全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2015, 51 (3): 287~294　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2014.0545 287
收稿 2014-11-28　　修定 2015-02-27
资助 国家自然科学基金(31201619)和泰安市科技发展计划项目
(32606)。
* 通讯作者(E-mail: xiumincui@sdau.edu.cn; Tel: 0538-8241546)。
外源油菜素内酯(EBR)对Cu胁迫期间番茄幼苗的缓解效应
窦巧惠1, 王娟2, 尹博1, 梁国鹏1, 崔秀敏1,*
1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; 2菏泽学院园林工程系, 山东菏泽
274015
摘要: 采用营养液水培的方法, 以‘改良毛粉802F1’番茄为供试材料, 通过检测番茄植株内激素、根系分泌物、氨基酸、电
解质渗漏率和生物量的变化, 研究外源2,4-表油菜素内酯(2,4-EBR, EBR)对Cu胁迫下番茄的缓解效应及机制。结果表明,
与Cu胁迫处理相比, 喷施0.1 mg·L-1的EBR能显著提高叶片内源ZR和GA含量, 显著降低根系中ZR、ABA和IAA的含量, 同
时提高番茄植株内各种有机酸的含量, 其中柠檬酸含量升高482.2%, 乳酸含量为0.187 mg·g-1。植株中氨基酸总量增加了
11.1%, 生物量增加20.9%。表明外源EBR可以降低Cu的生物毒性, 减缓过多Cu对番茄幼苗的抑制作用。
关键词: 番茄; Cu胁迫; 油菜素内酯; 激素; 根系分泌物; 氨基酸; 电解质渗漏率
Alleviating Effects of Exogenous EBR on Tomato Seedlings During Copper
Stress
DOU Qiao-Hui1, WANG Juan2, YIN Bo1, LIANG Guo-Peng1, CUI Xiu-Min1,*
1National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources, College of Resources and Environ-
ment, Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong 271018, China; 2Department of Landscape Engineering, Heze Univer-
sity, Heze, Shandong 274015, China
Abstracts: Through nutrient solution cultivating, the tomato (Solanum lycopersicum) cultivar ‘Gailiang Mao-
fen 802F1’, was selected as the experiment material. The changes of hormones, root exudates, amino acids,
electrolyte leakage rate and biomass were detected to study the alleviating effects and mechanism of 2,4-EBR
on tomato seedlings under copper stress. The results showed that compared with copper stress treatment, spraying
0.1 mg·L-1 EBR could significantly increase the contents of endogenous ZR and GA in leaves, while the ZR,
ABA and IAA contents were remarkably reduced in roots. The contents of various organic acid in tomato plants
were significantly improved at the same time, especially the citric acid was rised up to 482.2% and the content
