全 文 ：中国生态农业学报 2014年 5月 第 22卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, May 2014, 22(5): 578−584


* 国家自然科学基金项目(31201619)和泰安市科技发展计划项目(32606)资助
** 通讯作者: 崔秀敏, 研究方向为植物营养机理调控及生物修复。E-mail: xiumincui@sdau.edu.cn
† 同等贡献者: 尹博, 研究方向为植物营养机理调控, E-mail: 286307814@qq.com; 梁国鹏, E-mail: guopliang@163.com
收稿日期: 2013−12−13 接受日期: 2014−03−14
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2014.31245
外源油菜素内酯介导 Cu胁迫下番茄生长及
Cu、Fe、Zn的吸收与分配*
尹 博† 梁国鹏† 贾 文 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 泰安 271018)
摘 要 为了探索外源油菜素内酯对番茄 Cu 胁迫的缓解效应及机理, 采用营养液水培的方法, 以‘改良毛粉
802F1’番茄为材料, 研究外源 2,4-表油菜素内酯(2,4-EBR, 简称 EBR)对 Cu胁迫下番茄生长及矿质元素吸收的
影响。结果表明: 外源 EBR 能够缓解 Cu 胁迫对番茄植株的生长抑制。与 Cu 胁迫处理相比, 喷施 EBR 的番
茄叶绿素含量和生物量分别提高 39.6%和 20.0%, 差异均达显著水平; Cu胁迫条件下, 外源 EBR显著降低番茄
根系对 Cu的吸收与转运, 提高叶片中因 Cu过多而降低的 Fe、Zn含量, 有效调控 Cu、Fe、Zn的化学提取态
和亚细胞分布水平, 降低Cu在细胞内的生物毒性, 使之向着有利于番茄生长的方向发展, 从而保证Cu胁迫下
植株正常的生理生化代谢。Cu胁迫提高了番茄叶片和根系各种化学形态的 Cu含量, 而外施 EBR降低了番茄
叶片中除 NaCl 提取态 Cu 以外的其他各种形态 Cu 含量。Cu 胁迫下易移动态 Cu 在叶片中的比例升高, 而根
系中却下降; 外施 EBR后, 番茄植株中难移动态和易移动态 Cu的所占比例接近 CK, 说明 Cu胁迫下 EBR对
Cu的番茄体内分配具显著调控作用。
关键词 番茄 Cu胁迫 油菜素内酯 生物量 叶绿素 亚细胞分布 化学形态 Fe Zn
中图分类号: S641.2; Q945.78 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)05-0578-07
Exogenous EBR mediated the plant growth and absorption and accumulation
of Cu, Fe and Zn in tomato seedlings under Cu stress
YIN Bo, LIANG Guopeng, JIA Wen, CUI Xiumin
(National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources; College of Resources and Environment,
Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China)
Abstract As an essential element and a heavy metal, copper (Cu) occurs in various vital movements and metabolic processes of
plant. In previous industrial and agricultural production, excess Cu2+ or Cu compounds were frequently intentionally or unintentio-
nally discharged into the environment. In some polluted soils, Cu content exceeded ten times the original content of the soil. This led
to fatal damages to plant growth and food security, and thus developing new phytoremediation pathways were imperative. Our early
studies showed that exogenous 2,4-epibrassinolide (EBR) alleviated Cu stress and increased Cu accumulation in tomato seedlings.
