外源5-氨基乙酰丙酸在低溫和干旱脅迫下的應用效果研究

滕昆 李瑞敏 秦超 陶秋紅 余義發 梁承 羅培繁

摘 ? ?要：以玉米和小麥為試驗材料，用不同濃度的5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）分別進行灌根育苗和葉噴處理，并模擬低溫脅迫下玉米的生長環境和使用20% PEG-6000模擬干旱脅迫下小麥的生長環境，探索5-ALA在低溫和干旱脅迫下對作物是否有促進生長發育或緩解逆境脅迫的作用。試驗結果表明，與對照相比，低溫脅迫下的玉米苗經濃度為1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、50 mg/L、100 mg/L的5-ALA處理后，地上部干重分別增加了4.43%、15.87%、4.80%、14.02%、12.55%，其中濃度為5 mg/L的5-ALA灌根處理效果最好，差異達到顯著水平;與對照相比，干旱脅迫下的小麥苗由濃度為1～150 mg/L的5-ALA處理后，第2～3片葉片的相對含水量隨用量增加呈現先增加后減少規律，以50 mg/L最優，且差異顯著，比對照增加9.9%。這說明施用適量濃度的外源5-ALA能顯著緩解低溫、干旱脅迫下對植物的抑制作用，促進植物正常生長。

關鍵詞：5-氨基乙酰丙酸;低溫脅迫;干旱脅迫;應用效果

文章編號：1005-2690（2022）09-0007-03 ? ? ? 中國圖書分類號：S311 ? ? ? 文獻標志碼：B

在農業生產中，低溫冷害是一種影響農業可持續穩定發展的自然災害。據統計，低溫冷害具有綜合性、大尺度性及地區差異性等特點，通常會使我國糧食減產100億kg左右[1]。低溫會影響植物生長發育及其生理表現[2]。植物在長期適應低溫脅迫的過程中，逐步形成獨特的生理生化特性。近年來，由于人類生產活動導致全球氣候變化劇烈，低溫冷害時常發生，極大程度上限制了植物生長。

在干旱環境下，植物細胞膨壓下降、葉片萎蔫。在極度干旱時，植物細胞嚴重脫水，體內各生理生化反應失調，嚴重時會使植物失水死亡[3]。目前，中國存在水資源短缺、分布不均勻、過分利用而導致大量浪費等問題，水資源不足也嚴重限制了農業發展。

5- 氨基乙酰丙酸（5-ALA）是一種廣泛存在于動物、植物以及微生物機體活細胞中的天然非蛋白氨基酸，是合成葉綠素、血紅素和維生素B12等四吡咯環色素的必要前體物質，在生物體的多種生物化學反應中發揮重要作用[4]。近年來，人們開始探究5-ALA在植物體內緩解逆境脅迫的作用。程菊娥等（2007）[5]發現，外源5-ALA可以提高煙草葉片的葉綠素含量，還能提高植物的抗冷性與耐旱性。

PEG-6000（聚乙二醇）是一種理想的高分子滲透劑，滲透壓較穩定，能夠限制植物水分吸收速率，可用于模擬干旱脅迫試驗[6]。

本試驗用玉米和小麥作為試驗材料，創造出低溫和干旱脅迫的生長環境，用不同濃度的5-ALA分別進行灌根育苗和葉噴處理，探索在低溫和干旱脅迫下5-ALA對作物是否有促進生長發育或緩解逆境脅迫的作用，并確定效果最明顯的5-ALA應用濃度，以期為5-ALA在農業生產中的產品研發提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試玉米為鄭單958，供試小麥為新冬22號。供試植物生長調節劑為5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid，5-ALA），由南寧漢和生物科技股份有限公司提供。

1.2 試驗設計

1.2.1 5-ALA的玉米抗低溫脅迫試驗

試驗于2021年3—4月在南寧漢和生物科技股份有限公司生測室進行，用蛭石盆栽播種玉米種子。試驗共設7個處理：不添加5-ALA常溫育苗對照（CK），不添加5-ALA低溫育苗對照（K），分別用濃度為1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、50 mg/L、100 mg/L的5-ALA灌根低溫育苗處理（S1、S2、S3、S4、S5）。每個處理設置4個重復，每個重復含5株玉米苗。待玉米苗長至3葉1心時以處理液灌根處理，24 h后移至培養箱進行低溫處理，低溫條件為晝/夜溫度14 ℃/5 ℃，光照時間12 h，相對濕度55%，低溫處理8 d后測量玉米苗地上部鮮重與干重。各處理間水分管理一致。

1.2.2 5-ALA的小麥抗干旱脅迫試驗

試驗于2019年4—5月在南寧漢和生物科技股份有限公司生測室進行。試驗共設8個處理：清水對照處理（TCK），只用20% PEG-6000水培模擬干旱對照處理（TK），分別用濃度為1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L的5-ALA葉噴并用20% PEG-6000水培模擬干旱處理（T1、T2、T3、T4、T5、T6）。每個處理5個重復，每個重復播種發芽的小麥種子32粒，收樣時取15株測定相對含水量。

播種小麥種子10 d后待小麥苗長至1葉1心時，連續3 d葉噴不同濃度5-ALA處理，并暗處理12 h。第16天使用20% PEG-6000水培，模擬干旱處理。第20天取第2～3片葉子計算葉片相對含水量以及葉干重。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 玉米苗生物量指標

待玉米苗低溫處理8 d后，測定地上部鮮重及干重。測定時將種苗連同蛭石基質小心取出，輕輕抖落基質后，用清水沖洗根部3遍，去除根系附著的基質，用剪刀將植株地上部和地下部剪開，用吸水紙吸干植株后稱重，稱取種苗地上部鮮重。種苗地上部于干燥箱中105 ℃殺青15 min后，75 ℃下烘干至恒質量，所稱重量即為地上部干重。

