全 文 ：第 35 卷第 23 期
2015年 12月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.23
Dec., 2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:浙江省自然科学基金项目(LY12C03002)
收稿日期:2014鄄07鄄25; 摇 摇 网络出版日期:2015鄄05鄄19
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: jzx@ tzc.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201407251511
王穗子,金则新,李月灵,谷银芳.铜胁迫条件下 AMF 对海州香薷光合色素含量、抗氧化能力和膜脂过氧化的影响.生态学报,2015,35(23):
7699鄄7708.
Wang S Z, Jin Z X, Li Y L, Gu Y F.Effects of arbuscular mycorrhizal fungi inoculation on the photosynthetic pigment contents, anti鄄oxidation capacity and
membrane lipid peroxidation of Elsholtzia splendens leaves under copper stress.Acta Ecologica Sinica,2015,35(23):7699鄄7708.
铜胁迫条件下 AMF对海州香薷光合色素含量、抗氧化
能力和膜脂过氧化的影响
王穗子1,2,3,4,金则新3,4,*,李月灵3,4,5,谷银芳3,4,5
1 西南大学生命科学学院,重庆摇 400715
2 三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆摇 400715
3 台州学院生态研究所,台州摇 318000
4 浙江省植物进化生态学与保护重点实验室,台州摇 318000
5 上海师范大学生命与环境科学学院,上海摇 200234
摘要:以盆栽海州香薷为研究对象,模拟 Cu胁迫条件下,接种丛枝菌根真菌(AMF)对海州香薷叶片光合色素含量、抗氧化酶活
性、抗氧化剂含量、膜脂过氧化程度的影响。 结果表明:(1)与对照相比,Cu 胁迫使海州香薷叶片叶绿素 a(Chl a)、叶绿素 b
(Chl b)、总叶绿素(Chl (a+b))、类胡萝卜素(Car)含量以及叶绿素 a / b(Chl a / b)均显著降低,抗氧化酶活性和抗氧化剂含量也
显著下降,质膜相对透性(MRP)和丙二醛(MDA)含量显著增大。 (2)与 Cu胁迫相比,Cu胁迫下接种 AMF可使海州香薷叶片
叶绿素含量显著增加;超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性显著提高;还原型谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸
(AsA)含量显著增加;MDA含量、MRP 显著下降。 总之,接种 AMF 可提高 Cu 胁迫下海州香薷叶片光合色素含量和抗氧化能
力,降低膜脂过氧化水平,从而缓解 Cu胁迫对植株造成的伤害,增强海州香薷对 Cu胁迫的适应性,提高了植株的生物量。
关键词:Cu胁迫;AMF;海州香薷;光合色素;抗氧化能力;膜脂过氧化
Effects of arbuscular mycorrhizal fungi inoculation on the photosynthetic pigment
contents, anti鄄oxidation capacity and membrane lipid peroxidation of Elsholtzia
splendens leaves under copper stress
WANG Suizi1,2,3,4, JIN Zexin3,4,*, LI Yueling3,4,5, GU Yinfang3,4,5
1 College of Life Science, Southwest University, Chongqing 400715, China
2 Key Laboratory of Eco environments in Three Gorges Reservoir Region of the Ministry of Education,Chongqing 400715, China
3 Institute of Ecology, Taizhou University, Taizhou 318000, China
4 Zhejiang Provincial Key Laboratory of Plant Evolutionary and Conservation, Taizhou 318000, China
5 School of Life and environment Science, Shanghai Normal University, Shanghai 200234, China
Abstract: Arbuscular mycorrhizal fungi ( AMF), which engage in a mutualistic symbiosis with the roots of most plant
species, have been well studied for their ability to alleviate heavy metal stress, including that of copper (Cu), in plants.
