全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2013, 49 (2): 144~152144
收稿 2012-11-15 修定 2013-01-24
资助 国家自然科学基金(31201619)和泰安市科技发展计划
(32606)。
* 通讯作者(E-mail: xiumincui@sdau.edu.cn; Tel: 0538-8241546)。
外源NO供体硝普钠(SNP)对铜胁迫下番茄幼苗生理生化指标的影响
张敏, 姜春辉, 崔秀敏*
山东农业大学资源与环境学院, 土肥资源高效利用国家工程实验室, 山东泰安271018
摘要: 采用营养液培养番茄, 通过检测不同铜处理下番茄植物螯合肽、根系分泌物、氨基酸、激素含量的变化, 研究外源
NO (SNP为供体)缓解铜胁迫的生理生化机制。结果表明, 与铜处理相比, 外施100 µmol·L-1 SNP能显著提高番茄幼苗根系
和叶片植物螯合肽、叶片氨基酸、根系分泌物中糖(果糖、葡萄糖和蔗糖)及根系ABA和叶片IAA、GA3、ZR的含量; 显著
降低根系氨基酸、根系分泌物中有机酸(草酸、苹果酸、柠檬酸和琥珀酸)及叶片ABA和根系IAA、GA3、ZR的含量。添
加NO清除剂牛血红蛋白后, 能显著消除NO的缓解效果。表明外源NO可以诱导番茄幼苗根系和叶片抗性物质的分泌, 增
强根系与叶片组织对过多铜的螯合能力, 从而减缓铜胁迫对番茄幼苗的抑制作用。
关键词: 番茄幼苗; 一氧化氮; 铜胁迫; 植物螯合肽; 根系分泌物; 氨基酸; 激素
Effects of Exogenous Nitric Oxide Donor SNP on Physiological and Biochemi-
cal Indexes in Tomato Seedlings under Copper Stress
ZHANG Min, JIANG Chun-Hui, CUI Xiu-Min*
National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources, College of Resources and Environment,
Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong 271018, China
Abstract: Through the tomato culture with nutrient solution in greenhouse, the sodium nitroprusside (SNP) was used
as NO donor to investigate the physiological and biochemical mechanism of exogenous NO alleviate copper stress.
The changes in contents of phytochelatins (PCs), root exudates, amino acids and hormones of tomato seedlings with
different Cu treatments were detected. The results showed that addition of 100 µmol·L-1 SNP could significantly
increase the PCs contents in roots and leaves, amino acids contents in leaves, exudates of sugars contents (fructose,
glucose and sucrose) in roots, and the contents of ABA in roots and IAA, GA3, ZR in leaves. Besides, the contents of
amino acids, exudates of organic acid (oxalic acid, malic acid, citric acid and amber acid), IAA, GA3, ZR in roots,
and ABA contents in leaves were reduced. NO scavenger Hb could significantly eliminate the alleviating effects of
SNP. These results suggested exogenous NO could induced the secretion of resistant material and the chelating
capacity in roots and leaves to alleviate the inhibitory effect on tomato seedlings under Cu stress.
