5-氨基乙酰丙酸对甜樱桃花器官低温胁迫伤害的缓解效应

田永强，聂国伟，李 凯，张晓萍，戴丽蓉

（山西省农业科学院 果树研究所，太原 030031）

欧洲甜樱桃（Prunus avium）隶属蔷薇科李属樱桃亚属［1］，简称甜樱桃，别名大樱桃。因为甜樱桃具有成熟期早、酸甜适口［2-3］，营养价值高［4-5］、外观亮丽［6］、病虫害少、经济效益好［7］等特点，近年来倍受消费者和广大果农的喜爱［8-9］。但由于甜樱桃花期较早，常遭受低温伤害，花期低温伤害已经成为制约中国北方甜樱桃发展的关键性障碍因子［10］，因此，探索减轻甜樱桃花期低温伤害的途径迫在眉睫。

5-氨基乙酰丙酸（ALA）是一种新型的植物生长调节物质［11］，能够缓解许多非生物胁迫给植物带来的伤害［12］，如一定浓度的ALA 能够缓解低温胁迫对辣椒［13-14］、玉米［15-16］、甜瓜［17］、黄瓜［18］、油菜［19］和茄子［20］的伤害，调节盐胁迫对番茄［21］、椰枣［22］、菘蓝［23］和黄连［24］生理特征的影响，促进低温与弱光下西瓜［25］和黄瓜［26］的光合作用，提高干旱胁迫下小麦的光合作用和D1 蛋白含量［27］。但目前关于外源ALA 参与调节甜樱桃花器官低温胁迫伤害鲜见报道。

甜樱桃花器官不耐低温伤害，花柱和子房是花器官中最易遭受低温胁迫的部位［28-29］。本试验以甜 樱 桃 品 种‘红 玛 瑙’（Prunus avium L.‘Hongmanao’）为试材，花柱和子房为试验部位，用外源ALA 处理甜樱桃果枝，研究其对低温胁迫下甜樱桃花柱和子房有害代谢物质［活性氧和丙二醛（MDA）含量］、氧化还原物质［还原型抗坏血酸（AsA）和还原型谷胱甘肽（GSH）、氧化型抗坏血酸（DHA）和氧化型谷胱甘肽（GSSG）含量］和AsA-GSH 循环系统关键酶［抗坏血酸过氧化物酶（APX）、脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）、谷胱甘肽还原酶（GR）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）］的影响。旨在通过研究低温胁迫下ALA 处理对甜樱桃花柱和子房活性氧的产生、抗氧化剂含量和AsA-GSH 循环相关酶活性的影响，揭示低温胁迫对甜樱桃花器官的影响，以及ALA 对低温伤害的缓解机理，并筛选最佳浓度，为探索甜樱桃花期抗寒新途径提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试 材‘红 玛 瑙’甜 樱 桃（Prunus avium L.‘Hongmanao’），于2019年3月采自山西省农业科学院果树研究所（太谷基地）‘红玛瑙’示范园。示范园面积3.5hm2，主栽品种‘红玛瑙’甜樱桃，授粉品种为‘龙冠’‘红灯’‘红艳’等，树龄12a，树势健康均一，株行距2.5m×3 m，采用涌泉灌溉。试剂盒与ALA 购自Sigma公司。

1.2 试验设计

选取长势相近的植株，在树冠中部的东、西、南、北 四 个方位采集甜樱桃果枝，混合后带回实验室，于人工气候箱中水培，花前将处理液均匀喷施于果枝表面，之后继续培养至盛花期。培养条件为：光 照 周 期12 h 光 照／12 h 黑 暗，温 度（光／暗）25 ℃／15 ℃，光照度2 000lx，空气湿度55%，每3d换1次水。

试验设置6 个处理，分别为CKT：常温（18 ℃）+蒸馏水；T1：低温胁迫（-2 ℃）+ 蒸馏水；T2：低温胁迫（-2 ℃）+25mg·L-1ALA；T3：低温胁迫（-2 ℃）+50mg·L-1ALA；T4：低温胁迫（-2℃）+75mg·L-1ALA；T5：低温胁迫（-2 ℃）+100 mg·L-1ALA。将盛花期果枝在常温（18 ℃）或低温胁迫（-2 ℃）下处理2h，后于光照培养箱中恢复2h 后立即摘取花柱和子房部位，用于生理指标的测定。