Most mycorrhizal studies have focused on AMF effects on host plant nutrient uptake. However, few studies have investigated
plant physiological responses during plant鄄microbe interactions, which are necessary to understand the efficiency of the
phytoremediation of heavy metal pollution. Elsholtzia splendens, a widely distributed Cu鄄tolerant plant, is usually found in
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the Cu mining areas of southern China and is colonized by symbiotic AMF. This study examines the effects of AMF on the
physiological responses of E. splendens leaves under Cu stress. A controlled pot experiment was performed to investigate the
effects of AMF inoculations and Cu additions on E. splendens leaves忆 photosynthetic pigment contents, anti鄄oxidation
enzymatic activities, antioxidant contents and lipid peroxidation. The plants, which were grown on a mixture of sterilized
soil and sand, were inoculated with AMF (non鄄inoculated plants were controls), with or without the addition of Cu (1000
mg / kg and 0 mg / kg, respectively) . The results showed that AMF could well colonize the roots of E. splendens under both
Cu treatments. The plant root biomass, stem biomass, leaf biomass, inflorescence biomass and total biomass of E. splendens
under Cu stress were lower than in the control. Inoculations with AMF significantly increased the plant root biomass, stem
biomass, leaf biomass, inflorescence biomass and total biomass of E. splendens under Cu stress by 36. 1%, 138. 9%,
47.3%, 68. 4% and 79. 7%, respectively, and significantly decreased the root shoot ratio by 26. 3%, indicating an
alleviating effect of Cu inhibition on E. splendens growth. Compared with the control, the chlorophyll a ( Chl a) and
chlorophyll b (Chl b) contents, Chl a+b content [Chl (a+b)], carotenoid content and chlorophyll a / b ratio (Chl a / b)
under Cu stress significantly decreased by 56.2%, 52.6%, 55.1%, 49.8% and 7. 5%, respectively. Additionally, the
superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), ascorbate peroxidase (APX), catalase (CAT), glutathione (GSH)
