外源5-氨基乙酰丙酸（ALA）對弱光下黃瓜生長指標及抗氧化酶活性的影響

柳翠霞 羅慶熙* 李躍建 劉小俊 梁根云 楊 宏

（1西南大學園藝園林學院，重慶 400715；2四川省農業科學院園藝研究所蔬菜重點實驗室，四川成都610066）

5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid，ALA）是一種含氧和氮的碳氫化合物，作為植物葉綠素合成研究的一個部分，很早就受到重視（Castelfranco & Beale，1983）。ALA并不單純是一種生物代謝中間產物，它能像植物生長調節物質那樣參與葉綠素合成和調節植物生長（Chakraborty & Tripathy，1992），也可通過生物途徑合成，還可人工化學合成（Bindu &Vivekanandan，1998）。

外源ALA在高濃度時可作為農田除銹劑（劉秀艷 等，2002），低濃度時則可調節植物的生長發育，促進作物增產，提高抗性（Castelfranco & Beale，1983）。外源ALA可提高弱光條件下甜瓜幼苗葉片光合速率（任良駒，2004a），促進普通白菜幼苗光合速率以及同化產物向根系分配（汪良駒，2004b），誘導蘿卜（汪良駒和劉衛琴，2005）和草莓（劉衛琴，2006）的葉片光抑制保護機制，增強甜瓜的抗冷性（汪良駒，2004a）。但是，施用外源ALA后，黃瓜（Cucumis sativusL.）對弱光反應方面的研究鮮見報道，相應的生理生化特性有何變化尚未明確。為此，本試驗研究了外源ALA的施用對遮光條件下黃瓜生長指標和抗氧化酶活性的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用對光照敏感性不同的3份黃瓜品種作為材料：不耐弱光品種h02（四川地方品種）、較耐弱光品種h082（華南型地方品種）、耐弱光品種川綠1號（一代雜種）（童小蘭，2009）。ALA由日本COSMO公司提供。

1.2 試驗方法

試驗于2010年在四川省農業科學院園藝研究所雙流試驗基地進行。將ALA設定為5個不同濃度，即0.01、0.1、1、10、50 mg·L-1，以0 mg·L-1（清水）作對照。采用隨機區組設計，在蔬菜大棚中將試驗區劃分為遮光區與不遮光區，每區設6個處理，3次重復，共18個小區，每小區處理植株60株，每品種20株。供試黃瓜材料在大棚內育苗并定植，緩苗至2片真葉完全展開后用遮陽網遮光，1 d后用ALA處理（19:00進行），隔24 h再噴1次，以葉背濕潤為度。處理期間晝夜溫度約為 20 ℃/13 ℃，平均光照強度為 80 μmol·m-2·s-1，晴天中午遮光區最高光照強度約為 200 μmol·m-2·s-1（持續時間約為 1 h），不遮光區約為 450 μ mol·m-2·s-1。遮光處理持續到開花初期，對照和處理的水肥管理及溫濕度管理保持一致。

1.3 項目測定

1.3.1 生長指標的測定 每處理選取5株長勢基本一致的植株進行掛牌標記，分別在ALA處理前以及第1次處理后15 d測定黃瓜幼苗株高、莖粗、葉面積、植株干鮮質量等指標，計算15 d內各指標的增加量。

1.3.2 抗氧化酶活性以及丙二醛含量的測定 分別在ALA處理前以及第1次處理后第2、6、10、14天對黃瓜葉片進行取樣，每次取3株植株的第2片真葉進行測定，3次重復。丙二醛（MDA）含量用硫代巴比妥酸法測定；超氧化物歧化酶（SOD）活性用氮藍四唑法測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚法測定（李合生，2000）。

1.4 數據分析

利用Excel軟件對試驗數據進行相關分析和作圖，DPS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 外源ALA對黃瓜生長指標的影響

2.1.1 外源ALA對黃瓜幼苗干鮮質量的影響 從表1可知：未經ALA處理的不同黃瓜品種在不同的光照條件下，其干鮮質量的變化也不同。h02遮光條件下干質量增加量較不遮光時明顯降低，而鮮質量增加量則明顯增加；h082變化趨勢與h02相反；川綠1號不遮光下干、鮮質量增加量均較遮光下高。

表1 外源ALA對黃瓜植株地上部干鮮質量的影響

遮光下葉面噴施ALA，h02在0.01 mg·L-1處理時干質量增加量極顯著高于對照，h082在0.01、1 mg·L-1處理干質量增加量高于對照，川綠1號在1 mg·L-1處理時干質量增加量極顯著高于對照，其他處理之間無顯著差異。不遮光條件下使用 ALA，各處理的 h02干質量增加量與對照無顯著差異，且以1 mg·L-1處理最低，這可能是土壤或移栽時苗弱所造成；h082、川綠1號各處理間均比對照有所增加，甚至達顯著或極顯著水平，且均在1 mg·L-1處理時較CK增幅最大。