1.3.2 小麥苗第2～3片葉相對含水量及葉干重

待模擬干旱處理4 d后取小麥苗第2～3片葉并稱取鮮重，然后將葉片置于去離子水中浸泡24 h，稱取葉片的飽和鮮重。然后將葉片放入干燥箱中105 ℃殺青15 min后，75 ℃下烘干至恒質量，稱量葉片干重。根據下式計算相對含水量。

葉片相對含水量=（葉片鮮重-葉片干重）/（葉片飽和鮮重-葉片干重）×100% ?（1）

1.4 數據統計與分析

采用Excel 2013和SPSS 23.0軟件進行數據統計分析，使用單因素方法分析（ANOVA）進行數據比較，用最小顯著差異法（LSD）檢驗進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理對低溫脅迫下玉米苗的生物量影響

如圖1a）所示，與不加5-ALA低溫育苗對照（K）相比，用5-ALA灌根處理的玉米地上部鮮重均有增加，濃度為1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、50 mg/L、100 mg/L的處理分別增加了1.44%、8.82%、8.55%、4.64%、0.04%，其中濃度為5 mg/L的5-ALA灌根低溫處理（S2）效果最好。如圖1b）所示，相比于K處理，用5-ALA灌根處理的玉米地上部干重均有增加。與K處理相比，S1、S2、S3、S4及S5處理分別增加了4.43%、15.87%、4.80%、14.02%及12.55%，其中濃度為5 mg/L的5-ALA灌根低溫處理（S2）效果最好，差異達到顯著水平。這表明，5-ALA能有效緩解低溫脅迫造成的玉米苗生長抑制。

2.2 不同處理對干旱脅迫下小麥苗第2～3片葉鮮重及干重的影響

如圖2a）所示，與TK相比，T2、T3、T4處理培育的小麥苗第2～3片葉鮮重均有增加，但差異不顯著，而T1、T5、T6處理則有所減少，且T1與TK相比差異顯著;相比于TK，T3、T4處理小麥苗第2～3片葉鮮重分別增加9.7%和10.6%。如圖2b）所示，與TK相比，T3、T4處理培育的小麥苗第2～3片葉干重有所增加，但差異不顯著，而T1、T6則有所減少，且T1與TK相比差異顯著;相比于TK，T3、T4處理小麥苗第2～3片葉干重分別增加6.3%和10.4%。在均使用PEG干旱處理下，5-ALA在1～150 mg/L的濃度中，第2～3片葉片的鮮、干重隨用量的增加呈先增加后減少規律，以50 mg/L最優，但差異不顯著。5-ALA 1 mg/L處理較對照K處理低，差異顯著。

2.3 不同處理對干旱脅迫下小麥苗第2～3片葉相對含水量的影響

如圖3所示，與TK相比，T3、T4處理培育的小麥苗第2～3片葉相對含水量增加，T4處理差異顯著，而T1、T2、T5、T6處理則有所減少，且T1與TK相比差異顯著;相比于TK，T3、T4處理小麥苗第2～3片葉相對含水量分別增加8.9%和9.9%。在均使用PEG干旱處理下，5-ALA 在1～150 mg/L濃度中，第2～3片葉片的相對含水量隨用量的增加呈先增加后減少規律，以50 mg/L最優，且差異顯著。

3 討論

5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）在低濃度下能夠顯著提高辣椒、紫花苜蓿和水稻的抗逆能力[7]。低溫脅迫下，細胞膜遭到破壞，細胞膜脂過氧化的程度加劇。研究表明，葉面噴施30 mg/L 5-ALA能夠促進油菜葉綠素合成，提高油菜植株的抗氧化能力，減少膜脂過氧化的傷害程度，從而提高了油菜幼苗的抗冷性[8]。張愛慧等（2019）[9]研究表明，葉面噴施25～50 mg/L的5-ALA可以顯著提高絲瓜幼苗抗氧化酶活性，緩解低溫對絲瓜幼苗的傷害。與以上試驗結果類似，本研究通過使用不同濃度的5-ALA灌根育苗并移入培養箱進行低溫脅迫處理，結果表明，低溫處理后，濃度為5 mg/L的5-ALA灌根處理能顯著增加玉米苗地上部干重，有效緩解低溫脅迫對玉米幼苗發育造成的不利影響。

本試驗結果表明，20% PEG-6000水培模擬干旱環境明顯抑制了小麥幼苗的生長發育，其葉片鮮重和葉片相對含水量均顯著低于清水環境中生長的幼苗。在葉噴不同濃度5-ALA后，小麥苗第2～3片葉片的鮮重、干重和相對含水量均隨5-ALA噴施濃度的增加呈現先增加后減少的規律，以50 mg/L濃度最優，說明葉噴5-ALA可以增強植物對干旱逆境下的抵抗能力。與本試驗結果類似，王鵬等（2021）[10]研究表明，噴施25 mg/L的5-ALA能顯著緩解干旱脅迫對玉米幼苗造成的損傷，增強玉米幼苗的抗旱性。

5-ALA作為一種新型植物生長調節劑，適量施用能顯著緩解低溫、干旱脅迫下對植物生長的抑制作用，促進幼苗體內光合色素含量及滲透調節物質含量的提高，促進生物量積累，從而促進植物生長發育和形態建成。

參考文獻：

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[10]王鵬，王鐵兵，王瑞，等.外源5-氨基乙酰丙酸對干旱脅迫下玉米幼苗生理特性及抗氧化酶基因表達的影響[J].干旱地區農業研究，2021，39（1）：75-81.