Key words: tomato seedlings; nitric oxide; copper stress; phytochelatins; root exudates; amino acid; hormone
铜既是植物生长发育必需的微量营养元素,
参与着各种生命活动, 同时, 又是环境污染的重金
属元素, 铜含量过高会对植物造成危害。当植物
吸收并积累铜超过一定量时, 可引起叶绿素含量
下降, 活性氧产生速率上升, 电解质渗透率及游离
脯氨酸含量升高等, 严重时会造成机体死亡(Cui等
2010; 陈玉胜2012)。
一氧化氮(nitric oxide, NO)是广泛分布于生物
体内的小分子信号物质。近年发现NO广泛参与植
物对外界胁迫应答等多种生理过程。NO能够调节
植物的生长和发育(Beligni和Lamattina 2001; 敬岩
等2007), 参与植物激素的调控(桑建荣2007; 张艳
艳2007), 提高植物对镉毒害、盐害、缺铁的抗性
或耐性(Laspina等2005; Zhao等2007; Graziano和
Lamattina 2007)。重金属胁迫下, 植物体内会产生
大量活性氧, 引起膜脂过氧化、破坏蛋白质、核
酸等生物大分子, 抑制植物生长, 而NO作为信号分
子响应胁迫条件而产生, 极易透过细胞膜进行扩
散, 清除胁迫条件下产生的过量活性氧, 使植物免
受其害(张艳艳等2012)。研究表明, 外源NO可以
缓解番茄铜胁迫, 但铜的含量和累积并未降低(张
义凯2009), 推测这些累积的铜在组织细胞中转化
张敏等: 外源NO供体硝普钠(SNP)对铜胁迫下番茄幼苗生理生化指标的影响 145
成化合态或络合态的形式, 以降低铜的有效性和
生物毒性, 但究竟是哪种代谢途径参与了铜胁迫
的缓解效应还不清楚。
本文以番茄为试验材料, 采用营养液培养, 研
究外源NO对铜胁迫下番茄幼苗植物螯合态、根系
分泌物、氨基酸和激素等代谢产物的影响, 探讨外
源NO缓解番茄幼苗铜胁迫的作用机理。
材料与方法
1 供试材料
供试番茄(Solanum lycopersicum L.)为‘改良毛
粉802F1’。Hoagland改良营养液组成: Ca(NO3)2·
4H2O、KNO3、NH4NO3、KH2PO4、MgSO4、微量
元素, 以上试剂均为分析纯, 用蒸馏水配制适宜浓
度待用。NO和Cu2+的供体及适宜浓度已由预备试
验确定: CuCl2提供Cu
2+, 硝普钠([Na2Fe(CN)5]NO,
SNP, 购自Sigma公司)提供NO, 先用蒸馏水配成
200 µmol·L-1的母液, 4 ℃避光保存, 用时按所需浓
度稀释。牛血红蛋白(Hb, 购自Sigma公司)为NO的
清除剂。
2 试验设计
试验在山东农业大学温室内进行。种子经55
℃温汤浸种消毒15 min, 然后在润湿的吸水纸上26
℃催芽。待种子露白后, 播于洗净的细砂中, 出苗
后用1/4 Hoagland营养液浇灌。当幼苗具有3~4片
真叶时, 挑选生长一致的植株洗净根部细砂后, 移
栽于5 L塑料盆中, 用厚度为3 cm的泡沫塑料板做
成锲形盖子, 覆盖在塑料盆顶部。每盆栽5株, 用
1/2 Hoagland营养液进行栽培。1周后换成完全营
养液, 此后每3天更换一次营养液。营养液栽培期
间用电动气泵24 h连续通气。
植株具有5~6片真叶时, 对番茄幼苗进行胁迫
处理。试验设置4个处理: (1)对照, Hoagland完全
营养液; (2) 50 µmol·L-1 CuCl2; (3) 50 µmol·L
-1
CuCl2+100 µmol·L
-1 SNP; (4) 50 µmol·L-1 CuCl2+100
µmol ·L -1 SNP+0.1% Hb, 分别用对照、Cu、
Cu+SNP和Cu+SNP+Hb表示, 3次重复, 在温室内随
机排列。处理期间每隔2 d更换营养液, 用低浓度
KOH或HCl调节至pH (5±0.2)。温室内光照(光照
强度为320 µmol·m-2·s-1)约12 h, 白天最高温度32
℃, 夜间最低温度15 ℃。处理8 d后, 取相同节位的
叶片用于分析测定。
3 主要测定项目及方法
3.1 植物螯合肽(phytochelatins, PCs)测定
将收获后的植株置于预冷的冰盘上, 快速分
解为根系、茎、叶柄和叶片四部分, 各称取鲜样
组织1.000 g, 采用差减法(孙琴等2004)测定植物组
织内PCs的诱导合成量, 即PCs–SH=非蛋白质态巯
基总量(TNP-SH)–谷胱甘肽含量(GSH)。非蛋白质
态巯基总量(TNP-SH)的测定采用比色法(Keltjens
和 Beusichem 1998)。谷胱甘肽(glutathione, GSH)
的测定采用比色法(赵旭东等2000)。