of the lactic acid was 0.187 mg·g-1. The total amount of amino acid in tomato plants was increased 11.1% and
the plant biomass was increased 20.9%. These results suggested exogenous EBR could reduce the biological tox-
icity of Cu, alleviate the inhibitory effect on tomato seedlings under superabundant Cu.
Key words: tomato (Solanum lycopersicum); copper stress; EBR; hormone; root exudate; amino acid; electrolyte leakage
Cu是植物正常生命活动必需微量元素, 但植
物对Cu的需求很低, 当植物吸收并积累Cu超过一
定量时就造成伤害, 如破坏结构、引发代谢紊
乱、抑制植物生长发育等(王晓兰等2010; 谢建春
等2009; Sharma和Dietz 2009; Wójcik和Tukiendorf
2003)。目前, 农业生产中含Cu农药和化肥的大量
施用导致土壤系统中Cu的含量明显高于其背景
值。因此, 研究Cu毒害的缓解机理已成为农业可
持续发展中亟待解决的问题。
油菜素内酯(brassinosteroid, BR)又称芸薹素
内酯, 是一种天然植物激素, 广泛存在于植物的花
粉、种子、茎和叶等器官中, 油菜素内酯在植物
体内单一或协同其他激素对某些生理过程起调节
作用(赵毓橘1995; Adam和Marquardt 1986; Manda-
va 1988), 对植物生长发育具有重要的作用, 被认
为是一种新型的植物激素(郭奇珍1983)。近年来,
一些研究表明, 油菜素内酯能够促进蛋白质合成,
提高酶活性(陆晓民等2011; 尹博等2012), 调控植
物碳水化合物同化及分配(Rao等2002), 缓解干旱
(Yuan等2010)、盐害(Saygideger和Deniz 2008)等
植物生理学报288
多种逆境胁迫, 提高植物对铝、镍等重金属的抗
性(Abdullahi等2003; Alam等2007), 降低番茄植株
中铜含量, 缓解Cu胁迫对番茄植株的生长抑制(尹
博等2014), 但油菜素内酯是否影响Cu胁迫下植物
激素、根系分泌物以及氨基酸含量未见报道。
本研究以番茄为试验材料, 研究外源2,4-表油
菜素内酯(2,4-epi-brassinosteroid, EBR)对Cu胁迫下
番茄幼苗激素、根系分泌物和氨基酸等的影响, 研
究外源EBR对番茄Cu胁迫下的缓解效应及机制。
材料与方法
1 材料与试剂
供试番茄(Solanum lycopersicum L.)品种为
‘改良毛粉802F1’。Hoagland营养液组成 : Ca
(NO 3) 2·4H 2O、KNO 3、NH 4NO 3、KH 2PO 4、
MgSO4、铁盐、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。准确称取一定量的
EBR, 用少量无水乙醇溶解, 用蒸馏水定容到一定
体积, 4 ℃保存备用。
2 试验设计
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, 萌发后浇灌1/4Hoagland营养液。当幼苗
长到3~4片真叶时, 挑选生长一致的植株洗净根系,
移栽于4 L塑料桶中, 用厚度为3 cm的泡沫塑料板
做成圆形盖子, 覆盖在塑料桶顶部。每盆栽5株, 用
1/2Hoagland营养液培养, 1周后换成完全营养液, 此
后每3 d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, 待番茄植株长至5~6片真叶时
进行Cu胁迫处理。处理期间, 对相应处理每天均匀
细雾喷施处理溶液(以叶面滴水为止), 对照喷等量
清水。试验用水全部为蒸馏水。
试验设4个处理: (1)完全营养液(对照); (2) 50
μmol·L-1 CuCl2 (Cu); (3) 50 μmol·L
-1 CuCl2+0.1
mg·L-1 EBR (Cu+EBR); (4) 0.1 mg·L-1 EBR (EBR)。
每个处理3次重复, 温室内随机排列, 用低浓度的
KOH或者HCl调节pH至5.5±0.2。处理8 d后, 分别
收获植株不同部位, 用于分析测定。
3 测定指标及方法
