鄭開敏　肖家昶　馬俊英　賀茂林　格?！∴嶊栂?/p>

摘要：為研究外源檸檬酸對(duì)豆瓣菜鋁脅迫的緩解作用，以湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜為試驗(yàn)材料研究了不同質(zhì)量濃度（0 mg/L、2 mg/L、10 mg/L、25 mg/L、50 mg/L和150 mg/L）檸檬酸對(duì) 1 mmol/L鋁脅迫下豆瓣菜生長(zhǎng)及生理特性的影響。結(jié)果表明，鋁脅迫抑制了湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜的生長(zhǎng)，減小了植株株高（分別減小44.44%、39.09%）、莖粗（34.49%、5.63%）和根長(zhǎng)（44.61%、40.66%），加劇了葉片膜脂過氧化作用，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)大量積累，抗氧化酶活性提高，促進(jìn)了植株對(duì)鋁的吸收，抑制了葉片對(duì)N、P、K、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu的積累。從生長(zhǎng)指標(biāo)來看，鋁對(duì)湖北豆瓣菜的毒害作用大于北京豆瓣菜。外源添加檸檬酸后，湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜均表現(xiàn)為生長(zhǎng)狀況有所改善，丙二醛含量降低，抗氧化酶活性維持較高水平，鋁含量下降，并且施用檸檬酸促進(jìn)了豆瓣菜對(duì)各營(yíng)養(yǎng)元素的吸收。湖北豆瓣菜在2～25 mg/L檸檬酸質(zhì)量濃度下解毒效果最佳，在150 mg/L檸檬酸質(zhì)量濃度下緩解效果受到抑制甚至消失。北京豆瓣菜則在10～50 mg/L檸檬酸質(zhì)量濃度下解毒效果最佳。所以，適宜質(zhì)量濃度的外源檸檬酸能有效緩解鋁脅迫下豆瓣菜的生理損傷。

關(guān)鍵詞：豆瓣菜;鋁脅迫;檸檬酸;生理特性

中圖分類號(hào)：S637文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-4440（2022）02-0476-10

Effects of exogenous citric acid on growth and physiological characteristics of watercress under aluminum stress

ZHENG Kai-min XIAO Jia-chang MA Jun-ying HE Mao-lin1，GE Sang ZHENG Yang-xia

Abstract：In order to study the alleviating effect of exogenous citric acid on watercress under aluminum stress. The effects of different mass concentrations of citric acid （0 mg/L， 2 mg/L， 10 mg/L， 25 mg/L， 50 mg/L and 150 mg/L） on the growth and physiological characteristics of watercress under 1 mmol/L aluminum stress were studied. The results showed that aluminum stress inhibited the growth of watercress from Hubei （HB） and Beijing （BJ）， decreased plant height （44.44%， 39.09%）， stem diameter （34.49%， 5.63%） and root length （44.61%， 40.66%）， intensified leaf membrane lipid peroxidation， accumulated a large amount of osmoregulatory substances， increased antioxidant enzyme activity， promoted the absorption of aluminum in plants and inhibited the accumulation of N， P， K， Ca， Mg， Fe， Zn and Cu in watercress leaves. From the perspective of growth index， the toxic effect of aluminum on HB was greater than that on BJ. After exogenous citric acid， the growth conditions of HB and BJ were improved， the content of malondialdehyde decreased， the activity of antioxidant enzymes maintained at a high level， the content of aluminum decreased， and the application of citric acid promoted the absorption of nutrients by watercress. The detoxification effect of HB was the best under the treatment of 2-25 mg/L citric acid， and the remission effect was inhibited or even disappeared under the treatment of 150 mg/L citric acid. BJ had the best detoxification effect under the treatment of 10-50 mg/L citric acid. Therefore， the appropriate concentration of exogenous citric acid can effectively alleviate the physiological damage of watercress under aluminum stress.