and ascorbic acid (AsA) contents in the leaves of E. splendens under Cu stress significantly decreased by 44.8%, 45.0%,
61.0%, 43.7%, 49.2% and 31.1%, respectively, while the membrane relative permeability (MRP) and malondialdehyde
(MDA) contents significantly increased by 61.5% and 106.4%, respectively. With the Cu addition, the AMF inoculation
significantly increased the Chl a, Chl b and Chl ( a+b) contents in E. splendens leaves by 36.7%, 30.6% and 34.8%,
respectively, and the GSH and AsA contents by 55.1% and 29.6%, respectively. It also enhanced the SOD and APX
activities by 33. 7% and 66. 1%, respectively, while it reduced the MRP and MDA contents by 18. 0% and 20. 2%,
respectively. In conclusion, AMF inoculations could effectively alleviate the damage of Cu stress on E. splendens by
increasing the photosynthetic pigment contents and the antioxidant capacities, while decreasing the lipid peroxidation of cell
membranes and the relative conductivity, which might be important for Cu stress adaptation and the improved productivity of
E. splendens.
Key Words: copper stress; arbuscular mycorrhizal fungi; Elsholtzia splendens; photosynthetic pigment; anti鄄oxidant
capacity; lipid peroxidation
海州香薷(Elsholtzia splendens)属唇形科(Labiatae)的一年生草本植物,又名铜草,为 Cu 矿的指示植物。
海州香薷野生资源丰富,生物量较大,是一种有潜力的 Cu污染土壤的修复植物[1鄄2]。 Cu矿区的海州香薷叶片
Cu含量为 18—391 滋g / g,根部为 700—800 滋g / g[3],海州香薷主要积累大量 Cu 于根部,而限制其向地上部分
运输[1]。 Yang等[4]认为海州香薷是 Cu的耐性和富集植物,开展水培实验发现其地上部分 Cu 累积超过 1000
mg / kg。 Cu是植物生长发育必需的微量元素,广泛参与植物各种生理代谢过程[5]。 但是 Cu 浓度过高会影响
植物光合作用,破坏蛋白质的代谢,影响矿质元素的吸收[6鄄8],并且会引起巯基依附于蛋白,使得蛋白失活或
结构改变,将一些必需阳离子替换,产生自由基和活性氧,植物膜脂过氧化[9],使膜受到损伤,增加离子渗
透[10],导致植物 Cu毒害。 为了抵御 Cu胁迫带来的损伤,植物在一定范围内会产生超氧化物歧化酶(SOD)、
过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化酶和抗坏血酸(AsA)、还原型
谷胱甘肽(GSH)等抗氧化剂,用于清除过量的活性氧,帮助植物抵抗逆境[11]。
丛枝菌根真菌(AMF)与 80%以上陆生植物具有共生关系[12],接种 AMF可以增强植物对水分与营养的吸
收能力[13],进而提高植物对重金属的耐受性[14]。 也有研究发现 AMF 通过改变植物细胞膜 Zn2+转运基因
MtZ鄄IP2的表达,从而减轻植物对重金属的吸收,缓解重金属对植物的毒害[15]。 人工接种 AMF将更利于海州
香薷对 Cu的耐受、吸收和积累[16鄄17]。 海州香薷在不同浓度 Cu处理下,接种 AMF植株地上部分的 Cu 含量增
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加,但在 Cu浓度为 400 mg / kg时,接种 AMF 和对照之间地上部分的 Cu 含量无显著性差异[18]。 Wang 等[16]
