外源ALA对常温和高温条件下裸燕麦生长发育及抗氧化酶活性的影响

王传凯，郭淼

(南阳农业职业学院，河南南阳473000)

外源ALA对常温和高温条件下裸燕麦生长发育及抗氧化酶活性的影响

王传凯，郭淼*

(南阳农业职业学院，河南南阳473000)

以盆栽裸燕麦为试验材料，研究了常温和高温条件下喷施0、10、50、100 mg/L的5－氨基乙酰丙酸(ALA)对裸燕麦生长发育和抗氧化酶活性的影响，以期为提高裸燕麦耐热性和生产力提供参考依据。结果表明，在常温条件下，施用ALA增加了裸燕麦株高、叶长、叶宽、叶面积、干鲜质量、叶绿素a含量、叶绿素a/b、类胡萝卜素含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性。其中，叶面积、叶宽、干鲜质量、SOD和POD活性均以50 mg/L ALA处理最高，株高、叶长、叶绿素a含量、类胡萝卜素含量、叶绿素a/b、CAT活性均以100 mg/L ALA处理最高。在高温条件下，裸燕麦生长受到抑制，喷施ALA可减轻高温胁迫对裸燕麦的伤害，以50 mg/L ALA处理效果最佳，该处理下裸燕麦株高、叶面积、叶长、叶宽、鲜质量、干质量、叶绿素a含量、类胡萝卜素含量、叶绿素a/b及SOD、POD、CAT活性最高，分别较不施用ALA处理提高13.0%、43.6%、53.5%、39.6%、116.4%、34.5%、54.5%、21.8%、47.4%、19.1%、38.9%、105.4%。

裸燕麦;5－氨基乙酰丙酸;高温胁迫;抗氧化酶

5－氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，ALA)作为一种新型的植物生长调节剂［1］，是植物体内卟啉化合物生物合成前体［2］，也是植物体内天然存在的、生命活动必需的、代谢活跃的生理活性物质，参与光合作用、呼吸作用等生理过程，具有杀虫、除草、增强植物抗逆性、促进植物光合作用、提高果实品质等多种功能，并且易降解、无残留、对人畜无毒性，成为极具发展前途的无公害绿色农用化学品［3］。近年来，国内外关于ALA生物学功能的研究很多，主要集中在促进光合作用、抗旱、抗低温、耐盐等方面。刘卫琴等［4］研究发现，在草莓叶面喷施ALA显著提高了叶片叶绿素含量和羧化效率，降低光呼吸速率，从而提高叶片净光合速率。尹璐璐等［5］研究发现，在低温胁迫下，ALA处理黄瓜幼苗后，其叶片电解质渗漏率和丙二醛含量降低，脯氨酸和可溶性糖含量及根系活力升高，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性升高，冷害指数降低，说明ALA能够明显增强黄瓜幼苗的抗冷性。徐晓洁等［6］研究发现，在NaCl胁迫下，喷施ALA能提高番茄叶片的叶绿素含量、净光合速率(Pn)及SOD、POD、过氧化氢酶(CAT)活性，降低胞间CO2浓度和丙二醛含量，从而提高番茄的耐盐性。目前，还没有关于ALA对高温条件下裸燕麦生长发育影响的研究。为此，以裸燕麦为材料，研究不同质量浓度ALA对常温和高温条件下裸燕麦生长发育和及抗氧化酶活性的影响，为提高裸燕麦耐热性和生产力提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试的裸燕麦品种为在河南黄河滩区表现良好的内农大莜2号，由内蒙古农业大学培育。