Key words：watercress;aluminum stress;citric acid;physiological characteristics

土壤酸化一直是中國(guó)主要的生態(tài)環(huán)境問題之一，中國(guó)酸性土壤面積在不斷擴(kuò)大，21世紀(jì)初強(qiáng)酸性土壤 （pH值<5.5） 的面積已增加到1.5×107 hm2，南方地區(qū)尤為嚴(yán)重[1]。鋁是自然界中含量最多的金屬元素[2]，正常土壤中的鋁常以難溶性的硅酸鹽或氧化鋁的形式存在，一般不會(huì)對(duì)植物、環(huán)境造成毒害作用，但酸性土壤中的鋁會(huì)形成游離態(tài)的Al3+，對(duì)植物造成鋁毒害，成為植物重要的生長(zhǎng)限制因素[3]。大量研究結(jié)果表明，有機(jī)酸可以通過外部排斥機(jī)制和內(nèi)部耐受機(jī)制緩解鋁毒害。如繡球花[Hydrangea macrophylla （Thunb.） Ser.]葉片中的鋁能與檸檬酸形成穩(wěn)定復(fù)合物，有效阻止鋁與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)（如ATP、DNA）形成復(fù)合物而起到解鋁毒的作用[4]。還有研究結(jié)果表明，大麥（Hordeum vulgare L.）液泡膜上的鋁轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白HvABCB25，可以將細(xì)胞質(zhì)中的鋁轉(zhuǎn)運(yùn)到液泡中進(jìn)行區(qū)室化隔離解毒[5]。在鋁脅迫下，黑麥草（Lolium perenne L.）[6]、大豆（[Glycine max （Linn.） Merr.][7]、菜豆（Phaseolus vulgaris L.）[8]和柱花草（Stylosanthes spp.）[9]等可以通過根系分泌有機(jī)酸對(duì)土壤中的鋁離子進(jìn)行螯合，減少根系對(duì)鋁吸收，減輕鋁對(duì)植物的毒害作用，達(dá)到外部解鋁毒的作用。所以，不管是內(nèi)部解鋁毒機(jī)制還是外部解鋁毒機(jī)制中，檸檬酸均起到不可忽視的作用，且有機(jī)酸中屬檸檬酸螯合鋁的能力最強(qiáng)，是蘋果酸的6～8倍，其次為草酸和蘋果酸[10]。

豆瓣菜 （Nasturtium officinale R.B.），又名西洋菜、水田芥，為十字花科豆瓣菜屬，是中國(guó)南方重要的一、二年生草本植物，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值[11]。本試驗(yàn)通過研究外源檸檬酸對(duì)鋁脅迫下豆瓣菜生長(zhǎng)狀況、生理特性以及營(yíng)養(yǎng)元素吸收等的影響，以期為進(jìn)一步探討緩解豆瓣菜鋁脅迫提供可行性方案，為豆瓣菜耐鋁機(jī)制的研究及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料：湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜，采集自然生長(zhǎng)健壯的豆瓣菜幼苗，扦插繁殖2次馴化幼苗，挑選第2次繁殖后長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗進(jìn)行扦插處理。試驗(yàn)試劑：十八水合硫酸鋁[Al2（SO4）3·18H2O]，分析純;無水檸檬酸（C6H8O7），分析純。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇大小一致、圓潤(rùn)飽滿的豆瓣菜種子，播種于72孔穴盤中，采用經(jīng)高溫消毒的蛭石、草炭和珍珠巖的復(fù)合基質(zhì)（體積比為1∶1∶1）。豆瓣菜長(zhǎng)出7、8片真葉，移栽至盛有營(yíng)養(yǎng)液的12孔水培箱（長(zhǎng)寬高為38 cm×28 cm×14 cm）中，生長(zhǎng)30 d后剪取相同大小的莖節(jié)培養(yǎng)，每個(gè)扦插苗保留2～3個(gè)芽點(diǎn)，營(yíng)養(yǎng)液均為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉菜類B配方完全培養(yǎng)液[12]。營(yíng)養(yǎng)液處理20 d后開始施加Al3+和不同濃度的檸檬酸，Al3+的濃度為1 mmol/L，檸檬酸質(zhì)量濃度為0 mg/L（N0）、2 mg/L（N2）、10 mg/L（N10）、25 mg/L（N25）、50 mg/L（N50）和150 mg/L（N150），用HCl和NaOH調(diào)節(jié)各處理濃度的營(yíng)養(yǎng)液pH至4.5。每5 d更換一次處理液，每天上午、下午充氧2 h。每個(gè)豆瓣菜品種進(jìn)行相同的7個(gè)處理，每個(gè)處理12株，3次重復(fù)。在處理第21 d測(cè)定生長(zhǎng)指標(biāo)，第7 d、14 d、21 d進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

