摘要 ［目的］探究5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）浸種對澇漬脅迫下小麥幼苗生長的影響。［方法］以紅地95小麥品種為試驗(yàn)材料，利用不同質(zhì)量濃度梯度的5-ALA對小麥進(jìn)行浸種處理，采用“浸漬池”法模擬澇漬脅迫，測量小麥苗長、根長及鮮重，評價(jià)外源5-ALA在澇漬脅迫下對于小麥幼苗生長形態(tài)的影響；同時(shí)測定葉綠素（Chl）、可溶性糖（SS）以及丙二醛（MDA）等相關(guān)物質(zhì)含量，研究其在澇漬脅迫下對于小麥幼苗生理代謝的影響。［結(jié)果］隨著外源5-ALA質(zhì)量濃度增大，小麥的生長活力先升高后下降。適宜濃度的5-ALA浸種使小麥在澇漬脅迫下苗長、葉綠素及可溶性糖的含量較CK組升高，降低了小麥組織中丙二醛含量，提高了小麥的抗?jié)承?；而高濃?-ALA則對小麥生長起抑制作用。［結(jié)論］最佳處理質(zhì)量濃度為50、80、100 mg/L處理下對小麥幼苗生長起抑制作用。

關(guān)鍵詞 5-氨基乙酰丙酸；澇漬脅迫；小麥；抗?jié)承?/p>

中圖分類號 S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）19-0030-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.19.006

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effect of Exogenous 5-ALA on Growth of Wheat Seedling Under Waterlogging Stress

GE Cai-cai，Lü Xiang-hua，SHEN Ming-yue et al

（Qingdao Academy of Agricultural Sciences，Qingdao，Shandong 266100）

Abstract ［Objective］To investigate the effects of 5-aminolevulinic acid （5-ALA） soaking on the growth of wheat seedling under waterlogging stress.［Method］Hongdi 95 was used as experimental material and 5-ALA with different concentration gradients was used to soak wheat seeds.The soaking pond method was used to simulate waterlogging stress，and the effects of exogenous 5-ALA on the growth morphology of wheat seedlings under waterlogging stress were evaluated by measuring the length and fresh weight of seedlings and roots.The contents of chlorophyll （Chl），soluble sugar （SS） and malondialdehyde （MDA） on wheat seedlings under waterlogging stress were measured.［Result］With the increasing of exogenous 5-ALA concentration，the growth vigor of wheat seedling firstly increased and then decreased.Seed soaking with 5-ALA at suitable concentration accelerated seedling growth，increased chlorophyll and soluble sugar，decreased MDA in wheat tissues and improved waterlogging resistance of wheat.But 5-ALA in high concentration inhibited wheat growth.［Conclusion］The growth of wheat seedling was inhibited by the concentrations of 50，80 and 100 mg/L 5-ALA.

Key words 5-aminolevulinic acid;Waterlogging stress;Wheat;Waterlogging resistance

基金項(xiàng)目 青島市科技惠民示范引導(dǎo)專項(xiàng)（22-3-7-xdny-4-nsh）。

作者簡介 葛猜猜（1997—），女，山東臨沂人，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)。*通信作者，高級農(nóng)藝師，碩士，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)研究及示范推廣。

收稿日期 2023-09-18

由于地表水滯留或地下水浸漬侵害，土壤實(shí)際含水量超過田間正常持水量，引起土壤理化性質(zhì)惡化、作物生長受到抑制甚至減產(chǎn)的現(xiàn)象稱為澇漬災(zāi)害。澇漬脅迫使土壤氣相部分減少，致使作物地下部缺氧，間接影響地上部生理代謝活力， 降低作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。近年來，我國澇漬災(zāi)害頻發(fā)，尤其是在黃淮平原、長江中下游等地區(qū)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失^［1］。研究表明，5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）是葉綠素、鈷胺素等物質(zhì)的前體，在適宜濃度下可提高植物組織內(nèi)抗氧化酶活力（如GR、SOD、CAT、POD等），清除植物組織內(nèi)的活性氧自由基（ROS），增強(qiáng)作物對于逆境條件的適應(yīng)性^［2］。鑒于此，筆者通過“浸漬池”法進(jìn)行對小麥澇漬脅迫的模擬^［3］，將小麥種子在0、10、30、50、80、100 mg/L 6個(gè)質(zhì)量濃度梯度的5-ALA中進(jìn)行浸種處理，研究外源5-ALA浸種對小麥抵御澇漬脅迫的作用效果，為降低逆境傷害、增加作物產(chǎn)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)日期及地點(diǎn)