‘Gailiang Maofen 802F1’ was used as the plant material to explore the alleviation mechanism of EBR on tomato seedlings under Cu
stress. Through nutrient solution cultivation in greenhouse conditions, we investigated the effects of EBR on tomato growth and
mineral elements contents under Cu stress. The results showed that exogenous EBR effectively alleviated growth strains induced by
Cu stress. 50 µmol·L−1 of CuCl2 obviously restrained tomato growth and increased Cu content in tomato seedlings. Compared with
seedlings exposed to Cu stress, 0.1 mg·L−1 of exogenous EBR effectively increased leaf chlorophyll content and plant biomass
respectively by 39.6% and 20.0%. Under Cu stress, exogenous EBR observably reduced Cu absorption and transport, simultaneously
increasing contents of iron (Fe) and zinc (Zn) in roots. EBR efficiently regulated different chemical forms and Cu, Fe, Zn distributions
among subcellular organelles and reduced Cu biotoxicity in cells. This was helpful to the normal growth of tomato and ensured
regular physiological and biochemical metabolism of roots and leaves. Cu stress increased contents of different chemical species of
第 5期 尹 博等: 外源油菜素内酯介导 Cu胁迫下番茄生长及 Cu、Fe、Zn的吸收与分配 579


Cu in tomato leaves and root. Addition of EBR under Cu stress increased contents of all forms of Cu except NaCl extracted Cu in leaf,
compared with Cu stress. Proportion of movable Cu increased in leaves, and decreased in roots under Cu stress. Under Cu stress,
EBR application made the proportions of movable and un-moveable Cu similar to those of CK, which indicated exogenous EBR
obviously regulated the Cu chemical form and subcellular distribution in plant.
Keywords Tomato; Cu stress; 2,4-epibrassinolide; Biomass; Chlorophyll; Subcellular distribution; Chemical species; Iron; Zinc
(Received Dec. 13, 2013; accepted Mar. 14, 2014)
Cu 是植物正常生命活动所必需的微量元素, 广
泛参与各种生命活动。同时作为重金属元素, Cu 过
量则会对植物造成严重伤害, 导致细胞内生物代谢
紊乱, 最终抑制植物生长。目前农业生产中污泥农
用、含 Cu化学物质(杀菌剂、杀虫剂和化肥)和有机肥
(高 Cu猪粪、鸡粪和厩肥)的施用使农田表土(0~5 cm)
土壤有效铜每年以 2.5~9.0 mg·kg−1的增幅提高, 局部
果园表土层含量可达 210 mg·kg−1, 特别是温室土壤含
Cu 量几乎达到原始土壤的几倍乃至几十倍[1−2]。番茄
是温室主栽蔬菜之一, 在重金属污染较重的城市郊
区普遍栽培。
油菜素内酯(Brassinolide, 简称BR), 是一类具
有高活性的甾醇内酯类结晶物。BR是植物正常生长
和发育所必需的一类新型植物激素。研究表明, 油
菜素甾醇类(BRs)可提高作物对寒、旱、涝、盐等多
种逆境的抵抗能力, 并且增强植物对Al[3]、Ni[4]等重
金属的抗性或耐性。尹博等[5]发现油菜素内酯可增
强Cu胁迫下番茄抗氧化酶的活性, 显著缓解过多Cu
离子的伤害, 同时间接调控竞争性离子Fe2+、Zn2+、
Mn2+的浓度, 但对其亚细胞水平的分配及化学形态
变化尚缺乏研究。本文以番茄为试验材料, 探讨外
源EBR对Cu胁迫下番茄Cu、Fe、Zn存在形态的影响,
以探索油菜素内酯介导的Cu胁迫下矿质营养元素的
交互作用机制。
1 材料和方法
1.1 供试材料
供试番茄品种为改良‘毛粉 802F1’。Hoagland营
养液配方[6]; 所有试剂均为分析纯, 用蒸馏水配制成
母液备用; 0.1 mg·L−1 EBR的配制: 准确称取 10 mg
EBR, 用少量无水乙醇溶解, 蒸馏水定容至 1 L, 4 ℃
保存, 用前稀释 100倍。
