燕輝 楊秀霞 賴發(fā)英

摘要：為了揭示銅脅迫對(duì)油菜（Brassica napus L.）生理特性的影響，對(duì)銅脅迫下油菜葉片內(nèi)源激素含量及相互關(guān)系進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，隨著銅離子濃度的增大和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，油菜葉片脫落酸（ABA）含量呈逐步升高趨勢(shì)；輕度銅脅迫下，生長(zhǎng)素（IAA）的含量亦逐步升高，但隨著銅脅迫程度的加劇，生長(zhǎng)促進(jìn)型因子IAA、赤霉素（GA）與細(xì)胞分裂素（ZR）的含量最終均呈現(xiàn)出降低趨勢(shì)。進(jìn)一步分析各內(nèi)源生長(zhǎng)因子間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，IAA/ABA、GA/ABA、ZR/ABA和（IAA+GA+ZR）/ABA的值均隨著脅迫加劇而逐步降低，這會(huì)限制細(xì)胞分裂與葉片伸長(zhǎng)；但另一方面，逆境生長(zhǎng)因子ABA含量的相對(duì)增加能夠啟動(dòng)油菜體內(nèi)的抗逆應(yīng)激反應(yīng)，從而增強(qiáng)油菜的抗逆性。

關(guān)鍵詞：油菜（Brassica napus L.）；銅脅迫；內(nèi)源生長(zhǎng)因子

中圖分類號(hào)：S565.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2018）20-0023-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.20.005 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： To reveal the effect of Cu stress on physiological characteristics in oilseed rape（Brassica napus L.），the content and interrelation of endogenous growth regulators under Cu stress were analyzed in this study. The results showed that，with the increase of treatment time and Cu concentration，abscisic acid（ABA） content in oilseed rape leaves showed a trend towards increasing. Meanwhile，the content of auxin（IAA） also increased with 1 day of Cu stress. However，with the increase of Cu stress，the growth promoting regulators，such as IAA，gibberellin（GA） and cytokinin（ZR），would showed a trend towards decreasing. Further analysis of the interrelation between endogenous hormones showed that，with the increase of Cu stress，the values of IAA/ABA，GA/ABA，ZR/ABA and（IAA+GA+ZR）/ABA increased gradually，which would restraint cell division and leaf elongation. But，with the increase of ABA，the anti-stress response would be started in oilseed rape and the adversity resistance would be enhanced.

Key words： oilseed rape（Brassica napus L.）； Cu stress； endogenous growth regulators

油菜（Brassica napus L.）是重要的油料作物，在保障食用油安全、增加農(nóng)民收入、發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著不可替代的作用[1]。近年來，受銅礦開采與含銅污水大量排放的影響，中國(guó)部分地區(qū)較大面積的農(nóng)田土壤遭受了銅污染[2]；另一方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含銅殺蟲劑和高銅有機(jī)肥（畜禽糞便）的頻繁使用，亦造成了農(nóng)田土壤中銅元素的累積[3]。目前，銅已經(jīng)成為導(dǎo)致中國(guó)土壤環(huán)境產(chǎn)生污染的主要重金屬元素[4]，土壤中銅含量過高會(huì)影響油菜生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而對(duì)其產(chǎn)量造成影響。

內(nèi)源生長(zhǎng)因子在調(diào)節(jié)作物細(xì)胞分裂伸長(zhǎng)、器官生長(zhǎng)成熟以及個(gè)體生理代謝過程中發(fā)揮著極其重要的作用，而作物對(duì)逆境條件的生理響應(yīng)亦是通過其體內(nèi)生長(zhǎng)因子含量的變化來實(shí)現(xiàn)的[5]。同時(shí)，逆境條件下作物的生理反應(yīng)往往不是一種生長(zhǎng)因子在起作用，而是多種內(nèi)源生長(zhǎng)因子綜合平衡的結(jié)果[6]。目前，為了解土壤銅污染可能對(duì)油菜生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量帶來的不利影響，廣大學(xué)者對(duì)銅脅迫下作物生理特性的變化進(jìn)行了大量研究，內(nèi)容涉及光合碳同化[7]、自由基[8]、保護(hù)酶活性[9]等多個(gè)領(lǐng)域，但對(duì)銅脅迫下油菜體內(nèi)生長(zhǎng)因子變化規(guī)律的研究相對(duì)較少。為深入認(rèn)識(shí)銅脅迫條件下油菜內(nèi)源生長(zhǎng)因子變化規(guī)律，本試驗(yàn)分析了不同濃度的銅脅迫對(duì)油菜葉片內(nèi)源生長(zhǎng)因子含量及其綜合效應(yīng)的影響，旨在為在銅污染地區(qū)開展油菜種植提供一定的參考與指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

盆栽試驗(yàn)在遮雨棚中開展。試驗(yàn)前將油菜子播種于直徑為18 cm、高為20 cm的塑料桶中，每桶播種5粒，第三復(fù)葉出現(xiàn)后開始疏苗，定苗為1株。幼苗于每天上午8：00稱重并保持80%的田間持水量，以保持充足的水分供應(yīng)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