在處理第7 d、14 d、21 d隨機(jī)采集長(zhǎng)勢(shì)相近的葉片（從上至下第4～6片葉），測(cè)定丙二醛 （MDA）含量 、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性[13]。在第21 d采用TTC法[14]測(cè)定根系活力，采用酸性茚三酮比色法測(cè)定脯氨酸（Pro）含量[14]，考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)含量[14]，蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量[14]。

第21 d測(cè)定株高、莖粗、根長(zhǎng)及干鮮質(zhì)量。株高、根長(zhǎng)用直尺（精確到 0.01 cm）測(cè)量，莖粗（水面以上1 cm處）用游標(biāo)卡尺（精確到0.01 mm）測(cè)量。干鮮質(zhì)量測(cè)定：將植株根、莖、葉分開稱取鮮質(zhì)量后，在105 ℃烘箱中殺青30 min，轉(zhuǎn)入60 ℃下烘干至恒質(zhì)量，分別稱取干質(zhì)量。將干樣粉碎后，用硝酸+高氯酸（體積比9∶1）進(jìn)行濕式消解法消解，Al含量測(cè)定采用鋁試劑比色法[15]，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=植株地上部鋁元素含量/植株地下部鋁元素含量。K、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu元素含量用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定，N元素含量采用凱氏定氮法測(cè)定[16]，P元素測(cè)定采用釩鉬黃比色法[16]。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Excel 2013軟件作圖。使用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析，圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2結(jié)果與分析

2.1外源檸檬酸對(duì)鋁脅迫下豆瓣菜生長(zhǎng)的影響

由表 1 可知，湖北豆瓣菜Al1N0處理的根長(zhǎng)、株高、莖粗、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量較Al0N0處理分別降低44.61%、44.44%、34.49%、54.89%、19.37%，北京豆瓣菜Al1N0處理的根長(zhǎng)、株高、莖粗、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量較Al0N0分別降低40.66%、39.09%、5.63%、34.99%、14.52%，可見，鋁脅迫抑制了豆瓣菜的生長(zhǎng)，且湖北豆瓣菜比北京豆瓣菜受到的鋁毒害更嚴(yán)重。Al1N2～Al1N50處理，湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜鋁毒害均得到緩解，但緩解的程度有一定的差異。與Al1N0處理相比，湖北豆瓣菜株高、根長(zhǎng)、地上部干質(zhì)量Al1N2處理達(dá)到最大值，根干質(zhì)量和莖粗分別在Al1N10、Al1N25處理達(dá)到最大值;北京豆瓣菜Al1N50處理莖粗、株高、根干質(zhì)量和地上部干質(zhì)量達(dá)到最大值，根長(zhǎng)Al1N25處理達(dá)到最大值。Al1N150處理湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)均低于Al1N0。說明湖北豆瓣菜在檸檬酸質(zhì)量濃度為2～25 mg/L時(shí)鋁毒害緩解效果較好，北京豆瓣菜在檸檬酸質(zhì)量濃度為25～50 mg/L時(shí)緩解效果較好，當(dāng)檸檬酸質(zhì)量濃度為150 mg/L時(shí)，二者鋁毒害均未得到緩解，甚至有加重的趨勢(shì)。

由表1還可知，Al1N0處理下湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜根系活力較Al0N0處理分別顯著下降38.70%、41.85%。在施用檸檬酸處理中，湖北豆瓣菜根系活力隨檸檬酸質(zhì)量濃度的增加而降低，在Al1N2、Al1N10、Al1N25處理下顯著高于Al1N0;北京豆瓣菜根系活力在各檸檬酸質(zhì)量濃度處理下均顯著高于Al1N0，且隨檸檬質(zhì)量濃度的增高總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。

