李小玲，華智銳

(商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000)

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外源ALA對(duì)鹽脅迫下商洛黃芩生理特性的影響

李小玲，華智銳

(商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000)

摘要：通過(guò)對(duì)黃芩種子萌發(fā)及幼苗生理特性的研究，尋找提高黃芩種子及幼苗在鹽脅迫下抗性能力的途徑。測(cè)定了鹽脅迫下黃芩種子在不同濃度處理后種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率，并測(cè)定了黃芩幼苗葉片的葉綠素含量、葉片丙二醛含量、過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶活性。結(jié)果表明：0.5%鹽脅迫下黃芩種子萌發(fā)受到顯著抑制。外源ALA可促進(jìn)鹽脅迫下黃芩的生長(zhǎng)，提高黃芩的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，提高葉片葉綠素含量、POD和CAT活性，降低MDA含量。由此可知，外源ALA可增強(qiáng)鹽脅迫下黃芩生理特性，對(duì)鹽脅迫有較好的緩解作用，減輕了鹽脅迫對(duì)黃芩生長(zhǎng)的抑制作用，提高種子及幼苗的抗鹽能力。

關(guān)鍵詞：ALA；鹽脅迫；黃芩；生理特性

隨著我國(guó)鹽漬化土地面積的不斷擴(kuò)大，土壤鹽漬化已成為一個(gè)世界性問(wèn)題，嚴(yán)重影響著植物的產(chǎn)量和品質(zhì)，也限制了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境的維持[1-2]。鹽脅迫使得植物細(xì)胞內(nèi)正常的電子傳遞鏈被阻斷，導(dǎo)致活性氧的產(chǎn)生和清除之間的平衡被破壞，引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和透性的改變，最終影響植物體正常的生長(zhǎng)和發(fā)育[3]。為了緩解逆境對(duì)植物的傷害，植物體形成了自身酶促防御體系，其是活性氧的有效清除劑，以便植物更好地適應(yīng)逆境條件。

目前，對(duì)鹽漬化土地的改良主要集中在對(duì)土壤方面的改良，而針對(duì)提高植物自身耐鹽性方面的研究則較少。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)植物鹽害及耐鹽機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)調(diào)控手段是提高植物耐鹽性的有效方法之一。因此，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)施加不同濃度外源物質(zhì)的方式增強(qiáng)植物對(duì)鹽脅迫的耐受性至關(guān)重要。

ALA(5-氨基乙酰丙酸)是所有卟啉化合物生物合成的關(guān)鍵前體，具有調(diào)節(jié)光合色素的合成、提高光合效率、提高抗氧化酶活性、保護(hù)細(xì)胞膜穩(wěn)定性等功能[4-6]。近年來(lái)的研究表明，ALA作為一種新型的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，可以提高作物的抗逆性，提高作物產(chǎn)量，并改善作物品質(zhì)[7-8]。

黃芩為唇形科黃芩屬(ScutellariabaicalensisGeorgi)多年生草本植物，其根可入藥，是我國(guó)常用藥材之一[9]。隨著我國(guó)中藥現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷發(fā)展，對(duì)黃芩藥材的需求量不斷上升，而野生資源不斷下降，已不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求。目前，栽培黃芩已經(jīng)成為我國(guó)生產(chǎn)黃芩藥材的主要來(lái)源，但由于不合理的灌溉和耕作措施，土壤鹽漬化問(wèn)題日益突出，嚴(yán)重影響了黃芩的生產(chǎn)。因此，尋求一種高效、低成本的途徑提高黃芩耐鹽性，有目的地提高黃芩抗鹽性，對(duì)于擴(kuò)大黃芩栽培面積和提高黃芩產(chǎn)量具有重要意義。目前，有關(guān)ALA在提高植物抗鹽能力方面也有一定報(bào)道，但主要集中在農(nóng)作物方面[5-7]，而在藥用植物方面利用抗逆誘導(dǎo)物質(zhì)緩解鹽分障礙的報(bào)道較少[8]，現(xiàn)擬從緩解鹽害逆境因子出發(fā)，本試驗(yàn)以商洛道地藥材黃芩為材料，探討了外源ALA對(duì)鹽脅迫下黃芩種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響，以期為提高黃芩耐鹽性提供有效途徑，為科學(xué)合理應(yīng)用ALA提高黃芩的產(chǎn)量提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

