外源一氧化氮介導(dǎo)銅脅迫下番茄幼苗中鐵、 鋅、 錳的累積及亞細(xì)胞分布

張 敏, 梁國(guó)鵬, 姜春輝, 崔秀敏

(土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室， 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018)

銅(Cu)是植物正常生命活動(dòng)所必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素，廣泛參與各種生命活動(dòng)。同時(shí)，銅也是一種重金屬元素，過量的 Cu 會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用，如破壞生理結(jié)構(gòu)、 引發(fā)代謝紊亂、 抑制植物生長(zhǎng)發(fā)育等問題[1-4]。目前，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，污水灌溉和含銅的肥料及農(nóng)藥的大量使用，導(dǎo)致土壤系統(tǒng)中 Cu 不斷累積，明顯高于其背景值[5]。

一氧化氮(nitric oxide，NO)是廣泛分布于生物體內(nèi)的小分子信號(hào)物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn) NO參與植物的生長(zhǎng)發(fā)育和對(duì)外界脅迫反應(yīng)等多種生理過程。NO 能夠提高逆境脅迫下植物抗性和生物量[6-7]，維持組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[8]，參與植物激素的調(diào)控，提高植物對(duì)過多銅的螯合能力[9]。鐵(Fe)、 鋅(Zn)、 錳(Mn)，作為微量元素亦在植物生命代謝中發(fā)揮著重要作用。如 Fe 元素參與光合作用和固氮過程，并在葉綠素合成中起關(guān)鍵作用; Zn 是植物體 59 種復(fù)合酶的組分或活化劑，并參與生長(zhǎng)素代謝; Mn對(duì)種子發(fā)芽、 幼苗生長(zhǎng)、 花粉管發(fā)育和植物莖的機(jī)械強(qiáng)度均有重要作用[10]。Fe2+、 Zn2+、 Mn2+在植物根系吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)過程中與 Cu2+存在復(fù)雜的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，銅脅迫下，外源 NO 可調(diào)控番茄組織與細(xì)胞內(nèi)過多的銅趨于更合理的分布[11]，勢(shì)必也會(huì)影響帶有相同電荷的Fe2+、 Zn2+、 Mn2+的宏觀及微域分布。

本文以番茄為試驗(yàn)材料，采用營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)，研究外源 NO 調(diào)控的 Cu 脅迫下番茄幼苗中 Fe、 Zn、 Mn 的累積及亞細(xì)胞分布，探索 Cu 脅迫下外源 NO 介導(dǎo)的番茄的營(yíng)養(yǎng)機(jī)理。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試番茄(SolanumlycopersicumL.)為“改良毛粉802F1”。Hoagland營(yíng)養(yǎng)液組成(mmol/L): Ca(NO3)2-4H2O 1.25、 KNO30.5、 NH4NO30.73、 KH2PO40.5、 H3BO34.6×10-2、 Na2MoO42.6×10-3、 MgSO41.0、 EDTA-Fe 2×10-2、 MnCl29×10-3、 ZnSO47.6×10-4，以上試劑均為分析純，用蒸餾水配制。NO和Cu2+的供體及適宜濃度由預(yù)備試驗(yàn)完成， CuCl2提供Cu2+，硝普鈉[Na2Fe(CN)5、 NO、 SNP購(gòu)自Sigma公司]提供NO，先用蒸餾水配成200 μmol/L的母液，4℃避光保存，用時(shí)按所需濃度稀釋。牛血紅蛋白(Hb，購(gòu)自Sigma公司)為NO的清除劑。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 生物量的測(cè)定 處理后第 8 d，移出番茄幼苗，測(cè)定各處理植株的株高，并將植株分為根系、 莖、 葉柄、 葉片四部分，用去離子水沖洗干凈，吸水紙吸干表面水分，稱鮮重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Fe、 Zn、 Mn 轉(zhuǎn)運(yùn)因子(transport factor，TF) 計(jì)算 Fe、 Zn、 Mn 從根到地上部的運(yùn)輸特征[14]：

