耿 貴，王 堽，董寅壯，范國(guó)凱，於麗華，王宇光

（1黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150080；2黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境，哈爾濱 150080）

0 引言

甜菜(Beta vulgarisL.)，一種主要的糖料作物和經(jīng)濟(jì)作物，在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位[1]。在中國(guó)，甜菜種植主要分布于北方地區(qū)，而南方地區(qū)少有栽培，其原因之一是甜菜更適應(yīng)北方地區(qū)中性偏堿土壤環(huán)境[2]。因此，在農(nóng)業(yè)種植和農(nóng)業(yè)推廣上土壤pH等理化性質(zhì)是一個(gè)重要的受限因素[3]。酸性土低pH環(huán)境能使鐵、錳、鋁等大量的金屬離子富集，使植物生長(zhǎng)受到重金屬離子的毒害[4]。在中國(guó)東北甜菜產(chǎn)區(qū)地勢(shì)平坦，大量耕作土地容易受到季節(jié)性積水形成澇地，使土壤中氣相被液相取代，溶解氧減少，氧化還原電位降低，堿性金屬離子富集，其中微量鐵元素的富集最為嚴(yán)重[5]。

在過(guò)去的研究中發(fā)現(xiàn)了酸性Al3+會(huì)嚴(yán)重影響苜蓿生長(zhǎng)和根系發(fā)育，在對(duì)大豆(Glycine maxMerr)的研究中還證實(shí)了酸性Al3+會(huì)改變根際微生物群落的結(jié)構(gòu)、功能與遺傳多樣性，從而驅(qū)動(dòng)土壤肥力發(fā)生改變影響植物生長(zhǎng)[6-7]。錳的富集導(dǎo)致小飛蓬(Conyza canadensisL.)中滲透調(diào)節(jié)生理指標(biāo)發(fā)生顯著變化，植物矮小等性狀的出現(xiàn)[8]。Cu2+脅迫下玉米(Zea maysL.)葉片可見(jiàn)光-近紅外光譜電子傳遞會(huì)隨著離子濃度的增加向段波光反向躍遷[9]。關(guān)于鐵元素脅迫的相關(guān)研究也顯示過(guò)量的Fe2+對(duì)大豆農(nóng)藝性狀和葉肉細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響[10]。但目前的研究中針對(duì)高濃度的鐵脅迫研究較少，相反缺鐵脅迫的研究在番茄(Solanum lycopersicum)[11]、小麥 (Triticum aestivumL.)[12]、大豆[13]等諸多農(nóng)作物研究中備受關(guān)注。

眾所周知，鐵作為植物生長(zhǎng)所必須的微量元素，同時(shí)也是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，植物對(duì)鐵營(yíng)養(yǎng)的需求量一般在10-11～10-6mmol/L[14]。鐵在植物光合作用、呼吸作用、激素合成及代謝、氮的固定、質(zhì)膜的氧化還原系統(tǒng)及質(zhì)膜的流動(dòng)等生理代謝和酶促反應(yīng)中發(fā)揮著極為重要的作用[15]。但是當(dāng)環(huán)境所含鐵的含量超過(guò)植物生理代謝所能調(diào)節(jié)的濃度時(shí)，會(huì)影響植物對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，阻礙植物生長(zhǎng)發(fā)育甚至導(dǎo)致植物死亡[15]。研究發(fā)現(xiàn)，鐵過(guò)量會(huì)對(duì)植物造成脅迫，使植物體內(nèi)積累過(guò)量的鐵以及鐵的化合物，這些物質(zhì)會(huì)誘發(fā)生成多種活性氧自由基[16]。活性氧對(duì)質(zhì)膜具有攻擊性，造成過(guò)氧化從而導(dǎo)致膜損傷。而植物本身所具備的防御脅迫應(yīng)答機(jī)制會(huì)啟動(dòng)體內(nèi)保護(hù)系統(tǒng)，包括APX、CAT、SOD等酶類(lèi)物質(zhì)和Pro、MDA、可溶性糖等非酶類(lèi)物質(zhì)來(lái)防御脂質(zhì)過(guò)氧化的形成并消除組織中多余的過(guò)氧化自由基，有效維持膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性[17]。目前，有關(guān)鐵脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)及生理的研究多集在農(nóng)作物缺鐵受脅迫上，針對(duì)高濃度鐵脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的影響少有報(bào)道。本次實(shí)驗(yàn)為了探究甜菜幼苗在高濃度鐵脅迫下的生理變化以甜菜幼苗作為實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)高出甜菜正常培養(yǎng)的Fe2+脅迫環(huán)境進(jìn)行水培實(shí)驗(yàn)。通過(guò)測(cè)定甜菜幼苗保護(hù)系統(tǒng)等生理生化指標(biāo)，研究高鐵脅迫下甜菜植株保護(hù)系統(tǒng)和膜脂過(guò)氧化的變化規(guī)律，以期為甜菜在重金屬逆境脅迫研究中提供進(jìn)一步的理論支持和借鑒。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