所用商洛黃芩種子購(gòu)于天士力公司藥源種植基地，ALA和NaCl購(gòu)自西安晶博試劑公司，含量≥99.5%，分析純?cè)噭〢R級(jí)。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1種子萌發(fā)生理指標(biāo)的測(cè)定選取成熟飽滿(mǎn)、大小一致、無(wú)病蟲(chóng)害的干燥黃芩種子，用75%酒精消毒3次后，再用蒸餾水沖洗3～5次，然后在電熱恒溫水浴鍋中55 ℃水浴條件下用蒸餾水浸泡12 h，取出后用吸水紙將種子表面的水分吸干，將種子平鋪于放有濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿80個(gè)，共設(shè)3組對(duì)照，在SPX-250B-Ⅱ生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行暗培養(yǎng)，溫度為25 ℃左右。經(jīng)過(guò)預(yù)試驗(yàn)得出了黃芩種子在0.5%的鹽濃度下種子萌發(fā)受到顯著抑制，試驗(yàn)共設(shè)2個(gè)對(duì)照和4個(gè)處理:CK1(蒸餾水對(duì)照)，CK2(0.5%鹽對(duì)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。

不同濃度的ALA和0.5% NaCl每次各噴施2 mL，每2 d噴施1次，每天定時(shí)統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，第4天計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，第7天計(jì)算發(fā)芽率。統(tǒng)計(jì)發(fā)芽指數(shù)，計(jì)算公式如下：

發(fā)芽勢(shì)(GE)(%)=4 d內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試的所有種子數(shù)×100%

發(fā)芽率(GR)(%)=7 d內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試的所有種子數(shù)×100%

1.2.2幼苗相關(guān)生理指標(biāo)的測(cè)定挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的雙葉期黃芩幼苗，移入放有濾紙的培養(yǎng)皿中，并于生化培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)，光照16 h/d。同樣設(shè)以上2個(gè)對(duì)照和4個(gè)處理，繼續(xù)噴施不同濃度的ALA和0.5% NaCl，每次各噴施2 mL，每2 d噴施1次。6 d后采集葉片，用天平將不同處理下的黃芩葉片分別稱(chēng)取0.5 g，測(cè)定黃芩葉片的葉綠素含量(葉綠素a、葉綠素b、葉綠素ab)、丙二醛(MDA)含量、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性的變化。

測(cè)定方法：葉綠素含量測(cè)定采用丙酮-碳酸鈣法。MDA含量測(cè)定參考硫代巴比妥酸(TBA)檢測(cè)法，以μmol/g表示MDA量。POD酶活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[10]，以每分鐘吸光度(A)的變化表示酶活力的大小，即以每分鐘A值減小0.01定義為1個(gè)酶活力單位(U)。CAT采用紫外吸收法測(cè)定[11]，以每分鐘A值減小0.1定義為1個(gè)酶活力單位(U)，各項(xiàng)指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3次，求其平均值。酶活性測(cè)定采用UV755B紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2003軟件進(jìn)行。

2結(jié)果與分析

2.1ALA對(duì)鹽脅迫下黃芩種子萌發(fā)的影響

由圖1可知，CK2與CK1相比，黃芩種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)都顯著降低，這說(shuō)明鹽脅迫抑制了黃芩種子的萌發(fā)。經(jīng)不同濃度的ALA處理后，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)都有明顯的變化。T1～T4處理后，黃芩種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率與CK2相比均有明顯提高，且隨ALA濃度的升高呈逐漸上升趨勢(shì)，且基本接近于鹽脅迫前的水平。T3的發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率均達(dá)到最大，分別為38.75%和30.6%，較CK2提高了17.5和11個(gè)百分點(diǎn)，雖在T4時(shí)有所降低，但仍高于CK2。

圖1　ALA對(duì)鹽脅迫下黃芩種子萌發(fā)的影響

2.2ALA對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1ALA對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗葉片葉綠素含量的影響由圖2可知，CK2與CK1比較，葉綠素a和葉綠素b含量都顯著降低，這說(shuō)明鹽脅迫顯然抑制了黃芩幼苗葉片中葉綠素含量。經(jīng)不同濃度的ALA處理后，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素ab含量都表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)，且明顯高于CK2。葉綠素a含量的變化幅度比葉綠素b的更明顯。T3的3種葉綠素含量均達(dá)到最大，在此濃度下，黃芩幼苗葉片中光合色素量最大，光合作用最強(qiáng)。結(jié)果表明，0.05 g/L ALA對(duì)促進(jìn)光合色素量的升高有顯著的作用，且有效緩解了鹽脅迫對(duì)黃芩幼苗葉片光合色素合成的抑制效應(yīng)，提高了葉片的光合效率。