3.1 植物内源激素含量的测定
分别取番茄叶片和根系各0.5 g, 用液氮保存,
再转入–80 ℃下保存, 待测。样品用80%甲醇(含有
0.02% 2,6-二叔丁基对甲酚)冰浴研磨提取, 玉米素
核苷(zeatin riboside, ZR)、赤霉素(gibberellic
acid, GA)、脱落酸(abscisic acid, ABA)和生长素
(auxins, IAA)的测定均采用酶联免疫吸附法(en-
zyme-linked immunosorbent assay, ELISA), 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, 每个样品平行3次。用酶联免疫检测仪
(华东电子管厂, DG-3022A型)进行测定。
3.2 根系分泌物的收集与测定
参照Rengel等(1998)的方法, 选取阳光充足的
上午, 胁迫处理8 d后收集。用蒸馏水预先冲洗番
茄根系1 min, 以除去表面粘附的营养液, 然后转入
盛有200 mL蒸馏水的烧杯中, 以使植物根系全部
浸入水中为宜, 收集4 h, 取出植株后向收集液中迅
速加入适量百里酚, 将根系分泌物用真空旋转器
在40 ℃下浓缩至5 mL。于–20 ℃冷冻保存, 用于
分析有机酸的组成和含量。采用高效液相色谱仪
测定有机酸含量, 上机前过0.45 μm滤膜, 以除去杂
质。色谱条件如下: 流动相为磷酸二氢钾缓冲溶
液, 流速为0.9 mL·min-1, 检测波长为213 nm, 灵敏
度为0.8, 手动进样为10 μL。标样为草酸、酒石
酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸和琥珀酸, 均
为色谱纯(美国Sigma公司产品)。标样测定时间为
20 min, 样品测定时间为50 min。
3.3 氨基酸含量的测定
取出植株后先用自来水洗净, 再用超纯水冲
洗2遍, 分别称取根、叶各1.00 g鲜样用于氨基酸测
定。氨基酸自动分析仪为Biochrom 3.0 (Amersham
公司)。
3.4 电解质渗漏率的测定
取新鲜叶片, 自来水冲洗, 再用蒸馏水冲洗2
次, 吸水纸吸干。打孔器(r=12 mm)打取15片叶圆
片, 置于电导率试管中, 加入20 mL蒸馏水, 于真空
干燥器中抽气30 min。取出后, 震荡再抽气30
min, 至叶片全部浸入水中。取出, 室温放置4 h,
多次摇动, 用电导率仪(ORION conductivityTDS
meter, 日本)测定其电导率S1。封口沸水浴10 min,
冷却平衡10 min后, 再测电导率S2, 同时测定蒸馏
水电导率S0。相对电导率(%)=100×(S1–S0)/(S2–S0)
(赵世杰等1998)。
窦巧惠等: 外源油菜素内酯(EBR)对Cu胁迫期间番茄幼苗的缓解效应 289
3.5 植株生物量的测定
处理8 d后, 收获植株。将植株的地上部和地
下部分开, 用去离子水冲洗干净, 用吸水纸吸干,
直接测定鲜重(FW)。
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EBR对Cu胁迫下番茄叶片和根系中激素含
量的影响
1.1 叶片和根系ZR含量的变化
从图1看出, 叶片内ZR含量明显高于根系, 且
变化趋势不同。叶片内对照的ZR含量显著高于其
它三个处理; Cu胁迫下外施EBR的叶片ZR含量比
Cu胁迫的增加了3.4%, 但未达到显著水平; 单独喷
施EBR降低叶片ZR含量。在Cu胁迫下, 根系的ZR
含量显著升高, 添加EBR后ZR含量显著降低; 单独
施用EBR对根系ZR含量没有显著影响。说明Cu胁
迫下, 根系合成大量的ZR促进幼苗生长, 缓解Cu毒
害, 外施EBR减弱铜毒害, 根系ZR含量下降。
对照水平; 单独施用外源EBR的GA含量显著下
降。而根系中, Cu胁迫的GA含量比对照处理的显
著降低70.2%; 外施EBR后, GA含量比Cu胁迫的增
加了1.74倍, 差异极显著; 单独外施EBR的GA含量
也显著降低。综合以上结果说明, 外源EBR可通过
增加Cu胁迫下番茄幼苗中GA含量, 降低Cu的毒害
作用。
1.3 叶片和根系ABA含量的变化
由图3可以看出, 番茄叶片和根系内ABA含量
的变化趋势一致, 叶片中明显高于根系。叶片内
对照、Cu和Cu+EBR三个处理的ABA含量较单独
EBR处理的高, 且差异极显著; Cu胁迫可使ABA含
量显著升高, 外施EBR后, ABA的含量有所下降, 但
变化幅度较小。根系中, Cu胁迫处理与对照相比,