2.2外源檸檬酸對(duì)鋁脅迫下豆瓣菜丙二醛（MDA）含量的影響

由圖1可知，Al1N0處理下2個(gè)豆瓣菜品種MDA含量均顯著高于Al0N0處理，可見鋁對(duì)豆瓣菜葉片細(xì)胞膜系統(tǒng)損傷嚴(yán)重。施用檸檬酸后，Al1N2～Al1N50處理2個(gè)豆瓣菜品種葉片MDA含量均低于Al1N0處理，湖北豆瓣菜葉片MDA含量隨檸檬酸質(zhì)量濃度升高而增加，并隨處理時(shí)間的增長(zhǎng)而降低，北京豆瓣菜葉片MDA含量則總體上隨檸檬酸質(zhì)量濃度增加而降低，隨處理時(shí)間的增長(zhǎng)而增加。第21 d，Al1N2～Al1N50處理湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜葉片MDA含量均與Al1N0處理具有顯著差異，Al1N2處理湖北豆瓣菜MDA含量達(dá)到最低，較Al1N0處理降低42.29%，Al1N50處理北京豆瓣菜葉片MDA含量達(dá)到最低，較Al1N0處理降低49.06%。可見在最有效緩解鋁毒害方面，北京豆瓣菜比湖北豆瓣菜需要較高質(zhì)量濃度的檸檬酸。Al1N150處理2個(gè)豆瓣菜品種葉片MDA含量均高于Al1N0處理，可見檸檬酸質(zhì)量濃度過高會(huì)加重豆瓣菜葉片的膜脂過氧化作用。

2.3外源檸檬酸對(duì)鋁脅迫下豆瓣菜滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由圖2可知，與Al0N0處理相比，Al1N0處理2個(gè)豆瓣菜品種葉片可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖和脯氨酸含量均升高。施用檸檬酸后，Al1N2處理湖北豆瓣菜葉片脯氨酸含量達(dá)到最大值，較Al1N0處理增加26.82%，且隨檸檬酸質(zhì)量濃度的升高逐漸降低;北京豆瓣菜葉片脯氨酸含量隨檸檬酸質(zhì)量濃度增加而先升高后下降，在Al1N50處理下達(dá)到最大值，較Al1N0處理增加25.71%。Al1N2～Al1N50處理湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜葉片可溶性糖含量均顯著低于Al1N0處理，分別為Al1N10、Al1N50處理達(dá)到最小值，降幅分別為38.05%、55.48%。與Al1N0處理相比，湖北豆瓣菜葉片可溶性蛋白質(zhì)含量隨檸檬酸質(zhì)量濃度增高而先增加后降低，在Al1N10處理下達(dá)到最大值，增幅為10.03%;在各檸檬酸質(zhì)量濃度處理下北京豆瓣菜葉片可溶性蛋白質(zhì)含量均有所提高，且在Al1N50處理下達(dá)到最大值，增幅為17.18%。說明檸檬酸處理能通過影響可溶性蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量和脯氨酸含量來緩解豆瓣菜鋁毒害。

2.4外源檸檬酸對(duì)鋁脅迫下豆瓣菜葉片抗氧化酶活性影響

由圖3可知，鋁脅迫下2個(gè)豆瓣菜品種葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性均高于Al0N0處理。施用檸檬酸后，與Al1N0處理相比，湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜葉片SOD活性均隨檸檬酸質(zhì)量濃度的增加而先升高后下降，隨檸檬酸處理時(shí)間的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。第7 d，Al1N2、Al1N10處理湖北豆瓣菜葉片SOD活性比Al1N0處理分別顯著增加15.77%、16.71%;第14 d、21 d，Al1N2處理湖北豆瓣菜葉片SOD活性達(dá)到最大值，分別較Al1N0處理增加11.46%、29.38%，Al1N50、Al1N150處理湖北豆瓣菜葉片SOD活性始終低于Al1N0處理。Al1N2～Al1N50處理北京豆瓣菜葉片SOD活性始終大于Al1N0處理，第7 d Al1N25處理葉片SOD活性達(dá)到最大值，較Al1N0處理增加35.37%，具有顯著性差異;第14 d、21 d Al1N50處理葉片SOD活性均達(dá)到最大值，分別較Al1N0處理增加40.26%、11.05%，Al1N150處理葉片SOD活性與Al1N0處理無顯著變化。說明外源檸檬酸質(zhì)量濃度為150 mg/L時(shí)，湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜葉片抗氧化酶活性受到不同程度的抑制。

由圖4可知，鋁脅迫顯著增加了2個(gè)豆瓣菜品種的過氧化物酶（POD）活性。加入檸檬酸后湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜葉片POD活性隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)大致上呈現(xiàn)先升高再下降的趨勢(shì)。與Al1N0處理相比，湖北豆瓣菜葉片POD活性隨檸檬酸質(zhì)量濃度的增加表現(xiàn)為先升高后降低，在第7 d、14 d、21 d，Al1N10處理湖北豆瓣菜葉片POD活性均顯著高于Al1N0處理，增幅分別為23.72%、46.38%、12.94%。隨著檸檬酸處理時(shí)間的延長(zhǎng)，Al1N2～Al1N50處理北京豆瓣菜葉片POD活性均顯著高于Al1N0處理，第7 d Al1N10處理北京豆瓣菜葉片POD活性達(dá)到最大值，較Al1N0處理增加33.68%，第14 d、21 d，Al1N50處理葉片POD活性達(dá)到最大值，分別較Al1N0處理增加45.12%、32.22%，Al1N150處理北京豆瓣菜葉片POD活性與Al1N0處理無顯著變化。