遮光下葉面噴施ALA均提高了3個黃瓜品種的鮮質量，各個處理濃度的h02鮮質量增加量與對照無顯著差異；h082、川綠1號均以1 mg·L-1處理時鮮質量增加量較CK增加的百分率最高，分別達119.1 %、100.0 %。不遮光下黃瓜品種h02、h082均以ALA濃度0.01 mg·L-1時，鮮質量增加量較CK增加最大，川綠1號則在1 mg·L-1時較CK增加最大，差異均達極顯著水平。

2.1.2 外源ALA對黃瓜幼苗株高、莖粗的影響 由表2可知：遮光會促使黃瓜幼苗的株高增加，同時減少莖粗的增加，莖越細越不利于黃瓜幼苗的生長。施用外源ALA后，黃瓜幼苗的株高、莖粗增加量較 CK都有不同程度的增加，以 1 mg·L-1處理后效果最為明顯，但高濃度的 ALA處理則有降低幼苗株高和莖粗的趨勢。

2.1.3 外源ALA對黃瓜幼苗葉面積的影響 由表3可看出：遮光和不遮光條件下，施用一定濃度的ALA處理黃瓜幼苗，均有效增加其葉面積。遮光下，h02、川綠1號均在1 mg·L-1處理時較CK增加最為明顯，h082在0.1、1 mg·L-1處理的葉面積增加較多。不遮光時3個黃瓜品種都在1 mg·L-1處理時葉面積增加量最大，h02、h082、川綠1號分別比對照增加35.3 %、41.4 %、73.3 %。隨著ALA處理濃度的增加，遮光和不遮光下葉面積均有下降趨勢。

表2 外源ALA對不同品種黃瓜幼苗株高和莖粗的影響

表3 外源ALA對不同品種黃瓜幼苗葉面積的影響

2.2 外源ALA對不同黃瓜品種的抗氧化酶活性的影響

2.2.1 外源ALA對不同黃瓜品種葉片MDA含量的影響 由圖1和圖2 可知，施用外源ALA可降低黃瓜幼苗葉片中的MDA含量。圖1顯示，在不遮光條件下，施用ALA后第2天，5種濃度處理的黃瓜葉片MDA含量都有所下降，其中濃度1 mg·L-1處理的效果比較突出，3個黃瓜品種h02、h082、川綠1號分別較CK下降了13 %、45 %、24 %。

由圖2可知，遮光下h02與h082在處理后6 d MDA含量大多呈增加趨勢，只是相較于CK增幅下降，1 mg·L-1處理第6天時比其他處理增加最多，分別為24 %和44 %；川綠1號在濃度0.1、1 mg·L-1處理時與CK相比降低明顯，其他效果不明顯。

圖1與圖2相比較，弱光下3個供試品種MDA含量變化不盡相同，h02和h082的MDA含量明顯增加，川綠1號變化不大，說明川綠1號細胞膜脂過氧化程度低，細胞膜損傷小，弱光對其影響不大。

2.2.2 外源ALA對不同黃瓜品種葉片SOD活性的影響 圖3表明：3個黃瓜品種在不遮光條件下，用1 mg·L-1的ALA處理后第2天，h082的SOD活性與CK相比增加約50 %，川綠1號增加25 %，h02變化不大。

圖1 ALA對不遮光下黃瓜幼苗MDA含量的影響

圖2 ALA對遮光下黃瓜幼苗MDA含量的影響

圖3 ALA對不遮光條件下黃瓜幼苗SOD活性的影響

由圖4可知：遮光條件下，施用外源ALA 2 d后，黃瓜幼苗的SOD活性均較CK有所增加，在5個濃度的處理中，整個處理期以施用外源ALA濃度1 mg·L-1時效果最為明顯。

2.2.3 ALA對不同黃瓜品種葉片POD活性的影響 由圖5 可看出：不遮光條件下，施用外源ALA時，以濃度1 mg·L-1效果較好，處理后第6天，h02和h082的POD活性較CK分別增加了39 %和27 %，其他濃度ALA施用后與CK相差不大。川綠1號施用ALA后POD活性變化不大。

圖4 ALA對遮光條件下黃瓜幼苗SOD的影響

圖5 ALA對不遮光條件下黃瓜幼苗POD的影響

由圖6可知：0.1、1 mg·L-1ALA處理的h02 POD活性呈不斷增加趨勢，后期較緩；處理后第6天，1 mg·L-1ALA處理的POD活性較CK增加40 %；h082和川綠1號各處理總體呈現先增后減的趨勢，且川綠1號的POD活性下降較多，說明川綠1號相對更耐弱光，可以更好地適應弱光環境。總體來看，施用1 mg·L-1ALA濃度時效果最為明顯。