ABA的含量提高了1.48倍, 达极显著水平; 添加外
源EBR后, 根系中ABA的含量显著下降。单独喷
1.2 叶片和根系GA含量的变化
从图2可以看出, 叶片的GA含量明显高于根
系, 不同处理的GA含量均低于对照。叶片中, Cu
胁迫的GA含量比对照降低21.3%, 差异显著 ;
Cu+EBR处理显著提高叶片GA含量, 几乎恢复到
图1 外源EBR对Cu胁迫下番茄叶片和根系ZR含量的影响
Fig.1 Effects of exogenous EBR on ZR content in tomato
leaves and roots under Cu stress
不同字母表示差异显著(P<0.05), 下图同此。
图2 外源EBR对Cu胁迫下番茄叶片和根系GA含量的影响
Fig.2 Effects of exogenous EBR on GA content in tomato
leaves and roots under Cu stress
图3 外源EBR对Cu胁迫下番茄叶片和根系ABA含量的影响
Fig.3 Effects of exogenous EBR on ABA content in tomato
leaves and roots under Cu stress
植物生理学报290
施EBR可使叶片和根系内ABA含量降低, 差异达
极显著水平。这说明, 外源EBR可降低Cu胁迫下
番茄植株中ABA含量, 减缓幼苗衰老速度。
1.4 叶片和根系IAA含量的变化
由图4可以看出, Cu胁迫使叶片中IAA的含量
显著降低。外施EBR后的番茄幼苗叶片IAA含量
继续下降, 差异极显著; 单独施用外源EBR也显著
降低了叶片IAA的含量。根系中, Cu胁迫下IAA的
含量显著升高, 与对照相比, Cu处理根系IAA含量
提高20.8%, 差异显著; Cu+EBR与Cu处理相比使根
系IAA的含量下降16.7%, 几乎恢复到对照水平。
单独施用EBR对根系内IAA的含量影响不大。这
说明, 外施EBR显著缓解了Cu胁迫对根系中IAA含
量的影响, 且对叶片的影响大于根系。
占三个处理有机酸总量的76.1%、85.7%和70.3%。
Cu胁迫显著影响番茄根系分泌的有机酸种类和含
量。与对照相比, Cu胁迫根系分泌的有机酸总量
下降34.7%, 其中草酸、苹果酸和琥珀酸分别下降
60.8%、48.1%和71.8%, 而柠檬酸升高4.15倍, 另
外还检测出酒石酸; 外施EBR后能显著提高各种
有机酸含量, 与Cu处理相比, 根系分泌有机酸总量
升高2.5倍, 其中草酸、酒石酸、琥珀酸和柠檬酸
分别升高了115.7%、154.8%、95.1%和482.2%, 并
且多检测出乳酸; 与对照相比较, 单独EBR处理草
酸和琥珀酸分别降低56.6%和31.5%, 苹果酸和柠
檬酸分别升高16.4%和1158.5%。以上结果说明,
Cu胁迫使番茄根系分泌有机酸含量及总量下降
(柠檬酸升高), 外源EBR能显著提高Cu胁迫下有机
酸种类和部分有机酸含量, 尤其是柠檬酸的含量
激增数倍。推测, 柠檬酸可能在番茄根系抵抗Cu
毒害方面发挥作用, 而EBR有效诱导番茄根系有机
酸的分泌。
3 外源EBR对Cu胁迫下番茄氨基酸含量的影响
氨基酸等有机化合物对重金属具螯合作用,
这是植物对重金属毒害的重要策略之一(王松良和
郑金贵2007)。从表2可以看出, 在番茄幼苗各处理
中天冬氨酸、谷氨酸、缬氨酸和亮氨酸为优势氨
基酸。Cu胁迫使番茄叶片中氨基酸总量降低10%,
其中脯氨酸、蛋氨酸、组氨酸、赖氨酸和精氨酸
的含量分别降低62.3%、20.0%、31.7%、20.0%和
20.2%, 而半胱氨酸增加39.3%。与Cu胁迫相比,
Cu+EBR处理使氨基酸总量升高, 几乎恢复到对照
水平, 其中天冬氨酸、组氨酸、赖氨酸和精氨酸
分别升高了33.1%、60.7%、47.4%和49.3%, 而脯
氨酸和蛋氨酸却分别下降了72.5%和85%。表3显
示, 根系中, 与对照处理相比, Cu胁迫下氨基酸总
表1 外源EBR对Cu胁迫下番茄根系分泌物中有机酸组成及含量的影响
Table 1 Effects of exogenous EBR on the contents and composition of organic acid in tomato root exudates under Cu stress

处理
草酸含量/ 酒石酸含量/ 苹果酸含量/ 琥珀酸含量/ 柠檬酸含量/ 乳酸含量/ 乙酸含量/ 有机酸总含
mg·g-1 mg·g-1 mg·g-1 mg·g-1 mg·g-1 mg·g-1 mg·g-1 量/mg·g-1