以德國(guó)KWS公司培育的KWS1176品系，丸粒化的包衣甜菜(Beta vulgarisL.)種子作為實(shí)驗(yàn)材料。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年10—11月于黑龍江大學(xué)國(guó)家糖料改良中心植物培養(yǎng)室進(jìn)行。甜菜包衣種子采用蛭石培養(yǎng)發(fā)芽，5天后選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻的甜菜幼苗，移栽至半倍的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中。

Fe2+濃度梯度設(shè)置：0.06 mmol/L（霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的正常 Fe2+濃度）、0.12 mmol/L、0.24 mmol/L、0.48 mmol/L、0.96 mmol/L、1.92 mmol/L、3.84 mmol/L，共計(jì)7個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)6次。

培養(yǎng)條件為：光照有效輻射(460±15)μmol/(m2·s)，光照時(shí)間段6:00—20:00，晝夜溫度(28±2)℃和(25±2)℃，相對(duì)濕度65%～70%。培養(yǎng)過(guò)程中不間斷給營(yíng)養(yǎng)液通入氧氣，每天監(jiān)測(cè)各處理營(yíng)養(yǎng)液中的Fe2+濃度及pH值，使處理間營(yíng)養(yǎng)液的其他離子濃度保持相對(duì)平衡，pH維持在5.7±2范圍。5天更換一次培養(yǎng)液，培養(yǎng)至第18天收獲樣品。

1.3 收獲樣品

選取甜菜完全展開(kāi)的第三、第四片真葉和完整的植株根系進(jìn)行收獲。收獲前先用自來(lái)水沖洗，再用去離子水沖洗，最后用吸水紙把表面水吸干，用眼科剪剪去甜菜葉片主葉脈和死亡的側(cè)根，剪碎混勻，各自稱(chēng)取0.5 g多份置于液氮中-80℃保存。

1.4 生理生化指標(biāo)測(cè)定

收獲后用分析天平測(cè)定甜菜植株鮮重(FW)，105℃殺青30 min，75℃烘干至恒重后稱(chēng)取干重(DW)，利用公式(1)計(jì)算得到葉片相對(duì)含水量(RWC)[18]。

相對(duì)電導(dǎo)率通過(guò)電導(dǎo)率儀(DDSJ-308A)測(cè)定，具體測(cè)定、計(jì)算參照參考文獻(xiàn)19中的方法[19]。

收獲的樣品分別進(jìn)行抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的測(cè)定。過(guò)氧化氫法測(cè)定CAT、愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD、氮藍(lán)四唑(NBT)法測(cè)定SOD、抗壞血酸(AsA)還原法法測(cè)定APX、酸性茚三酮測(cè)定Pro含量、蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量。酶活性變化以蛋白含量定量，測(cè)定方法選用生工生物工程（上海）股份有限公司提供的Bradford法蛋白質(zhì)定量檢測(cè)試劑盒。

1.5 數(shù)據(jù)收集及分析

采用Microsoft Office Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理；用IBM SPSS Statistics20.0專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和Duncan法顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鐵脅迫對(duì)甜菜幼苗葉片質(zhì)膜透性和相對(duì)含水量的影響

植物細(xì)胞電解質(zhì)外泄是反映植物受到環(huán)境脅迫時(shí)細(xì)胞損傷程度的重要生理指標(biāo)之一，相對(duì)電導(dǎo)率可以有效反映細(xì)胞電解質(zhì)外泄情況。實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定不同濃度Fe2+培養(yǎng)下的甜菜幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率（圖1-a），發(fā)現(xiàn)隨著鐵離子處理水平的加劇葉片電導(dǎo)率逐漸升高。較0.06 mmol/L培養(yǎng)條件下分別上升了67.7%、70.38%、75.28%、76.01%、79.39%并達(dá)到差異顯著水平(P<0.05)。說(shuō)明隨Fe2+濃度的提升，甜菜幼苗葉片質(zhì)膜受損程度加劇，且在3.84 mmol/L Fe2+培養(yǎng)條件下達(dá)到實(shí)驗(yàn)組的最大值，即細(xì)胞質(zhì)膜受損最嚴(yán)重。