3.2 根系分泌物的收集与测定
参照Rengel等(1998)的方法收集根系分泌物,
用高效液相色谱仪检测有机酸和糖含量。
3.3 根系和叶片氨基酸含量测定
植株收获后先用自来水洗净, 再用蒸馏水冲
洗2遍。分别称取根、叶各1.000 g鲜样用于氨基
酸的测定。氨基酸自动分析仪为Amersham公司生
产的Biochrom 3.0。
3.4 幼苗中激素含量测定
根据何钟佩(1993)方法并略作修改。胁迫处
理1、2、3、5和7 d后, 称取番茄幼苗根和叶1.000
g, 加入4 mL提取液(80%甲醇, 内含1 mmol·L-1
BHT)冰浴下研磨成匀浆, 放入4 ℃冰箱中提取12
h。收集提取液并在10 000 r·min-1下离心20 min, 收
集上清液转移至另一离心管中。在剩余的沉淀中
再加入2 mL提取液, 4 ℃冰箱中再提取1 h, 离心,
收集上清液, 合并2次上清液并记录体积, 残渣弃
去。收集的上清液用于间接酶联免疫测定脱落酸
(abscisic acid, ABA)、生长素(auxins, IAA)、赤霉
素(gibberellic acid, GA3)和玉米素核苷(zeatin ribo-
side, ZR)。试剂盒由中国农业大学农学与生物技
术学院化学控制实验室提供。
4 数据处理
采用Microsoft Excel软件对数据进行处理及
绘图, 采用DPS统计软件对平均数用LSD极差法进
行多重比较。
实验结果
1 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗植物螯合肽的影响
如图1所示, 与对照相比, 50 µmol·L-1的Cu胁
植物生理学报146
迫使番茄幼苗根系、茎、叶柄和叶片PCs的含量
分别提高15.2%、14.7%、18.3%和10.7%, 差异达
显著水平。而外施100 µmol·L-1的SNP能促进Cu胁
迫下PCs的合成, 番茄幼苗根系和叶片中PCs含量
分别比Cu胁迫提高11.3%和19.8%, 差异达显著水
平 , 而茎和叶柄中P C s的含量无显著变化。
Cu+SNP+Hb处理显著消除根系和叶片中SNP对
PCs合成的激发效应。这说明铜胁迫促进了番茄
幼苗各器官PCs的生成, 外源NO加剧根系和叶片
PCs的合成, 从而提高番茄幼苗对过多铜的螯合能
力, 降低铜的生物毒性。
2 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系分泌物的影响
2.1 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系分泌物中有
机酸的种类及含量的影响
从表1可知, 对照的番茄幼苗根系可检测出7
种有机酸, 即草酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、乙
酸、柠檬酸和琥珀酸。其中乙酸含量最多, 草酸
最少 , 低分子量有机酸的总分泌量为210 .20~
585.30 μg。铜胁迫下有机酸总量最高, 比对照处
理提高了50.6%, 其中草酸、苹果酸、柠檬酸和琥
珀酸含量急剧上升, 分别比对照提高12.2倍、0.34
倍、1.75倍和2.59倍, 乙酸和乳酸含量分别降低
33.6%、25.3%。与铜胁迫相比, 外施100 µmol·L-1
SNP使有机酸总量降低64.1%, 其中草酸、苹果
酸、柠檬酸和琥珀酸的含量分别降低66.1%、
79.6%、71.3%、58.6%, 根系分泌物中检测到酒石
酸。Cu+SNP+Hb处理下, 有机酸的种类也发生了
显著变化, 未检测到苹果酸和柠檬酸, 而草酸、乳
酸、乙酸和琥珀酸含量较高, 成为优势种类。
2.2 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系分泌物中糖
的种类及含量的影响
从表2可知, 番茄幼苗根系分泌物中可以检测
出的糖有3种, 即果糖、葡萄糖和蔗糖, 低分子量
糖的总分泌量为25.4~54.5 mg。与对照相比, 铜胁
迫处理显著提高番茄幼苗根系分泌物中果糖和蔗
图1 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗植物螯合肽的影响
Fig.1 Effect of exogenous NO on phytochelatins in
tomato seedlings under copper stress
不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下图同此。
表1 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系分泌物中有机酸的种类及含量的影响