TF=(Cstem+Cleaf+Cpetiole) /Croot

式中： Cstem、 Cleaf、 Cpetiole和 Croot分別表示莖、 葉片、 葉柄和根系中的 Fe、 Zn、 Mn 的累積量。

采用Microsoft Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及繪圖，采用 DPS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行多重比較和差異顯著性檢驗(yàn)(α=0. 05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源 NO 對(duì) Cu 脅迫下番茄幼苗生長(zhǎng)的影響

從圖 1 可以看出，不同處理下番茄幼苗的生物量和株高均有顯著差異。與對(duì)照(CK)相比，Cu 脅迫處理(Cu)下番茄幼苗生物量和株高顯著下降了33.7% 和 23.1%。添加外源 SNP (Cu+SNP)顯著緩解了 Cu 脅迫引起的生長(zhǎng)抑制，使番茄幼苗的生物量幾乎恢復(fù)到對(duì)照水平，株高雖然沒有恢復(fù)到對(duì)照水平，但仍顯著高于Cu 脅迫處理。添加血紅蛋白后(Cu+SNP+Hb)，顯著消除了 NO 的緩解效果，說明外源 NO 可以促進(jìn) Cu 脅迫下番茄幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。

圖1 外源一氧化氮對(duì)銅脅迫下番茄幼苗生物量和株高的影響Fig.1 Effects of exogenous NO on the biomass and height of tomato seedlings under Cu stress

2.2 外源 NO 對(duì) Cu 脅迫下番茄幼苗 Fe 含量和累積量的影響

由表 1 可以看出，番茄幼苗各部位的 Fe 含量和累積量變化幅度較大，根系和葉柄的 Fe 含量和累積量最高。不同處理間各部位 Fe 含量和累積量差異顯著。與對(duì)照(CK)相比，Cu 脅迫處理顯著降低番茄幼苗根系、 莖、 葉柄和葉片的 Fe 含量，分別減少了 43.6%、 21.5%、 5.5% 和 13.7%。添加外源SNP(Cu+SNP)可顯著提高Cu脅迫下番茄幼苗的Fe含量，根系、 莖、 葉柄、 葉片中Fe含量分別比Cu脅迫處理增加了 262.2%、 35.3%、 29.3%和 16.3%，添加血紅蛋白后(Cu+SNP+Hb)，番茄幼苗莖和葉柄中的Fe含量比Cu+SNP處理降低了15.6%和7.1%，根系和葉片中Fe含量增加了13.3%和 45.5%，均達(dá)到顯著差異水平。

表1 番茄幼苗不同部位的鐵含量和累積量

與 CK 相比，Cu 脅迫處理下，番茄幼苗各部位 Fe 累積量均顯著降低。與 Cu 脅迫處理相比，Cu+SNP 處理顯著提高番茄各部位 Fe 累積量。Cu+SNP+Hb 處理的番茄幼苗莖和葉柄中 Fe 含量顯著降低，根系和葉片中 Fe 含量顯著增加，但仍顯著高于 CK 和 Cu 脅迫處理。

CK 處理的 Fe 轉(zhuǎn)運(yùn)因子 (TF) 為 1.23，Cu 脅迫處理 TF 為 4.57，添加外源 SNP 使 TF 降低為 1.48，表明外源 SNP 能顯著降低根系中的 Fe 向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)。

2.3 外源 NO 對(duì) Cu 脅迫下番茄幼苗 Fe 的亞細(xì)胞分布的影響

表 2 顯示，Cu 脅迫處理與對(duì)照(CK)相比，番茄幼苗根系細(xì)胞中細(xì)胞壁的 Fe 含量顯著提高。 添加外源 SNP(Cu+SNP)可顯著提高細(xì)胞器和液泡的 Fe 含量，分別比 Cu 脅迫處理提高了 54.5% 和 133.2%，而細(xì)胞壁的 Fe 含量顯著降低 27.3%，差異均達(dá)顯著水平。添加血紅蛋白后(Cu+SNP+Hb)，顯著消除了 NO 的效果，與 Cu+SNP 處理相比，細(xì)胞壁和液泡 Fe 含量顯著降低 35.1% 和 39.4%，而細(xì)胞器的 Fe 含量顯著上升 21. 4%。表明番茄幼苗根系受到 Cu 脅迫后，外源 NO 可以提高細(xì)胞器中的活性鐵，有利于細(xì)胞進(jìn)行正常代謝。