甜菜幼苗葉片組織的相對(duì)含水量(WRC)結(jié)果與處理濃度成反比。如圖1-b所示，隨著Fe2+處理水平加劇，甜菜幼苗葉片相對(duì)含水呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。其中0.12 mmol/L、0.48 mmol/L、3.84 mmol/L Fe2+處理下培養(yǎng)幼苗相對(duì)含水量較0.06 mmol/L條件下顯著降低(P<0.05)，分別降低12.7%、16.2%、25.4%。從而說(shuō)明，隨著鐵離子處理濃度的增加，葉片組織含水量降低，代謝能力下降。

2.2 鐵脅迫對(duì)甜菜幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響

通過(guò)表1發(fā)現(xiàn)：高濃度Fe2+培養(yǎng)條件下，甜菜幼苗植株抗氧化系統(tǒng)(SOD、CAT、POD、APX)會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。隨著Fe2+處理水平的提高，SOD活性在葉片中變化趨勢(shì)是先升高后降低，但各個(gè)處理間SOD活性都高于0.06 mmol/L鐵離子處理水平。其中0.96、1.96、3.84、0.24 mmol/L達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，較0.06 mmol/L鐵離子處理分別升高了14.37%、10.182%、7.105%、6.533%。有趣的是，F(xiàn)e2+脅迫水平低于0.96 mmol/L時(shí)，SOD的活性與處理水平成正相關(guān)；高于0.96 mmol/L時(shí)處理濃度提高，葉片中SOD活性顯著降低(P<0.05)。同樣在根系中，SOD含量較0.06 mmol/L Fe2+處理顯著升高，隨著鐵濃度的提高分別升高了24.52%、34.45%、46.80%、82.66%、70.68%、57.60%。變化趨勢(shì)與葉片中SOD保持一致。因此，甜菜幼苗SOD活性都呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，且在0.96 mmol/L鐵離子處理時(shí)達(dá)到實(shí)驗(yàn)組的最大值。該結(jié)果表明過(guò)量的鐵離子脅迫產(chǎn)生大量的活性氧，從而調(diào)節(jié)甜菜幼苗SOD的活性，但是當(dāng)活性氧的增加遠(yuǎn)超過(guò)SOD酶的正常歧化能力時(shí)，細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能受到破壞，生理代謝發(fā)生紊亂SOD酶的活性反而受到抑制。

表1 鐵脅迫下甜菜幼苗根和葉片SOD(a、b)、CAT(c、d)、POD(e、f)、APX(g、h)的變化

與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)甜菜幼苗葉片和根系的CAT、POD和APX活性進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)其整體與SOD活性變化趨勢(shì)基本一致。即隨著Fe2+濃度的增加，酶活性先升高后降低，且在Fe2+濃度為0.96 mmol/L時(shí)酶活性最高。

2.3 鐵脅迫對(duì)甜菜幼苗葉片和根系滲透調(diào)節(jié)物的影響

圖2-a和2-b的結(jié)果表明：隨著鐵離子處理水平的提高，甜菜幼苗（根系和葉片）組織積累了大量的脯氨酸。在此次實(shí)驗(yàn)處理的鐵濃度范圍內(nèi)，0.96 mmol/L鐵濃度培養(yǎng)下根系和葉片的脯氨酸含量均達(dá)到最高。甜菜幼苗Fe2+脅迫超過(guò)0.96 mmol/L時(shí)脯氨酸含量開(kāi)始下降，整體上仍然高出0.06 mmol/L。其中葉片中脯氨累積量在0.48、0.96、1.96、3.84 mmol/L鐵離子處理下分別高出0.06 mmol/L培養(yǎng)下27.37%、59.64%、54.44%、31.02%，且達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)。根系中脯氨酸累積量在0.48、0.96、1.96、3.84 mmol/L鐵離子處理下分別高出0.06 mmol/L培養(yǎng)下19.37%、39.89%、31.34%、24.83%，且達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)。

