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Effects of ALA on physiological characteristics of Cassia obtusifolia seedlings under salt stress

外源5 氨基乙酰丙酸对盐胁迫下决明幼苗生理特性的影响



全 文 :广 西 植 物 Guihaia Jan.2013,33(1):102-106           http://journal.gxzw.gxib.cn 
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2013.01.018
谢英赞,何平,韦品祥,等.外源5-氨基乙酰丙酸对盐胁迫下决明幼苗生理特性的影响[J].广西植物,2013,33(1):102-106
Xie YZ,He P,Wei PX,et al.Effects of ALA on physiological characteristics of Cassia obtusifoliaseedlings under salt stress[J].Guihaia,33(1):102-106
外源5-氨基乙酰丙酸对盐胁迫下
决明幼苗生理特性的影响
谢英赞1,2,何 平1,2*,韦品祥1,2,刘海英1,2,段才绪1,2,胡 兵1,2
(1.西南大学 生命科学学院 三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715;
2.重庆市三峡库区 植物生态与资源重点实验室,重庆400715)
摘 要:为寻找提升决明幼苗耐盐性的方法,测量了不同处理下决明幼苗叶片的光合色素、超氧阴离子、丙二
醛的含量,以及保护酶系统中SOD、POD、CAT的活性。结果表明,经150mmol·L-1 NaCl处理,决明幼苗叶
片的光合色素含量显著降低,而超氧阴离子、丙二醛的含量以及保护酶SOD、POD、CAT的活性显著升高。不
同浓度的外源5-氨基乙酰丙酸在不同程度上增加了决明幼苗叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量,进一步增强了
保护酶SOD、POD、CAT的活性,降低了超氧阴离子、丙二醛的含量。在外源5-氨基乙酰丙酸浓度为50mg·L-1
时,恢复效果最为明显(80.0、196.4和114.1U·g-1),有效地缓解了盐胁迫对决明幼苗的伤害。
关键词:决明;外源5-氨基乙酰丙酸;盐胁迫;生理特性
中图分类号:Q945  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2013)01-0102-05
* Effects of ALA on physiological characteristics of
Cassia obtusifoliaseedlings under salt stress
XIE Ying-Zan1,2,HE Ping1,2*,WEI Pin-Xiang1,2,
LIU Hai-Ying1,2,DUAN Cai-Xu1,2,HU Bing1,2
(1.Key Laboratory(Ministry of Education)of Eco-environments of Three Gorges Reservoir Region,School of
Life Sciences,Southwest University,Chongqing 400715,China;2.Chongqing Key Laboratory of Plant
Ecology and Resources Research for Three Gorges Reservoir Region,Chongqing 400715,China)
Abstract:In order to get the method to improve the salt resistance of seedlings for Cassia obtusifolia under salt
stress,physiological characteristics of C.obtusifoliaseedlings were studied.Several physiological indexes of C.ob-
tusifoliaseedlings under salt stress like photosynthetic pigment,superoxide anion(O-2.),malondialdehyde(MDA),
superoxide(SOD),peroxidase(POD)and catalase(CAT)were measured.The rate of decrease was re-
lieved and the content of O-2.,MDA decreased.The activities of three enzymes including SOD,POD and
CAT were increased by the treatment of ALA,and reached the maximin(80.0U·g-1,196.4U·g-1 and
114.1U·g-1 respectively)with the concentration of 50mg·L-1.ALA with concentration of 50mg·L-1
could significantly aleviate the damages to the seedlings of C.obtusifoliaunder salt stress,and promote
the salt resistance of the seedlings.
