外施MeJA调控UV-B辐射下颠茄生理特性及氮代谢的影响

何会流，山雨思,谢玉华

(1.重庆城市管理职业学院，重庆 401331；2.自贡市旭川中学，四川 自贡 643020;3.内江师范学院,四川 内江 641100)

颠茄(AtropabelladonnaL.)是茄科颠茄属多年生草本药用植物[1].其主要药用成分颠茄碱、莨菪碱和东莨菪碱是重要的抗胆碱类药物，具有镇痛、麻醉、抗晕动等功效[2].因此，如何提高颠茄产量一直是人们研究的热点.近年来，随着氟化物等污染物的大量排放，地球臭氧层加速变薄，导致到达地表的UV-B辐射强度增强[3].UV-B辐射增强对植物的生长以及生理代谢等诸多方面会造成严重影响.本实验室前期研究发现，UV-B辐射增强会严重影响颠茄的生长及生理代谢，抑制其次生代谢产物莨菪碱和东莨菪碱的合成[4].茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)是一种广泛存在于植物体内的信号分子，参与植物许多生理过程，对植物生长发育及胁迫反应均有调控作用[5].研究表明，MeJA对穿心莲、香蕉幼苗、牛皮杜鹃等植物的抗逆反应均具有较为积极的作用[6-8].同时还有研究发现，MeJA参与调控植物UV-B辐射反应，可能通过调控防御性基因的表达来增强植物的UV-B耐受性[9].对大麦、铁皮石斛和喜树的研究均发现，MeJA能够减轻UV-B辐射对其的伤害作用，一定程度上提高其UV-B抗性[10-12].而目前关于外源MeJA能否有效缓解UV-B胁迫对颠茄生长及生理特性的影响尚未有报道.本试验以颠茄幼苗为研究对象，探讨外施MeJA对颠茄UV-B胁迫后生理指标以及氮代谢的影响，为今后解决在实际生产过程中逆境种植颠茄理论参考.

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料颠茄幼苗.设6个处理组：

CK1(0 μW·cm-2UV-B+H2O)，
CK2(10 μW·cm-2UV-B+H2O)，
T1(10 μW·cm-2UV-B+50 μmol·L-1MeJA)，
T2(10 μW·cm-2UV-B+150 μmol·L-1MeJA)，
T3(10 μW·cm-2UV-B+250 μmol·L-1MeJA)，
T4(10 μW·cm-2UV-B +350 μmol·L-1MeJA).

10 μW·cm-2UV-B和MeJA浓度梯度经预实验处理确定.试验处理期间，CK2组、T1-T4组颠茄叶片每天用UV-B(10 μW·cm-2)照射1h(CK1自然光)，同时，T1-T4组喷施一次MeJA溶液(CK1、CK2喷 H2O)至欲滴.于12 d时采集颠茄叶片待测.设置3次重复.

1.2 测定指标及方法

1.2.1 光合色素含量及抗氧化酶活性的测定

叶绿素含量以及类胡萝卜素含量参照张宪政[13]的方法测定;超氧化物歧化酶(SOD)活性参照Giannopolitis和Ries[14]的方法测定；过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法[15]测定；采用测试盒(上海优选)测定过氧化氢酶(CAT)活性.

1.2.2 脯氨酸、丙二醛含量的测定

脯氨酸含量参照高俊凤[16]的方法测定;丙二醛(MDA)含量的参照Velikova等[17]的硫代巴比妥酸(TBA)法测定.

1.2.3 硝态氮、铵态氮、游离氨基酸和可溶性蛋白含量的测定

硝态氮含量参照高俊凤[16]的方法测定;铵态氮含量采用测试盒(上海优选)测定;游离氨基酸含量的测定参照李合生[18]的茚三酮溶液显色法;可溶性蛋白含量的测定参照高俊凤[16]的考马斯亮蓝法.

1.2.4谷氨酰胺合成酶、硝酸还原酶和谷氨酸脱氢酶活性的测定

谷氨酰胺合成酶(GS)活性采用汤绍虎等[19]的方法测定；硝酸还原酶(NR)、谷氨酸脱氢酶(GDH)活性采用试剂盒(南京建成)测定.

1.3 数据分析

Excel以及SPSS 22.0统计制表与数据分析；OriginPro 8.5.1软件绘图.

2 结果与分析

2.1 UV-B辐射下外施MeJA对颠茄光合色素含量的影响

UV-B辐射处理后，较CK1组，各处理组中各项指标均出现下降，其中叶绿素a、叶绿素a+b、类胡萝卜素含量显著降低了47.543%、43.137%、30.651%.外施MeJA后，以上指标均有程度不同的回升.T3组(250 μmol·L-1)时作用更明显，颠茄叶绿素a含量为CK2组1.602倍,叶绿素b为1.304倍,叶绿素a+b是1.521倍,类胡萝卜素含量是1.133倍,叶绿素a /b是CK2组的1.229倍(见表1).由此可知，MeJA有助于缓解UV-B辐射对颠茄叶片光合色素的合成和叶绿体膜结构的伤害，且以250 μmol·L-1(T3)效果最好.

表1 UV-B辐射下不同浓度外施MeJA对颠茄叶绿素和类胡萝卜素的影响

不同小写字母表示处理组间差异显著(P<0.05).下同.

2.2 UV-B辐射下外施MeJA对颠茄抗氧化酶活性的影响

UV-B辐射后，较CK1组颠茄叶片CAT活性显著下降了28.739%，降幅最大；SOD活性显著下降了25.859%；POD活性显著下降了25.639%.外施MeJA后，三者活性均较CK2组有程度不同的增强.其中T3组(250 μmol·L-1)SOD、POD和 CAT分别是CK2的1.308倍、1.215倍和1.289倍，SOD和CAT增幅最大(见表2).由此可知，250 μmol·L-1(T3)MeJA显著降低ROS水平，缓解UV-B辐射对细胞的毒害作用.