由圖5可知，鋁脅迫下2個(gè)豆瓣菜品種過氧化氫酶（CAT）活性均升高。施用檸檬酸后，隨著檸檬酸處理時(shí)間的延長(zhǎng)，Al1N2、Al1N10處理湖北豆瓣菜葉片CAT活性始終顯著大于Al1N0處理，Al1N25、Al1N50處理葉片CAT活性與Al1N0處理無顯著差異，Al1N150處理葉片CAT活性在第21 d顯著低于Al1N0處理，且在第7 d、14 d、21 d，Al1N2處理湖北豆瓣菜葉片CAT活性均達(dá)到最大值，分別較Al1N0處理增加35.29%、35.56%、24.27%。北京豆瓣菜葉片CAT活性隨檸檬酸質(zhì)量濃度的增加大致呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)總體上逐漸升高，且Al1N2～Al1N50處理葉片CAT活性始終大于Al1N0處理;第7 d Al1N25處理葉片CAT活性達(dá)到最大值，較Al1N0增加30.30%，第14 d、21 d，北京豆瓣菜葉片CAT活性均為Al1N50處理達(dá)到最大值，分別較Al1N0處理增加18.31%、25.00%，而Al1N150處理北京豆瓣菜葉片CAT活性則低于Al1N0處理。

2.5外源檸檬酸對(duì)鋁脅迫下豆瓣菜根、莖、葉中鋁含量的影響

由表2可知，鋁脅迫下2個(gè)豆瓣菜品種根、莖、葉中鋁含量均高于Al0N0處理。施用檸檬酸后，湖北豆瓣菜根、莖、葉和地上部鋁含量隨檸檬酸質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，根系鋁含量Al1N10處理達(dá)到最小值，較Al1N0處理降低6.80%，莖、葉和地上部鋁含量Al1N2處理達(dá)到最小值，分別較Al1N0處理降低7.66%、9.36%、8.49%，Al1N2～Al1N25處理，湖北豆瓣菜地上部轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均低于Al1N0處理，Al1N2處理最小，為0.763。與Al1N0處理相比，Al1N2～Al1N50處理北京豆瓣菜根、莖、葉和地上部鋁含量均降低，Al1N50處理達(dá)到最小值，降幅分別為4.38%、21.69%、7.55%、16.19%;且Al1N2～Al1N50處理北京豆瓣菜地上部轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均低于Al1N0處理，Al1N50處理最小，為0.498。說明鋁脅迫下檸檬酸可以通過影響豆瓣菜根、莖、葉對(duì)鋁的吸收，減少鋁元素在地上部的積累來緩解鋁毒害。

2.6外源檸檬酸對(duì)鋁脅迫下豆瓣菜葉片中常量元素含量的影響

由表3可知，在鋁脅迫下湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜葉片對(duì)N、P、K、Ca、Mg元素的吸收受到明顯抑制。施用檸檬酸后，與Al1N0處理相比，湖北豆瓣菜葉片中N、P、K、Ca、Mg元素含量在較低檸檬酸質(zhì)量濃度（Al1N2～Al1N50）范圍內(nèi)有所增加，北京豆瓣菜葉片中N、P、K、Ca、Mg元素含量在較高檸檬酸質(zhì)量濃度（Al1N10～Al1N50）范圍內(nèi)增加。Al1N150處理，湖北豆瓣菜葉片中N、P、K、Ca、Mg元素含量與Al1N0處理相比均有所降低，北京豆瓣菜葉片中P、Mg元素含量高于Al1N0處理，N、K、Ca元素含量則與Al1N0處理無明顯變化。