Table 1 Effect of exogenous NO on organic acids varieties and contents in root exudates of tomato seedlings under copper stress
有机酸含量/µg
处理
草酸 酒石酸 苹果酸 乳酸 乙酸 柠檬酸 琥珀酸 总量
对照 9.20±0.20d 25.24±2.47a 54.75±9.21b 90.67±7.58a 138.40±15.80a 26.56±3.94b 43.84±15.20c 388.60
Cu 121.60±5.21a — 73.11±6.83a 67.74±10.40b 92.18±4.39b 73.12±9.43a 157.50±4.29a 585.30
Cu+SNP 41.26±6.73c 18.01±3.87b 14.95±1.39c 3.61±0.75d 56.94±8.23c 21.02±6.61b 65.28±8.19b 210.20
Cu+SNP+Hb 73.64±8.02b 7.18±1.29c — 17.45±5.97c 67.76±11.00c — 74.48±3.85b 251.30
同列数值后不同小写字母表示差异达5%显著水平; —: 未检测出。下表同此。
表2 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系分泌物中糖的种类及含量的影响
Table 2 Effect of exogenous NO on sugar varieties and contents in root exudates of tomato seedlings under copper stress
处理 果糖含量/mg 葡萄糖含量/mg 蔗糖含量/mg 总糖含量/mg
对照 6.33±0.92d 13.44±1.13b 5.60±0.30d 25.36±0.35c
Cu 8.77±0.51c 10.98±0.47c 11.97±0.57c 31.72±0.46b
Cu+SNP 13.14±0.41a 15.99±0.15a 25.41±2.18a 54.54±2.44a
Cu+SNP+Hb 9.96±0.15b 7.47±0.61d 14.59±0.66b 32.02±1.38b
张敏等: 外源NO供体硝普钠(SNP)对铜胁迫下番茄幼苗生理生化指标的影响 147
糖的含量, 分别提高38.6%和113.7%, 而葡萄糖含
量显著降低18.3%。与铜胁迫处理相比, 外施100
µmol·L-1 SNP使番茄幼苗根系分泌物中果糖、葡萄
糖和蔗糖的含量显著提高49.9%、45.6%和112.3%。
Cu+SNP+Hb处理显著消除SNP的缓解效果。
3 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系和叶片氨基
酸含量的影响
3.1 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系氨基酸含量
的影响
番茄幼苗各处理中, 天冬氨酸、谷氨酸和缬
氨酸为优势氨基酸, 占氨基酸总量的31.8%~39.2%
(表3)。铜胁迫处理中氨基酸总量最高, 比对照处
理提高了101.4%, 其中, 天冬氨酸、谷氨酸和缬氨
酸比对照处理提高68.4%、87.5%和83.9%。与Cu
胁迫处理相比 , Cu+SNP使氨基酸总量降低了
23.4%, 其中, 天冬氨酸、谷氨酸和缬氨酸分别降
低1.3%、0.4%和19.9%。Cu+SNP+ Hb处理消除
SNP对Cu胁迫的缓解效果, 氨基酸总量比Cu+SNP
处理提高25.9%, 天冬氨酸、谷氨酸和缬氨酸分别
提高19.0%、12.0%和26.3%。
3.2 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗叶片氨基酸含量
的影响
番茄幼苗各处理中 , 叶片天冬氨酸、谷氨
酸、缬氨酸和异亮氨酸始终为优势氨基酸, 占氨
基酸总量的38.2%~41.8% (表4)。与对照处理相比,
Cu胁迫处理使氨基酸总量提高8.6%, 其中, 谷氨
酸、缬氨酸和异亮氨酸比对照处理提高3.2%、
9.2%和13.1%, 而天冬氨酸降低4.1%; Cu+SNP处理
氨基酸总量比Cu胁迫处理提高38.6%, 其中, 天冬
氨酸、谷氨酸、缬氨酸和异亮氨酸分别提高
28.1%、25.5%、41.3%和28.1%; Cu+SNP+Hb处理
后消除SNP对Cu胁迫的缓解效果, 氨基酸总量比
Cu+SNP处理降低13.6%, 而天冬氨酸、谷氨酸、
缬氨酸和异亮氨酸分别降低5.6%、2.0%、23.7%
和12.5%。