通过对接种单一和混合菌种表明,在复合污染中接种混合 AMF菌种显著增加海州香薷的生物量以及地上部
分中的 Cu、Zn、P、Pb的含量,提升了植物 Cu、Zn、Pb、Cd的吸收能力。 目前,已有较多重金属胁迫下接种 AMF
对植物膜脂过氧化程度、活性氧的产生以及抗氧化酶活性影响的报道,如重金属 Cd 胁迫下接种 AMF,使秋茄
(Kandelia candel)幼苗生物量增加,丙二醛(MDA)含量降低,植物抗氧化酶活性增加,减轻植物膜脂过氧
化[19]。 但鲜有在 Cu胁迫条件下,接种 AMF对海州香薷抗氧化能力影响的研究。
本研究通过室内盆栽实验,分析 Cu胁迫条件下接种 Cu矿区中与海州香薷共生多年的 AMF 对海州香薷
光合色素含量、抗氧化能力、膜脂过氧化程度的影响,以期阐明 AMF在海州香薷抗 Cu 胁迫过程中的作用,探
讨 AMF在提高海州香薷 Cu耐性的生理机制。 为进一步了解在 Cu胁迫下,海州香薷如何适应环境的巨大压
力,成为 Cu矿区和 Cu污染区优势种群提供理论依据。 也为 Cu 污染土壤的修复和 Cu 矿区生态重建提供技
术支撑。
1摇 材料和方法
1.1摇 供试材料
海州香薷种子采自湖北省红安县无污染地区(31毅 30.632忆 N、114毅 32.620忆 E,海拔 118 m),野外供接种土
壤采自湖北省阳新县赤马山 Cu矿(29毅 59.776忆 N、115毅 05.856忆 E,海拔 138 m),供接种土壤的 AMF孢子密度
为每 100 g土壤中 780个孢子。 栽培土壤为经过 121 益灭菌 2 h 后的基质(泥炭土颐砂石颐蛭石 = 6颐3颐1)。 于
2013年 5月上旬将海州香薷种子进行杀菌处理,放置于 48 孔穴盘中萌发。 于 2013 年 6 月上旬,取大小相似
长至 6叶苗龄的幼苗,移栽至上盆口内直径 19 cm、下盆口内直径 12 cm、高 15 cm的塑料圆盆中(内装有干重
为 1.7 kg的土壤),每盆一株且添加 0.05 g复合肥,随机摆放于智能玻璃温室中进行继续培养。 土壤基本理化
性质为:pH值 5.73,有机质 20.16 g / kg,全氮 14.61 mg / kg,有效磷 17.86 mg / kg,速效钾 56.67 mg / kg。
1.2摇 实验设计与处理
采用两因素两水平完全随机设计,分为添加与不添加铜(Cu)以及接种与不接种 AMF,共 4 个处理,即对
照(CK)、添加 Cu(Cu)、接种 AMF(AMF)、添加 Cu 和接种 AMF(Cu+AMF),每个处理 15 个重复。 Cu 的添加
采用加入 CuSO4溶液至 Cu2
+浓度达 1000 mg / kg 土壤,以添加等体积的无菌水作为不添加 Cu 的处理。 接种
AMF采用 5%野外采集的土壤与 95%基质(体积比),混匀后待用[20鄄21]。 为保证不接种和接种 AMF 土壤中的
细菌、放线菌等微生物群落区系基本一致,参考 Walling等[21]方法,在不接种 AMF的土壤中加入 5%野外采集
的土壤(体积比)经 11 滋m滤膜(Whatman)过滤出的土壤浸提液 50 mL。 4 种处理完成后,将土壤放置 1 周,
正常浇水,待重金属平衡稳定后,将幼苗移栽于花盆中。 所有植株按常规管理,保持水肥一致。 温室培养条
件:白天相对湿度为(70依10.5)%,晚上为(57依7.2)%,白天温度为(30.0依5)益,夜间为(18.0依2)益,自然光照
条件。 于 2013年 10月中旬,进行各项生理指标的测定,并收获植株。
1.3摇 指标测定
1.3.1摇 菌根侵染率测定
取植物新鲜根系,用 FAA固定液固定 24 h以上,进行净化、软化、酸化、染色、脱色[22],每株植物随机选取
细根 30段(1 cm /每段),制成装片,于 40倍显微镜下观察菌根侵染情况。 菌根侵染率的计算按照下面公式
进行:
菌根侵染率(%) = 侵染根段长度
观察根段总长度
1.3.2摇 光合色素含量测定
随机取相同部位的叶片,洗净并用蒸馏水冲洗,吸水纸将其擦干,待测。 采用 Arnon 法[23]测定并计算叶
绿素 a (Chl a)、叶绿素 b (Chl b)、总叶绿素(Chl ( a +b))和类胡萝卜素(Car)的含量以及叶绿素 a / b
1077摇 23期 摇 摇 摇 王穗子摇 等:铜胁迫条件下 AMF对海州香薷光合色素含量、抗氧化能力和膜脂过氧化的影响 摇
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(Chl a / b)值。
1.3.3摇 抗氧化酶活性测定
以样品鲜质量计算样品酶活性。 超氧化物歧化酶(SOD)活性:采用 Bewley 等[24]的氮蓝四唑(NBT)光还
原法测定。 以 560 nm时抑制 NBT光化学还原 50%的酶量为 1个酶活性单位(U)。 过氧化物酶(POD)活性:
采用愈创木酚显色法测定。 以每分钟内 OD470 变化 0.01 为 1 个酶活性单位(U) [23]。 过氧化氢酶(CAT)活
性:采用紫外吸收法测定。 以每分钟内 OD240 降低 0.01 为 1 个酶活性单位(U) [25]。 抗坏血酸过氧化物酶
(APX)活性:采用 Nakamo和 Asada[26]的方法测定 APX 活性,以吟A290 每分钟降低 1.0 为一个酶活性单位
(U)。
1.3.4摇 抗氧化剂含量测定
抗坏血酸(AsA):红菲罗啉(BP)显色法[27]。 还原型谷胱甘肽(GSH):5,5鄄二巯基鄄2,2鄄二硝基苯甲酸(5,
5鄄Dithio鄄dintrob enzoic acid, DTNB)显色法[28]。
1.3.5摇 膜脂过氧化程度测定
质膜相对透性(MRP)采用郝再彬等[29]的电导率法。 丙二醛(MDA)含量测定参照李合生等[27]的硫代巴
比妥酸(TBA)比色法。
1.3.6摇 生物量测定
植株用蒸馏水清洗干净后,将其分为根、茎、叶、花序分别放入纸袋,105 益杀青 20 min,80 益烘干至恒重。
分别测定根、茎、叶、花序生物量,计算总生物量和根冠比。
1.4摇 统计分析
4个处理之间单因子数据差异显著性采用单因素方差分析(One鄄way ANOVA)和 LSD多重比较。 添加 Cu
和接种 AMF的交互作用对海州香薷各参数的差异显著性采用双因素方差分析(Two鄄way ANOVA)检验(SPSS
16.0)。 用 Origin8.5进行绘图。
2摇 结果与分析
2.1摇 铜胁迫条件下接种 AMF对海州香薷菌根侵染率的影响
各处理海州香薷根系 AMF侵染情况如图 1所示。 AMF处理海州香薷菌根侵染率为 60.7%,Cu+AMF 处
理的根侵染率为 57.3%。 在 40倍显微镜下,CK和 Cu处理均未观测到明显的菌丝及囊泡结构,其侵染率均为
0。 表明无论 Cu胁迫与否,接种 AMF对海州香薷根系均具有良好的侵染效果。
2.2摇 铜胁迫条件下接种 AMF对海州香薷叶片光合色素含量的影响
不同处理的海州香薷叶片 Chl (a+b)含量大小为:AMF>CK>Cu+AMF>Cu,它们之间均差异显著(表 1),
接种 AMF叶片 Chl (a+b)含量比 CK增加了 17.9%,Cu处理则比 CK下降了 55.1%,而 Cu+AMF处理较 Cu处
理增加了 34.8%。 4种处理海州香薷叶片 Chl a和 Chl b含量大小顺序与 Chl (a+b)相同,各处理之间均差异
显著。 与 CK相比,接种 AMF的 Chl a和 Chl b含量分别增加了 20.0%和 12.6%,Cu处理分别降低了 56.2%和
52.6%。 Cu+AMF处理比 Cu 处理的 Chl a、Chl b 含量分别增加了 36.7%和 30.6%,表明 Cu 胁迫下接种 AMF
可显著提高叶片叶绿素含量。
海州香薷叶片 Chl a / b以接种 AMF最高,与 Cu 处理、Cu+AMF 处理差异显著;Cu 处理最低,比 CK 降低
了 7.5%,差异显著(表 1)。 Cu处理、Cu+AMF处理的 Car 含量分别比 CK降低了 49.8%和 43.1%,差异显著。
接种 AMF的 Car含量显著高于 Cu处理、Cu+AMF处理。
经双因素方差分析(表 1),Cu处理对植株叶片 Chl a、Chl b、Chl (a+b)、Car 含量和 Chl a / b 作用均极显
著;接种 AMF对 Chl a、Chl b、Chl (a+b)影响极显著;而两者的交互作用对光合色素各指标均无显著影响。
2.3摇 铜胁迫条件下接种 AMF对海州香薷抗氧化能力的影响
2.3.1摇 铜胁迫条件下接种 AMF对海州香薷抗氧化酶活性的影响
Cu、Cu+AMF处理的 SOD、POD、CAT、APX 活性均低于 CK,差异显著。 而 Cu+AMF 处理的 SOD、APX 活
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性比 Cu处理分别提高了 33.7%和 66.1%,差异显著(图 2)。 表明 Cu 胁迫使得海州香薷叶片 SOD、POD、CAT
和 APX的活性降低,而 Cu胁迫下接种 AMF可明显提高 SOD、APX的活性。
图 1摇 不同处理下海州香薷根系丛枝菌根真菌侵染的情况
Fig.1摇 Mycorrhizal colonization of E. splendens roots under different treatments
CK:对照; Cu:添加铜; AMF:接种丛枝菌根真菌; Cu+AMF:添加铜+接种丛枝菌根真菌
表 1摇 不同处理海州香薷叶片光合色素含量的比较
Table 1摇 The comparison of photosynthetic pigments contents in E. splendens leaves under different treatments
处理
Treatments
