外源MeJA对芜菁幼苗生长及抗氧化酶活性的影响

贾 凯，闫会转，高 杰

(新疆农业大学林学与园艺学院，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】芜菁(Brassicarapasubsp.rapa)又称蔓菁、圆菜头、圆根、盘菜，是十字花科芸薹属2年生草本蔬菜，原产于地中海北岸，在世界各地广泛栽培，全世界年产量约为3 000×104t[1]。目前芜菁在我国新疆、西藏、浙江和东北地区有少量栽培[2]。芜菁在新疆的种植区域主要分布于南疆地区，其中柯坪县是全疆芜菁的主要产区[3]。虽然新疆芜菁和内地芜菁同属一种，但在形态特征、生长环境和风味口感上都有很大区别[4]。其主要食用器官为肉质根。芜菁叶片还是一种重要的饲料，种子(芜菁籽)可以用来榨油、入药[5]。新疆地区所处的地理环境较为干旱，土壤盐碱度大，而且芜菁的栽培季节主要在秋冬季，在生产中常会出现芜菁幼苗受到干旱胁迫、盐碱胁迫以及冷害，造成芜菁减产[6]。茉莉酸(JAs)是植物发育过程和防御反应过程中的重要信号分子[7]。有研究表明植物在受到胁迫时，从细胞质中合成的具有生物学活性的茉莉酸，以JA-Ile为主，被转运到植物组织的不同部位参与调节作用[8]。【前人研究进展】研究结果表明，茉莉酸(酯)类物质是与抗性密切相关的植物生长物质，它作为内源信号分子参与植物在机械伤害、病虫害、干旱、盐胁迫、低温等条件下的抗逆反应[9, 10]。当植物受到伤害时，植物体内茉莉酸及其衍生物的含量显著增加，进而诱导一系列与抗逆有关的基因表达，如蛋白酶抑制剂、苯丙氨酸转氨酶(PAL)等。【本研究切入点】茉莉酸作为一种基本的植物激素，能够调节植物生长发育的很多方面，如气孔运动[11, 12]、根系发育[13, 14]、叶绿体发生[15]和光合作用[13, 16]等过程，从而使植物增强应对不良环境的能力。研究外源MeJA对芜菁幼苗生长及抗氧化酶活性的影响。【拟解决的关键问题】添加不同浓度的外源茉莉酸甲酯(MeJA)，测定芜菁幼苗形态指标以及抗氧化酶活性的影响，为芜菁抗逆机理研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验用芜菁品种为卡玛古(新疆天地禾种业种业有限公司)和温州盘菜(浙江瓯江种业有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

挑选籽粒饱满大小一致的芜菁种子，用2%次氯酸钠(NaOCl)溶液消毒15 min，无菌蒸馏水冲洗4次，每次5 min，之后将种子播种到底部垫有2层滤纸的培养皿中，并将培养皿放置在温度为25℃的培养箱中萌发。将露白的芜菁种子转接至含有不同浓度MeJA(0、0.5、1、2.5、5 μmol/L)的1/2 MS固体培养基中，在接种后第7 d时收集叶片，测定生理指标。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 芜菁幼苗芽长、根长

每个处理随机选取10株长势健壮的芜菁幼苗，使用数显游标卡尺测定其芽长、根长以及植株总长，精度为0.01 mm。

1.2.2.2 芜菁幼苗植株鲜重、干重

每个处理随机选取10株长势健壮的芜菁幼苗，使用电子天平测量其鲜重。将芜菁幼苗经105℃杀青30 min后，再放入80℃烘箱中12 h，测量其干重，精度为0.001 g。

1.2.2.3 芜菁幼苗叶片中抗氧化酶活性

参照石连旋[17]等的方法，并做了部分改进。采集新鲜的芜菁幼苗叶片0.5 g，在预冷的研钵中加入5 mL 0.05 mol/L pH 7.0的磷酸缓冲液冰浴研磨，并最终定容至10 mL。将提取液于5 000 r/min冷冻离心20 min，上清液即为粗酶液，采用分光光度计法测定芜菁幼苗叶片中的超氧化物歧化酶活性(SOD)，愈疮木酚法测定过氧化物酶活性(POD)，紫外吸收法测定过氧化氢酶活性(CAT)，紫外分光光度法测定抗坏血酸-过氧化物酶(APX)活性。