1.2 试验设计

试验于2016年3—8月进行，选择大小均一、籽粒饱满且无病害的裸燕麦种子，在温室培养箱(光照10 h/温度30℃;黑暗14 h/温度20℃)中育苗，培养1周后移苗至盆钵中，进行沙培，每盆幼苗40株，于傍晚定时定量浇Hoagland’s营养液。当裸燕麦生长至16～18 cm时，筛选长势相同的植株定苗，每盆留苗25株，分别喷施0、10、50、100 mg/L ALA，至叶面有水滴为止，以喷施蒸馏水为对照。然后将其放于2个温室培养箱中进行处理(表1)，常温处理:20℃/15℃(白天/黑夜)，光照10 h;高温处理: 38℃/25℃(白天/黑夜)，光照10 h。培养4 d后再次喷施ALA，处理7 d后，进行生长和生理生化指标的测定。每个处理3个重复。

表1 各处理温度及ALA质量浓度

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生长发育指标

1.3.1.1 株高株高为植株根颈部到植株顶部之间的距离。

1.3.1.2 叶面积、叶长、叶宽叶面积、叶长、叶宽均采用MSD－971叶面积分析/扫描仪测定。

1.3.1.3 植株鲜、干质量取10株幼苗用自来水冲洗，再用蒸馏水冲洗2～3遍，用滤纸吸去附着的水分后称鲜质量，并计算单株鲜质量;然后放于105℃烘箱内杀青30 min，于65℃烘干至恒质量，称干质量，并计算单株干质量。

1.3.2 生理生化指标

1.3.2.1 光合色素含量叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均采用萧浪涛等［7］的方法测定。

1.3.2.2 抗氧化酶活性叶片SOD、CAT、POD活性均采用Parida等［8］的方法测定。

1.4 数据统计和分析

试验数据利用Excel 2003和SPSS 19.0进行统计和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 外源ALA对常温和高温条件下裸燕麦生长发育的影响

由表2可知，在高温条件下，裸燕麦的株高、叶面积、叶长、叶宽、鲜质量和干质量均较常温条件下降低;在常温和高温条件下，总体上施用ALA增加了裸燕麦的株高、叶面积、叶长、叶宽、鲜质量和干质量。

在常温条件下，随着ALA质量浓度的增加，裸燕麦叶面积、叶宽、鲜质量、干质量均呈先增加后降低的趋势，叶面积、鲜质量、干质量均以50 mg/L ALA处理最高，叶宽以10 mg/L ALA处理最高，分别较常温对照提高39.6%、31.7%、44.2%、8.6%;株高和叶长总体呈增加的趋势，以100 mg/L ALA处理最高，分别较常温对照提高16.7%、65.9%。

在高温条件下，随着ALA质量浓度的增加，裸燕麦株高、叶面积、叶长、叶宽、鲜质量、干质量总体均呈增加趋势，均以50 mg/L ALA处理最高，分别较高温对照提高13.0%、43.6%、53.5%、39.6%、116.4%、34.5%，其中叶宽、鲜质量差异达到显著水平。

表2 不同质量浓度ALA对常温和高温条件下裸燕麦生长发育的影响

2.2 外源ALA对常温和高温条件下裸燕麦光合色素含量的影响

由表3可知，在高温条件下，裸燕麦的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量总体上均较常温条件下降低;在常温和高温条件下，施用ALA总体上增加了裸燕麦的叶绿素a、叶绿素b(常温条件下除外)、类胡萝卜素含量。

在常温条件下，随着ALA质量浓度的增加，裸燕麦叶绿素a、类胡萝卜素含量和叶绿素a/b均呈先增加后降低再增加的趋势，叶绿素a、类胡萝卜素含量均以100 mg/L ALA处理最高，叶绿素a/b以 10 mg/L ALA处理最高，分别较常温对照提高52.1%、69.3%、81.9%;叶绿素b含量呈先降低后升高的趋势，以10 mg/L ALA处理最低，较常温对照降低22.6%。

在高温条件下，随着ALA质量浓度的增加，裸燕麦叶绿素a、类胡萝卜素和叶绿素a/b均呈先降低后升高再降低的趋势，均以50 mg/L ALA处理最高，分别较高温对照提高54.5%、21.8%、47.4%;叶绿素b含量呈先升高后降低再升高的趋势，以10 mg/L ALA处理最高，较高温对照提高13.9%。