Key words:Cassia obtusifolia;ALA;salt stress;physiological characteristics
* 收稿日期:2012-05-12  修回日期:2012-08-02
基金项目:西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室项目;国家林业公益科研专项(201004064)
作者简介:谢英赞(1987-),男,江苏徐州市人,硕士研究生,主要从事植物生理生态学的研究,(E-mail)xieyingzan@126.com。
*通讯作者:何平,教授,博士生导师,主要从事植物保护生物学与植物资源等研究,(E-mail)heping196373@126.com。
  决明(Cassia obtusifolia)为豆科决明属一年生
草本植物。其种子叫决明子,具有清肝明目、利水通
便之功效(国家药典编委会,2005)。现代研究表明,
其主要含甾体化合物、大黄酚、大黄素等药用成分。
大黄素、大黄酸对人体有平喘、利胆、保肝、降压功
效,并有一定抗菌、消炎作用。其中大黄素葡萄糖
甙、大黄素蒽酮、大黄素甲醚,具有降低血清胆固醇
和强心作用。决明子素具有α-羟基,可与金属元素
合成络合物,对金属元素吸收有很大影响(Zhang et
al.,1996;Liu et al.,2000;Hao et al.,2001)。决明
是我国常用中药和保健品原料之一,资源分布于四
川、江苏、安徽等省区,全国各地多有栽培。
土壤盐渍化是农业栽培生产中主要障碍之一,
当前我国的盐渍化土壤面积不断扩大,对我国农业
生产产生了严重的制约,造成了巨大的经济损失。
5-氨基乙酰丙酸(ALA)是生物化学中至关重要的
化合物,它是所有卟啉化合物包括叶绿素、血红朊、
细胞色素等具环状四吡咯基的化合物群共同的生物
合成中间体(张一宾,2006)。研究表明,它不单纯是
一种植物体代谢中间产物,而且还参与植物生长发
育的调节过程。作为一种新型的植物生长调节物
质,经部分研究证实ALA可以提高作物的抗逆性,
提高作物产量并改善作物品质(杨蕊等,2008)。研
究证明ALA能够促进高盐(1.5% NaCl)条件下棉
花植株的生长,其效果超过以前所报道过的所有植
物激素(Watanabe et al.,2003)。本研究中以决明
幼苗为材料,研究外源物质 ALA对盐胁迫下的决
明若干生理生化指标的影响,找到缓解盐胁迫的调
节机制,为决明在栽培生产中遇到的盐胁迫问题提
供理论依据和指导方法。
1 材料与方法
1.1试验材料和地点
试验于西南大学生命科学学院三峡库区教育部
重点实验室温室进行。供试的决明种子由河北安国
胜利药材种子秧苗站提供,经西南大学生命科学学
院何平教授鉴定为Cassia obtusifolia的干燥成熟
种子。ALA由韩国KAIST提供。由于ALA在浓
度较高的水溶液中不稳定,因此,试验中溶液均为现
配现用。
1.2试验设置
选取长势一致的二叶一心期的决明幼苗作为实
验材料,移栽于上口径12cm,下口径8cm,高度8
cm的花盆中。每盆种植三棵,每组处理设6盆重
复。待其长至三叶一心时,开始进行盐处理。盐处
理一天后,T1-T4组采取隔天浇ALA溶液30mL,
CK1、CK2组正常补水,15天后测其各项生理指标。
实验设计见表1。
1.3幼苗相关生理指标的测定
丙二醛(MDA)含量测定参照 Velikova等的硫
代巴比妥酸(TBA)检测法,以μmol/g表示。用羟
胺氧化反应测定O-2.含量(王爱国等,1990);超氧化
物歧化酶(SOD)活性:采用氮蓝四唑(NBT)光化学
反应法(张以顺等,2009);过氧化物酶(POD)活性
采用愈创木酚法,过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外
分光光度法,光合色素的测定采用直接浸提法(郝再
彬等,2004)。
表1 对决明幼苗的不同处理组合
Table 1 The combinations of Cassia obtusifolia
seedlings under different treatments
处理
treatment
空白
对照
(CK1)
盐对照
(CK2)
处理1
(T1)
处理2
(T2)
处理3
(T3)
处理4
(T4)
NaCl(150mmol·L-1) - + + + + +
ALA(25mg·L-1) - - + - - -
ALA(50mg·L-1) - - - + - -
ALA(100mg·L-1) - - - - + -
ALA(200mg·L-1) - - - - - +
 注:“+”代表添加,“-”代表不添加。
 Note:“+”represents addition;“-”represents no addition.