对照 2.925±0.3471a — 0.575±0.1067a 0.912±0.0520a 0.224±0.1224c — — 4.636b
Cu 1.147±0.2181b 0.168±0.0994b 0.298±0.0812b 0.258±0.1017c 1.154±0.4214c — — 3.025b
Cu+EBR 2.474±1.0331a 0.429±0.0436a 0.420±0.0915b 0.503±0.1613b 6.720±1.7558a 0.187±0.0426a — 10.733a
EBR 1.271±0.2429b — 0.669±0.0102a 0.625±0.1972b 2.819±0.0210b 0.130±0.0248a 0.308 5.822b
　　同列数字后不同小写字母表示差异达5%显著水平; —: 未检测出。
图4 外源EBR对Cu胁迫下番茄叶片和根系IAA含量的影响
Fig.4 Effects of exogenous EBR on IAA content in tomato
leaves and roots under Cu stress
2 外源EBR对Cu胁迫下番茄根系分泌物的影响
对照处理的番茄幼苗根系分泌物以草酸、苹
果酸、琥珀酸为主, 占总量的95%以上(表1)。而
在Cu、Cu+EBR、EBR三个处理中, 根系分泌物以
柠檬酸和草酸为主, 这两种有机酸含量之和分别
291窦巧惠等: 外源油菜素内酯(EBR)对Cu胁迫期间番茄幼苗的缓解效应
量升高13.6%, 其中谷氨酸、酪氨酸、组氨酸和赖
氨酸升高36.6%、23.8%、61.9%和23.5%, 脯氨酸
和蛋氨酸降低22.0%和27.8%。外施EBR后, 氨基
酸总量增加12.4%, 其中谷氨酸、脯氨酸和蛋氨酸
的含量升高28.7%、219.6%和15.4%, 组氨酸和赖
氨酸的含量降低23.5%和9.5%。综上可以看出, 与
Cu处理相比, 外施EBR可明显增加番茄叶片和根
系氨基酸的总量, 增加根系螯合过多Cu的能力, 降
低其生物毒性, 有效缓解Cu胁迫。
4 外源EBR对Cu胁迫下番茄叶片电解质渗漏率的
影响
从图5可以看出, 与对照相比, Cu胁迫处理可
使番茄幼苗叶片的相对电解质渗漏率增加10.5%,
差异达显著水平; 外施EBR后, 叶片的相对电解质
渗漏率比Cu胁迫处理显著下降11.04%, 恢复到对
照水平; 单独施加EBR也可使叶片相对电解质渗
漏率明显降低。表明外源EBR能够显著缓解Cu胁
迫对叶片的伤害。
5 外源EBR对Cu胁迫下番茄植株生物量的影响
植物的生物量可以直观地反映逆境胁迫对植
物的影响。图6表明, Cu胁迫下, 番茄幼苗地上部
和地下部生物量均显著降低, 地上部的生物量比
对照下降26.8%, 外施EBR后地上部生物量显著升
高, 但仍未恢复到对照水平。与对照相比, Cu处理
使地下部生物量下降18.8%, 差异极显著, 外施
EBR也使其生物量显著上升。单独喷施EBR反而
使番茄幼苗的生物量显著降低。说明EBR在Cu胁
迫下更能发挥其调控作用。
表2 外源EBR对Cu胁迫下番茄叶片氨基酸含量的影响
Table 2 Effects of exogenous EBR on amino acid contents of tomato leaves under Cu stress

处理
天冬氨酸含 苏氨酸含 丝氨酸含 谷氨酸含 脯氨酸含 甘氨酸含 丙氨酸含 半胱氨酸含 缬氨酸含
量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1
对照 15.10 7.00 5.30 23.30 10.60 9.00 11.80 5.60 15.00
Cu 13.60 6.10 4.80 20.30 4.00 8.70 11.30 7.80 15.20
Cu+EBR 18.10 7.70 5.70 25.80 1.10 9.80 12.30 6.70 15.70
EBR 14.10 6.10 4.70 20.10 5.20 7.80 10.10 5.10 13.30

处理
蛋氨酸含 异亮氨酸含 亮氨酸含 酪氨酸含 苯丙氨酸含 组氨酸含 赖氨酸含 精氨酸含 总量含
量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量 /mg·g-1 量/mg·g-1
对照 5.00 12.10 20.70 8.90 11.20 4.10 9.50 8.90 183.10
Cu 4.00 12.00 19.60 9.30 10.70 2.80 7.60 7.10 164.90