表3 不同质量浓度ALA对常温和高温条件下裸燕麦光合色素含量的影响

2.3 外源ALA对常温和高温条件下裸燕麦抗氧化酶活性的影响

由表4可知，在高温条件下，裸燕麦的SOD、POD、CAT活性均较常温条件下升高;在常温和高温条件下，施用ALA均增加了裸燕麦的SOD、POD、CAT活性。

在常温条件下，随着ALA质量浓度的增加，裸燕麦SOD、POD活性均呈先增加后降低的趋势，均以50 mg/L ALA处理最高，分别较常温对照提高19.4%、17.0%;CAT活性呈增加的趋势，以100 mg/L ALA处理最高，较常温对照提高169.6%。

在高温条件下，随着ALA质量浓度的增加，裸燕麦SOD、CAT活性呈先增加后降低的趋势，均以50 mg/L ALA处理最高，分别较高温对照提高19.1%、105.4%;POD活性呈先增加后趋于平稳的趋势，以50、100 mg/L ALA处理最高，较高温对照提高38.9%。

表4 不同质量浓度ALA对常温和高温条件下裸燕麦抗氧化酶活性的影响

3 结论与讨论

植物光合作用可维持植物正常生长，并提高植物生产力，叶绿体是植物光合作用的主要场所，其色素含量的高低很大程度上决定着植物的光合能力，而且植物产量的高低与其光合作用强弱密切相关［9-10］。在植物中，ALA是合成叶绿素分子中吡咯环的起始物质，在叶绿体中经一系列酶的作用后形成原叶绿素酸酯，原叶绿素酸酯再经过光还原作用形成叶绿素a，叶绿素a经过氧化后形成叶绿素b［11］。徐刚等［12］研究发现，施用适宜浓度的ALA对辣椒的光合特性和生长发育有显著促进作用，有助于提高其生物产量。本试验结果表明，在常温和高温条件下，施用ALA总体上均增加了裸燕麦的叶绿素a、叶绿素b(常温条件下除外)、类胡萝卜素含量，促进了裸燕麦的生长发育，有效促进了干物质的积累，总体以50 mg/L和100 mg/L ALA处理效果较好。

Van Huystee［13］指出，POD是以亚铁血红素为辅基的抗氧化酶类，而ALA是亚铁血红素生物合成的前体。因此，喷施外源ALA可有效增加植物亚铁血红素的合成，从而提高叶片细胞抗氧化酶POD活性，降低膜脂过氧化程度，维持膜系统完整性，有利于提高叶绿素荧光产额，从而提高光合作用［14］。本研究结果表明，无论是常温还是高温条件下，50 mg/L ALA处理裸燕麦POD活性均最高，更好地保障了叶片细胞膜系统的完整性和平衡性，促进了裸燕麦光合作用和干物质的积累。

在各种逆境胁迫下，植物细胞膜结构往往是遭受伤害的原初作用部位［15］。在高温胁迫下，细胞膜变性，细胞的区域化被打破，原生质变性，叶绿体、线粒体等细胞器结构被破坏，导致叶绿素含量降低，叶片颜色变褐。本研究结果表明，在高温条件下，裸燕麦细胞器结构遭到破坏，叶绿素含量下降，施用ALA后，叶绿素含量增加，表明ALA有效降低了细胞膜的损坏程度，保护了裸燕麦的光合能力。这与Hotta等［16］提出的ALA具有调节叶绿素含量作用的结果相一致。本研究结果还表明，ALA不仅对裸燕麦叶绿素的合成有调节作用，还有效促进了裸燕麦株高、叶面积、干鲜质量的增加。Korkmaz等［17］研究也表明，胁迫环境下施用适宜浓度的ALA能够明显提高植物的干鲜质量、株高等生长指标。

