噴施吲哚乙酸對鋁脅迫下東方百合的生理效應

劉國娟，徐 寧，劉殿紅，王 闖，劉 敏，孫曉慧

(聊城職業技術學院，山東聊城 252000)

土壤酸化引起的植物鋁毒已成為全球生物學和環境科學關注的熱點[1]。鋁脅迫是酸性土壤限制作物生長的主要原因，目前世界上超過40%的農用耕地受到的危害[2]，鋁主要抑制植物的根系生長，影響水分及養分吸收，從而影響植物生長和發育[3]。自20世紀初以來，許多研究者們一直致力于鋁對植物毒害影響的研究。近年來，人們對植物鋁脅迫的研究，尤其是對耐鋁植物研究的興趣有增無減。有些學者提出，外源施加激素可以增強植物的抗鋁能力。

吲哚乙酸(IAA)是人類最早發現的一類植物激素，不僅在植物的正常生長中起重要作用，而且還參與調節多種脅迫下植物根系的生長和發育[4]。大量研究表明，IAA可能作為一種化學信號分子，廣泛作用于組織培養[5]、基因表達[6]、干旱[7]、水漬[8]等方面。植物激素在環境脅迫下作為正負信號，對細胞內各種代謝進行有效的調控。近年來，IAA被發現與植物的抗逆性有密切聯系，可以提高植物抵抗鹽、重金屬等脅迫的能力，促進逆境脅迫下植物的生長[9]。在鎘脅迫下，能夠顯著增加芥菜型油菜和甘藍型油菜的株高和生物量，提高油菜莖和葉中的鎘含量[10]。IAA可減輕銅毒害對向日葵主根生長的抑制作用，并促進側根生長[11]。楊野等報道了IAA能夠促進耐鋁型小麥品種根系蘋果酸的分泌，從而提高小麥的耐鋁毒能力[12]；閆雯等報道了外源施用IAA可促進鋁脅迫下紫花苜蓿根系和地上部的生長，能明顯緩解紫花苜蓿鋁毒害[13]。添加外源IAA可以顯著增加丹波黑大豆(RB)的抗鋁脅迫能力[4]，然而，有關IAA對鋁脅迫觀賞植物生長影響的研究報道非常少。

百合(Liliumbrowmivar.viridumu)為百合科(Liliaceae)百合屬(Lilium)的多年生草本球根花卉[14]，是當今世界最著名的四大切花之一，其生產和消費逐年遞增。百合原產于北半球溫帶，少數產于南半球寒帶及熱帶，適宜在排水良好的微酸性環境中生長[15]。目前，以觀賞植物作為試驗材料來研究不同種、品種對鋁脅迫生理響應和耐鋁脅迫機理的研究少見報道。本研究通過對百合植物耐鋁的生理響應，以期明確鋁脅迫下百合的生長反應，特別是對根系生長發育有明顯促進作用的植物生長調節劑IAA對鋁脅迫下百合的生理效應，為進一步開展百合耐鋁的分子和生理機制的研究，培育耐鋁的百合新品種奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

選定東方百合索邦品種為試驗材料。由周徑14～16 cm 鱗莖作為定植材料。

1.2 方法

將經過低溫處理的種球栽于營養缽并置于人工氣候箱中，設置光—暗周期為14 h—10 h，光照度為10 000 lx，晝—夜溫度為25 ℃—16 ℃，相對濕度為70%。設置0、2、4、6、8 mg/L 等5個IAA濃度，采用葉面噴施的方法。

選取生長勢一致的幼苗進行酸性環境處理。將百合幼苗放置在pH值為4.5、含100 μmol/L Al3+(鋁源用AlCl3·6H2O)的營養液中分別進行為期5、10、15 d的脅迫，其間每隔2 d分別用不同濃度的IAA對鋁脅迫百合幼苗進行噴施處理，噴施量為2 mL。同時設置1個無Al3+脅迫處理(pH值4.5)作為對照，噴施等量蒸餾水。全部試驗共6個處理，即無鋁和Al3++IAA(0、2、4、6、8 mg/L)，每個處理3次重復。

1.3 測定指標和方法

1.3.1 丙二醛(MDA)含量測定 采用硫代巴比妥酸(TBA)法[16]測定。

1.3.2 電導率測定 采用張志良介紹的方法[17]測定。

1.3.3 過氧化物酶(POD)含量的測定 采用愈創木酚法[18]測定。

1.3.4 超氧化物歧化酶(SOD)含量的測定 依據SOD抑制NBT(氮藍四哩)在光下的還原程度來確定SOD活性，活性單位以抑制NBT光化還原的50%為1個酶活性單位(U)[18]。

2 結果與分析

2.1 IAA對鋁脅迫下丙二醛的影響

丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的產物，也是細胞膜受損傷程度的標志物。如圖1所示，與對照相比，添加鋁后，MDA含量均有不同程度的提高，說明鋁脅迫明顯引起了細胞膜的過氧化反應。東方百合的MDA含量在添加鋁后分別比對照增高68.6%、38.1%、2.09%。

