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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3 外源复合有机酸(OA)对铝胁迫下菊芋叶片初始荧光(F0) (A, D)、非光化学猝灭系数(qN) (B, E)和最大荧光(Fm) (C, F)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
叶绿素荧光特性可反映植物光合生理响应与逆境胁迫的关系(Rao et al., 2021)。在铝胁迫下, 徐州菊芋和资阳菊芋的F0qN显著升高(P<0.05), 而Fm逐渐下降。铝单独处理下, 徐州菊芋和资阳菊芋Al700处理F0最大涨幅分别可达20.00%和50.00%, 施加OA后较铝单独处理组F0的最大降幅分别为17.65%和20.00%, 其中徐州菊芋在Al350与Al700下, 施加OA与否, 各组第14和21天数值均相近(图3A, D)。Al处理下qN与F0变化趋势相似, 但qN变化与胁迫时间无关, 仅施加OA, 徐州菊芋与资阳菊芋qN的响应存在差异(图3B, E), 单施OA对徐州菊芋无影响, 而30和60 μmol?L-1 OA可促进资阳菊芋qN上升。徐州菊芋在高浓度铝处理下Fm最大降幅为57.26%, 资阳菊芋为69.27%, 而OA的缓解作用在两品种中也有所不同(图3C, F), 徐州菊芋Al700OA60组较Al700OA0Fm升高39.00%, 资阳菊芋为12.50%; 当OA浓度为90 μmol?L-1时, 徐州菊芋Fm升高44.00%而资阳菊芋为55.22%。由此可见, 铝胁迫导致菊芋非光化学猝灭加剧, 进而降低光化学转化效率, 且抑制作用随胁迫浓度的增加与作用时间的延长而加强, 适宜浓度OA (30-60 μmol?L-1)则能减轻这种抑制作用。
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