1.2 试验处理与方法
试验设 4 个处理 : CK(完全营养液对照处理)、
Cu(50 µmol·L−1 CuCl2, Cu 胁迫处理 )、Cu+EBR
(50 µmol·L−1 CuCl2+0.1 mg·L−1 EBR, 油菜素内酯缓
解处理)和 EBR(0.1 mg·L−1 EBR, 油菜素内酯对照),
每个处理重复 3次, 温室内随机排列。
种子经 55 ℃温水浸种消毒 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
蛭石中, 萌发后用 1/4 Hoagland营养液浇灌。当幼苗
长出 3~4 片真叶时, 挑选生长一致的植株洗净根系,
移栽于容量为 4 L的塑料桶中, 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 4株, 先用 1/2 Hoagland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, 用低浓度
的 KOH 或者 HCl 调节 pH 至 5.5±0.2。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, 各 EBR
处理每天均匀细雾喷施 0.1 mg·L−1的 EBR溶液(以叶
面滴水为止), 其他喷等量清水。试验用水全部为蒸
馏水。处理 8 d后, 收获各处理植株, 分成不同部位,
液氮速冻, 置于−80 ℃左右贮存备测。叶片用 80%丙
酮提取 , 紫外可见分光光度计(Shimadzu UV-2450,
日本)测定不同波长下的叶绿素 a和叶绿素 b含量。
1.3 番茄亚细胞组分的分离
植株收获后用去离子水冲洗干净, 参照 Weigel
等[7]的方法进行亚细胞组分分离, 每个处理设 3 个
平行。分别取叶片和根系鲜样各 0.500 g, 在玻璃匀
浆器中匀浆, 冷冻离心机 300 g下离心 30 s, 下部沉
淀即底层碎片为细胞壁组分; 上清液再在 20 000 g
下离心 45 min以沉淀细胞器, 底层碎片为细胞器组
分(主要为液泡部分), 上层清液为胞质组分。所有的
匀浆和分离操作均在 4 ℃条件下进行。
1.4 番茄植株中不同化学形态 Cu的提取
参照周守标等 [8]的方法, 采用化学试剂逐步提
取法。准确称取鲜样 4.000 g, 加入 40 mL提取剂研
磨匀浆, 后转入 100 mL 的塑料离心管。提取剂分
别为: 80%乙醇、去离子水、1 mol·L−1的氯化钠、
2%醋酸和 0.6 mol·L−1盐酸。25 ℃恒温振荡 22 h后,
5 000 r·min−1离心 10 min, 收集上清液, 再加入 20 mL
提取剂, 25 ℃恒温振荡 2 h, 5 000 r·min−1离心 10 min,
收集上清液, 合并 2次的上清液于 150 mL的三角瓶
中, 最后离心管内的为残留态。采用 HNO3-HClO4
消解, AA370MC 型原子吸收分光光度法测定 Cu、
Fe、Zn含量。
1.5 数据处理
采用 Microsoft Excel软件对数据进行处理及绘
图, SAS 统计软件对平均数用 Duncan’s 新复极差法
进行多重比较。
580 中国生态农业学报 2014 第 22卷


2 结果与分析
2.1 外源 EBR对Cu胁迫下番茄生物量和叶绿素含
量的影响
由表 1 可知, Cu 胁迫对番茄幼苗生物量有显著
影响, 与 CK 相比, 单株生物量下降 26.8%; 外施
EBR 对番茄幼苗的生物量有显著缓解作用, 与 Cu
处理相比, Cu+EBR 处理的番茄幼苗单株重量提高
20.0%, 差异达显著水平; 正常营养液培养条件下,
喷施 EBR反而抑制了番茄生长发育, EBR单独处理
的番茄幼苗生物量显著低于 CK。说明 EBR 在逆境
胁迫下更能发挥其调控作用。
叶绿素作为植物进行光合作用的主要色素, 其
含量高低、叶绿素 a/b的大小都可以直接反映光合作
用能力的强弱。过量 Cu会使植株 Cu元素含量上升,
Fe含量大幅下降, 而植株叶片 Fe缺乏引起细胞代谢
紊乱, 致使叶绿素合成受抑制。
表 1 外源 EBR对 Cu胁迫下番茄生物量和叶绿素含量的影响
Table 1 Effects of exogenous EBR on plant biomass and chlorophyll content of tomato under Cu stress
处理
Treatment
生物量
Plant biomass (g·pot−1)
叶绿素 a
Chlorophyll a (mg·kg−1)
叶绿素 b
Chlorophyll b (mg·kg−1)
叶绿素(a+b)
Chlorophyll (a+b) (mg·kg−1)
叶绿素 a/b
Chlorophyll a/b
CK 32.10±1.79a 8.64±0.69a 2.87±0.27b 11.51±0.84a 3.01
Cu 23.49±1.01c 4.20±0.39c 2.17±0.28c 6.37±0.56c 1.93
Cu+EBR 28.20±1.06b 6.66±0.30b 2.26±0.13bc 8.92±0.29b 2.94
EBR 26.44±1.21b 8.95±0.72a 3.52±0.38a 12.47±0.96a 2.54
CK: 对照; Cu: 50 µmol·L−1 CuCl2; Cu+EBR: 50 µmol·L−1 CuCl2+0.1 mg·L−1 EBR; EBR: 0.1 mg·L−1 EBR。表中数据为平均值±标准差, 不同字
母表示差异显著(P<0.05), 下同。CK: control; Cu: 50 µmol·L−1 CuCl2; Cu+EBR: 50 µmol·L−1 CuCl2+0.1 mg·L−1 EBR; EBR: 0.1 mg·L−1 EBR. Data in
the table are mean ± SD. Lowercase letters mean significant difference at 0.05 level. The same below.