圖2 過(guò)量鐵脅迫下甜菜幼苗根和葉片Pro(a、b)、可溶性糖(c、d)的變化

此外通過(guò)測(cè)定植株可溶性糖發(fā)現(xiàn)：隨著鐵離子濃度的提高，甜菜幼苗（根系和葉片）組織中可溶性糖的積累量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。整體上組織中可溶性糖積累量都高于0.06 mmol/L的鐵離子培養(yǎng)下含量，且在處理濃度范圍內(nèi)鐵離子濃度為0.96 mmol/L培養(yǎng)下可溶性糖積累量達(dá)到最高。其中葉片組織中可溶性糖含量在0.48、0.96、3.84 mmol/L鐵離子處理下分別高出0.06 mmol/L培養(yǎng)下12.70%、36.88%、24.89%，且達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)。根系中可溶性糖積量在0.12、0.24、0.96、1.96、3.84mmol/L鐵離子處理下分別高出0.06mmol/L培養(yǎng)下27.05%、36.61%、67.74%、64.03%、59.20%，且達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)。甜菜中組織中可溶糖的這種變化量說(shuō)明甜菜通過(guò)提高可溶性糖的積累量，增加了植株的滲透調(diào)節(jié)能力，從而響應(yīng)過(guò)量Fe2+脅迫。

2.4 鐵脅迫對(duì)甜菜農(nóng)藝性狀的影響

農(nóng)藝性狀是植物受到脅迫后最直觀(guān)的表現(xiàn)，植物的根系作為離子吸收和養(yǎng)分運(yùn)輸?shù)钠鞴倌茏钕雀惺芡饨珉x子的脅迫。在圖3-b中，隨著Fe2+脅迫濃度的提高，除0.24 mmol/L Fe2+處理以外，其余各處理均表現(xiàn)出生長(zhǎng)抑制作用。其中0.48 mmol/L、0.96 mmol/L、1.92 mmol/L Fe2+脅迫下根系面積較0.06 mmol/L Fe2+處理顯著下降(P<0.05)，分別降低了36.8%、43.05%、89.54%，F(xiàn)e2+脅迫濃度為3.84 mmol/L時(shí)根系面積為處理組中的最小值6.71 cm2。葉片的變化與根系變化一樣隨著Fe2+處理水平的提高，除了0.48 mmol/L處理外其余各組甜菜幼苗葉面積均有變小。其中Fe2+脅迫濃度為0.24 mmol/L和1.92 mmol/L時(shí)葉面積相對(duì)于0.06 mmol/L Fe2+處理顯著下降(P<0.05)，分別下降了27.25%和76.90%，處理為3.84 mmol/L時(shí)葉面積達(dá)到了處理間的最小值46.53 cm2。此外，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)甜菜葉片葉面積隨著Fe2+脅迫水平的提高呈現(xiàn)變小趨勢(shì)。因此Fe2+脅迫水平的增加抑制了甜菜幼苗根和葉片的生長(zhǎng)，且Fe2+濃度越高對(duì)甜菜生長(zhǎng)抑制作用越明顯。

圖3 鐵脅迫下甜菜幼苗真葉面積(a)和根面積(b)變化

通過(guò)圖4的根系形態(tài)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2+濃度的提高，甜菜幼苗根系形態(tài)和根系顏色發(fā)生明顯的改變。在0.06、0.12 mmol/L Fe2+處理下甜菜根系顏色為白色，生長(zhǎng)旺盛。Fe2+濃度的提升甜菜幼苗根系開(kāi)始由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榘导t色。0.24 mmol/L時(shí)根系顏色開(kāi)始變暗，0.96 mmol/L時(shí)變?yōu)闇\紅色，1.92 mmol/L時(shí)部分變紅，3.84 mmol/L時(shí)完全變?yōu)榧t色。且根系整體形態(tài)上表現(xiàn)出生物量逐漸變小。除此外，甜菜幼苗在Fe2+濃度提搞后表現(xiàn)出葉片碎小，植株矮化，生物量降低等形態(tài)。Fe2+為0.06 mmol/L和0.12 mmol/L甜菜幼苗地上部分變化不明顯，0.24 mmol/L時(shí)植株開(kāi)始出現(xiàn)矮化，0.48 mmol/L、0.96 mmol/L、1.92 mmol/L和3.84 mmol/L處理下矮化現(xiàn)象明顯，其中3.84 mmol/L時(shí)甜菜幼苗株高最低，生長(zhǎng)明顯受到抑制。