1.2.2.4 芜菁幼苗叶片

丙二醛含量(MDA)、过氧化氢含量(H2O2)、超氧阴离子自由基含量(O2·-)

参照李合生[18]的方法，采用硫代巴比妥酸比色法测定MDA含量，分光光度计法测定H2O2含量与O2·-含量。

1.2.2.5 芜菁幼苗叶片中渗透调节物质

参考李合生[18]的方法，并做了部分改进。采用蒽酮法测定可溶性糖含量，考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白质含量，磺基水杨酸法测定脯氨酸含量。

1.2.2.6 芜菁幼苗叶片叶绿素

参照李合生[18]的方法，采用乙醇提取法测定芜菁幼苗叶片中的叶绿素含量。

1.3 数据处理

采用SPSS 19.0软件进行方差分析，采用LSD(最小显著性差异)进行差异检验(α=0.05)，采用Graphpad Prism8.0软件制图。

2 结果与分析

2.1 外源MeJA对芜菁幼苗生长指标的影响

研究表明,在受到外源MeJA的刺激后，温州盘菜幼苗的芽长相较于对照组分别降低了10.27%、13.45%、15.13%、18.35%，随着MeJA浓度的增加，芽长有下降的趋势，但差异不显著。其余各项形态指标(根长、芽鲜重、根鲜重及植株干重)较对照组均有显著性的降低，都在5 μmol/L时达到最低，相较于对照组分别降低了48.92%、30.30%、72.73%、23.81%。外源MeJA对‘卡玛古’的各项生长指标均有显著性影响，而且都在5 μmol/L时达到最低，相较于对照组分别下降了68.70%、69.68%、34.67%、60.00%、25.64%。外源MeJA对卡玛古的生长指标影响较大，各项指标降低幅度较大。表1

表1 不同外源MeJA下芜菁幼苗生长指标变化Table 1 Effects of exogenous MeJA on growth indicators of turnip seedlings

注：数据为平均值，同列数字旁不同小写字母表示有显著差异(P<0.05)，下同
Note: The data is average, there are significant differences in lowercase letters along the same column of Numbers(P<0.05).The same as below

2.2 外源MeJA对芜菁幼苗MDA、H2O2和O2·-含量的影响

研究表明,外源MeJA会显著提高芜菁幼苗叶片中的H2O2、MDA含量和O2·-含量。2个品种芜菁的O2·-含量会随着MeJA含量的增加而增加，当MeJA浓度达到5 μmol/L时，2个品种的O2·-含量达到最高，分别是对照的2.93和2.25倍，而且MeJA对温州盘菜的O2·-含量提高率显著高于卡玛古。

经过外源MeJA处理后，2个芜菁幼苗叶片中的H2O2都有不同程度的增加但又存在部分差异，温州盘菜只有在5 μmol/L时H2O2显著高于对照组，较对照组增加了226%，其他浓度相较于对照无明显差异；而卡玛古在MeJA处理组中，叶片的H2O2较对照均有明显的提高，相较于对照组增加了31.59%、34.27%、28.84%、46.49%，但添加有外源MeJA的各处理间H2O2无显著性差异。

随着外源MeJA浓度的提高，温州盘菜的幼苗叶片中MDA含量呈现出先升高后降低的趋势，各MeJA处理组的MDA含量相较于对照组均达到显著水平，分别是对照组的3.32、5.88、6.48、3.95倍。卡玛古的幼苗叶片中MDA含量呈现出逐渐增加的趋势，并在5 μmol/L达到最高，相较于对照组增加了183%。温州盘菜的MDA增加量显著高于卡玛古。图1