2 结果与分析
2.1ALA对盐胁迫下决明幼苗叶片光合色素的影响
  由表2可知,NaCl处理15d后的决明幼苗叶
片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、类胡萝卜素含量
较空白对照降低显著,经不同浓度的 ALA同时处
理后的决明幼苗叶片叶绿素含量较单一NaCl处理
组都有不同程度的回升,其中50mg·L-1的 ALA
(T2)处理下,叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量及类
胡萝卜素含量升高较单一NaCl处理组回升均达到
显著程度,甚至超过了空白对照组。同时,根据计
算,经过ALA处理的盐胁迫下的幼苗叶片叶绿素
a/叶绿素b的值也有不同程度的升高,其中,50mg
·L-1的ALA处理后,比值达到最大值(2.751)。这
说明50mg·L-1浓度的ALA不仅能够很好地缓解
盐胁迫导致的决明幼苗光合色素含量的降低,保护
3011期      谢英赞等:外源5-氨基乙酰丙酸对盐胁迫下决明幼苗生理特性的影响
决明幼苗在盐胁迫下的正常生长,还能在一定程度
上提高叶绿素a的含量,提高光合效率。
2.2ALA对盐胁迫下决明幼苗叶片丙二醛含量的影响
  由图1可知,150mmol·L-1 NaCl处理15d
后,决明幼苗叶片丙二醛含量较空白对照升高极显
著,增加了2.12倍。经过与不同浓度的ALA同时
处理下的决明幼苗叶片丙二醛含量与单一 NaCl处
理的对照组比较,丙二醛含量均有不同程度的降低,
其中50mg·L-1的ALA(T2)浓度处理后,MDA含
量较单一NaCl处理的对照组降低极显著,25mg·
L-1的 ALA(T1)浓度处理后,MDA 含量较单一
NaCl处理的对照组降低也达到了显著程度。100
mg·L-1、200mg·L-1的 ALA(T3、T4)浓度处理
后,MDA含量虽未达到显著性降低,但在一定程度
上也降低了决明幼苗叶片丙二醛含量。实验结果说
明了外源 ALA 处理能有效地缓解 NaCl胁迫下
MDA升高的趋势,并且在50mg·L-1浓度处理效
果最为显著。
表2 不同处理下决明幼苗各光合色素的含量
Table 2 The concentrations of photosynthetic pigments C.obtusifoliaseedlings under different treatments
处理
Treatment
叶绿素a含量
Chlorophyl a
叶绿素b含量
Chlorophyl b
叶绿素总量
Total chlorophyl
类胡萝卜素含量
Carotenoids
CK1  3.010±0.235b 1.098±0.111b 4.108±0.343b 0.638±0.037b
CK2  2.276±0.155a 0.821±0.062a 3.098±0.216a 0.504±0.015a
T1  2.692±0.135ab  0.984±0.040ab  3.676±0.175ab  0.625±0.019ab
T2  3.084±0.161b 1.121±0.059b 4.205±0.219b 0.641±0.021b
T3  2.739±0.108ab  0.994±0.036ab  3.734±0.143ab  0.582±0.028ab
T4  2.667±0.133ab  0.960±0.050ab  3.627±0.182ab  0.587±0.023ab
 注:同一列不同字母表示差异达到显著程度(P<0.05)。下同。
 Note:Different letters mean the significant difference(P<0.05).The same below.