从表 1可以看出, Cu胁迫显著降低叶绿素含量。
与 CK相比, Cu处理的番茄叶片叶绿素 a、叶绿素 b、
叶绿素 a+b含量和叶绿素 a/b值, 分别降低 51.4%、
24.2%、44.6%和 35.9%, 差异达显著或极显著水平;
Cu+EBR 处理的叶绿素 a、叶绿素 a+b 含量与 Cu
处理相比, 分别增加 58.6%、40.0%, 差异达显著或
极显著水平(叶绿素 b 略有增加, 但差异不显著)。
这表明外施 EBR对 Cu胁迫下番茄幼苗叶绿素含量
的降低有显著缓解作用。与 CK 相比, EBR处理的
番茄叶片仅叶绿素 b含量显著提高(22.6%), 其他差
异不显著。
2.2 外源 EBR对Cu胁迫下番茄叶片和根系各化学
提取态 Cu的影响
Cu 在植物体内以不同的化学形态存在, 它们能
溶于不同提取剂。乙醇和去离子水主要提取硝酸盐、
金属的一代磷酸盐等易移动的 Cu, NaCl、HAC、HCl、
残渣中主要为二代磷酸盐、草酸盐、蛋白质结合态
等难移动的 Cu, 植物体内易移动 Cu 的毒性远大于
难移动的 Cu。
由图 1可以看出, 叶片中, Cu胁迫显著增加番
茄幼苗各种化学提取形态的 Cu 含量。与 CK 相比,
Cu 处理番茄叶片去离子水提取态 Cu 增加最多
(57.2%), 其次为乙醇提取态 Cu(30.6%)。NaCl、
HAC、HCl提取态及残渣中 Cu含量分别增加 16.0%、
10.9%、6.0%、12.9%; 喷施 EBR使叶片各化学提取
态的 Cu 均有显著变化, 与 Cu 处理相比, Cu+EBR
处理番茄叶片乙醇、去离子水、HAC、HCl提取态
及残渣中的 Cu含量分别降低 27.0%、15.5%、13.5%、
5.7%、11.4%, 而 NaCl 提取态 Cu 含量反而升高
28.1%, 除 HCl 提取态 Cu 外, 其他差异均达显著或
极显著水平; 除 NaCl提取态 Cu外, Cu+EBR处理的
其他提取态 Cu几乎恢复到 CK水平。正常营养液培
养条件下, 叶片喷施 EBR 对各化学提取态的 Cu 影
响不显著。
与叶片相比, Cu 胁迫对番茄根系各化学提取态
Cu的影响更显著。与 CK相比, Cu处理中番茄根系
中乙醇、去离子水、NaCl、HAC、HCl 提取态、残
渣 Cu含量分别增加 2.7倍、3.3倍、3.0倍、7.0倍、
2.9倍、0.25倍, 达到显著或极显著水平。外施 EBR
后 Cu胁迫下根系中各种形态 Cu的含量均有显著变
化, 与 Cu处理相比, Cu+EBR处理的番茄根系乙醇、
去离子水、NaCl、HAC、HCl 提取态及残渣 Cu 含
量分别降低 17.4%、34.3%、45.1%、56.7%、19.8%、
7.6%, 除残渣 Cu外, 其他差异均达到显著水平。这
说明外施 EBR 能够显著降低 Cu 胁迫下番茄根系对
Cu 的吸收, 以减轻 Cu 对植物细胞的伤害。正常营
养液条件下, 外源 EBR 使番茄根系各提取态 Cu 略
有增加趋势。
叶片中, Cu胁迫条件下, 以乙醇、去离子水提取
态存在的 Cu 所占比例升高 6.9%; 外施 EBR 后, 乙
醇、去离子水提取态的 Cu所占比例比 Cu处理降低
6.9%, 易移动形态与难移动形态 Cu 分配更接近 CK
水平。根系中, Cu胁迫条件下, 乙醇、去离子水提取
态的 Cu 降低 6.3%; 外施 EBR 后, 乙醇、去离子水