Cu+EBR 0.60 11.20 19.70 9.10 11.40 4.50 11.20 10.60 181.20
EBR 1.70 10.30 18.40 9.50 10.30 3.10 8.50 7.30 155.60
表3 外源EBR对Cu胁迫下番茄根系氨基酸含量的影响
Table 3 Effects of exogenous EBR on amino acid contents of tomato roots under Cu stress

处理
天冬氨酸含 苏氨酸含 丝氨酸含 谷氨酸含 脯氨酸含 甘氨酸含 丙氨酸含 半胱氨酸含 缬氨酸含
量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1
对照 11.70 4.80 4.70 18.60 5.90 6.50 8.00 6.40 12.40
Cu 12.60 4.80 4.70 25.40 4.60 7.40 8.80 6.70 13.50
Cu+EBR 13.20 4.80 4.70 32.70 14.70 7.20 8.50 7.30 14.00
EBR 12.40 4.50 4.30 19.70 4.30 7.60 9.30 9.50 15.10

处理
蛋氨酸含 异亮氨酸含 亮氨酸含 酪氨酸含 苯丙氨酸含 组氨酸含 赖氨酸含 精氨酸含 总量含
量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1 量/mg·g-1
对照 1.80 9.20 14.80 6.30 7.50 2.10 6.80 4.80 132.30
Cu 1.30 10.50 16.50 7.80 8.10 3.40 8.40 5.80 150.30
Cu+EBR 1.50 10.40 17.40 8.20 8.80 2.60 7.60 5.30 168.90
EBR 4.10 12.80 17.70 7.30 8.40 2.50 8.00 5.40 152.90
植物生理学报292
讨　　论
激素之间具有明显的相互作用, 这些相互作
用与外界环境信号及自身发育程序对激素作用的
调控, 共同组成精细和复杂的调控网络(Wolters和
Jürgens 2009)。研究发现, 在油菜素内酯缺陷的背景
下, 许多受生长素诱导的基因表达水平降低(Nem-
hauser等2004, 2006); 生长素与BR的协同作用可能
通过影响共同调节的下游基因实现(Nemhauser等
2006)。Cu胁迫对植物激素也有一定的影响。
Coombes等(1976)研究表明过量Cu影响大麦根中
IAA-氧化酶活性。
本试验中, Cu胁迫显著降低了叶片中ZR、
GA、IAA含量以及根系GA含量, 显著提高了根系
内ZR和IAA含量。ZR含量变化的不同, 可能是由
于ZR主要由根部合成, 通过木质部向上运输, 而Cu
胁迫会破坏番茄的生理结构, 抑制ZR向地上部的
转移, 使其在根部积累。ABA含量的升高可能是
由于番茄幼苗受到Cu胁迫时, 促使大量ABA诱导
基因表达 , 使细胞内ABA含量迅速增加(Bueno
1998)。叶片和根系内IAA含量变化的不同, 可能
是由于IAA在植株上部叶片合成, 向下运输, 促进
作物生长(赵竹青等1998), 而Cu胁迫可以降低
IAAase活性, 抑制IAA的极性运输, 从而导致生长
活跃部位根尖IAA的累积和功能叶中IAA含量的
下降。Cu胁迫条件下, 外施EBR可提高叶片内ZR
及叶片、根系内GA含量 , 降低叶片、根系内
ABA、IAA含量以及根系ZR含量。叶片和根系内
各种激素变化趋势的不同可能是由于BRs与不同
激素的作用机制存在差别(Hardtke等2007), 或是由
于各种激素间也存在复杂的相互作用。EBR的施
用使番茄幼苗叶片和根系内源激素发生显著变化,
说明EBR参与Cu胁迫下番茄幼苗叶片和根系中内
源激素的变化并使其含量水平达到了一个新的平
衡。因此推测EBR可能是通过改变Cu胁迫条件下
番茄不同组织的内源激素含量, 影响内源激素的
基因表达, 增强植株对Cu胁迫的耐性, 从而缓解Cu
胁迫对番茄植株的不利影响。
植物可通过根系分泌的有机酸改变根际酸碱
度(pH)、氧化还原电位(Eh)、含水量、有机质和
养分有效性, 影响根际土壤中重金属的化学特性
和根系对重金属的吸收。重金属胁迫下, 植物根
系会分泌一系列有机酸, 如草酸、柠檬酸、苹果
酸、酒石酸和琥珀酸等(徐卫红等2006)。有机酸
能与重金属形成稳定的复合体, 将离子态的金属
转变成低毒或无毒的螯合态形式, 减轻过量金属
