銅脅迫對油菜葉片內源生長因子的影響

燕輝 楊秀霞 賴發(fā)英

摘要：為了揭示銅脅迫對油菜（Brassica napus L.）生理特性的影響，對銅脅迫下油菜葉片內源激素含量及相互關系進行了分析。結果表明，隨著銅離子濃度的增大和脅迫時間的延長，油菜葉片脫落酸（ABA）含量呈逐步升高趨勢；輕度銅脅迫下，生長素（IAA）的含量亦逐步升高，但隨著銅脅迫程度的加劇，生長促進型因子IAA、赤霉素（GA）與細胞分裂素（ZR）的含量最終均呈現(xiàn)出降低趨勢。進一步分析各內源生長因子間的關系發(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，這會限制細胞分裂與葉片伸長；但另一方面，逆境生長因子ABA含量的相對增加能夠啟動油菜體內的抗逆應激反應，從而增強油菜的抗逆性。

關鍵詞：油菜（Brassica napus L.）；銅脅迫；內源生長因子

中圖分類號：S565.4 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）20-0023-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.20.005 開放科學（資源服務）標識碼（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、增加農民收入、發(fā)展生態(tài)農業(yè)和循環(huán)經濟中發(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，中國部分地區(qū)較大面積的農田土壤遭受了銅污染[2]；另一方面，農業(yè)生產中含銅殺蟲劑和高銅有機肥（畜禽糞便）的頻繁使用，亦造成了農田土壤中銅元素的累積[3]。目前，銅已經成為導致中國土壤環(huán)境產生污染的主要重金屬元素[4]，土壤中銅含量過高會影響油菜生長發(fā)育，進而對其產量造成影響。

內源生長因子在調節(jié)作物細胞分裂伸長、器官生長成熟以及個體生理代謝過程中發(fā)揮著極其重要的作用，而作物對逆境條件的生理響應亦是通過其體內生長因子含量的變化來實現(xiàn)的[5]。同時，逆境條件下作物的生理反應往往不是一種生長因子在起作用，而是多種內源生長因子綜合平衡的結果[6]。目前，為了解土壤銅污染可能對油菜生長發(fā)育及產量帶來的不利影響，廣大學者對銅脅迫下作物生理特性的變化進行了大量研究，內容涉及光合碳同化[7]、自由基[8]、保護酶活性[9]等多個領域，但對銅脅迫下油菜體內生長因子變化規(guī)律的研究相對較少。為深入認識銅脅迫條件下油菜內源生長因子變化規(guī)律，本試驗分析了不同濃度的銅脅迫對油菜葉片內源生長因子含量及其綜合效應的影響，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。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

盆栽試驗在遮雨棚中開展。試驗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。

1.2 試驗設計

幼苗在遮雨棚中生長30 d后，分別用100 mL加入0（對照）、100、200 μmol/L CuSO4的Hoagland營養(yǎng)液對油菜進行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行內源激素含量的測定。

1.3 測定指標及方法

采用酶聯(lián)免疫法（ELISA）[10]測定油菜葉片中的生長素（IAA）、赤霉素（GA）、細胞分裂素（ZR）、脫落酸（ABA）等內源生長因子的含量，測定所使用試劑盒由中國農業(yè)大學作物化學控制研究中心提供，所使用酶標儀為Thermo Multlskan FC全自動酶標儀。

1.4 數(shù)據處理

應用SPSS軟件（16.0版本）及Origin 7.5分別對試驗數(shù)據進行統(tǒng)計分析并繪圖。

2 結果與分析

2.1 銅脅迫下內源生長因子含量變化

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

IAA亦是作物體內重要的內源生長因子，在細胞伸長、分裂和分化的調控過程中發(fā)揮著重要作用[13]。由圖1可知，銅脅迫1 d后，油菜葉片IAA含量較對照顯著升高，這有助于促進葉肉細胞的伸長與分裂，從而加速同化物的積累，減輕脅迫可能對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后較對照顯著降低。

GA是促進作物節(jié)間伸長與植株生長的內源生長因子[14]，ZR則主要起到促進細胞分裂與擴大、促進細胞內營養(yǎng)物質轉移、延緩細胞衰老等作用[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；但隨著脅迫時間的延長，銅脅迫10 d后，GA與ZR均呈現(xiàn)出降低的趨勢。類似的結論亦在對甘薯的逆境生理研究中得到證實[16]，GA與ZR含量的降低應該與銅脅迫下這兩種內源生長因子生物合成受抑制有關[17，18]。