第 5期 尹 博等: 外源油菜素内酯介导 Cu胁迫下番茄生长及 Cu、Fe、Zn的吸收与分配 581



图 1 外源 EBR对 Cu胁迫下番茄叶片和根系各化学形态 Cu含量的影响
Fig. 1 Effects of exogenous EBR on contents of different chemical species Cu in leaves and roots of tomato under Cu stress
提取态的 Cu所占比例比 Cu处理提高 8.3%, 易移动
形态 Cu与难移动形态 Cu分配更接近对照水平。以
上说明, 外源 EBR对 Cu胁迫引起的易移动态 Cu和
难移动态 Cu的变化有显著调节作用。
2.3 外源 EBR对 Cu胁迫下番茄亚细胞 Cu、Fe、
Zn含量的影响
2.3.1 Cu含量
从图 2 可以看出, 叶片中, Cu 处理显著提高了
番茄各亚细胞组分的 Cu含量, 细胞壁、细胞液、细
胞器分别升高 31.9%、39.9%、316.7%, 差异均达到
显著或极显著水平。外施 EBR后, Cu+EBR与 Cu处
理的Cu含量在不同亚细胞组分中所占比例相近, 但
含量差异明显。细胞壁组分中, Cu+EBR比 Cu处理
Cu 含量下降 22.1%; 细胞液组分中, Cu+EBR 比 Cu
处理下降 13.3%, 差异达显著水平。EBR 处理的叶
片, Cu 在不同亚细胞器官内的含量和分配均与 CK
相近。说明外源 EBR 在 Cu 胁迫时更能发挥调控作
用, 从而减少过量 Cu对细胞的毒害。

图 2 Cu胁迫下外源 EBR对番茄叶片和根系各亚细胞组分 Cu含量的影响
Fig. 2 Effects of exogenous EBR on Cu contents in subcellular organelles of leaves and roots of tomato under Cu stress
582 中国生态农业学报 2014 第 22卷


根系中, Cu胁迫下, 各亚细胞组分 Cu的含量均
有极显著升高, 且上升幅度远远高于叶片。细胞壁、
细胞质、细胞器组分别提高 7.7倍、10.2倍、7.6倍,
差异均达到极显著水平。与 Cu 处理相比, Cu+EBR
处理植株的 Cu在细胞壁、细胞质、细胞器中的含量
分别下降 8.1%、70.1%、69.4%, 除细胞壁外均达显
著性差异。EBR 处理与 CK 处理的不同亚细胞组分
中 Cu 浓度差异不显著。以上结果表明, 外源 EBR
可显著提高 Cu胁迫下番茄幼苗根系中过多的 Cu在
细胞器(主含液泡)组分中的分配, 减轻 Cu 胁迫对细
胞质活性物质的伤害。以上说明 Cu 胁迫下, 外源
EBR 可以调控番茄过多 Cu 在器官及亚细胞中含量
和分布, 缓解过多 Cu对植物的伤害。
2.3.2 Fe含量
由图 3 可以看出 , 叶片中 , 与 Cu 处理相比 ,
Cu+EBR 细胞壁、细胞液、细胞器中的 Fe 含量分
别提高 22.8%、5.0%、152.2%, 其中细胞壁和细胞
器中 Fe 含量均达到显著差异, 几乎恢复到 CK 水
平。从 Fe在不同亚细胞组分的分配看, Cu+EBR与
Cu 处理的主要差异在于细胞液和细胞器。喷施
EBR提高细胞器的 Fe含量, 而降低 Fe在细胞液的
分布。

图 3 Cu胁迫下外源 EBR对番茄叶片和根系各亚细胞组分 Fe含量的影响