2.2.2ALA對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗葉片MDA含量的影響由圖3可知，CK2與CK1相比較，鹽脅迫下黃芩幼苗葉片MDA含量顯著提高，這說(shuō)明鹽脅迫能促進(jìn)MDA的生成。經(jīng)不同濃度的ALA處理后MDA含量也呈現(xiàn)出先降后升的趨勢(shì)，與CK2比較均有不同程度的降低，這說(shuō)明ALA顯然抑制了MDA的生成，其中T3時(shí)MDA含量降低最大，與CK2相比降低了142 μmol/g，此時(shí)抑制效果最強(qiáng)，雖然T4時(shí)有所升高，但仍低于CK2中MDA的含量，結(jié)果表明，當(dāng)ALA濃度為0.05 g/L時(shí)最能有效緩解鹽脅迫對(duì)黃芩幼苗中MDA的積累。

圖2　ALA對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗葉片葉綠素含量的影響

圖3　ALA對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗葉片MDA含量的影響

2.2.3ALA對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗葉片CAT和POD酶活性的影響由圖4可知，CK2時(shí)CAT活性升高，這說(shuō)明鹽脅迫顯然提高了黃芩幼苗葉片中CAT的活性，且幼苗對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)比較明顯。經(jīng)不同濃度ALA處理后，CAT活性呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，且趨勢(shì)明顯，T1～T4與CK2相比酶活性均顯著增強(qiáng)，且在T3時(shí)活性最大，較CK2提高了44 U/g。雖T4時(shí)CAT活性有所降低，但仍高于CK2。

圖4　ALA對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗

由圖5可知，POD的活性也在鹽脅迫后明顯提高，經(jīng)不同濃度ALA處理后，POD活性呈先升后降的趨勢(shì)，且T3的活性最大，雖然T4有所降低，但仍高于CK2。由以上結(jié)果可知，不同濃度的外源ALA處理黃芩幼苗能明顯提高幼苗葉片中CAT、POD的活性，且效果顯著。

3小結(jié)與討論

ALA(5-氨基乙酰丙酸)參與植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)節(jié)，具有類(lèi)似植物激素的生理活性，能誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗逆性。該試驗(yàn)將ALA應(yīng)用于黃芩幼苗，起到了一定的抗鹽作用。

種子萌發(fā)是植物生活史中的重要階段，直接影響植物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量。發(fā)芽率反映了種子發(fā)芽的多少，發(fā)芽勢(shì)則反映了種子發(fā)芽的快慢和整齊度[12]，不同種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)都不同，這2個(gè)指標(biāo)的大小能夠反映出商洛黃芩在種子萌發(fā)期耐鹽性的強(qiáng)弱。劉暉等[13]認(rèn)為一定濃度的ALA能促進(jìn)西瓜種子的萌發(fā)，顯著緩解鹽脅迫對(duì)西瓜種子萌發(fā)的抑制效應(yīng)，促進(jìn)西瓜幼苗的生長(zhǎng)。張春平等[14]研究表明，外源ALA能通過(guò)提高紫蘇種子細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性和種子萌發(fā)過(guò)程中種子的呼吸強(qiáng)度，從而促進(jìn)鹽脅迫下紫蘇種子的萌發(fā)，進(jìn)而緩解鹽脅迫對(duì)紫蘇種子萌發(fā)的抑制作用，促進(jìn)幼苗的抗鹽生長(zhǎng)，這與本研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)中，鹽脅迫下黃芩種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率與蒸餾水對(duì)照相比有明顯的降低，這說(shuō)明鹽脅迫通過(guò)降低種子細(xì)胞的呼吸強(qiáng)度和抗氧化酶活性，抑制了種子的萌發(fā)。經(jīng)不同濃度的ALA處理后，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均有不同程度的提高，T3的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大，之后有所降低，但仍高于CK2。ALA處理能通過(guò)提高黃芩種子細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性，提高抗氧化脅迫能力，且在濃度為0.05 g/L時(shí)效果最強(qiáng)。