4 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗激素含量的影响
4.1 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系和叶片ABA
含量的影响
由图2-A可知, 对照处理番茄幼苗根系ABA含
量变化相对平稳。Cu胁迫下的ABA含量开始急剧
升高, 处理2 d后, 根系ABA含量出现最高峰[272.19
ng·g-1 (FW)], 然后平缓下降。而Cu+SNP处理使番
茄幼苗根系ABA含量在第1天急剧升高, 然后渐变
平稳。Cu+SNP+Hb处理延缓Cu+SNP处理的诱导
效果, 与Cu胁迫下ABA含量的变化渐趋一致。
对照处理番茄幼苗叶片ABA含量变幅较小,
处理3 d后, 各处理叶片ABA开始出现明显差异(图
2-B)。Cu和Cu+SNP+Hb处理的叶片ABA在第7天
开始显著升高, 而Cu+SNP处理叶片ABA含量开始
趋于下降, 同对照类似。Cu+SNP+Hb处理延缓
Cu+SNP处理的诱导效果, 使Cu和Cu+SNP+Hb处
理ABA含量在7 d后的变化趋势基本一致。
4.2 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系和叶片IAA
含量的影响
由图3-A可知, 对照处理番茄幼苗根系IAA含
量变化平稳。Cu胁迫下番茄幼苗根系IAA含量在
第5天开始有显著升高的趋势。Cu+SNP处理使番
茄幼苗根系 I A A含量几乎恢复到对照水平。
Cu+SNP+Hb处理延缓Cu+SNP处理的诱导效果, 同
Cu胁迫下IAA含量的变化趋于一致。
由图3-B可见, 对照处理的番茄幼苗叶片IAA
含量变化剧烈(先降低后升高再降低), 处理1 d后IAA
含量降到最低[136.6 ng·g-1 (FW)], 处理第5天上升
到最高[268.8 ng·g-1 (FW)]。Cu胁迫下番茄幼苗叶
片IAA含量先降低后平稳上升, 处理第2天IAA含
量降到最低[130.8 ng·g-1 (FW)], 处理第7天最高
[304.6 ng·g-1 (FW)]。Cu+SNP处理使番茄幼苗叶片
IAA含量恢复到对照的变化趋势。Cu+SNP+Hb处
理延缓Cu+SNP处理的诱导效果, 使Cu和Cu+SNP+Hb
处理IAA含量在5 d内的变化趋势基本一致。
4.3 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系和叶片GA3
含量的影响
由图4-A可知, 对照处理番茄幼苗根系GA3含
量在第2天开始迅速升高。Cu胁迫下番茄幼苗根
系GA3含量在第2天升高, 然后下降。Cu+SNP处理
使番茄幼苗根系GA3含量在前3 d显著低于Cu胁迫
处理, 在第5天开始迅速升高。Cu+SNP+Hb处理延
缓Cu+SNP处理的诱导效果。
对照处理番茄幼苗叶片GA3含量先降低后升高
再降低, 在第1天降至最低[12.43 ng·g-1 (FW)], 在第
5天达到最大值[36.16 ng·g-1 (FW)] (图4-B)。Cu胁迫下
番茄幼苗叶片GA3含量先降低后升高然后开始变得平
植物生理学报148
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3
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酪
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酸
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表
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外
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亮
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张敏等: 外源NO供体硝普钠(SNP)对铜胁迫下番茄幼苗生理生化指标的影响 149
稳。Cu+SNP处理使番茄幼苗叶片GA3含量恢复到
对照处理的变化趋势。Cu+SNP+Hb处理使番茄幼
苗叶片GA3含量趋于平稳。
4.4 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系和叶片ZR
含量的影响
由图5-A可知, 对照处理番茄幼苗根系ZR的
含量先升高后降低, 在第5天达到最大[44.97 ng·g1
(FW)]。Cu胁迫下番茄幼苗根系ZR的含量也是同
样的趋势, 在第3天达到最大。Cu+SNP处理使番