Fig. 3 Effects of exogenous EBR on Fe contents in subcellular organelles of leaves and roots of tomato under Cu stress
根系中, 与 Cu处理相比, Cu+EBR处理的 Fe含
量在细胞液、细胞器中分别提高 26.9%、70.9%, 细
胞壁中则降低 56.0%, 差异均达到显著水平。施用外
源 EBR改变 Cu胁迫下 Fe在细胞内的分配, 使细胞
液和细胞器中 Fe含量显著增加, 趋于 CK 处理。说
明外源 EBR在 Cu胁迫条件下对番茄幼苗根系 Fe吸
收及亚细胞分配具显著调控作用, 促进根系对 Fe的
吸收和 Fe 在亚细胞水平的优化分配, 缓解 Cu 胁迫
导致的 Fe元素缺乏对植物的伤害。
2.3.3 Zn含量
由图 4可知, 叶片中, 与 CK相比, Cu处理显著降
低番茄 Zn的含量; 与 Cu处理相比, 喷施 EBR使番茄
叶片细胞壁、细胞液、细胞器中 Zn含量提高 21.4%、
14.5%、28.1%, 差异均达到显著水平。EBR处理番茄
Zn 的总含量反而低于 CK, 说明正常营养液条件下,
外源喷施 EBR抑制了 Zn从根系向地上部的转运。

图 4 Cu胁迫下外源 EBR对番茄叶片和根系各亚细胞组分 Zn含量的影响
Fig. 4 Effects of exogenous EBR on Zn contents in subcellular organelles of leaves and roots of tomato under Cu stress
根系中, 与CK相比, Cu处理显著提高番茄根系
的Zn含量, 尤其是细胞壁。与Cu处理相比, Cu+EBR
处理的 Zn 含量在细胞壁和细胞液中分别降低
75.7%、13.8%, 细胞器中升高 73.4%, 均达到显著差
异。根系中, Zn在不同亚细胞的分配受 EBR影响较
大, 细胞壁、细胞液、细胞器在 Cu 处理中分别为
第 5期 尹 博等: 外源油菜素内酯介导 Cu胁迫下番茄生长及 Cu、Fe、Zn的吸收与分配 583


50.5%、36.1%、13.4%, 在 Cu+EBR 处理中分别为
18.4%、46.8%、34.8%, EBR显著提高了 Cu 胁迫下
细胞质和细胞器中 Zn所占比例。
3 讨论与结论
叶绿素作为主要的光合色素 , 参与光能的吸
收、传递和转化。Cu胁迫下番茄叶绿素含量会显著
下降, 一方面, Cu 进入植物体内可使叶绿素酶活性
比例失调 , 致使叶绿素分解加快 ; 另一方面 , 由于
Cu 在局部积累过多, 与叶绿素蛋白质的—SH 结合
或取代其中 Fe、Zn、Mg 等, 使得叶绿素蛋白中心
离子组成发生变化, 破坏了叶绿素的结构和功能。
Cu 在细胞中的含量超过一定水平后会使叶绿素荧
光明显降低[9]。此外, 高浓度 Cu胁迫通过抑制根系
生长, 使根系的养分吸收能力下降, 造成 Fe 缺乏,
也会导致叶绿素合成降低。本试验中, Cu 胁迫处理
明显降低叶绿素 a、b及叶绿素 a/b的值, 而外加 EBR
后, 叶绿素 a、叶绿素 a+b的含量以及叶绿素 a/b的
值有明显提高 , 这与玉米 [10]和水稻 [11]上的研究结
果一致。对绿豆幼苗的幼叶研究表明, EBR能促进
绿豆幼叶衰老, 其叶绿素和蛋白质含量均明显低于
对照[12]。本研究中叶绿素 b 变化不明显, 可能是因
为 EBR对不同植物的影响不同。
Cu 是植物生长发育所必需的微量元素, 但适应