試驗(yàn)于2022年3月17日在青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)期間室內(nèi)平均溫度為18.2 ℃，平均相對濕度為62.3%。

1.2 試驗(yàn)材料及儀器

小麥品種為紅地95，其母本為周麥16，父本為淮麥18。所用種子純度≥99.0%，發(fā)芽率≥85%，水分含量≤13%。 5-ALA為煙臺深海生物有限公司所提供的質(zhì)量濃度為15 g/L的母液。試驗(yàn)所用722s可見分光光度計(jì)以及752Pro紫外可見分光光度計(jì)均由上海棱光技術(shù)有限公司制造。

1.3 試驗(yàn)方法

供試母液按照0、10 、30 、50 、80 、100 mg/L 6個(gè)質(zhì)量濃度梯度配置250 mL 的5-ALA溶液，低溫避光保存。篩選正常飽滿的小麥種子360粒，按照6個(gè)質(zhì)量濃度梯度分為6組，每組20粒小麥種子；各質(zhì)量濃度梯度設(shè)立3組平行對照試驗(yàn)，共18組。將18組種子分別浸入盛有各質(zhì)量濃度梯度的5-ALA溶液中，黑暗處浸種24 h。取出后轉(zhuǎn)移至具有雙層濾紙的育苗紙床，在光照恒溫培養(yǎng)箱中（20 ℃）進(jìn)行正常培養(yǎng)。待胚根長至2～5 mm時(shí)轉(zhuǎn)移至浸漬池中，保證水面完全沒過種子表面，模擬澇漬脅迫。72 h后轉(zhuǎn)入正常培養(yǎng)，10 d后測量各組小麥幼苗的根、苗長度和鮮重以及各項(xiàng)生理指標(biāo)（葉綠素、可溶性糖、丙二醛含量）。

其中，根、苗長度分別從各組20株幼苗中隨機(jī)選取10株進(jìn)行測定，計(jì)算平均根、苗長度；由于小麥幼苗質(zhì)量較輕，所以鮮重指標(biāo)以每10株幼苗的質(zhì)量總和進(jìn)行表示。

1.4 指標(biāo)測定

葉綠素定量測定采用張曉宏等^［4］研究番茄光合色素變化的分光光度法；可溶性糖定量測定采用柏明娥等^［5］對于干旱脅迫下胡枝子生理響應(yīng)研究的TBA顯色法；丙二醛定量測定采用劉冰等^［6］對于玉米抗?jié)承匝芯恐兴褂玫牧虼捅韧姿犸@色法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理；采用IBM SPSS Statistics 25軟件進(jìn)行方差分析；采用最小顯著極差法（LSR）檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長形態(tài)比較

由表1可知，澇漬脅迫下當(dāng)外源5-ALA質(zhì)量濃度為0～10 mg/L時(shí)，小麥平均苗長隨5-ALA濃度升高而出現(xiàn)上升趨勢；當(dāng)質(zhì)量濃度為50～100 mg/L區(qū)間時(shí)，小麥平均苗長隨5-ALA濃度升高而下降。在50 mg/L時(shí)，小麥平均苗長最高，為（15.56±0.21）cm，較CK（0 mg/L）苗長提高2.64%。在100 mg/L時(shí)，小麥平均苗長最短，為（12.00±0.15）cm，較CK組苗長減少了20.84%。從10株苗鮮重來看，在5-ALA質(zhì)量濃度為0～50 mg/L，各處理間并無顯著性差異，但當(dāng)質(zhì)量濃度超過50 mg/L時(shí)，幼苗鮮重顯著降低，80和100 mg/L處理較CK分別下降12.57%和23.93%。小麥幼苗的平均根長隨外源5-ALA濃度升高而逐漸降低，而10株根鮮重各處理間差異性并不顯著，30和50 mg/L處理根鮮重均高于CK組。實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)，在蒸餾水及低濃度5-ALA中浸種處理的小麥幼苗根系較為細(xì)長，而高濃度的5-ALA處理后小麥幼苗的根部較短但粗壯。其原因可能為外源5-ALA對于根部細(xì)胞伸長有抑制作用，但不抑制細(xì)胞分裂，原理類似于ABA，氯化氯代膽堿等化學(xué)物質(zhì)對于植物的影響^［7-8］。目前，鮮見相關(guān)文獻(xiàn)對其進(jìn)行描述，其調(diào)節(jié)機(jī)理仍待進(jìn)一步研究。