葉綠素是一類(lèi)與光合作用有關(guān)的最重要的色素。ALA作為植物葉綠素合成的前體物質(zhì)，能促進(jìn)葉綠素a轉(zhuǎn)化為葉綠素b，防止葉綠素酶分解，以達(dá)到保護(hù)光合器官的作用。Downton等[15]研究表明，葉綠素含量降低是引起光合速率降低的主要原因。本試驗(yàn)中，鹽脅迫后黃芩幼苗葉片中葉綠素含量顯著降低，這說(shuō)明鹽脅迫對(duì)植物的光合器官造成了傷害。經(jīng)不同濃度的ALA處理后，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素ab均有不同程度的提高，且都高于蒸餾水處理下的結(jié)果，T3的含量達(dá)到最高。由此表明，由于ALA作為葉綠素合成的前體物質(zhì)，減緩了葉綠素降低的趨勢(shì)，促進(jìn)了葉綠素的合成，從而促進(jìn)了黃芩葉片光合作用的進(jìn)行。

MDA是膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物之一，也是膜系統(tǒng)受傷害的重要指標(biāo)。徐曉潔等[16]研究表明，外源ALA處理番茄幼苗后，促進(jìn)了保護(hù)酶系統(tǒng)活性，降低了MDA含量，緩解了鹽脅迫對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的抑制作用。本試驗(yàn)中，黃芩幼苗受到鹽脅迫后，MDA含量顯著升高，表明黃芩幼苗受到一定的傷害，即葉片細(xì)胞膜發(fā)生了過(guò)氧化作用，質(zhì)膜被破壞。經(jīng)不同濃度的ALA處理后，MDA含量有不同程度的降低，這說(shuō)明外源ALA能夠顯著抑制膜脂過(guò)氧化作用，減少膜系統(tǒng)受到的傷害，提高膜的穩(wěn)定性，緩解鹽脅迫對(duì)黃芩幼苗的傷害。

CAT、POD作為酶促防御系統(tǒng)，有清除活性氧的能力，從而保護(hù)植物免受傷害。在鹽脅迫下，黃芩幼苗葉片中抗氧化酶(CAT、POD)活性均有所提高，當(dāng)用不同濃度的ALA處理后，CAT、POD活性呈先升后降趨勢(shì)，且在T3時(shí)的活性最大，為清除細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的活性氧提供了基礎(chǔ)。由此可見(jiàn)，外源ALA可顯著緩解鹽脅迫對(duì)黃芩生長(zhǎng)的抑制作用，增強(qiáng)黃芩幼苗的抗氧化能力，從而提高黃芩幼苗的抗鹽性。

綜上所述，鹽脅迫能抑制黃芩種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)。在黃芩種子萌發(fā)期，用ALA處理種子可顯著提高鹽脅迫下黃芩種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，對(duì)黃芩后期生長(zhǎng)發(fā)育及提高黃芩產(chǎn)量有重要的影響。在黃芩幼苗生長(zhǎng)期，外施ALA通過(guò)提高幼苗葉片葉綠素含量，進(jìn)而起到提高光合作用的效果；通過(guò)提高葉片細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶CAT和POD活性，清除葉片細(xì)胞內(nèi)多余的活性氧，保護(hù)細(xì)胞膜的完整性，從而抵御鹽害；通過(guò)降低MDA的含量，緩解幼苗的氧化損傷，減少膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物，減少膜系統(tǒng)的傷害，從而有效地緩解鹽脅迫對(duì)黃芩幼苗生長(zhǎng)的抑制作用，在ALA濃度為0.05 g/L時(shí)抑制效果最好，使黃芩能更好地抵御鹽害，對(duì)黃芩抗鹽誘導(dǎo)及抗性育種方面提供了一定參考。

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(責(zé)任編輯：曾小軍)

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

中圖分類(lèi)號(hào)：Q945.78

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-8581(2016)02-0070-04

作者簡(jiǎn)介：李小玲(1980─)，女，陜西藍(lán)田人，副教授，碩士研究生，主要從事植物生物技術(shù)研究。

基金項(xiàng)目：陜西省科技廳項(xiàng)目(2009K01-11)。

收稿日期：2015-07-22