有机酸和抑制剂对铝胁迫下油菜(Brassica napus L.)生长、生理和根系分泌物的调控研究

摘要

酸性土壤上的铝毒害已经成为我国油菜产量和品质的重要限制因子。油菜作为中等耐铝的植物,极易受到铝毒害的影响。目前,有关植物在铝胁迫下,根系分泌物中有机酸组分、分泌时间、分泌位点等开展了较多的研究,为植物耐铝机制的解释提供了较好的理论基础,但其具体的调控机理尚不清楚。本试验以耐铝型油菜品种(中双7号)和铝敏感型油菜品种(华油2790)为材料,通过加入前期筛选出的柠檬酸和抑制剂,采用水培法研究铝胁迫下油菜生长、生理特性和根系分泌物的调控以及在油菜生长过程中的作用和机理,为油菜在酸雨地区的安全生产、铝毒的防治及油菜耐铝机制方面的进一步研究提供理论依据,本研究结果总结如下:
　　 1.有机酸和抑制剂最佳浓度的筛选结果表明,通过对5、10、20 μmol／L柠檬酸或苹果酸,A9C或Mersal以及200μmol／L Al3+复合处理发现,加入有机酸后使相对根长的抑制率降低,且随着有机酸浓度的增加,缓解效果更好,加柠檬酸的效果要好于苹果酸,因此,本实验选用20 μmol／L柠檬酸作为外源有机酸的最佳添加浓度。加A9C对油菜本身伤害较大,而加()μmol／L Mersal处理组对油菜本身生长并无抑制作用;加入铝之后,在Mersal浓度较高时,其根长抑制率接近50％,因此,本实验选用5 μmol／L Mersal作为外源抑制剂的最佳添加浓度。
　　 2.铝胁迫降低了两个油菜品种的相对根长、根系总长和总表面积,且处理7d的下降幅度大于3d,敏感品种华油2790的下降幅度大于耐性品种中双7号。铝毒对油菜株高的抑制作用小于根长,且处理7d时,叶面积、宽度、长度各形态指标才表现出明显的抑制现象。铝胁迫降低了油菜的叶绿素含量,并使Fm、Fv／Fo、φPS Ⅱ下降,Fo增加,且Fv／Fo的下降显著。低浓度的铝胁迫使蛋白质含量略有升高,高浓度下显著下降。处理7d时,APX、PPO活性上升；华油2790的SOD升高,而中双7号下降；两个品种的CAT、POD活性则表现出先增加后减少的趋势。铝胁迫使两个品种的CS、MDH、PEPCase、APA活性均呈现先增加后减少的趋势,ACO活性下降,但是随着铝浓度的进一步增加和铝处理时间的延长,各代谢酶活性均出现下降的趋势。铝胁迫下,植物根系和地上部的铝含量也随之增加,根系中的铝含量约为地上部的4倍。在低浓度铝胁迫下,柠檬酸、苹果酸显著增加,总有机酸含量也随之增加,但随着铝浓度的进一步增加,有机酸含量有所下降。氨基酸对铝胁迫的响应不明显,处理7d时,中双7号的可溶性糖随铝浓度的增加先增加后减少。在铝胁迫下,根系分泌物的pH值显著下降,且中双7号的pH值大于华油2790。低浓度的铝胁迫使电导率增加,但随着铝浓度的升高,电导率有所下降。综上所述,铝毒对油菜的毒害作用有部位、品种和时间上的差异,对油菜的生理特性有一定的影响,并增加了油菜根系和叶片的铝积累量。低铝胁迫下,油菜主要分泌柠檬酸、苹果酸来抵御铝毒害,但随着铝浓度的增加和处理时间的延长,其耐性机制被破坏。
　　 3.加入20μmol／L柠檬酸后,与单铝处理相比,两个油菜品种的根系和叶片各形态指标均有一定程度的增加；油菜叶绿素含量增加,Fo值有所降低,其他各荧光指标的值均有所增加,短期(3d)处理对油菜的蛋白质含量、抗氧化酶活性等的影响均不显著。处理7d时,华油2790的蛋白质含量明显下降,APX、CAT活性明显上升,SOD、PPO活性先增加后减少,POD活性基本无变化。加入外源有机酸对于两个不同耐性品种的CS活性影响不同,ACO活性随着铝浓度的增加而下降,MDH、PEPCase则表现出先增加后减少的趋势。加入外源有机酸后,植物根系和叶片的铝含量明显下降。柠檬酸含量增加显著,苹果酸变化不大,总有机酸含量也进一步增加,总氨基酸的含量仍无显著变化,可溶性糖的含量呈现先增加后减少的趋势,pH值降低,当处理7d时,pH值趋于稳定,电导率增加。综上所述,加入外源有机酸对油菜的根系和叶片均有一定的缓解作用,使植物恢复到正常的生理和代谢水平,同时,油菜铝积累量也随之降低,柠檬酸含量增加,植物耐铝性得到加强。
　　 4.加入5 μmol／L Mersal后,与单铝处理相比,两个品种的根系和叶片各指标均显著下降,且使铝毒转移至地上部。叶绿素含量、叶绿素荧光参数各指标没有明显的变化。蛋白质含量、SOD、CAT活性均有所下降,PPO的活性略小于单铝处理组,而APX、POD活性在低浓度铝处理下略有增加。加入外源抑制剂后,短期处理各代谢酶活性变化不明显,但随着铝处理时间的延长,CS、PEPCase、APA等活性均有显著的下降,而ACO、MDH等酶的变化不大。加入Mersal后,根系和叶片积累的铝含量有所增加,油菜根系分泌的柠檬酸下降显著,根系苹果酸的分泌增加,总有机酸增加,总氨基酸含量无显著变化,可溶性糖含量有所增加。pH值比单铝处理组有所下降,电导率略有上升。综上所述,根系分泌的有机酸主要通过调控蛋白质含量,SOD、CAT等抗氧化酶,CS、PEPCase、APA等代谢酶的活性来缓解铝毒,此外,油菜可以通过增加苹果酸、可溶性糖等的分泌以对抗低浓度,短时间的铝胁迫,随着铝浓度的增加和处理时间的延长,铝毒害进一步加深。