图1 不同外源MeJA下芜菁幼苗叶片中O2·-,H2O2和MDA含量
Fig.1 Effects of exogenous MeJA on superoxide anion production rate, hydrogen peroxide content and malondialdehyde content in leaves of turnip seedlings

2.3 外源MeJA对芜菁幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

研究表明,温州盘菜的抗氧化酶活性对于外源MeJA更加敏感。2个品种的芜菁SOD活性都是随着外源MeJA浓度的增高而呈现先升高后降低的趋势。温州盘菜的SOD活性在2.5 μmol/L时达到最高，相对于对照增加了132.50%。卡玛古的SOD活性则在1 μmol/L达到最高峰，相较于对照增加了81.48%。

外源MeJA显著提高了芜菁的POD活性，温州盘菜的POD活性随着外源MeJA浓度的增高而逐渐增加，相较于对照组增加了235%，卡玛古在5 μmol/L MeJA时增幅最大，相较于对照组增加了300%。

温州盘菜的CAT活性随着外源MeJA浓度的增加而增加，在5 μmol/L时达到最高，相较于对照提高了687%。卡玛古幼苗叶片中的CAT活性随着外源MeJA浓度的增高而呈现出先升高后降低的趋势，当MeJA浓度为2.5 μmol/L时，CAT活性达到最高，相较于对照组提高了98%。外源MeJA对 温州盘菜的POD活性影响更大，增加幅度更高。

高浓度的外源MeJA能够显著的提高温州盘菜的APX活性，在2.5 ～5 μmol/L时，温州盘菜幼苗叶片中的APX活性达到最大，相较于对照组提高了207%。卡玛古幼苗叶片中的APX活性随着盐浓度的增高而呈现出先升高后降低的趋势，当外源MeJA浓度为5 μmol/L MeJA时，CAT活性达到最高，相较于对照组提高了347%。图2

图2 不同外源MeJA下芜菁幼苗叶片抗氧化酶活性变化
Fig.2 Effects of Exogenous MeJA on Antioxidant Enzyme Activities in Leaves of Turnip Seedlings

2.4 外源MeJA对芜菁幼苗叶片叶绿素含量的影响

外源MeJA显著降低了芜菁幼苗叶片的叶绿素含量(叶绿素a，叶绿素b，叶绿素总量)。卡玛古对于MeJA十分敏感，相较于对照组添加有MeJA的各处理叶绿素含量降幅很大，在5 μmol/L时达到最低值，分别下降了75.90%、71.95%、74.81%，幼苗的叶片也出现了明显的黄化现象。温州盘菜的叶绿素含量随着MeJA的增高而逐渐下降，并在5 μmol/L时达到最低，其叶绿素含量相较于对照组分别降低了50.03%、33.11%、46.41%。

卡玛古在受到外源MeJA的刺激后，叶绿素的含量下降幅度高于温州盘菜。图3

图3 不同外源MeJA下芜菁幼苗叶片叶绿素含量变化
Fig.3 Effects of exogenous MeJA on chlorophyll content in leaves of turnip seedlings

2.5 外源MeJA对芜菁幼苗叶片渗透调节物质的影响

外源MeJA对幼苗叶片中可溶性糖含量的影响一致，低浓度的MeJA并未显著提高植株叶片中的可溶性糖含量，温州盘菜在2.5 μmol/L MeJA时，叶片中的可溶性糖才有显著性的提高，并在5 μmol/L时达到最高，相较于对照组分别提高了176%、276%。卡玛古幼苗叶片中的可溶性糖含量只在5 μmol/L时有显著性的提高，其含量是对照组的3.04倍。

外源MeJA对温州盘菜幼苗叶片中的可溶性蛋白质含量有显著提高，当MeJA浓度为5 μmol/L时，其可溶性蛋白质含量达到最高值，是对照组的5.60倍。卡玛古幼苗叶片中的可溶性蛋白质含量随着外源MeJA浓度的增高而呈现先升高后降低的趋势，在1～2.5 μmol/L时处于最高水平，分别是对照组的1.84和1.93倍。