叶绿素 a
Chl a / (mg / g)
叶绿素 b
Chl b / (mg / g)
叶绿素 a+b
Chl(a+b) / (mg / g)
叶绿素 a / b
Chl a / b
类胡萝卜素
Car / (mg / g)
CK 1.08依0.07b 0.46依 0.05b 1.54依 0.12b 2.35依 0.17ab 0.27依 0.03a
Cu 0.47依 0.09d 0.22依 0.04d 0.69依 0.12d 2.17依 0.09c 0.13依 0.01b
Cu+AMF 0.65依 0.09c 0.29依 0.04c 0.93依 0.13c 2.26依 0.17bc 0.15依 0.02b
AMF 1.30依 0.07a 0.52依 0.05a 1.82依 0.12a 2.45依 0.13a 0.27依 0.03a
F
Cu 310.66** 146.09** 262.70** 11.55** 128.69**
AMF 29.91** 10.18** 23.24** 4.09 1.30
Cu伊AMF 0.13 0.05 0.11 0.13 0.63
摇 摇 CK:对照; Cu:添加铜; AMF:接种丛枝菌根真菌; Cu+AMF:添加铜+接种丛枝菌根真菌; 表中数值为平均值依标准差,同列数据中不同小写
字母表示差异显著(P<0.05);* P<0.05;** P<0.01
2.3.2摇 铜胁迫条件下接种 AMF对海州香薷抗氧化剂含量的影响
海州香薷叶片 AsA、GSH含量均以 Cu处理最低,仅为 CK 的 69.0%、49.1%,与 AMF、Cu+AMF、CK均差异
3077摇 23期 摇 摇 摇 王穗子摇 等:铜胁迫条件下 AMF对海州香薷光合色素含量、抗氧化能力和膜脂过氧化的影响 摇
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显著(图 3);Cu+AMF处理的 AsA、GSH含量分别比 Cu处理增加了 29.6%和 55.1%,差异显著。 Cu+AMF处理
的 GSH含量低于 CK,差异显著。
图 2摇 不同处理海州香薷叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的比较
Fig.2摇 The comparison of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX) activities in
E. splendens leaves under different treatments
CK:对照; Cu:添加铜; AMF:接种丛枝菌根真菌; Cu+AMF:添加铜+接种丛枝菌根真菌
图 3摇 不同处理海州香薷叶片抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)含量的比较
Fig.3摇 The comparison of ascorbic acid (AsA) and glutathione (GSH) contents in E. splendens leaves under different treatments
CK:对照; Cu:添加铜; AMF:接种丛枝菌根真菌; Cu+AMF:添加铜+接种丛枝菌根真菌。 不同小写字母表示差异显著(P<0.05)
双因素方差分析表明(表 2),Cu胁迫处理对海州香薷叶片抗氧化酶活性和抗氧化剂含量的影响均达到
了极显著水平,AMF处理仅对叶片 APX活性和 AsA含量影响显著,Cu胁迫与接种 AMF交互作用对海州香薷
叶片 GSH含量的影响达到显著水平。
2.4摇 铜胁迫条件下接种 AMF对海州香薷膜脂过氧化的影响
海州香薷植株叶片 MDA 含量以 Cu 处理最高,为 CK 的 161.5%,与 Cu+AMF、AMF、CK 均差异显著(图
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4);Cu+AMF处理显著高于 AMF、CK。 Cu+AMF处理叶片 MDA含量为 Cu处理的的 79.8%,可看出 Cu胁迫下
接种 AMF显著降低了 MDA的含量。
海州香薷叶片 MRP 也以 Cu处理最高,为 CK的 206.3%。 与 Cu+AMF、AMF、CK均差异显著(图 4);Cu+
AMF处理显著高于 AMF、CK。 Cu+AMF 处理的叶片 MRP 是 Cu 处理的 82.0%,同样可看出,在 Cu 胁迫下接
种 AMF显著降低了叶片 MRP。
图 4摇 不同处理海州香薷叶片丙二醛(MDA)含量和质膜相对透性(MRP)的比较
Fig.4摇 The comparison of malondialdehyde (MDA) content and membrane relative permeability (MRP) in E. splendens leaves under