2.3ALA对盐胁迫下决明幼苗叶片O-2.含量的影响
由图2可知,经NaCl处理15d后,决明幼苗叶
片超氧阴离子含量较空白对照增高极显著,为空白
对照组的150%。经过与不同浓度的5-氨基乙酰丙
胺(ALA)同时处理下的决明幼苗叶片O-2.含量较单
一NaCl处理组都有不同程度的降低。除200mg·
L-1的 ALA(T4)处理外,经25mg·L-1、50mg·
L-1、100mg·L-1(T1、T2、T3)的 ALA同时处理后
的决明幼苗叶片 O-2.含量较单一 NaCl处理组降低
显著,其中50mg·L-1、100mg·L-1(T2、T3)的5-
氨基乙酰丙胺同时处理后的决明幼苗叶片O-2.含量
较单一 NaCl处理组降低甚至达到了极显著程度。
200mg·L-1的5-氨基乙酰丙胺(T4)处理后的决明
幼苗叶片O-2.含量较单一 NaCl处理组也有一定程
度的降低。实验结果说明了外源ALA处理能有效
地缓解NaCl胁迫下O-2.升高的趋势,且在50mg·
L-1浓度处理效果最为显著。
2.4ALA对盐胁迫下决明幼苗叶片保护酶含量的
影响
2.4.1ALA对盐胁迫下决明幼苗叶片SOD活性的
影响 NaCl处理15d后的决明幼苗叶片SOD活
性较空白对照增高,达到了极显著程度,为空白对照
组的1.95倍(图3)。经不同浓度的5-氨基乙酰丙
胺同时处理后的决明幼苗叶片SOD活性较单一
图1 决明幼苗叶片丙二醛含量
Fig.1 Contents of malondialdehyde in
C.obtusifoliaseedling leaves
NaCl处理组又有进一步的增高,且在 ALA浓度为
50mg·L-1的条件下,SOD的活性达到最大值,为
空白对照组的2.7倍,与NaCl处理组(CK2)相比显
著,为其1.4倍。其他各浓度梯度的ALA处理下,
SOD活性均有提高,但幅度不显著。实验结果说
明,适宜浓度(50mg·L-1)的ALA可以进一步提高
SOD酶活性,提高决明幼苗的抗逆性,保护其在盐
胁迫下生长。
2.4.2ALA对盐胁迫下决明幼苗叶片POD活性的
影响 由图4可知,NaCl处理15d后的决明幼苗
401 广 西 植 物                  33卷
图2 决明幼苗叶片超氧阴离子含量
Fig.2 Contents of superoxide anion in
C.obtusifoliaseedling leaves
图3 决明幼苗叶片超氧化物歧化酶含量
F  ig.3 Contents of SOD in C.obtusifoliaseedling leaves
叶片POD活性较空白对照显著增高。不同浓度的
5-氨基乙酰丙胺同时处理后的决明幼苗叶片POD
活性较单一NaCl处理组又有进一步的增高。其中
50mg·L-1的ALA处理下,POD活性较单一NaCl
处理组增高显著。这表明施加合适浓度的外源
ALA能够提高盐胁迫下决明幼苗的抗逆性,保障幼
苗的生长。
2.4.3ALA对盐胁迫下决明幼苗叶片CAT活性的
影响 由图5可知,在 NaCl处理15d后的决明幼
苗叶片CAT活性较空白对照增高极显著,为空白
对照组的3.19倍。不同浓度的5-氨基乙酰丙时处
理后的决明幼苗叶片CAT活性较单一 NaCl处理
组又有进一步的增高。其中,50mg·L-1的5-氨基
乙酰丙胺处理下的决明幼苗叶片CAT活性较单一
NaCl处理组增高达到显著水平,清除活性氧的能力
大大提高。实验结果说明,施加适宜浓度的外源
ALA,可以有效地提高决明幼苗对盐胁迫伤害的缓
图4 决明幼苗叶片过氧化物酶含量