2.7外源檸檬酸對(duì)鋁脅迫下豆瓣菜葉片中微量元素含量的影響

由表4可知，鋁脅迫下2個(gè)品種豆瓣菜葉片中Fe、Cu、Zn元素含量均顯著降低，湖北豆瓣菜葉片中Fe、Cu、Zn元素含量較Al0N0處理分別降低19.55%、15.38%、35.54%，北京豆瓣菜葉片中Fe、Cu、Zn元素含量較Al0N0處理分別降低16.04%、12.82%、32.75%。施用檸檬酸后，湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜葉片中Fe、Cu、Zn元素含量均隨檸檬酸質(zhì)量濃度的增加表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，Al1N25處理湖北豆瓣菜葉片中Fe、Cu元素含量達(dá)到最大值，Al1N10處理Zn元素含量達(dá)到最大值，均與Al1N0處理具有顯著性差異;Al1N50處理北京豆瓣菜葉片中Fe、Cu、Zn元素含量均達(dá)到最大值，與Al1N0處理具有顯著性差異。

3討論

根尖是植物根系吸收積累鋁的主要部位，且鋁對(duì)植物的毒害作用最先從根系表現(xiàn)出來[17]。本試驗(yàn)中，鋁脅迫下豆瓣菜根系鋁離子含量顯著增加，湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜根長(zhǎng)、株高和莖粗受到抑制，生物量和根系活力顯著下降，這與鄭陽霞等[18]的研究結(jié)果相符。施用適宜質(zhì)量濃度檸檬酸后，湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜生長(zhǎng)抑制現(xiàn)象和根系活力得到不同程度的改善，且隨根系鋁含量的增加而減弱緩解效果。此外研究還發(fā)現(xiàn)，高質(zhì)量濃度檸檬酸增加了豆瓣菜根、莖、葉中鋁含量，明顯抑制了植株的生長(zhǎng)，其原因可能是高質(zhì)量濃度的有機(jī)酸降低了豆瓣菜根際的pH值，增強(qiáng)了可溶性鋁的活性，使豆瓣菜鋁毒害進(jìn)一步加深[19]。

脯氨酸、可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖是植物體內(nèi)的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在逆境條件下可以維持細(xì)胞的滲透平衡，保護(hù)質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的完整性[20-21]。鋁脅迫下，2個(gè)品種豆瓣菜葉片可溶性蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量和脯氨酸含量均增加。其原因可能是豆瓣菜在鋁脅迫下啟動(dòng)了自我保護(hù)機(jī)制，促使其葉片大量合成和積累可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖和脯氨酸。施用檸檬酸后，湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜在低質(zhì)量濃度檸檬酸下可以通過增加可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸含量以維持水分和滲透平衡，提高植物對(duì)逆境的抵抗力?？扇苄蕴呛肯陆担c陳海霞等[22]施用外源水楊酸緩解八仙花鋁毒害結(jié)果一致。可能是因?yàn)榭扇苄蕴悄転榧?xì)胞提供能量，在逆境脅迫下作為能源物質(zhì)被植物大量吸收利用，導(dǎo)致其含量下降[23]。

MDA是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，其含量通常被用來表示逆境脅迫下生物膜系統(tǒng)損傷的程度[24-26]。鋁脅迫下豆瓣菜MDA含量顯著升高，說明豆瓣菜細(xì)胞膜系統(tǒng)遭到鋁毒害的破壞。加入檸檬酸后，豆瓣菜葉片MDA含量下降，緩解了豆瓣菜葉片細(xì)胞膜受到的傷害。抗氧化酶是植物體內(nèi)清除活性氧的重要酶類，對(duì)清除活性氧起著重要作用，能防止植物細(xì)胞膜膜脂過氧化[27]。在油菜（Brassica napus L.）[28]、金花菜（Medicago polymorpha L.）[29]、茄子（Solanum melongena L.）[30]、水稻（Oryza sativa L.）[31]等研究中發(fā)現(xiàn)，逆境脅迫下植株可以通過提高SOD、POD、CAT活性清除活性氧（ROS），從而減輕逆境脅迫對(duì)植物的傷害程度。本試驗(yàn)中，鋁脅迫刺激了豆瓣菜產(chǎn)生應(yīng)激生理響應(yīng)，SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性急劇上升，且湖北豆瓣菜抗氧化酶活性增加的幅度大于北京豆瓣菜，說明湖北豆瓣菜對(duì)鋁脅迫的反應(yīng)更加敏感。施用檸檬酸后，低質(zhì)量濃度檸檬酸對(duì)鋁脅迫下湖北豆瓣菜和北京豆瓣菜葉片SOD、POD、CAT活性具有增強(qiáng)作用，且湖北豆瓣菜在較低質(zhì)量濃度時(shí)緩解作用達(dá)到最大，對(duì)檸檬酸敏感性比北京豆瓣菜強(qiáng)，這與姚虹宇等[32]研究結(jié)果相似，適宜質(zhì)量濃度檸檬酸能有效增強(qiáng)抗氧化酶活性， 清除體內(nèi)過量的O2·-和H2O2，增強(qiáng)植物的抗氧化脅迫能力。當(dāng)檸檬酸質(zhì)量濃度過高時(shí)，豆瓣菜葉片SOD、POD、CAT活性受到抑制，可能是因?yàn)楦哔|(zhì)量濃度的檸檬酸降低了豆瓣菜生長(zhǎng)環(huán)境的pH值，導(dǎo)致相應(yīng)酶活性降低，也可能是高質(zhì)量濃度檸檬酸加強(qiáng)了鋁毒害作用，抑制植物清除活性氧自由基的能力，導(dǎo)致活性氧的積累。