幼苗在遮雨棚中生長(zhǎng)30 d后，分別用100 mL加入0（對(duì)照）、100、200 μmol/L CuSO4的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液對(duì)油菜進(jìn)行1、10、20 d的銅脅迫處理；脅迫后各處理分別選取3株油菜的葉片，用液氮收獲并研磨成粉末后進(jìn)行內(nèi)源激素含量的測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

采用酶聯(lián)免疫法（ELISA）[10]測(cè)定油菜葉片中的生長(zhǎng)素（IAA）、赤霉素（GA）、細(xì)胞分裂素（ZR）、脫落酸（ABA）等內(nèi)源生長(zhǎng)因子的含量，測(cè)定所使用試劑盒由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)作物化學(xué)控制研究中心提供，所使用酶標(biāo)儀為Thermo Multlskan FC全自動(dòng)酶標(biāo)儀。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS軟件（16.0版本）及Origin 7.5分別對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 銅脅迫下內(nèi)源生長(zhǎng)因子含量變化

ABA是作物體內(nèi)重要的能夠感知脅迫的逆境生長(zhǎng)因子，它能夠在逆境條件下發(fā)生變化，進(jìn)而有效地調(diào)控作物生命活動(dòng)[5]。由圖1可知，200 μmol/L Cu2+脅迫1 d后，油菜葉片ABA含量較對(duì)照顯著升高；且隨著銅脅迫程度的加劇，ABA含量呈逐漸增加的趨勢(shì)。Ghanem等[11]對(duì)逆境番茄的研究也得到了相似的結(jié)論，這應(yīng)該與逆境刺激ABA的合成有關(guān)[12]。

IAA亦是作物體內(nèi)重要的內(nèi)源生長(zhǎng)因子，在細(xì)胞伸長(zhǎng)、分裂和分化的調(diào)控過程中發(fā)揮著重要作用[13]。由圖1可知，銅脅迫1 d后，油菜葉片IAA含量較對(duì)照顯著升高，這有助于促進(jìn)葉肉細(xì)胞的伸長(zhǎng)與分裂，從而加速同化物的積累，減輕脅迫可能對(duì)油菜葉片造成的生理傷害[5]。但隨著銅離子濃度的增大與脅迫的加劇，油菜葉片IAA含量在200 μmol/L Cu2+脅迫10 d后較對(duì)照顯著降低。

GA是促進(jìn)作物節(jié)間伸長(zhǎng)與植株生長(zhǎng)的內(nèi)源生長(zhǎng)因子[14]，ZR則主要起到促進(jìn)細(xì)胞分裂與擴(kuò)大、促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移、延緩細(xì)胞衰老等作用[15]。由圖1可知，銅脅迫1 d后，油菜葉片GA與ZR均未發(fā)生顯著變化；但隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，銅脅迫10 d后，GA與ZR均呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。類似的結(jié)論亦在對(duì)甘薯的逆境生理研究中得到證實(shí)[16]，GA與ZR含量的降低應(yīng)該與銅脅迫下這兩種內(nèi)源生長(zhǎng)因子生物合成受抑制有關(guān)[17，18]。

2.2 銅脅迫下內(nèi)源生長(zhǎng)因子的拮抗與平衡

2.2.1 銅脅迫下各內(nèi)源生長(zhǎng)因子間的拮抗與平衡

作物體內(nèi)已證實(shí)的內(nèi)源生長(zhǎng)因子包括生長(zhǎng)素類、赤霉素類、細(xì)胞分裂素類、脫落酸等[19]。在這些生長(zhǎng)因子中，一部分能有效促進(jìn)作物生長(zhǎng)，而另一部分則可能對(duì)細(xì)胞伸長(zhǎng)與作物生長(zhǎng)起抑制作用；因此，對(duì)作物生理活動(dòng)的調(diào)控，往往不是某一種內(nèi)源生長(zhǎng)因子在起作用，而是多種內(nèi)源生長(zhǎng)因子綜合平衡的結(jié)果。

為探明銅脅迫對(duì)內(nèi)源生長(zhǎng)因子的影響，進(jìn)一步對(duì)銅脅迫下各內(nèi)源生長(zhǎng)因子間的比值進(jìn)行了分析。由圖2可知，200 μmol/L Cu2+脅迫10 d后，油菜葉片GA/ABA顯著降低；且隨著銅脅迫的加劇，GA與ABA的比值呈降低趨勢(shì)。GA能夠促進(jìn)細(xì)胞分裂與伸長(zhǎng)，而ABA則會(huì)起到抑制細(xì)胞生長(zhǎng)的作用，GA與ABA比值的降低表明油菜葉片的內(nèi)源生長(zhǎng)因子平衡被打破，油菜葉片的生長(zhǎng)發(fā)育受到了銅的抑制。

