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外源有机酸对铝胁迫下菊芋生理响应系统的调控效应
毛轩雯, 王志超, 阮心依, 孙靖菲, 张雅婷, 陆锦灏, 邵甜甜, 王娴, 肖佳敏, 肖莉, 叶梦瑶, 吴玉环, 刘鹏
植物学报    2023, 58 (4): 573-589.   DOI: 10.11983/CBB23006
摘要   (686 HTML30 PDF(pc) (2722KB)(670)  

铝(Al)是酸性土壤常见的金属污染物之一。为探明外源有机酸对铝胁迫下菊芋(Helianthus tuberosus)生理特征及根系DNA损伤的影响, 以耐铝品种徐州菊芋和铝敏感品种资阳菊芋为材料, 设置0、350和700 µmol∙L-1铝处理, 同时分别施加0、30、60和90 µmol∙L-1复合有机酸, 探究外源有机酸对铝胁迫下各时期(7、14和21天)菊芋生理响应和DNA损伤的影响。结果表明, 铝胁迫抑制菊芋根伸长与根系活力, 严重损害菊芋的光合机构与抗氧化系统, 随着铝浓度的增加, DNA拖尾程度升高, DNA受损加剧。而施加复合有机酸能有效缓解铝胁迫造成的损伤。施加60 µmol∙L-1有机酸可增强抗氧化酶活性, 提高最大光化学效率并促进根尖有机酸分泌, 其中柠檬酸分泌量分别比对照高2倍(徐州菊芋)及0.75倍(资阳菊芋), 根尖铝含量降低, 根系活力增强, 徐州菊芋和资阳菊芋DNA尾距较单独铝处理组下降51.53%和35.10%, 显著缓解DNA拖尾现象, 较大程度修复了DNA断裂。综上, 铝胁迫对菊芋造成的损害严重且较难缓解, 60 µmol∙L-1有机酸能增强低铝胁迫下菊芋生理响应, 降低DNA受损程度, 提高菊芋的抗逆性, 且在铝敏感品种资阳菊芋中缓解效果更好。该研究揭示了外源复合有机酸对铝胁迫下菊芋生理响应系统的调控作用, 可为菊芋等经济作物在南方酸铝地区的种植与生产提供理论依据。



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图2 外源复合有机酸(OA)对铝胁迫下菊芋叶片气孔导度(Gs) (A, E)、蒸腾速率(Tr) (B, F)、净光合速率(Pn) (C, G)和细胞间CO2浓度(Ci) (D, H)的影响
Al0、Al350、Al700、OA0、OA30、OA60和OA90图1。XZ和ZY同图1。不同小写字母表示同一时期不同处理组间差异显著(P<0.05)。
正文中引用本图/表的段落
铝处理对两品种菊芋的GsPnTr均有较强的抑制作用, 而Ci不受影响, 外源OA可减轻此伤害。两菊芋品种单独Al处理组的GsPnTr变化趋势基本相同, 铝处理后, Gs随着胁迫浓度与胁迫时间的增加而下降, 第21天Al700OA0组徐州菊芋和资阳菊芋Gs较Al0OA0组分别下降86.25%和78.95% (图2A, E), 徐州菊芋和资阳菊芋Tr分别减少32.50%和65.14% (图2B, F); 第7天, 徐州菊芋的Pn明显下降, 第14天与21天数值持平, 资阳菊芋的Pn则随着处理时间的延长持续下降, 最大降至67.74%。外施OA后, 各处理均有一定程度的缓解, 并以OA90作用效果最佳, 但总体上仍远低于未施加Al组。Al+OA共处理组Tr随OA浓度的升高而增加, 处理第21天Al700OA90组两品种Tr分别是Al700OA0组的1.93倍和1.19倍; 此时徐州菊芋和资阳菊芋Pn值有所回升, 分别升高87.23%和119.78%, 但仍低于对照组(图2C, G)。两菊芋品种的Ci与上述指标有所不同, 施加Al对其不产生显著影响(图2D, H), 推测Al并非通过限制CO2来抑制光合作用。综上, 铝胁迫通过抑制菊芋叶片气体交换造成光合速率减慢, 进而影响菊芋的生长; 施加OA则可通过增加蒸腾速率与气孔导度缓解铝对菊芋的抑制作用, 且对徐州菊芋作用效果较好。
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