低浓度的MeJA对温州盘菜幼苗叶片中的脯氨酸含量没有显著性的影响，在2.5～5 μmol/L时脯氨酸含量有显著性的提高，相较于对照组分别提高了252%、323%。卡玛古幼苗叶片中的脯氨酸含量随着外源MeJA浓度的增高而增高，并在5 μmol/L时达到最高，相较于对照提高了302%。

温州盘菜在感受到低浓度的外源MeJA刺激时，体内的渗透调节物质提高的幅度不明显，在受到较高浓度MeJA刺激时，体内的渗透调节物质显著增高。图4

图4 不同外源MeJA下芜菁幼苗叶片渗透调节物质变化
Fig.4 Effects of exogenous MeJA on osmotic regulators in leaves of turnip seedlings

3 讨 论

3.1 茉莉酸对形态特征的影响

茉莉酸具有广泛的生物学功能，它能够抑制种子萌发[21]，促进气孔关闭[11]，降低光合速率[13]，叶绿体降解[15]，促进植物叶片衰老[22]。刘华山等[23]在烟草幼苗生长至5～7片叶时，喷施外源茉莉酸(2.8×10-4～4.2×10-4mol/L)抑制植物的伸长生长，防止幼苗徒长，从而起到壮苗的效果。黄胜琴等[24]发现浓度为10-6～10-4mol/L MeJA会抑制花生根和下胚轴的生长，但低浓度10-7MeJA能够明显地促进花生幼苗的生长。刘兴等[25]研究表明，MeJA能够抑制颠茄的生长，降低光合色素、硝态氮质量分数。李海亮等[26]研究表明，高浓度的外源MeJA(2 ～3 μmol/L)对西伯利亚百合组培苗的生长有明显的抑制现象。添加有外源MeJA，能够显著地抑制芜菁幼苗的干、鲜重、幼苗长度等形态指标，这与研究得到的结果一致，但是研究并未发现低浓度MeJA促进植株生长的现象出现。

3.2 外源MeJA对芜菁幼苗生理指标的影响

刘兴等[25]研究表明，外源MeJA能够增加颠茄的可溶性蛋白质和游离脯氨酸的含量，刘华山等[23]在烟草幼苗生长时喷施外源MeJA，可以提高叶片中的SOD和POD活性，从而提高幼苗对逆境的抵御能力。外源JA可以提高盐胁迫中大豆可溶性糖、脯氨酸、蛋白的积累、从而促进植物的生长，提高大豆的产量[27]。胡海英等[28]研究发现，高浓度(10 ～100 μmol/L)的MeJA抑制了甘草种子的萌发，阻碍幼苗生长，低浓度(0.01～1 μmol/L)的MeJA对甘草种子的萌发和幼苗的生长具明显的促进作用，随着MeJA浓度的升高，甘草幼苗的POD活性逐渐增加。有研究表明，MeJA通过提高洋甘菊中抗氧化酶，如SOD、POD、CAT活性来抵御盐胁迫。李海亮等[26]研究发现西伯利亚百合幼苗的POD、SOD、CAT的活性和脯氨酸的含量均有所增加，外源MeJA提高了幼苗的抗逆性。研究也发现，在添加外源MeJA后，芜菁叶片的抗氧化酶活性、渗透调节物质含量、H2O2和MDA均有显著性的增加以抵御外界的逆境胁迫。

4 结 论

外源MeJA会抑制芜菁幼苗的生长。随着外源MeJA浓度的增高，芜菁幼苗长度及干、鲜重呈降低趋势。温州盘菜和恰玛古叶片中的SOD活性分别在2.5和5 μmol/L时达到最高后降低，POD、CAT、APX活性逐渐增高，并在5 μmol/L时达到峰值，可溶性糖、脯氨酸等渗透调节物质含量逐渐增高，均在5 μmol/L时达到最高。芜菁幼苗的MDA含量及活性氧含量随着外源MeJA浓度的增高，而呈现逐渐增加的趋势，并在5 μmol/L时达到最高。高浓度的MeJA会减少叶绿素含量，使芜菁幼苗叶片黄化，诱导衰老。