高温等逆境胁迫产生的环境低水势会对植物体产生水分胁迫(渗透胁迫)，在渗透胁迫下，植物细胞失水，膨压减小，生理活性降低，严重时细胞完全丧失膨压，最后导致细胞死亡［18］。在胁迫条件下，植物会做出抗逆性反应:一方面，植物体积累各种有机物和无机物(如脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖)作为渗透调节物质，来提高细胞液浓度，降低渗透势，保持其体内水分，适应环境;另一方面，开启活性氧清除系统，增加或激活抗氧化酶活性和积累抗氧化剂，保护细胞内部结构［19-20］。其中，类胡萝卜素在胁迫环境下作为抗氧化剂，主要通过与三线态叶绿素作用防止活性氧的产生，也能将已经产生的活性氧转变成基态氧分子，来保护叶绿素免受光氧化的损害［21］。较高活性的抗氧化酶可快速清除细胞内自由基，维持正常生长［22-23］。本研究结果表明，在高温条件下，喷施ALA后，类胡萝卜素(抗氧化剂)含量及SOD、CAT、POD活性总体上均升高，均以50 mg/L ALA处理最高，说明喷施ALA可有效减小裸燕麦细胞膜结构的损坏程度，维持细胞膜系统的完整性，保护细胞内代谢环境，从而在高温条件下促进裸燕麦生长和干物质的积累。

综上所述，ALA作为一种新型的植物生长调节剂，能够有效促进裸燕麦生长发育，提高抗氧化酶活性，增加裸燕麦的生物量，总体以50 mg/L处理效果最好。

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Effect of 5-Aminolevulinic Acid on Growth and Antioxidant Enzyme Activities of Avena nuda under Normal and High Temperature Conditions

WANG Chuankai，GUO Miao*
(Nanyang Vocational College of Agriculture，Nanyang 473000，China)

A pot test was conducted to study the effect of ALA at different concentrations(0，10，50，100 mg/L)on the growth and antioxidant enzyme activities of Avena nuda under normal and high temperature conditions，so as to provide some references for improving productivity and heat resistance of Avena nuda.The experimental results revealed that the plant height，leaf length，leaf width，leaf area，dry and fresh weight，chlorophyll a content，carotenoids content，chlorophyll a/b and the activities of SOD，CAT，POD of leaves were increased with the application of ALA for Avena nuda under room temperature condition.Among them，the leaf area，leaf width，dry and fresh weight，SOD and POD activities of 50 mg/L ALA treatment were the highest;the plant height，leaf length，chlorophyll a content，carotenoid content，chlorophyll a/b and CAT activity of 100 mg/L ALA treatment were the highest.The growth of Avena nuda was inhibited under high temperature stress.Spraying ALA could decrease the harm of high temperature stress to Avena nuda，and spraying 50 mg/L ALA had the best effect.The plant height，leaf area，leaf length，leaf width，dry and fresh weight，chlorophyll a content，carotenoid content，chlorophyll a/b and SOD，POD，CAT activities of 50 mg/L ALA treatment increased by 13.0%，43.6%，53.5%，39.6%，116.4%，34.5%，54.5%，21.8%，47.4%，19.1%，38.9%，105.4%compared with the treatment with-out ALA under high temperature stress.

Avena nuda;5-aminolevulinic acid;high temperature stress;antioxidant enzymes

S512.6

A

1004－3268(2017)07－0030－05

2017－02－20

国家自然科学基金项目(30971704);国家粮食丰产科技工程项目(2011BAD16B03)

王传凯(1968－)，男，河南南阳人，副教授，硕士，主要从事作物栽培与植物生理研究。E－mail:wck3393821@163.com

*通讯作者:郭淼(1968－)，女，河南南阳人，副教授，博士，主要从事作物栽培生理研究。E－mail:1261273189@qq.com