圖6 ALA對遮光條件下黃瓜幼苗POD的影響

3 結論與討論

多數研究認為，弱光使黃瓜的株高增加、莖粗變細、葉面積減少、地上部分和地下部分干物質量降低等（郭鳳鳴，1990），但也有一些報道認為，弱光下黃瓜葉面積增加（王美平，2003）。本試驗中，遮光下 3個黃瓜品種與不遮光對照的反應有著明顯的不同。遮光下，各黃瓜幼苗株高、葉面積均有所增加，此為黃瓜自身對弱光適應性的表現。h02遮光下雖然株高、葉面積和鮮質量增加量較不遮光下高，但干質量增加量卻明顯低于不遮光。植物為了適應弱光的環境，株高增加，同時葉面積變大、葉片變薄以獲得更多的光能，但光合產物的積累量較低，使得莖粗和干物質的積累較不遮光條件下低。

Hotta等（1998）系統報道了低濃度ALA對多種作物生長及產量的效應。本試驗得出：不遮光下施用低濃度ALA處理黃瓜幼苗，可促進株高、葉面積等的增長，莖粗增加，當ALA達到一定濃度時促進作用最強，而后隨著濃度的增加，促進作用減弱；遮光條件下ALA的施用具有與不遮光相同的效果和趨勢，可明顯地增加莖粗，緩解植株徒長的趨勢。綜合來說ALA濃度為1 mg·L-1時對黃瓜處理效果最好。

劉衛琴等（2006）觀察到，ALA處理可提高草莓葉片SOD和POD活性，并降低膜脂過氧化物 MDA的含量。本試驗結果支持前人研究結論。施用 ALA后，黃瓜葉片中的 SOD、POD活性有所增加，MDA含量則下降；遮光條件下MDA的積累會增加，ALA的施用緩解了這一情況。本試驗結果表明，弱光條件下施用ALA可降低膜脂過氧化水平，減少MDA的生成，降低細胞膜透性，增加黃瓜對弱光的適應性。

綜上所述：本試驗中，施用一定濃度的外源ALA可提高植株的長勢，增強POD、SOD的活性，減少MDA的含量，一定程度上緩解了黃瓜的弱光脅迫，提高植株的活力，以1 mg·L-1的ALA處理（ALA 0.45 g·hm-2）時，效果最佳。但ALA的這種緩解作用是有限的，并不能達到完全消除弱光危害的影響，因此有必要對ALA的作用機理進行進一步的研究。

郭鳳鳴．1990．若干條件下黃瓜的生長解析．吉林農業大學學報，12（1）：32-35．

李合生．2000．植物生理生化實驗原理和技術．北京：高等教育出版社．

劉秀艷，徐向陽，陳蔚青．2002．光合細菌產生5-氨基乙酰丙酸（ALA）的研究．浙江大學學報：理學版，29（3）：336-340．

劉衛琴，康瑯，汪良駒．2006．ALA對草莓光合作用的影響及其與抗氧化酶的關系．西北植物學報，26（1）：57-62．

童小蘭．2009．四川地區弱光對黃瓜生長發育的影響及耐弱光黃瓜材料的篩選〔碩士論文〕．雅安：四川農業大學．

汪良駒，姜衛兵，章鎮．2003．5-氨基乙酰丙酸的生物合成和生理活性及其在農業中的潛在應用．植物生理學通訊，39（3）：185-192．

汪良駒，姜衛兵，黃保健．2004 a．5-氨基乙酰丙酸對弱光下生長的甜瓜幼苗光合作用和抗冷性的促進效應．園藝學報，31（3）：321-326．

汪良駒，石偉，劉暉，劉衛琴，姜衛兵，侯喜林．2004 b．外源5-氨基乙酰丙酸處理對小白菜葉片的光合作用效應．南京農業大學學報，27（2）：34-38

汪良駒，劉衛琴．2005．ALA對蘿卜不同葉位葉片光合作用與葉綠素熒光特性的影響．西北植物學報，25（3）：488-496．

王美平．2003．弱光對苗期黃瓜形態和生理生化特性的影響〔碩士論文〕．鄭州：河南農業大學．

Bindu R C，Vivekanandan M．1998．Hormonal activities of 5-aminolevulinic acid in callus induction and micropropagation．Plant Growth Regul， 26：15-18．

Castelfranco P A，Beale S I．1983．Chlorophyll biosynthesis：recent advances and areas of current interest．Annu Rev Plant Physiol，34：241- 278．

Chakraborty N，Tripathy B C．1992．Involvement of single oxygen in 5-ttminolevulinic acid induced photo dynamic damage of cucumber（Cucumis sativusL．）chloroplasts．Plant Physial，98：7-11．

Hotta Y，Tanaka T，Bingshan L，Takeuchi Y，Konnai M．1998．Improvement of cold resistance in rice seedlings by 5-aminolevulinic acid．J Pest Sci，23：29-33．