鋁毒害最明顯的特征就是抑制植物根系的生長(zhǎng)，阻礙根系對(duì)水分和礦物質(zhì)元素的吸收，導(dǎo)致地上部出現(xiàn)與缺素類似的癥狀[33]。N、P、K元素是植物生長(zhǎng)最重要的大量元素[34]，本試驗(yàn)中，鋁脅迫抑制了2種豆瓣菜葉片對(duì)N、P、K元素的積累，這可能是鋁脅迫下植物鮮質(zhì)量低下的首要原因。在西瓜[20]、蕎麥[35]等研究中發(fā)現(xiàn)，鋁脅迫促進(jìn)了植物對(duì)鋁的積累，抑制了植物葉片對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的積累。本試驗(yàn)也得到相似結(jié)論，鋁脅迫下，2種豆瓣菜葉片中鋁含量增加，Ca、Mg、Fe、Cu、Zn元素含量均顯著降低，推測(cè)原因可能是鋁阻塞了陽離子通道，同時(shí)高濃度鋁離子與質(zhì)外體上陽離子競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致作物對(duì)陽離子的運(yùn)載量減少[36-37]。微量元素是電子傳遞體的重要成分，在蛋白質(zhì)合成和代謝等方面具有重要作用，Cu和Zn也是活性氧清除劑-超氧物歧化酶的重要成分，這些抗氧化酶活性的升高，可以減緩鋁對(duì)植物的毒害[38-39]。研究結(jié)果表明，適宜檸檬酸質(zhì)量濃度促進(jìn)湖北豆瓣菜（2～25 mg/L）和北京豆瓣菜（25～50 mg/L）葉片對(duì)N、P、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn元素的積累，抑制鋁元素的累積。由此可以推測(cè)，檸檬酸可以通過調(diào)節(jié)可溶性蛋白質(zhì)含量和抗氧化酶活性來緩解豆瓣菜鋁毒害。

4結(jié)論

綜上所述，適宜質(zhì)量濃度的檸檬酸能夠有效緩解鋁脅迫對(duì)豆瓣菜的傷害作用，降低豆瓣菜葉片和根系中的鋁離子含量，通過調(diào)節(jié)葉片中的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量增強(qiáng)豆瓣菜葉片中的抗氧化酶活性來減輕質(zhì)膜過氧化損傷，從而促進(jìn)豆瓣菜葉片對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的積累，緩解鋁脅迫對(duì)豆瓣菜生長(zhǎng)的抑制。150 mg/L檸檬酸處理則會(huì)加深對(duì)豆瓣菜生長(zhǎng)的抑制作用。綜合來看，當(dāng)檸檬酸質(zhì)量濃度≤50 mg/L時(shí)豆瓣菜鋁毒害得到改善，且在鋁脅迫下湖北豆瓣菜的生長(zhǎng)受鋁脅迫危害程度大于北京豆瓣菜，外源檸檬酸對(duì)其的緩解效果也相對(duì)比較明顯。

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（責(zé)任編輯：張震林）

收稿日期：2021-07-06

基金項(xiàng)目：四川省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目（2019ZHFP0268）

作者簡(jiǎn)介：鄭開敏（1997-），女，重慶榮昌人，碩士研究生，主要從事豆瓣菜逆境生理方面的研究。（E-mail）3289767501@qq.com

通訊作者：鄭陽霞，（E-mail）754924349@qq.com