对植物的毒害效应。大量研究显示, 重金属胁迫
下, 植物种类、重金属元素的不同, 均影响着植物
根系所分泌有机酸的种类和数量 (傅晓萍等
2010)。Zeng等(2008)发现, 草酸、苹果酸和柠檬
酸含量的增加可以促进水稻对重金属铬的积累。
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。Nian等(2002)发现Cu胁迫可以使大豆和小
麦产生大量柠檬酸和苹果酸, 此外, Cu胁迫还可促
进黑麦和玉米内柠檬酸的大量分泌。于敏等
(2010)的研究结果也表明外源柠檬酸对植物铜毒
害具有明显的缓解效应。本试验中, Cu胁迫下, 番
图5 外源EBR对Cu胁迫下番茄叶片电解质渗漏率的影响
Fig.5 Effects of exogenous EBR on electrolytic leakage
of tomato leaves under Cu stress
图6 外源EBR对Cu胁迫下番茄生物量的影响
Fig.6 Effects of exogenous EBR on the plant weight
of tomato under Cu stress
窦巧惠等: 外源油菜素内酯(EBR)对Cu胁迫期间番茄幼苗的缓解效应 293
茄分泌的柠檬酸含量比对照增加了4.15倍, 并且多
检测出酒石酸。这与Murphy等(1999)报道的Cu2+
可诱导植物根系分泌柠檬酸的结果一致。但本试
验测得的有机酸总量却下降, 这与以往重金属毒
害下植物大量分泌有机酸的研究结果不一样, 可
能是Cu处理后番茄根系通过减少有机酸的分泌量
改善根际环境以缓解铜毒害, 也可能是根系分泌
的大量有机酸与溶液中的Cu螯合, 降低Cu的毒害
浓度, 从而使所检测到的有机酸含量降低。外施
EBR后草酸、苹果酸、琥珀酸、柠檬酸都显著增
加数倍, 其中柠檬酸涨幅最大。由此可推断柠檬
酸可能与Cu2+形成无毒形式的Cu-柠檬酸复合物进
行地上部分运输, 减轻自身光系统II、细胞结构、
酶系统等所受的毒害, 并通过与土壤中的铜解吸
进行富集作用, 从而在番茄根系抵抗Cu毒害方面
起到关键作用(林义章和徐磊2007; Cao和Hu 2000;
Murphy等1999; Yang等2001)。而外施EBR促进了
番茄根系有机酸(尤其是柠檬酸和乳酸)的分泌, 从
而增加了有机酸对Cu的螯合, 减少了环境中游离
态Cu的含量, 对过量Cu的胁迫有显著缓解作用。
植物可通过氨基酸、多肽、蛋白质等螯合剂
的螯合作用固定重金属离子以降低其生物毒性。
Cu胁迫下, 番茄幼苗根系和叶片中氨基酸总量发
生明显变化是对重金属伤害的一种应激性生理响
应; 同时, 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)。本试验中, Cu胁迫使
叶片氨基酸总量有所降低, 外施EBR后氨基酸的含
量增加并恢复至对照水平。根系中, Cu胁迫增加
了氨基酸的总量, 其中增幅最大的为组氨酸, 高达
61.9%; 其次是谷氨酸, 为36.6%。组氨酸在Ni处理
的遏蓝菜属根系中有类似的变化 ( K r ä m e r等
1996)。外施EBR后, 番茄根系中组氨酸含量显著
下降并恢复到对照水平, 而脯氨酸增加了2.2倍。
组氨酸是组成一些酶活性中心的重要氨基酸, 可
通过酶与金属离子在活性部位结合, 组氨酸的积
累是植物抗逆性的一种适应性表现, 施用EBR后组
氨酸恢复到对照水平, 表明铜毒害作用降低。脯
氨酸不仅具有调节渗透平衡的作用, 还有清除Cu
胁迫下活性氧的功能(Wu等1995), 可有效缓解Cu
胁迫对番茄根系的毒害, 外施EBR促进脯氨酸的分
泌。综合以上结果推测, EBR可通过调节番茄体内
组氨酸、脯氨酸等氨基酸含量, 降低Cu胁迫的毒
害作用, 有效提高番茄幼苗的抗铜性。
电解质渗漏率是检验植物受逆境胁迫后细胞
膜透性的重要指标, 与作物的抗逆性负相关(李建
勇等2003)。研究表明, Cu胁迫下, 黄瓜幼苗的电解
质渗漏率迅速增加(张自坤等2010)。张自坤(2009)
等的研究显示随Cu胁迫的增强, 细胞膜的半透性
发生改变, 电解质渗漏率升高。本实验中, Cu胁迫
显著提高番茄叶片的电解质渗漏率, 外施EBR后番
茄叶片的电解质渗透率显著下降, 可能是EBR可综
合调控Cu胁迫下的物质代谢和细胞分化。EBR对
Cu胁迫下番茄幼苗叶片细胞膜伤害有显著的缓解
作用, 最终体现在植株生物量的显著增加。
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