1.3 测定项目及方法

1.4 数据分析

采用SPSS 19.0对数据进行统计分析，并用Microsoft Excel 2007作图，结果均为3次重复试验的平均值。

2 结果与分析

2.1 ALA 对低温胁迫下甜樱桃花器官有害代谢物质含量的影响

植物在低温等逆境下，活性氮（ROS）产生与清除机 制 被 打 破，、H2O2和MDA 等 大 量 积累，造成细胞膜脂过氧化反应，生理代谢紊乱，及时清除过量积累的活性氧，才能缓解逆境下氧化胁迫对细胞造成的伤害。由图1可知，低温处理后甜樱桃花器官、H2O2和MDA 含量显著升高，而外施ALA 能够使、H2O2和MDA 含量降低。ALA 为25～100mg·L-1，随着处理质量浓度升高，和H2O2的含量均呈现先降低后升高的趋势。表明低温胁迫能够促进甜樱桃花柱和子房中有害代谢物质、H2O2和MDA 的产生，过量有害物质的产生必然会对甜樱桃花器官的细胞结构造成伤害，而外施ALA 能够通过抑制、H2O2和MDA 等有害物质的产生缓解因低温胁迫造成的伤害。其中的含量以75 mg·L-1ALA 处理效果最好，比单独低温处理降低39.22%；H2O2和 MDA 的 含 量 以50 mg·L-1ALA 处理效果最好，分别比单独低温处理降低47.38%和44.77%。

2.2 ALA 对低温胁迫下甜樱桃花器官氧化还原物质含量的影响

AsA 和GSH 是AsA-GSH 循环系统中重要的抗氧化物质，既可直接还原活性氧自由基，又可作为酶的底物在活性氧的清除过程中起重要作用。由图2 可知，低温处理后甜樱桃花器官AsA、GSH 含量降低、DHA、GSSG 含量升高，喷施25～100mg·L-1ALA 后AsA、GSH 含量升高、DHA、GSSG 含量降低。表明外施ALA 导致AsA／DHA、GSH／GSSG 的比值提高，保证AsAGSH 循环代谢能够正常运转，提高了植株清除活性氧的能力，缓解了因低温胁迫而造成的氧化伤害，提高了甜樱桃花柱和子房的耐寒性。ALA 为50mg·L-1时，AsA／DHA、GSH／GSSG 比值最高，50mg·L-1ALA 处理最能缓解因低温胁迫而造成的氧化伤害。

图1 不同处理下甜樱桃花柱和子房O-·2 、H2O2 和MDA含量Fig.1 ，H2O2and MDA contents in style and ovary of sweet cherry under different treatments

2.3 ALA对低温胁迫下甜樱桃花器官AsA-GSH循环系统关键酶活性的影响

由图3 可知，低温胁迫下甜樱桃花器官APX、DHAR、MDHAR、GR、GST 和GPX 活 性均明 显 高 于CKT，外 施 ALA 在25 ～100 mg·L-1，随着ALA 处理质量浓度升高，APX、DHAR、MDHAR、GR、GST 和GPX 活性均呈现先升高后降低的趋势，其中APX、DHAR 和GPX活性在ALA 为50 mg·L-1时达到最高，MDHAR、GR 和GST 活 性 在ALA 质 量 浓 度 为75mg·L-1时达到最高。表明外施一定质量浓度的ALA 能够提高甜樱桃花器官APX、DHAR、MDHAR、GR、GST 和GPX 关键酶的活性，有利于AsA-GSH 循环的有效运转，但过高质量浓度的ALA 会抑制相关酶的活性。

图3 不同处理下甜樱桃花柱和子房APX、DHAR、MDHAR、GR、GST和GPX活性Fig.3 APX，DHAR，MDHAR，GR，GST and GPX activities in style and ovary of sweet cherry under different treatments

