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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7 外源复合有机酸(OA)对铝胁迫下菊芋根尖铝含量与根系活力的影响
Al0、Al350、Al700、OA0、OA30、OA60和OA90图1。XZ和ZY同图1。不同小写字母和*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
植物根系是最先接受铝胁迫信号的部位, 当外界铝浓度增高时, 植物根尖铝含量会迅速上升, 而根系活力则反映植物耐铝能力(张婷婷等, 2020)。在高浓度铝处理下, 徐州菊芋和资阳菊芋根尖铝含量分别是对照的27.98倍和27.57倍; Al+OA共处理下, 徐州菊芋和资阳菊芋根尖的铝含量最大降幅分别为26.74%和28.66%。铝胁迫强烈抑制菊芋的根系活力且随着胁迫程度的加深根系活力下降, 700 μmol?L-1铝处理下徐州菊芋和资阳菊芋根系活力分别下降15.75%和27.16%, 施加OA后根系活力有所回升, 徐州菊芋最高涨幅为18.03%, 资阳菊芋为36.63% (图7)。综上, 铝胁迫下, 菊芋根尖铝含量迅速上升, 同时铝胁迫会降低根系活力, 其中资阳菊芋更易受铝毒害, OA的缓解作用也更有效。
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