2.2 葉綠素含量比較

葉綠素（chlorophyll，Chl）在光合作用中起到對光信號接收、傳導(dǎo)并轉(zhuǎn)換的作用，其含量反映了光合能力的強(qiáng)弱。研究表明植物在逆境條件下，葉綠素含量與植物生長活力呈正相關(guān)關(guān)系^［9］。由表2可知，隨著外源5-ALA質(zhì)量濃度升高，小麥葉片中類胡蘿卜素含量各處理間并無顯著性差異，而葉綠素含量變化趨勢為先上升后下降，葉綠素a含量變化較葉綠素b的變化更為明顯。在50 mg/L 5-ALA處理的葉綠素含量達(dá)到最高，為（1.25±0.04）mg/L，較CK（1.05±0.07 mg/L）提高了19.05%。80和100 mg/L處理的葉片葉綠素含量分別為（1.00±0.09）和（0.93±0.09）mg/L，分別較CK減少了4.76%和11.43%。這說明外源5-ALA可能對于小麥幼苗抗逆能力具有兩重性，即澇漬脅迫下低濃度增加小麥抗逆性，高濃度則調(diào)節(jié)回到正常水平或?qū)χ仓晟L有負(fù)作用，這與孟長君等^［10-11］的試驗(yàn)結(jié)果一致。

2.3 可溶性糖含量比較

郭相平等^［12］的研究顯示，澇漬脅迫下作物組織可溶性糖（soluble sugar，SS）含量升高，提高作物組織適應(yīng)環(huán)境能力。所以在一定范圍內(nèi)，可溶性糖的含量與植物抗逆性強(qiáng)弱呈正相關(guān)關(guān)系。澇漬脅迫下不同質(zhì)量濃度5-ALA浸種對于小麥幼苗葉片中可溶性糖的含量影響見圖1。由圖1可知，0～30 mg/L處理葉片中可溶性糖的含量隨著處理濃度增加而有所增長，但增長幅度較小，30 mg/L 5-ALA處理的葉片可溶性糖的含量為（54.381±0.937）μmol/g，較CK組［（52.168±1.738）μmol/g］增長了4.24%。當(dāng)外源5-ALA濃度處于30～50 mg/L時(shí)，葉片可溶性含量增長速率明顯加快，50 mg/L 5-ALA浸種處理的小麥幼苗葉片可溶性糖含量達(dá)到最高，為（61.337±3.790）μmol/g，較CK提高了17.58%。當(dāng)5-ALA質(zhì)量濃度大于50 mg/L時(shí)，葉片中可溶糖含量大幅下降，均低于CK，這與張春平等^［13］的結(jié)果基本一致。

2.4 丙二醛含量比較

植物受到外界環(huán)境脅迫，膜脂會產(chǎn)生過氧化現(xiàn)象。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是膜脂過氧化分解終產(chǎn)物，其含量可反映植物遭受逆境傷害的程度，因此可以通過丙二醛含量判定植物的抗逆性強(qiáng)弱^［14］。各梯度處理的小麥幼苗組織中丙二醛含量見圖2。由圖2可知，丙二醛含量總體呈先下降后升高的趨勢，其中在外源5-ALA濃度小于50 mg/L時(shí)，小麥組織中丙二醛含量均低于CK［（8.244±0.189）nmol/g］，這說明低濃度5-ALA浸種可減少小麥幼苗在澇漬脅迫下生物膜結(jié)構(gòu)與功能損害程度。當(dāng)濃度為50 mg/L時(shí)，小麥組織中丙二醛含量最低，為（6.297±0.469）nmol/g，較CK減少了23.62%。當(dāng)5-ALA濃度大于50 mg/L時(shí)，小麥組織中丙二醛含量逐漸升高。80和100 mg/L 5-ALA處理的小麥幼苗丙二醛含量均高于CK。這說明高濃度的5-ALA對于植物來說本身可成為一種逆境條件，抑制植物生長，導(dǎo)致膜脂發(fā)生過氧化，影響生物膜功能。