3 讨 论

5-氨基乙酰丙酸是重要的化合物，是生命活动中普遍存在的天然非蛋白氨基酸。研究表明，ALA 与植物的光合作用有关，高浓度下可作为具有多种生理功能的天然除草剂，低浓度下可提高多种作物抗逆能力，还可调节植物生长发育，被认为是新型植物生长调节剂［37］。但目前关于外源ALA 参与调节甜樱桃花器官低温胁迫伤害仍鲜见报道。本试验以甜樱桃品种‘红玛瑙’为试材，花柱和子房为试验部位，系统研究ALA 对甜樱桃花器官低温胁迫伤害的缓解效应。

植物体内活性氧系统是一个动态过程，正常情况活性氧的产生与清除处于平衡状态，不会对植物生理造成影响［38］。低温等逆境胁迫下会发生 过 氧 化 反 应，、H2O2和MDA 含 量 大 大 增加，造成细胞膜脂过氧化反应，对生物膜结构的完整性造成破坏，及时清除过量积累的活性氧，才能缓解逆境下氧化胁迫对细胞造成的伤害。本试验中，甜樱桃花器官受低温胁迫后、H2O2和MDA 含 量 显 著 增 加，而 外 施ALA 使、H2O2和MDA 含量降低，表明ALA 具有清除活性氧、保护膜结构的作用，这与前人研究结果相似［7］。

AsA 和 GSH 含 量 以 及 AsA／DHA、GSH／GSSG 的比值是衡量植物抵抗低温、干旱、盐胁迫等逆境能力的重要参数［39］。本研究表明，低温胁迫下甜樱桃花器官中AsA 和GSH 含量降低而DHA 和GSSG 含量增加，可能是由于AsA 和GSH 参与活性氧的清除过程而被氧化为DHA 和GSSG，使AsA／DHA 和GSH／GSSG比值显著下降。喷施ALA 后AsA 和GSH 的含量显著升高，DHA 和GSSG 含量降低，从而导致AsA／DHA、GSH／GSSG 的比值提高，缓解了因低温胁迫而造成的氧化伤害。这与刘涛等［12］研究辣椒在低温胁迫下叶面喷施ALA 能够提高AsA-GSH 循环中抗氧化剂含量的结果一致。

APX、DHAR、MDHAR、GR、GST、GPX 是在活性氧清除过程中十分重要的抗氧化酶类，与细胞内非酶类抗氧化剂协同清除由胁迫产生的活性氧，缓解因胁迫产生的生理紊乱，提高植物抗性。本试验结果表明，一定质量浓度的外源ALA处理能增加低温胁迫下甜樱桃花器官中APX、DHAR、MDHAR、GR、GST、GPX 的含量，其中以ALA 处理质量浓度为50 mg·L-1和75 mg·L-1效果最明显，过高质量浓度的ALA 会抑制抗氧化酶活性。

试验过程中对试验材料的观察也进一步支持了上述结果。单独低温处理甜樱桃花柱和子房均失水、萎蔫，甚至变褐；外施ALA 处理与单独低温处理相比，花器官失水和变褐均有不同程度的减轻，ALA 质量浓度为50 mg·L-1和75 mg·L-1的处理柱头轻微萎蔫未变褐，部分子房轻微萎蔫，所有子房均未变褐，冻害程度明显较单独低温处理和其他ALA 质量浓度处理轻。试验明确低温胁迫对甜樱桃花器官、H2O2、MDA、AsA、GSH、DHA 和GSSG 含 量、AsAGSH 循环关键酶APX、DHAR、MDHAR、GR、GST 和GPX 活性的影响，以及外源ALA 对低温胁迫的缓解效果，但关于ALA 对低温胁迫的缓解机制尚不明确，其效果是直接作用，还是与其他分子互作或者间接作用的结果，还有待于进一步研究。

4 结 论

本研究结果表明喷施适量外源ALA 可有效降低低温胁迫下甜樱桃花器官、H2O2的 积累，提高抗氧化剂AsA 和GSH 含量，降低DHA和GSSG 含量，使AsA／DHA、GSH／GSSG 的比值提高，增加APX、DHAR、MDHAR、GR、GST和GPX 的活性，减轻低温对甜樱桃花器官的氧化伤害，以ALA 为50 mg·L-1时处理效果最明显。