茄幼苗根系ZR含量恢复到对照的变化趋势, 同样
在第5天达到最大。Cu+SNP+Hb处理延缓Cu+SNP
处理的诱导效果。
由图5-B可见, 不同处理的番茄幼苗叶片ZR含
量的变化趋势基本一致, 都在第3天达到最大值。
与对照相比, Cu胁迫处理显著降低番茄幼苗叶片
ZR含量。Cu+SNP处理使番茄幼苗叶片ZR含量显
著提高。Cu+SNP+Hb处理延缓Cu+SNP处理的诱
导效果。
图2 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系和叶片ABA含量的影响
Fig.2 Effect of exogenous NO on the contents of ABA in roots and leaves of tomato seedlings under copper stress
图3 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系和叶片IAA含量的影响
Fig.3 Effect of exogenous NO on the contents of IAA in roots and leaves of tomato seedlings under copper stress
图4 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系和叶片GA3含量的影响
Fig.4 Effect of exogenous NO on the contents of GA3 in roots and leaves of tomato seedlings under copper stress
植物生理学报150
讨 论
植物螯合肽(PCs)是植物体内重要的金属结合
蛋白, 与植物重金属抗(耐)性关系密切。同PCs螯
合后的金属离子有激活酶活性的功能, PC与金属
离子结合后形成的高分子量(HMW)螯合物与植物
的抗性关系更为紧密。进入植物体的重金属离子
将在植物体内建立一个由源到库的低分子量
(LMW)复合物、PC和高分子量(HMW)复合物之
间传递的传递链, 最终将重金属离子通过低毒性
复合物的形式贮存在植物特定组织(库)中(Cobbett
2000)。本试验中, 经50 µmol·L-1 Cu和100 µmol·L-1
SNP处理后番茄幼苗根系和叶片中PCs的含量显著
提高, 暗示外施SNP可以促进根系和叶片中PCs合
成, PCs与金属离子、S2-等形成HMW复合物, 不断
消耗植物体内游离的重金属离子, 降低其活性, 再
通过区室化固定(龙新宪等2003; 张敏等2012), 减
轻过多铜离子对番茄胞质生理生化代谢的伤害。
有机酸是一类重要的金属配位体, 它主要在
线粒体中通过三羧酸循环产生, 可参与重金属离
子的细胞区域化分布, 通过与金属元素发生螯合,
使离子态金属转变成低毒或无毒的螯合态, 降低
金属污染物的有效性和毒性 (孙瑞莲和周启星
2006)。重金属逆境条件下, 植物根系会分泌一系
列有机酸, 如草酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、
琥珀酸等(徐卫红等2006)。大量研究暗示, 植物对
重金属的累积与有机酸释放之间存在着良好的相
关性。Zeng等(2008)发现, 水稻根际pH和有机酸的
分泌明显受营养液中重金属浓度的影响, 草酸、
苹果酸、柠檬酸含量的增加可以促进水稻对重金
属的积累。Yang等(2005)报道菠菜在受到重金属
胁迫后30 min内迅速分泌草酸从而保护根尖免受
重金属的毒害。本试验中, 番茄幼苗根系分泌的
有机酸主要有草酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、乙
酸、柠檬酸和琥珀酸, 不同处理下有机酸种类及
含量各异。Cu处理显著增加番茄幼苗根系分泌物
中有机酸总量, 优势种类为草酸、苹果酸、柠檬
酸和琥珀酸; 而外施SNP则显著降低Cu胁迫下有
机酸总量, 优势种类为草酸、苹果酸、柠檬酸和
琥珀酸。由此可以推断, Cu处理可促进番茄根系
产生和释放优势有机酸改善其根际环境的pH值、
氧化还原电位等物理化学性质, 并通过螯合、沉
淀等作用将铜滞留在根外, 以缓解铜的毒害; 而外
施SNP可能通过改变番茄根系细胞壁结构和提高
根系纤维素含量来增强番茄幼苗对铜胁迫的耐性
(Correa-Aragunde等2008), 也可能与溶液中的铜发
生化学反应, 降低铜的毒害浓度(有待研究), 从而
缓解铜对根系的过敏刺激, 使根系向外分泌的优
势有机酸减少。
糖是根系分泌物的重要组分, 已知可溶性糖
主要包括果糖、葡萄糖和蔗糖。张玲等发现, 镉
胁迫下小麦根系分泌糖的量会发生变化(张玲和王