油菜葉片IAA/ABA與ZR/ABA的變化趨勢(shì)與GA/ABA基本相同。伴隨著銅脅迫程度的加劇，IAA/ABA與ZR/ABA較對(duì)照顯著降低（圖2）。與GA類似，IAA與ZR主要起刺激細(xì)胞分裂與伸長(zhǎng)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)與節(jié)間伸長(zhǎng)的作用；與ABA比值的相對(duì)降低，會(huì)減弱IAA與ZR的生理作用，進(jìn)而抑制油菜葉片的伸展與植株的生長(zhǎng)。但另一方面，ABA含量的相對(duì)升高是油菜對(duì)逆境脅迫的適應(yīng)性反應(yīng)，能夠有效地提高油菜的抗逆性[20]。

2.2.2 銅脅迫下（IAA+GA+ZR）/ABA的變化 在作物內(nèi)源生長(zhǎng)因子中，IAA、GA、ZR為促進(jìn)生長(zhǎng)型因子，能夠促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育[21]；而ABA則被稱為抑制生長(zhǎng)型因子，能夠起到抑制作物細(xì)胞分裂與伸長(zhǎng)、誘導(dǎo)葉片氣孔收縮、加速葉片脫落與衰老的作用[22]。為研究?jī)煞N不同類型的生長(zhǎng)因子在銅脅迫下的拮抗與平衡規(guī)律，進(jìn)一步對(duì)銅脅迫下促進(jìn)生長(zhǎng)型因子與抑制生長(zhǎng)型因子的比值（IAA+GA+ZR）/ABA進(jìn)行了分析。結(jié)果（圖3）發(fā)現(xiàn)，100 μmol/L Cu2+脅迫10 d后，油菜葉片（IAA+GA+ZR）/ABA的值較對(duì)照顯著降低；且在200 μmol/L Cu2+脅迫20 d后降至最低值，表明銅脅迫打破了促進(jìn)生長(zhǎng)型因子與抑制生長(zhǎng)型因子之間的平衡，與促進(jìn)生長(zhǎng)型因子IAA、GA與ZR相比，抑制生長(zhǎng)型因子ABA相對(duì)比例升高，油菜葉片細(xì)胞分裂與伸長(zhǎng)受到了抑制。

3 小結(jié)與討論

逆境會(huì)導(dǎo)致作物體內(nèi)生長(zhǎng)因子含量發(fā)生變化。分析銅脅迫下油菜葉片內(nèi)源生長(zhǎng)因子ABA、IAA、GA及ZR的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，隨著銅離子濃度的增大和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，內(nèi)源生長(zhǎng)因子ABA的含量逐步升高。作為抑制生長(zhǎng)型生長(zhǎng)因子，ABA含量的升高能夠誘導(dǎo)葉片氣孔收縮、降低蒸騰作用、延緩離子隨蒸騰流的運(yùn)輸[23]；同時(shí)，作為應(yīng)激生長(zhǎng)因子，ABA亦能夠通過逆境信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，啟動(dòng)油菜體內(nèi)的應(yīng)激反應(yīng)，從而提高油菜體內(nèi)SOD、POD和CAT等抗氧化酶的活性，加速油菜體內(nèi)活性氧自由基的清除[24，25]，從而減輕銅脅迫對(duì)油菜的生理傷害。但另一方面，作為抑制細(xì)胞分裂與伸長(zhǎng)的內(nèi)源生長(zhǎng)因子，ABA含量的升高會(huì)抑制作物生長(zhǎng)，進(jìn)而加速作物衰老與葉片脫落[26]。與ABA不同，生長(zhǎng)促進(jìn)型生長(zhǎng)因子IAA在輕度脅迫后升高，這有助于加速光合產(chǎn)物積累，減輕銅脅迫可能造成的生理傷害。隨著銅脅迫的加劇，IAA、GA與ZR的含量均隨著脅迫程度的增大而減少，且脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，減少越顯著。IAA、GA與ZR含量的減少會(huì)減緩油菜細(xì)胞分裂、限制油菜生長(zhǎng)與節(jié)間伸長(zhǎng)，表明油菜的生理特性受到了銅脅迫的不利影響。

由于作物的生長(zhǎng)發(fā)育并非單一生長(zhǎng)因子在起作用，而是多種內(nèi)源生長(zhǎng)因子共同作用的結(jié)果。因此，逆境條件下作物體內(nèi)各生長(zhǎng)因子間的拮抗與平衡能更好地反映出其生理適應(yīng)性。對(duì)銅脅迫下油菜葉片各內(nèi)源生長(zhǎng)因子間的比值進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，IAA/ABA、GA/ABA、ZR/ABA和（IAA+GA+ZR）/ABA均隨著脅迫加劇而減小，表明銅脅迫打破了油菜葉片各內(nèi)源激素間的動(dòng)態(tài)平衡，且生長(zhǎng)抑制型因子含量相對(duì)促進(jìn)型因子增加。這會(huì)限制油菜細(xì)胞的分裂伸長(zhǎng)及植株的生長(zhǎng)發(fā)育；但另一方面，生長(zhǎng)抑制型因子ABA含量的相對(duì)增加會(huì)啟動(dòng)作物體內(nèi)一系列應(yīng)激反應(yīng)（如氣孔收縮并抑制銅離子運(yùn)輸，提高SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性，增加脯氨酸含量等），從而提高油菜的抗逆性[25，26]。

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