different treatments
CK:对照; Cu:添加铜; AMF:接种丛枝菌根真菌; Cu+AMF:添加铜+接种丛枝菌根真菌。 不同小写字母表示差异显著(P<0.05)
双因素方差分析可看出(表 2),Cu胁迫对海州香薷叶片 MDA含量和 MRP 的影响均达到了极显著水平。
接种 AMF仅对海州香薷叶片 MRP 具显著性影响。 添加 Cu及接种 AMF交互作用对海州香薷叶片 MRP 影响
达到极显著水平。
表 2摇 铜胁迫与接种丛枝菌根真菌对海州香薷抗氧化能力和质膜过氧化影响的双因素方差分析
Table 2摇 Two鄄way ANOVAs of the effects of copper stress and inoculated with arbuscular mycorrhizal fungi on the anti鄄oxidant capacity and
membrane lipid peroxidation of E. splendens
F 超氧化物歧化酶 SOD
过氧化物酶
POD
过氧化氢酶
CAT
抗坏血酸
过氧化物酶
APX
谷胱甘肽
GSH
抗坏血酸
AsA
丙二醛
MDA
质膜相对透性
MRP
Cu 46.64** 29.06** 13.80** 36.60** 21.58** 19.79** 26.96** 201.26**
AMF 2.05 1.28 0.56 6.41* 2.35 5.31* 3.92 7.67*
Cu伊AMF 0.15 0.06 0.00 1.21 6.76* 3.33 2.71 11.41**
摇 SOD: superoxide dismutase; POD: peroxidase; CAT: catalase; APX: ascorbate peroxidase; GSH: glutathione; AsA: ascorbic acid; MDA:
malondialdehyde; MRP:membrane relative permeability; Cu:添加铜; AMF:接种丛枝菌根真菌; Cu伊AMF:添加铜伊接种丛枝菌根真菌; * P<0.05;
** P<0.01
2.5摇 铜胁迫条件下接种 AMF对海州香薷生物量的影响
由表 3可看出,Cu处理的海州香薷根、茎、叶、花序生物量和总生物量分别比 CK 下降了 67.1%、72.4%、
31.2%、75.2%和 64.4%,Cu胁迫使得海州香薷各器官和总生物量明显降低。 而 Cu处理下接种 AMF海州香薷
根、茎、叶、花序和总生物量分别比 Cu 处理提高了 36.1%、138.9%、47.3%、68.4%和 79.7%,表明接种 AMF 可
缓解 Cu胁迫对植株的影响。
双因素方差分析表明(表 3),Cu处理对植株根、茎、花序生物量和总生物量的影响均极显著;接种 AMF
对植株茎生物量、总生物量及根冠比影响极显著;接种 AMF和 Cu 胁迫交互作用对根生物量影响显著,对叶、
花序和总生物量影响极显著。
5077摇 23期 摇 摇 摇 王穗子摇 等:铜胁迫条件下 AMF对海州香薷光合色素含量、抗氧化能力和膜脂过氧化的影响 摇
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表 3摇 不同处理海州香薷生物量的比较
Table 3摇 The comparison of the biomass of E. splendens under different treatments
处理
Treatments
根生物量
Root biomass / g
茎生物量
Stem biomass / g
叶生物量
Leaf biomass / g
花序生物量
Inflorescence
biomass / g
总生物量
Total biomass / g
根冠比
Root鄄Shoot Ratio
CK 6.27依0.71a 16.05依2.44b 6.79依1.06a 7.33依1.23b 36.44依3.71a 0.21依0.04a
Cu 2.06依0.65b 4.43依1.00d 4.67依0.78b 1.82依0.44d 12.98依2.11c 0.19依0.05a
Cu+AMF 2.81依0.49b 10.59依1.20c 6.87依0.58a 3.06依0.68c 23.33依1.81b 0.14依0.03b
AMF 5.45依0.75a 20.32依3.18a 5.89依1.22ab 5.82依0.74a 37.48依4.08a 0.17依0.02ab
F
Cu 134.58** 123.15** 1.82 125.70** 185.75** 2.81
AMF 0.02 29.34** 2.41 0.13 17.03** 8.33**
Cu伊AMF 7.03* 0.97 13.53** 13.90** 11.38** 0.09