2.2 銅脅迫下內源生長因子的拮抗與平衡

2.2.1 銅脅迫下各內源生長因子間的拮抗與平衡

作物體內已證實的內源生長因子包括生長素類、赤霉素類、細胞分裂素類、脫落酸等[19]。在這些生長因子中，一部分能有效促進作物生長，而另一部分則可能對細胞伸長與作物生長起抑制作用；因此，對作物生理活動的調控，往往不是某一種內源生長因子在起作用，而是多種內源生長因子綜合平衡的結果。

為探明銅脅迫對內源生長因子的影響，進一步對銅脅迫下各內源生長因子間的比值進行了分析。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。GA能夠促進細胞分裂與伸長，而ABA則會起到抑制細胞生長的作用，GA與ABA比值的降低表明油菜葉片的內源生長因子平衡被打破，油菜葉片的生長發(fā)育受到了銅的抑制。

油菜葉片IAA/ABA與ZR/ABA的變化趨勢與GA/ABA基本相同。伴隨著銅脅迫程度的加劇，IAA/ABA與ZR/ABA較對照顯著降低（圖2）。與GA類似，IAA與ZR主要起刺激細胞分裂與伸長，促進作物生長與節(jié)間伸長的作用；與ABA比值的相對降低，會減弱IAA與ZR的生理作用，進而抑制油菜葉片的伸展與植株的生長。但另一方面，ABA含量的相對升高是油菜對逆境脅迫的適應性反應，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 在作物內源生長因子中，IAA、GA、ZR為促進生長型因子，能夠促進作物生長發(fā)育[21]；而ABA則被稱為抑制生長型因子，能夠起到抑制作物細胞分裂與伸長、誘導葉片氣孔收縮、加速葉片脫落與衰老的作用[22]。為研究兩種不同類型的生長因子在銅脅迫下的拮抗與平衡規(guī)律，進一步對銅脅迫下促進生長型因子與抑制生長型因子的比值（IAA+GA+ZR）/ABA進行了分析。結果（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生長型因子與抑制生長型因子之間的平衡，與促進生長型因子IAA、GA與ZR相比，抑制生長型因子ABA相對比例升高，油菜葉片細胞分裂與伸長受到了抑制。

3 小結與討論

逆境會導致作物體內生長因子含量發(fā)生變化。分析銅脅迫下油菜葉片內源生長因子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間的延長，內源生長因子ABA的含量逐步升高。作為抑制生長型生長因子，ABA含量的升高能夠誘導葉片氣孔收縮、降低蒸騰作用、延緩離子隨蒸騰流的運輸[23]；同時，作為應激生長因子，ABA亦能夠通過逆境信號的轉導，啟動油菜體內的應激反應，從而提高油菜體內SOD、POD和CAT等抗氧化酶的活性，加速油菜體內活性氧自由基的清除[24，25]，從而減輕銅脅迫對油菜的生理傷害。但另一方面，作為抑制細胞分裂與伸長的內源生長因子，ABA含量的升高會抑制作物生長，進而加速作物衰老與葉片脫落[26]。與ABA不同，生長促進型生長因子IAA在輕度脅迫后升高，這有助于加速光合產物積累，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，且脅迫時間越長，減少越顯著。IAA、GA與ZR含量的減少會減緩油菜細胞分裂、限制油菜生長與節(jié)間伸長，表明油菜的生理特性受到了銅脅迫的不利影響。

由于作物的生長發(fā)育并非單一生長因子在起作用，而是多種內源生長因子共同作用的結果。因此，逆境條件下作物體內各生長因子間的拮抗與平衡能更好地反映出其生理適應性。對銅脅迫下油菜葉片各內源生長因子間的比值進行分析發(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源激素間的動態(tài)平衡，且生長抑制型因子含量相對促進型因子增加。這會限制油菜細胞的分裂伸長及植株的生長發(fā)育；但另一方面，生長抑制型因子ABA含量的相對增加會啟動作物體內一系列應激反應（如氣孔收縮并抑制銅離子運輸，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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