焕校2002)。Gibbs和Greenway (2003)研究表明, 水
稻在逆境下根部可积累高浓度碳水化合物 , 蔗
糖、葡萄糖、果糖和淀粉含量的变化是其对不良
环境的适应性反应。黑麦草叶片在受到铅胁迫后
其可溶性糖明显增加(刘慧芹等2012)。本试验中,
Cu胁迫处理显著提高番茄幼苗根系分泌物中糖总
量, 这可能与Ca2+的作用有关(贾夏等2011)。另外,
根系分泌的糖类等黏胶状物质可与铜离子竞争性
结合, 使铜离子滞留于根外。而外施SNP显著提高
根系分泌物中蔗糖、葡萄糖和果糖含量, 推测外
图5 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系和叶片ZR含量的影响
Fig.5 Effect of exogenous NO on the contents of ZR in roots and leaves of tomato seedlings under copper stress
张敏等: 外源NO供体硝普钠(SNP)对铜胁迫下番茄幼苗生理生化指标的影响 151
施SNP可通过调控Ca2+信号的传递, 调节细胞膜的
透性, 增强番茄幼苗对铜胁迫的耐性。同时, SNP
可提高番茄幼苗叶片叶绿素的含量 (张义凯等
2010), 增强叶片光合作用能力, 使更多的碳水化合
物运输到根系中, 而根系中可溶性糖的增加更有
利于纤维素的合成, 使次生壁加厚, 以抵抗Cu胁迫
对细胞组织的破坏(Albrecht和Mustroph 2003a,
b)。因而, Cu胁迫下外施SNP可通过提高根系蔗
糖、葡萄糖和果糖的含量, 从而间接减轻Cu胁迫
对番茄幼苗的伤害。
根系分泌到根际环境中去的氨基酸可与金属
发生PCs络合反应或形成配位化合物, 以降低金属
离子的含量和活度(张维亚等2003)。王玉云(2011)
研究发现, 根系氨基酸分泌量与重金属的积累量
呈正相关, 当重金属离子进入细胞后, 能和细胞质
中的组氨酸和谷胱甘肽(GSH)等小分子物质形成
复杂的稳定络合物, 降低金属的毒性。本试验中,
Cu胁迫下番茄幼苗根系和叶片中的氨基酸总量比
对照处理增多; 而外施SNP使根系氨基酸总量降
低, 叶片中的氨基酸总量进一步提高。Cu胁迫下,
番茄幼苗根系和叶片中氨基酸总量明显提高是对
重金属伤害的一种应激性生理响应, PCs生物合成
亦增加; 同时, 番茄幼苗可以通过产生胁迫蛋白和
可溶性渗透物质清除活性氧或阻止活性氧对细胞
结构的损害, 维持细胞正常代谢(陈英旭2008)。根
系氨基酸含量降低暗示外源NO通过调节质膜的透
性, 增加根系氨基酸外排量, 使根际环境中氨基酸
与铜发生PCs络合反应 , 缓解铜毒害(张绪成等
2005); 并且, NO能够进一步提高叶片中氨基酸含
量, 而缬氨酸作为提高幅度最大的氨基酸, 可能与
NO促进氨基酸代谢有关, 即通过改变氨基酸的代
谢途径来调控Cu在叶细胞内的有效性和毒性。
植物激素(plant hormones)作为植物体内的痕
量信号分子, 参与调控作物对生物和非生物性胁
迫的适应性, 同时植物激素之间通过此消彼长的
变化过程, 调节植物代谢及生长, 增加植物的抗逆
性(萧浪涛和王三根2004; Liu等2005)。NO能够调
节植物的生长发育, 并与激素相互作用影响植物
生长。研究表明, NO可抑制月季花瓣内ABA含量
的升高, 延缓IAA含量的下降, 并保持组织中相对
较低的ZR和GA水平(张少颖和饶景萍2009)。本试
验中, Cu胁迫显著提高根系和叶片中ABA、IAA
含量, 降低根系和叶片中GA3和ZR的含量。ABA、
IAA含量提高可能是由于番茄幼苗受到Cu胁迫时,
促使大量ABA诱导基因表达, 细胞内ABA含量迅
速增加(Bueno等1998), 且GA3能抑制吲哚乙酸氧
化酶和过氧化物酶的活性, 促进IAA的合成并抑制
其降解, 提高IAA的含量(Sakakibara 2006)。而叶
片和根系GA3和ZR含量的降低与刘瑞香等(2005)
和闫志利等(2009)报道干旱害胁迫沙棘和豌豆研
究结果一致。外施SNP显著提高根系ABA和叶片
IAA、GA3和ZR含量; 降低叶片ABA和根系IAA、
GA3和ZR含量。SNP处理使番茄幼苗内源ABA、
IAA、GA3和ZR的含量发生了变化, 说明NO参与
铜胁迫下番茄幼苗根系和叶片中内源激素的变化
并使其含量水平达到了一个新的平衡, 内源激素
不仅可以作为植物胞间信号物质介导植株整体的
抗逆反应, 也能作为细胞逆境信号物质直接介导
许多抗逆基因的表达(雍山玉2007; 杨甲定等2005),
因此推测NO可能是通过诱导内源激素的变化影响
植物的重金属胁迫响应的。
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