3 討論

土壤液相過高會導(dǎo)致小麥根系缺氧，引起生理代謝紊亂，導(dǎo)致株高、根系活力、干物質(zhì)率等生理指標(biāo)明顯下降。而小麥幼苗期是生長周期中對外界環(huán)境要求較高的時(shí)期，其抗?jié)承詻Q定了澇漬脅迫下作物產(chǎn)量與品質(zhì)。5-ALA具有促進(jìn)作物生長并提高產(chǎn)量的作用，同時(shí)可提高作物對環(huán)境的適應(yīng)性。多位學(xué)者已通過試驗(yàn)驗(yàn)證外源5-ALA有利于提高作物對干旱、寒冷、鹽脅迫及亞適宜溫光等逆境的抵抗能力^［15-18］。

該試驗(yàn)通過“浸漬池”法進(jìn)行對小麥澇漬脅迫的模擬，經(jīng)過適宜濃度的5-ALA浸種后，小麥幼苗的株高、葉綠素、可溶性糖等指標(biāo)明顯較蒸餾水處理的幼苗有所提高，而丙二醛含量明顯減少，這說明外源5-ALA浸種可顯著降低澇漬脅迫對小麥幼苗的影響。其原因可能為5-ALA是血紅素（Heme）的合成前體，后者為血紅蛋白（HGB）的非蛋白性輔基，適宜濃度下可提高根系的呼吸能力；同時(shí)5-ALA還促進(jìn)葉綠素的合成，顯著提高葉綠素濃度，有利于可溶性糖的累積，間接增強(qiáng)植物適應(yīng)逆境的能力。綜合各項(xiàng)生理指標(biāo)，50 mg/L為該試驗(yàn)的最適濃度值，在該濃度下小麥幼苗抗?jié)承誀钭顬榱己?。但隨著濃度超過最適濃度后，小麥對于澇漬侵害的緩解作用反而下降，甚至出現(xiàn)抑制生長現(xiàn)象。其原因可能為5-ALA作為一種α-氨酮，濃度過高時(shí)在有氧條件下烯醇化生成大量過氧化氫（HO）、單線態(tài)氧（¹O）、羥基自由基（OH·）以及超氧陰離子自由基（O^-·）等活性氧自由基，加速生物膜磷脂發(fā)生過氧化反應(yīng)；另一方面5-ALA過量積累會誘發(fā)光氧化反應(yīng)，降低生物膜系統(tǒng)的流動性，使類囊體膜上的光電子傳遞發(fā)生紊亂^［19］，目前已有相關(guān)學(xué)者進(jìn)行對高濃度5-ALA作為光活化農(nóng)藥除草劑可行性的研究^［20-21］。

4 結(jié)論

（1）在一定濃度范圍內(nèi)，5-ALA質(zhì)量濃度與小麥萌發(fā)期苗長呈正相關(guān)關(guān)系，與根長呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。不同濃度外源5-ALA浸種處理對于澇漬脅迫下小麥苗、根鮮重變化無顯著影響。

（2）外源5-ALA對于澇漬脅迫下小麥幼苗生長具有兩重性，即低濃度5-ALA促進(jìn)澇漬脅迫下小麥幼苗葉綠素及可溶性糖的含量升高，降低丙二醛含量，提高了小麥的抗?jié)承裕桓邼舛?-ALA降低小麥組織內(nèi)葉綠素及可溶性糖含量，增加丙二醛含量，抑制小麥生長。

（3）該試驗(yàn)各組處理中，50 mg/L 5-ALA浸種對于提升小麥抗?jié)承孕Ч蠲黠@。

參考文獻(xiàn)

［1］霍治國，范雨嫻，楊建瑩，等.中國農(nóng)業(yè)洪澇災(zāi)害研究進(jìn)展［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2017，28（6）：641-653.