IAA緩解了鋁毒對東方百合的脅迫。添加IAA后，除噴施5 d表現為MDA含量比對照的高外，其余的MDA含量都比添加IAA前低，呈現下降趨勢，并且隨著IAA濃度的升高，MDA含量越低。其中，6 mg/L IAA處理的丙二醛含量顯著低于未噴施IAA的對照。

2.2 IAA對鋁脅迫下電導率的影響

由圖2可以看出，在鋁脅迫下，東方百合的電導率均有所增加，比對照分別增加27.9%、25.7%、30.2%，說明在鋁脅迫下，電導率的增加與膜功能損傷成正相關，能作為逆境脅迫的有效指標。此外，IAA的增加，對膜損傷起到了一定的恢復作用，隨著IAA濃度的提高，電導率也基本呈現降低的趨勢，在6 mg/L處理下，電導率達到了最低點，差異最明顯。

2.3 IAA對鋁脅迫下過氧化物酶(POD)活性的影響

從圖3可以看出，東方百合的POD活性隨著鋁脅迫時間的延長，呈現持續增高的趨勢，并均高于無鋁脅迫，增幅分別達13.1%、25.8%、26.0%，增高幅度也是逐漸上升。此試驗結果說明鋁脅迫促進了東方百合POD酶的形成和活性。

在鋁脅迫5 d時加入IAA，不同程度地增加了東方百合的POD活性，但當鋁脅迫時間延長至10 d后，IAA的加入降低了東方百合POD的活性，并在處理10 d 時，POD活性達到最低值，隨著IAA濃度的提高，POD活性也呈現下降趨勢。

2.4 IAA對鋁脅迫超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

由圖4可知，在鋁脅迫下，SOD活性呈現先升后降的趨勢。鋁脅迫10 d后SOD活性比脅迫5 d的增高6.2%，脅迫15 d的比脅迫10 d的降低10.8%。但是，在鋁脅迫5、10、15 d 下，SOD活性分別降低為無鋁對照的86.8%、88.8%、68.2%。說明鋁脅迫不同程度地降低了東方百合SOD活性，鋁脅迫抑制了SOD的活性。

噴施IAA顯著影響了東方百合SOD的活性。在噴施低濃度的IAA時，SOD活性基本呈下降趨勢，但是隨著IAA濃度的提高，SOD活性顯著增高。在處理10、15 d后，6 mg/L IAA對SOD活性的影響最為顯著。

3 結論與討論

丙二醛(MDA)含量和電導率是反映細胞膜脂過氧化作用程度和質膜破壞程度的重要指標，可以用來衡量植物對逆境脅迫的抵御能力[19]。鹽逆境往往會造成植物的生長受阻和組織傷害，常常出現生長緩慢，葉色變淡、脫落甚至死亡等可見表現和體內生理指標的改變，如脯氨酸含量增加、細胞膜透性增大以及光合能力下降等[20]。本研究結果表明，鋁脅迫后5、10、15 d，東方百合的MDA含量始終高于無鋁脅迫，說明鋁脅迫對東方百合細胞膜產生了明顯的破壞，同時東方百合MDA含量增長率逐漸降低，與對照之間的差距越來越小，可見在鋁脅迫下，東方百合通過自身防御系統的增強和活性氧的消除，逐漸緩解了鋁毒對其的傷害。此研究結果與前人的研究結果[21]一致。本研究結果顯示，在鋁脅迫下，東方百合的電導率也始終高于無鋁脅迫，表明鋁脅迫對東方百合質膜結構造成傷害，電解質外滲增加，細胞離子平衡受到影響，并直接影響到東方百合的生長。本研究結果也與劉鵬等對大豆鋁脅迫處理下的研究結果[22]一致。當植物處于逆境時，POD和SOD等保護酶能有效地消除過氧化所產生的活性氧物質，防御植物細胞膜過氧化，降低植物細胞受傷害的程度[23]。本研究中鋁脅迫不同程度地降低了東方百合SOD活性，表明鋁脅迫抑制了細胞中SOD的合成和活性，這個結果與許多學者的研究結果[24]一致。本研究結果顯示，鋁脅迫下東方百合的POD活性隨著鋁脅迫時間的延長呈現持續增高的趨勢，并且始終高于無鋁脅迫，表明鋁脅迫促進了東方百合POD酶的形成和活性。

生長調節劑可以通過促進植物生長來緩解重金屬脅迫，國內外針對生長調節劑緩解重金屬脅迫、減輕膜系統損傷的研究已有報道。IAA是植物體內重要的信號物質，不僅可以調控植物的生長發育，而且在植物抗逆脅迫調控抗氧化物酶體系中發揮著重要作用[25-27]。在本研究中添加IAA后，SOD活性呈現先下降后上升趨勢，POD活性呈現先上升后下降趨勢，結果表明，IAA促進鋁脅迫東方百合根系生長和發育首先是通過提高鋁脅迫東方百合POD活性來清除鋁脅迫誘導和積累的根細胞氧自由基，減輕細胞受到活性氧離子的傷害，從而保護細胞膜質的穩定性。此試驗證明，在鋁脅迫處理下，植物抗氧化酶與植物生長調節劑之間存在密切的相關性，與王學等研究結果[28]一致。

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