圖4 鐵脅迫下甜菜幼苗根系和植株形態(tài)的變化

3 討論與結(jié)論

在長(zhǎng)期因排水不良導(dǎo)致積水或受工業(yè)污染的酸性土壤中，F(xiàn)e2+的含量可以達(dá)到一個(gè)相當(dāng)?shù)臄?shù)量級(jí)，植物因此而受到Fe2+的毒害。然而，不同植物對(duì)鐵毒害的癥狀也不盡相同[20]。研究發(fā)現(xiàn)過(guò)量的Fe2+脅迫會(huì)導(dǎo)致豌豆(Pisum sativumL.)葉片的葉尖開(kāi)始出現(xiàn)白斑，并且白斑會(huì)隨脅迫濃度的增加而向整個(gè)葉片蔓延，最終導(dǎo)致植株大部分葉片出現(xiàn)白化癥狀。除此外，高濃度的Fe2+使豌豆植株形態(tài)特征發(fā)生改變，如植株矮化，根系分支、變短以及生物量降低等[17,21]。在過(guò)量鐵脅迫對(duì)大豆[Glycine max(Linn.)Merr.]生長(zhǎng)及顯微結(jié)構(gòu)影響的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，用過(guò)量的Fe2+培養(yǎng)大豆會(huì)導(dǎo)致植株葉片縮小，生長(zhǎng)受到抑制[10]。在本次實(shí)驗(yàn)中，隨著鐵離子濃度的增加甜菜幼苗表現(xiàn)出根變黃、葉片碎小、植株變矮、生長(zhǎng)緩慢等特征，但沒(méi)有出現(xiàn)明顯的斑點(diǎn)。因此，出現(xiàn)斑點(diǎn)尚不能反映植物受鐵離子脅迫的程度，同時(shí)也不能排除水培條件下鐵含量過(guò)高影響的其他離子的吸收原因?qū)е隆?/p>

植物受到外界環(huán)境帶來(lái)的非生物脅迫時(shí)，葉片相對(duì)電導(dǎo)率通常能反映了該條件下細(xì)胞質(zhì)膜的損傷程度。研究發(fā)現(xiàn)植物在受到鹽、堿、干旱和重金屬等非生物脅迫時(shí)，葉片相對(duì)電導(dǎo)率升高，意味著質(zhì)膜透性增加，原生質(zhì)體受損嚴(yán)重[22-23]。本研究中，隨著鐵濃度的增加甜菜幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率升高，因此高濃度Fe2+會(huì)破壞甜菜幼苗葉片細(xì)胞的完整性，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)液體外滲從而提高葉片相對(duì)電導(dǎo)率。

Fe2+是自由基形成的誘發(fā)劑，其能誘發(fā)生成超氧自由基，同時(shí)生成一些毒性極強(qiáng)的羥基自由基，與周?chē)幕钚陨锎蠓肿影l(fā)生反應(yīng)，不斷地產(chǎn)生次生自由基。因此，鐵離子對(duì)植物有毒害作用。此外，鐵離子會(huì)與脅迫產(chǎn)生的過(guò)氧化物反應(yīng)生成一種具有攻擊性的鐵自由基，主要攻擊代謝酶類(lèi)的反應(yīng)中心以及蛋白復(fù)合體[24]。最終這些自由基共同導(dǎo)致膜質(zhì)過(guò)氧化，從而使植物組織中細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能受損，酶促反應(yīng)中斷，細(xì)胞代謝紊亂。有研究發(fā)現(xiàn)，高鐵脅迫下油橄欖[Canarium album(Lour.)Raeusch.]植株中CAT、SOD、POD活性隨著Fe2+濃度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)[15]，該結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。在0.96 mmol/L處理?xiàng)l件下達(dá)到最高，之后隨著鐵離子處理濃度的升高甜菜幼苗組織中的抗氧化酶活性受到抑制。因此本次實(shí)驗(yàn)處理濃度范圍內(nèi)，0.96 mmol/L的Fe2+濃度是甜菜幼苗組織抗氧化酶類(lèi)調(diào)節(jié)范圍的最大濃度，也說(shuō)明甜菜抗氧化酶能調(diào)節(jié)外界環(huán)境鐵離子的脅迫濃度為0.96 mmol/L。因此，植物組織中所存在的抗氧化酶類(lèi)在抵御逆境脅迫中具有協(xié)同調(diào)節(jié)作用，且發(fā)現(xiàn)抗氧化酶活性的調(diào)節(jié)能力是有一定的限度的。當(dāng)外界環(huán)境施加的脅迫強(qiáng)度超過(guò)植物自身的調(diào)節(jié)范圍時(shí)，它們對(duì)活性氧的清除能力則會(huì)被明顯削弱。