植物体正常生育的 Cu 范围很窄, 过量 Cu 会干扰细
胞代谢和离子平衡对植物产生毒害作用。作为二价
离子, Cu2+会影响具有相同电荷数的 Fe2+、Zn2+离子
吸收。Pätsikkä等[13]认为, Cu胁迫提高光系统Ⅱ(PS
Ⅱ)对光的敏感性, 原因是过量 Cu处理使 Fe含量大
幅度下降, 植株叶片 Fe 缺乏引起细胞代谢紊乱, 叶
绿素合成受到抑制。黎耿碧等[14]报道, 过量 Cu明显
抑制柑橘对 Fe、Zn 等必需矿质元素的吸收。
Alaoui-Sossé 等[15]报道, Cu 胁迫显著减少菠菜叶片
中 Mg、Ca、Fe等的含量。本研究中 EBR显著逆转
了 Cu 胁迫下番茄根系对具相同电荷 Fe 和 Zn 的抑
制, 从而保证叶片叶绿素进行正常的光合作用。
众多研究表明, 重金属在亚细胞水平的分布与
其对植物体的毒性密切相关, 细胞壁固持和液泡区
隔化在植物对重金属的解毒、耐性方面起着重要作
用[16]。细胞壁解除重金属毒害的作用主要与其组分有
关。因为植物细胞壁的可变净电荷主要是负电荷[17],
带正电荷的 Cu2+便可通过静电吸引而吸附在细胞壁
上[18−19]。液泡被认为是分隔重金属元素的场所, 利
用液泡的区隔化将重金属与胞内其他物质隔离开 ,
所含有的多种有机物能与重金属结合而解毒[20], 如
有机酸、蛋白质和生物碱等与重金属结合而降低其
生物活性[21]。本试验中, 番茄叶片和根系中, Cu 胁
迫处理的Cu主要分布在细胞壁和细胞液中, 这与蹄
盖蕨[9]、凤眼莲[22]等对重金属的分配有类似结果。
根系中, 外施 EBR后, 细胞液和细胞器中Cu的比例
降低, 而细胞壁中 Cu所占比例显著升高 74.8%。结
合Cu在不同亚细胞器组分中的含量可以看出, 外源
EBR 显著抑制 Cu 胁迫下 Cu 向细胞质内的转移。
原因可能是 EBR 促进了根系细胞的分化 [18,23], 改
变了根系细胞壁的组分, 从而增加细胞壁对 Cu 的
截留[17]。
在植物体内, 重金属可与极性化合物结合形成
水溶性、醇溶性和酸溶性的低分子量金属螯合物 ,
这些螯合物一般含有大量金属离子配位基团, 影响
重金属在植物体内的吸收运转, 在维持细胞金属离
子的微量稳态方面起着重要作用。其中以醇溶性、
水溶性形态存在的Cu移动性更强, 毒性效应也更为
显著[24]。本试验中, Cu胁迫提高了番茄叶片和根系
各种化学形态的 Cu 含量, 而外施 EBR 降低了番茄
叶片中除 NaCl 提取态 Cu 以外的其他各种形态 Cu
含量。这与油菜素内酯对 Al[3]、Ni[4]、Cd[25]等缓解
有类似结果。Cu胁迫下叶片和根系中易移动和难移
动态的 Cu 所占比例变化不同步: 易移动态 Cu 在叶
片中的比例升高, 而根系中却下降。原因可能是, 植
物的根部作为重金属的主要吸收部位, 有其特有的
排斥和积累机制; 根系中, 难溶态的 Cu所占百分比
升高, 这与 Hall[26]的研究有相似之处(植物把有毒离
子分布在特定的器官、组织或细胞器, 形成难溶性
化合物)。而外施 EBR 后, 番茄植株中难移动态 Cu
和易移动态 Cu的所占比例更接近CK水平, 说明Cu
胁迫条件下 EBR对 Cu的分配具显著调控作用。
参考文献
[1] 黄治平, 徐斌, 张克强, 等. 连续四年施用规模化猪场猪粪
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