腐植酸调节砷酸盐生菜毒性作用研究

摘要

为探究不同砷酸盐处理条件下生菜中砷的累积规律,以及腐植酸对生菜砷酸盐毒性的调控作用.分析了生菜自身代谢对培养液pH的调节作用,以及腐植酸协同砷酸盐作用下培养液中pH的变化,采用高效液相色谱串联电感耦合等离子体质谱法对生菜体内砷酸盐累积变化规律进行动态监测,同时采用叶绿素分析仪、氨基酸分析仪与最小偏二乘分析相结合的方法,探索生菜生长表现以及相关品质指标变化,进一步研究腐植酸添加对上述各指标的调节作用.研究表明:非砷酸盐处理组生菜正常生长会引起培养液pH显著升高,随着砷酸盐添加浓度的逐渐升高溶液中的pH逐渐下降,当砷酸盐添加浓度为10 mg·L-1时,pH下降最为显著,降低至3.87,腐植酸添加对砷酸盐的生菜产酸胁迫具有不同程度的缓解作用.同时,研究发现生菜各组织中无机砷的含量均随着砷酸盐处理浓度的增加而在各生长时期呈现出不同的增加趋势.在CK(不加砷对照处理)及CKHA(不加砷但添加腐植酸处理)组,生菜根、茎、叶中砷的形态主要以五价砷为主,并且随着腐植酸添加浓度增加,无机砷含量在生菜各生长时期均呈现不同程度的下降.然而,在不同砷酸盐处理组,各生菜植株内主要以亚砷酸盐As(Ⅲ)形式存在.当砷酸盐添加浓度为0.5 mg·L-1时,生物量、株高、根长以及叶绿素的相对含量均高于CK组,说明低浓度的砷酸盐可促进生菜生长,高浓度砷酸盐均不同程度地对生菜生长产生抑制作用,适量浓度的腐植酸添加则不同程度地促进了生菜生长,并对高浓度砷酸盐的生菜毒性作用有所缓解.在生菜叶中砷含量未超标的CK、V-0.5(添加0.5 mg·L-1砷酸盐)、V-1(添加1 mg·L-1砷酸盐)处理组中,V-0.5处理组的维生素C和可溶性糖含量最高,硝酸盐含量最低,说明低浓度砷酸盐提高了生菜的品质.而在砷酸盐处理组,当腐植酸添加浓度为5 mg·L-1时,生菜的维生素C、总酚含量最高,硝酸盐含量相较V-10(添加10 mg·L-1砷酸盐)处理组显著降低,具有提高生菜品质的作用.PLS-DA分析及VIP得分表明,应对砷酸盐胁迫的主要差异表达氨基酸类型为谷氨酸(GLU)和精氨酸(ARG),腐植酸添加使得GLU和ARG的表达水平明显上调.砷酸盐能降低生菜生长环境的pH,腐植酸具有降低生菜产酸胁迫的作用,砷酸盐添加浓度低于3.5 mg·L-1时,在各生长时期,生菜叶中砷含量均不超过国家限量标准,腐植酸对生菜叶中无机砷含量的调控具有时效性,腐植酸可上调与抗逆相关的GLU和ARG的表达水平.