植物對(duì)非生物逆境脅迫的適應(yīng)調(diào)控，除了通過(guò)抗氧化物酶類(lèi)來(lái)調(diào)節(jié)以外，還可以通過(guò)非酶類(lèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)直接參與調(diào)節(jié)[25-26]。研究證實(shí)植物在多種逆境下很容易發(fā)生滲透調(diào)節(jié)作用，如在鹽脅迫下組織會(huì)合成、積累可溶性糖、可溶蛋白和脯氨酸等在滲透調(diào)節(jié)上有活性而對(duì)細(xì)胞無(wú)毒害的一類(lèi)有機(jī)物來(lái)參與滲透調(diào)節(jié)，從而更好的適應(yīng)高鹽脅迫下的高滲透壓環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)鐵、錳脅迫下人參(Panax ginsengC.A.Meyer)會(huì)維持較高水平可溶性糖、脯氨酸含量以此對(duì)抗鐵和錳毒害作用，這是人參適應(yīng)環(huán)境、緩解鐵和錳脅迫的重要機(jī)制之一[26]。本研究發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)組設(shè)計(jì)的處理體系中，F(xiàn)e2+濃度的提高促進(jìn)了甜菜幼苗組織中脯氨酸和可溶性糖含量的積累，變化趨勢(shì)是先增加后降低，并在0.96 mmol/L鐵離子培養(yǎng)下達(dá)到最大值。分析其原因可能是過(guò)量鐵促使羥基自由基(-·OH)大量產(chǎn)生，進(jìn)而誘導(dǎo)甜菜幼苗組織中脯氨酸和可溶性糖的大量積累。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明高鐵脅迫促進(jìn)植物組織中非酶類(lèi)可溶性物質(zhì)的積累，從而調(diào)節(jié)植物組織的滲透壓，提高了植物組織對(duì)水分的吸收與保持。此外，實(shí)驗(yàn)也證明植物對(duì)任何逆境脅迫的調(diào)節(jié)都有一個(gè)適應(yīng)性上限，當(dāng)超過(guò)植物本身所能調(diào)節(jié)的范圍時(shí)，調(diào)節(jié)能力將會(huì)下降。

本次試驗(yàn)，僅研究了水培條件下7個(gè)鐵離子濃度梯度處理下甜菜生長(zhǎng)和基礎(chǔ)生理生化特性的變化，尚不能夠充分解釋高鐵脅迫對(duì)甜菜耐生長(zhǎng)的影響，至于其他相關(guān)因素的影響作用還有待于進(jìn)一步研究。

但是可以確定的是，高鐵脅迫下隨著Fe2+脅迫濃度的提升，甜菜幼苗生長(zhǎng)受到抑制：葉面積減小，相對(duì)含水量降低，質(zhì)膜受損嚴(yán)重；根系生長(zhǎng)能力減弱，根系顏色變暗。此外甜菜幼苗組織中抗氧化酶(SOD、CAT、POD、APX)活性隨著鐵離子水平的提高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。在鐵離子脅迫處于較低濃度時(shí)，SOD、CAT、POD、APX活性隨Fe2+濃度增加呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，說(shuō)明甜菜植株中的保護(hù)酶系統(tǒng)能有效清除Fe2+脅迫產(chǎn)生的活性氧自由基。但隨著鐵離子濃度的不斷提高增加到0.96 mmol/L，SOD、CAT、POD、APX活性開(kāi)始下降，對(duì)組織中活性氧自由基的清除能力開(kāi)始減弱。與此同時(shí)，非酶類(lèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖和脯氨酸的積累量也出現(xiàn)了相同的變化趨勢(shì)。因此可以初步確定，甜菜植株抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在高鐵脅迫中起到了重要的調(diào)節(jié)作用，當(dāng)Fe2+超過(guò)0.96 mmol/L時(shí)，這種調(diào)節(jié)機(jī)制會(huì)明顯受到抑制。