［2］HO8E9kRoPAX9zkmVO/mVoirA==TTA Y，TANAKA T，TAKAOKA H，et al.New physiological effects of 5-aminolevulinic acid in plants：The increase of photosynthesis，chlorophyll content，and plant growth［J］.Bioscience，biotechnology，and biochemistry，1997，61（12）：2025-2028.

［3］陳思妍，鄒華文.脫落酸浸種提高萌發(fā)期水稻種子對澇漬脅迫的抗性研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（2）：593-594.

［4］張曉宏，郭剛，王著龍，等.外源5-氨基乙酰丙酸對加工番茄葉光合色素及果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì)的影響［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，55（8）：1436-1443.

［5］柏明娥，唐建軍，洪利興，等.兩種基質(zhì)條件下美麗胡枝子對模擬中度干旱脅迫的響應(yīng)［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，17（3）：549-553.

［6］劉冰，周新國，李彩霞，等.外源多胺拌種對夏玉米抗?jié)承缘挠绊懀跩］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2016，35（1）：63-66.

［7］駱興菊.植物激素脫落酸通過誘導(dǎo)乙烯的生物合成抑制擬南芥主根生長［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014：48-50.

［8］郭建文，田新會，張舒蕓，等.不同濃度矮壯素對黑麥抗倒伏性和種子產(chǎn)量的影響［J］.草業(yè)科學(xué)，2018，35（5）：1128-1137.

［9］張倩，賀明榮，陳為峰，等.外源一氧化氮與水楊酸對鹽脅迫下小麥幼苗生理特性的影響［J］.土壤學(xué)報(bào)，2018，55（5）：1254-1263.

［10］孟長軍，杜喜春，張旸.5-氨基乙酰丙酸對喜樹幼苗鹽害緩解的生理機(jī)制研究［J］.熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào)，2019，27（2）：164-170.

［11］張麗穎，馮新新，高晶晶，等.根際澆灌ALA溶液對蘋果葉片生理特性與果實(shí)品質(zhì)的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，31（1）：158-165.

［12］郭相平，楊骕，王振昌，等.旱澇交替脅迫對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2015，34（1）：13-16.

［13］張春平，何平，袁鳳剛，等.外源5-氨基乙酰丙酸對干旱脅迫下甘草種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2011，31（8）：1603-1610.

［14］馮曉敏，張永清.水分脅迫下不同耐旱性糜子葉片保護(hù)酶活性及膜脂過氧化特性［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2019，37（1）：200-207.

［15］王宏信，劇春暉，李向林，等.外源5-氨基乙酰丙酸對干旱脅迫下降香黃檀幼苗生長、根系生理特性的影響［J］.熱帶作物學(xué)報(bào)，2017，38（10）：1823-1829.

［16］孫陽，王燚，曲丹陽，等.5-氨基乙酰丙酸提高玉米幼苗抗低溫性及其生理機(jī)制［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2016，35（7）：1737-1743.

［17］吳旭紅，馮晶旻.外源5-氨基乙酰丙酸對鹽脅迫下南瓜種子萌發(fā)及耐鹽性的影響［J］.種子，2016，35（12）：90-93.

［18］董榮榮，鄧嬌燕，郭佳，等.根施5-氨基乙酰丙酸對亞適宜溫光下黃瓜幼苗生長的影響［J］.核農(nóng)學(xué)報(bào)，2019，33（1）：148-157.

［19］汪良駒，姜衛(wèi)兵，章鎮(zhèn)，等.5-氨基乙酰丙酸的生物合成和生理活性及其在農(nóng)業(yè)中的潛在應(yīng)用［J］.植物生理學(xué)通訊，2003，39（3）：185-192.

［20］權(quán)美平，趙珍.5-氨基乙酰丙酸的生物合成及其應(yīng)用［J］.氨基酸和生物資源，2012，34（2）：21-23.

［21］孫耀冉，胡瑞省，陳濤，等.新型綠色農(nóng)藥5-氨基乙酰丙酸的應(yīng)用及合成方法［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24（10）：434-436.