Fig.4 Contents of peroxidase in
C.obtusifoliaseedling leaves
图5 决明幼苗叶片过氧化氢酶含量
Fig.5 Contents of catalase in C.obtusifoliaseedling leaves
解能力,提高植物的耐盐性,保护幼苗的生长。
3 结论与讨论
植物幼苗期生长阶段是植物生活史中比较重要
的阶段,此阶段植物生长状况的优劣严重影响到植
物体后期的生长发育和形态建成,从而影响到产量
的形成。因此,植物幼苗能否正常生长,怎样提高幼
苗的抗逆性是保证获得高产、稳产的前提。研究表
明,盐胁迫对决明幼苗生长造成了严重伤害,制约了
其正常的生长发育。施加外源ALA增加了盐胁迫
下决明幼苗光和色素的含量,延缓了叶绿素的降解,
提高了植株抗氧化能力,降低了盐胁迫导致的决明
叶片 MDA含量的上升,施加适宜浓度的外源ALA
(50mg·L-1)能提高决明幼苗的耐盐性,保护盐胁
迫下幼苗的正常生长。
叶绿素是参与光合作用光能吸收、传递和转化
5011期      谢英赞等:外源5-氨基乙酰丙酸对盐胁迫下决明幼苗生理特性的影响
的重要色素(周云龙,1999),叶绿素含量的多少直接
影响植物的生长。植物受到盐胁迫之后,各种生理
过程受到干扰,膜系统结构被破坏,有害物质积累,
蛋白质合成下降,直接或间接地影响了叶绿素的含
量(徐晓洁等,2008)。而 ALA作为叶绿素生物合
成的前体已有报道(Castelfranco etal.,1983)。本
研究也证明,盐胁迫下决明叶绿素分解,光合色素含
量下降。而ALA有助于保护叶绿体膜,保持其结构
的完整性,提高盐胁迫下决明叶片叶绿素含量,维持
决明的光合速率。究其原因,目前尚不十分明确,但
应该与其卟啉化合物前体的性质有关,推测是ALA
提供了叶绿素等合成所需的前提物质所致。
植物细胞膜由于盐胁迫引发活性氧自由基(O-2.、
·OH、1 O2、H2O2 等)含量上升,诱发膜脂不饱和脂肪
酸连锁的过氧化反应,造成脂膜过氧化,过量积累
MDA。外源ALA能减少O-2.的积累,抑制膜脂在盐
胁迫下植物 MDA的积累,即抑制膜脂过氧化作用,
减轻膜脂过氧化对细胞的伤害(刘晖等,2006)。经过
施加50mg·L-1的外源ALA,盐胁迫下的决明幼苗
叶片SOD、POD、CAT 活性都有较大提高。SOD、
POD、CAT是细胞膜保护系统的组成部分,能在逆境
胁迫中清除植物体内(O-2.、·OH、1 O2、H2O2 等)等活
性氧减少·OH的形成,维持体内的活性氧代谢平
衡,保护膜结构,减轻NaCl对活细胞的伤害,从而使
植物在一定程度上免受或少受活性氧的伤害(张春平
等,2011)。本研究结果表明,ALA可通过提高决明
SOD、POD、CAT 活性来增强其耐盐性,这对通过提
供外源物质来增强植物的抗逆性的可行性提供了新
的证据。SOD是膜脂过氧化防御系统的主要保护酶
之一,它能催化活性氧进行歧化反应产生无毒的分子
氧和过氧化氢,避免植物遭受伤害(秦丽凤等,2010),
这就是外源ALA抑制膜脂在盐胁迫下植物 MDA积
累的原因之一。推测可能与其转化为亚铁血红素有
关。ALA处理促进了亚铁血红素的合成,并以辅基
的形式,导致过氧化物酶活性增加,从而提高抗氧化
胁迫能力。试验研究发现,适宜质量浓度(50mg·
L-1)的ALA处理盐胁迫下的决明幼苗,能提高其保
护性酶SOD、POD和CAT 的活性,为清除细胞内的
ROS提供条件,保障幼苗在盐胁迫环境下正常生长。
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