46%、28.91%；31.17%、17.88%。盐胁迫导致SOD和APX活性都呈上升趋势，并且与对照形成显著差异，不同的是在NaCl浓度为270 mmol/L时，SOD活性已显著下降但仍高于对照100.33%，而APX活性处于持续上升状态。在经过不同浓度的ALA处理，SOD和APX活性出现继续走高的趋势。N90A10和N180A25SOD活性达到处理组合中的次高和最高水平，分别比对照上调了93.69%、73.94%。高盐胁迫，10 mmol/L ALA处理的SOD活性已显著低于对照(-25.38%)，25～50 mmol/L ALA处理的SOD活性也已降至对照之下并呈下降趋势，说明此剂量的ALA对高盐胁迫下南瓜芽苗SOD和APX活性的调控效果已不显著。APX 活性在N90A10和N180A25及N180A50时，出现了不同剂量处理的最大值和次高值，分别比对照提高了76.05%、72.23%、49.00%，与SOD活性变化趋势不同的是，除N270A10略低于对照外，其它处理仍维持在对照和高于对照水平。说明外源 ALA 显著提高了2种抗氧化酶的活性，减轻了对细胞的氧化伤害程度。

3 结论与讨论

发芽势是用来测试种子是否能早发、快发及发芽出苗整齐度的指标，同发芽率一样都是衡量种子质量的重要参数。NaCl胁迫对植物造成的原初伤害是对细胞膜的损伤。试验结果显示，外源ALA处理不同程度提高了盐害下南瓜种子的发芽势和发芽率，推测其主要原因为：盐胁迫的同时都会伴随着水分胁迫，由于ALA改善了细胞的水分状况，维持了细胞水分平衡，对过氧化的显著抑制，维持了膜结构和功能的完整性，离子渗漏降低、呼吸代谢强度下降，因此作为喜钠耐盐的南瓜在轻度和中度NaCl胁迫下(90～180 mmol/L)，10～25 mmol/L ALA处理有效提高了种子的萌发能力。

NaCl胁迫下，O2-·自由基积累，引发膜脂质双层中的不饱和脂肪酸发生链式聚合反应和脱脂化作用，从而破坏膜结构，MDA的积累是膜氧化损伤的重要标志[7]。复合ALA处理后，尤其是N180A25处理，O2-·的生成速率和膜脂过氧产物MDA同步显著降低，说明ALA对NaCl胁迫具有显著的缓解作用。逆境下植物体内活性氧在生成的同时首先被 SOD歧化、再由APX等将歧化产物H2O2不断清除,因此，SOD、APX等酶活性可作为植物的抗逆性指标。本试验N90A10和N180A25处理组合，芽苗持了较高的SOD、APX活性,提高了南瓜芽苗清除ROS的能力，缓解了轻中度NaCl胁迫诱导的O2-·的积累和对膜脂的过氧化伤害，表明外源ALA可以通过调控抗氧化保护机制降低和缓解盐胁迫下ROS积累对膜结构和功能的损伤，但外源ALA 是作为抗氧化剂直接参与了ROS的清除，还是诱导抗氧化酶基因的表达而间接降低了过氧化伤害的机制有待于进一步研究。

综上所述，外源ALA通过上调NaCl胁迫下南瓜芽苗的抗氧化酶活性，加强了清除活性氧的能力，降低了膜质过氧化产物的积累，维持了膜结构和功能的完整性，促进了种子萌发。低盐胁迫，10 mmol/L ALA效果最好；中度NaCl胁迫，25 mmol/L ALA能显著提高南瓜种子萌发能力，降低盐害。

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Effects of Seed Soaking with Different Concentrations of 5-aminolevulinic Acid on the Germination and Salt Tolerance of Pumpk Seeds Under NaCl Stress

WUXuhong1,FENGJingmin2

2016-06-28

吴旭红(1962—)，教授，研究方向：生物化学与植物营养学。

种子萌发；抗氧化酶活性； 耐盐性

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.12.090

S 642.1

A

1001-4705(2016)12-090-04