表2 UV-B辐射下不同浓度外施MeJA对颠茄SOD、POD和CAT活性的影响

2.3 UV-B辐射下外施MeJA对颠茄脯氨酸和丙二醛含量的影响

脯氨酸含量在UV-B辐射颠茄后，较CK1显著降低22.039%.外施MeJA后，T3组(250 μmol·L-1)脯氨酸含量与CK2组相比显著提升了24.868%，效果最好(见图1).

图1 UV-B辐射下不同浓度外施MeJA对颠茄脯氨酸含量的影响

MDA含量在UV-B辐射下显著提高了81.294%.各处理组外施MeJA后，MDA含量较CK2显著降低，其中以T3组(250 μmol·L-1)下降幅度最大，较CK2组降低了27.366%(见图2).综合以上，外施250 μmol·L-1MeJA可以明显提高颠茄细胞脯氨酸含量，降低MDA含量.

图2 UV-B辐射下不同浓度外施MeJA对颠茄和丙二醛(B)含量的影响

2.4 UV-B辐射下外施MeJA对颠茄氮化合物的影响

UV-B辐射下较CK1组，颠茄叶片中硝态氮含量显著降低了17.485%、游离氨基酸含量降低了30.860%、可溶性蛋白含量降低了33.192%.外施MeJA对以上三者含量均有提升作用，T3组(250 μmol·L-1)硝态氮含量是CK2组的1.147倍、游离氨基酸含量是1.296倍、可溶性蛋白含量是1.380倍，提升效果最好.UV-B辐射下，铵态氮含量较CK1组升高了56.896%.喷施MeJA后铵态氮含量较CK2组，T3组降低了17.033%，T2组降低22.527%，效果均显著(见表3).总体而言，T3组(250 μmol·L-1)处理的效果为佳.

表3 UV-B辐射下不同浓度外施MeJA对颠茄叶片含氮化合物的影响

UV-B辐射下，GS活性较CK1组显著降低了43.395%，降幅最明显，NR活性较CK1降低了28.729%、GDH活性则降低了25.095%.外施MeJA处理后，NR和GS活性变化相似，均有提升，T3组(250 μmol·L-1)时NR活性是CK2组的1.297倍、GS活性是CK2组的1.379倍，T2组较T3更显著.GDH活性在T3组(250 μmol·L-1)时是CK2组的1.302倍，效果最好(见表4).

表4 UV-B辐射下不同浓度外施MeJA对颠茄NR,GS和GDH活性的影响

3 讨论

3.1 UV-B辐射下外施MeJA对颠茄逆境生理的影响

研究表明，UV-B辐射会影响光合作用，导致光合色素合成被加速分解或被显著抑制[20].本试验中，UV-B胁迫处理下，颠茄叶片光合色素含量显著降低，这与张玉红等[21]在黄檗幼苗中的研究结果一致.UV-B 胁迫使叶绿素发生光氧化或破坏了叶绿体结构，从而导致叶绿素含量降低，且处理后的 Chla/b低于CK1，说明类囊体的垛叠程度减小[22].外施MeJA(250 μmol·L-1)处理提高了光合色素含量，表明MeJA能够增强颠茄的光合能力，与其诱导抗氧化酶活性升高有关.

抗氧化酶系统作为植物中最重要的防御系统之一，能有效维持植物体内活性氧(ROS)的平衡，在植物的生长代谢等方面发挥着关键作用[23].本试验结果表明，UV-B胁迫使颠茄抗氧化酶活性受到抑制，酶蛋白结构可能被破坏，导致抗氧化酶活性下降[3].外施MeJA(250 μmol·L-1)可提高UV-B胁迫下颠茄体内抗氧化酶活性，有效清除ROS，对UV-B胁迫具有一定的缓解效应，这与吴建慧等[24]MeJA处理可提高干旱胁迫下狭叶黄芩的抗氧化酶活性的研究结果一致.作为信号分子的MeJA可促进UV-B胁迫下颠茄抗氧化相关基因的表达[5].

渗透调节是植物减少逆境伤害的重要机制之一[25].脯氨酸作为植物体内重要的渗透调节物质，在UV-B胁迫下，其含量显著性降低.推测是随着胁迫程度的增加，植物体内调节机制被打破，植物自身不足以抵抗UV-B胁迫对其造成的伤害所致.MeJA处理后，颠茄幼苗脯氨酸含量均有不同程度提高，这与杨华庚等[26]在蝴蝶兰中的研究结果相似.MDA是膜脂过氧化产物之一，其含量反映了植物受到胁迫后损伤的程度[27].本试验显示，UV-B胁迫显著增加了颠茄幼苗中MDA含量，说明植物受到逆境胁迫，ROS大量积累，造成膜脂过氧化，这与刘莉莉等[28]在冬小麦幼苗中的研究结果一致.MeJA处理能够显著降低MDA含量，缓解细胞膜脂过氧化，梁东雨等[8]的研究有类似结果.

3.2 UV-B辐射下外施MeJA对颠茄氮代谢的影响

4 结论

综上所述，UV-B胁迫下，250 μmol·L-1MeJA可以有效提高颠茄叶片的光合作用能力，增强抗氧化酶活性和渗透调节物质含量，降低膜损伤，维持细胞结构及功能的稳定，同时加快UV-B辐射下颠茄的氮代谢进程，有效促进颠茄对无机氮源的还原和同化.因此，叶面喷施MeJA可促进UV-B胁迫下颠茄生长和氮代谢，提升颠茄经济价值.