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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）

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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10 不同浓度复合有机酸(OA)及铝处理下菊芋根系DNA损伤
Al₀、Al₃₅₀、Al₇₀₀、OA₀、OA₃₀、OA₆₀和OA₉₀同图1。Bars=20 μm

正文中引用本图/表的段落

铝胁迫会影响DNA双螺旋结构, 当细胞核双链DNA受到损伤时, 电泳时受损的DNA会偏离核并向正极迁移, 从而形成彗星拖尾图像(Jaskulak et al., 2019)。Olive尾矩(oliver tail moment, OTM), 即彗星尾部DNA长度与其尾部DNA百分含量的乘积是评判和衡量DNA损伤程度的常用指标(郭炜, 2008)。本研究表明, OTM值随着铝浓度的增大而明显升高, Al₇₀₀OA₀组徐州菊芋与资阳菊芋的OTM值较Al₃₅₀OA₀组分别升高2.12倍和0.77倍; 施加OA可降低菊芋的OTM值, 60 μmol?L-1 OA处理组OTM值降幅最大, 徐州菊芋和资阳菊芋较Al₇₀₀OA₀组分别降低51.83%和35.10% (图9)。荧光显微图像显示, 未受损的对照根细胞DNA呈圆形荧光核心, 即DNA几乎无损伤(图10)。低浓度铝胁迫下两品种菊芋均产生彗星状拖尾, 高浓度铝胁迫下拖尾变长, 受损加剧, 其中Al₇₀₀OA₀组细胞核DNA损伤最严重。施加OA后, 不同浓度铝胁迫下徐州菊芋与资阳菊芋拖尾均逐渐缩短, DNA损伤有所缓解。综上, 铝胁迫严重损伤菊芋根系DNA, 并随着铝浓度的增高损伤加剧, 徐州菊芋和资阳菊芋在700 μmol?L-1铝胁迫下均出现严重的DNA损伤; 施加OA后, 两品种菊芋的OTM值与彗星拖尾现象均有所改善, 以60 μmol?L-1 OA作用效果最佳。

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