摇 摇 Cu:添加铜; AMF:接种丛枝菌根真菌; Cu+AMF:添加铜+接种丛枝菌根真菌;表中数值为平均值依标准差,同列数据中不同小写字母表示差
异显著(P<0.05);* P<0.05; ** P<0.01
3摇 讨论
植物在受到胁迫时会导致光合色素含量发生变化,从而改变其光合能力[30]。 本研究表明,Cu 胁迫显著
降低了海州香薷叶片中叶绿素含量,而接种 AMF可以显著增加叶绿素含量。 这是由于植物在受到重金属胁
迫时,叶绿体酶活性比例失调,叶绿素快速分解,并且重金属离子改变了合成叶绿素的几种重要酶的肽链的
SH部分,从而抑制了叶绿素的合成[31]。 而在 Cu胁迫下接种 AMF后,能在海州香薷根外生出很多菌丝,大大
增加根部的吸收面积,帮助吸收水分和营养元素;另外 AMF能降低海州香薷根系对 Cu的吸收[18],缓解 Cu对
植物造成的损伤,使得叶绿素含量显著提高。 叶绿素含量的提高,有利于光合作用能力的增强,促进体内有机
物的积累,从而提高了植株的生物量。
细胞膜作为植物调节和控制细胞内外物质运输和交换的重要结构[32],在逆境胁迫时,植物体内会产生大
量的活性氧,活性氧的积累会造成膜脂过氧化,其重要产物是丙二醛(MDA) [33]。 在本试验中,Cu处理的海州
香薷叶片 MDA含量、质膜透性均显著高于其它处理,表明 Cu 胁迫导致细胞结构发生变化,Cu 可与细胞膜蛋
白的巯基或磷脂分子层的磷脂类物质反应,造成膜蛋白磷脂结构改变,膜透性增大。 此外,Cu 胁迫会使海州
香薷叶片产生大量的活性氧,活性氧的积累加重细胞膜脂过氧化程度,使得细胞的正常生命活动受到干扰,植
物生长异常。 在 Cu胁迫下接种 AMF后,海州香薷叶片 MDA 含量和质膜透性虽然比 CK 显著增加,但比 Cu
处理显著降低,减轻了 Cu胁迫造成的膜脂过氧化程度,缓解 Cu胁迫对海州香薷造成的危害。 这与丛枝菌根
真菌根内球囊霉、幼套球囊霉能显著降低 Cu 污染土壤中白三叶(Trifolium repens)地上部分 MDA 含量
相似[34]。
植物体内存在着酶促(SOD、POD、CAT、APX等)和非酶促(AsA、GSH等)两类活性氧自由基清除系统,对
维持膜结构的完整性和防御活性氧自由基对膜脂的攻击引起的伤害有重要作用。 正常情况下,SOD、POD、
CAT和 APX及其它保护性物质能够维持自由基在植物体内产生和清除的动态平衡。 本研究发现,Cu 处理的
海州香薷叶片 SOD、POD、CAT、APX活性和 AsA、GSH含量均显著低于 CK,表明在较强的 Cu 胁迫下,细胞中
活性氧自由基积累到一定程度,会使抗氧化酶的结构破坏或活性降低[35],抗氧化剂的含量下降。 而在 Cu 胁
迫下接种 AMF后,海州香薷叶片的 SOD、APX的活性显著提高,AsA、GSH 的含量显著增大,植株对氧自由基
的清除能力增强,减缓活性氧对植物体内的伤害和膜脂过氧化程度,提高了海州香薷的抗逆性。
Cu处理下明显抑制了海州香薷的生长,使植株的根、茎、叶、花序生物量和总生物量比 CK显著下降。 这
是因为 Cu胁迫下叶片的光合色素含量下降,植物的光合作用能力减弱,有机物质积累减少;叶片的抗氧化酶
活性和抗氧化剂含量明显下降;膜透性增大,造成膜结构改变,危害植物的生长,这些均可导致 Cu 胁迫下植
6077 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 35卷摇
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物生物量的下降。 但 Cu胁迫下接种 AMF后,AMF为了帮助自己和宿主植物能在 Cu 污染土壤中存活,主要
采用躲避和区域化分布策略。 一方面限制 Cu 进入细胞质,通过分泌大量球囊霉素,帮助土壤形成团聚体,形
成 Cu鄄球囊霉素复合物,从而降低 Cu的生物利用率[36]。 另一方面通过特殊的金属转运蛋白,使 Cu 进入一些
亚细胞结构如液泡等,以及根外孢子和根内囊泡中,从而减少 Cu 的毒害。 此外,AMF 对 Cu 引起的氧化胁迫
进行响应,并修复氧化胁迫引起的损伤[37]。 由于接种 AMF后,能缓解 Cu胁迫对其的伤害,因此,海州香薷生
物量显著增加。
综上所述,接种 AMF可提高 Cu胁迫下海州香薷叶片的叶绿素含量、抗氧化酶活性、抗氧化物含量,降低
MDA含量和质膜透性,增加植株的生物量。 说明 AMF可以通过提高 Cu 胁迫下海州香薷叶片光合色素含量
和抗氧化能力,来增强植物光合作用能力和降低膜脂过氧化水平,从而缓解 Cu 胁迫对海州香薷造成的伤害,
促进植物生长,提高植株的生物量,增强海州香薷对 Cu 胁迫的适应性,成为 Cu 矿区和 Cu 污染区的优势种
群。 本研究供接种的 AMF取自 Cu矿区土壤,取材容易,操作简便,可广泛应用于 Cu 污染土壤、Cu 矿区的生
态修复和重建中。
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