與 CK 相比，Cu 脅迫處理提高了番茄幼苗莖細(xì)胞中細(xì)胞器和液泡的 Fe 含量。Cu 脅迫處理下，莖細(xì)胞中細(xì)胞器和液泡的 Fe 含量分別比CK 提高 49.2% 和 16.6%，而細(xì)胞壁的 Fe 含量顯著降低 52.9%。添加外源 SNP(Cu+SNP) 后，細(xì)胞壁 Fe 含量占莖細(xì)胞 Fe 總含量的比例與 Cu 脅迫處理相比升高 10.6%，細(xì)胞器 Fe 含量所占比例升高 9.1%， 液泡 Fe 含量所占比例降低 19.7%。添加血紅蛋白后(Cu+SNP+Hb)，不同亞細(xì)胞的 Fe 含量均顯著降低。

Cu 脅迫處理與 CK 相比，顯著提高番茄幼苗葉柄細(xì)胞中細(xì)胞壁和液泡的 Fe 含量，分別比CK 提高 13.1% 和 15.3%， 而細(xì)胞器的 Fe 含量顯著降低了 19.2%。與 Cu 脅迫處理相比，添加外源 SNP(Cu+SNP)后顯著增加了番茄幼苗根細(xì)胞中不同亞細(xì)胞的 Fe 含量，細(xì)胞壁、 細(xì)胞器和液泡的 Fe 含量分別提高了 30.2%、 43.5% 和 18.8%。 添加血紅蛋白后(Cu+SNP+Hb)，細(xì)胞壁、 細(xì)胞器和液泡中的 Fe 含量比 Cu+SNP 處理分別降低了 11.3%、 14.9% 和 19.4%。

Cu 脅迫處理下，番茄幼苗葉片細(xì)胞中液泡的 Fe 含量比 CK 提高 8.9%，而細(xì)胞壁和細(xì)胞器則比 CK 分別降低了 11.6%、 20.5%。與 Cu 脅迫處理相比，Cu+SNP 處理的細(xì)胞器和液泡的 Fe 含量分別提高 14.9% 和 15.0% 細(xì)胞壁 Fe 含量降低了 24.0%。Cu+SNP+Hb 處理的細(xì)胞壁和細(xì)胞器的 Fe 含量占葉片細(xì)胞 Fe 總含量的比例，與 Cu 脅迫處理相比分別提高了 5.0% 和 4.3%，液泡的 Fe 含量所占比例下降了 9.3%。

表2 番茄幼苗中鐵的亞細(xì)胞分布

2.4 外源 NO 對(duì) Cu 脅迫下番茄幼苗 Zn 含量和累積量的影響

由表 3 可以看出，番茄幼苗各部位的 Zn 含量和累積量變化幅度較大，根系和葉片的Zn 含量和累積量最高。不同處理間番茄幼苗各部位的 Zn 含量和累積量差異顯著。Cu 脅迫處理下，根系、 莖、 葉柄的 Zn 含量分別比 CK 減少了 85.1%、 19.8%、 15.0%，而葉片中 Zn 含量增加了 28.4%。Cu+SNP 處理可顯著提高 Cu 脅迫下番茄幼苗根系、 葉柄和葉片的 Zn 含量，分別比 Cu 脅迫處理下提高了 8.3%、 27.9% 和 17.2%，而莖中 Zn 含量降低了 17.1%。Cu+SNP+Hb 處理的番茄幼苗莖、 葉柄和葉片中的 Zn 含量與 Cu+SNP 處理相比降低 18.0%、 7.4%和 21.3%，而根中的 Zn 含量為 Cu+SNP 處理的 3.83 倍，差異顯著。

Cu 脅迫處理下，番茄幼苗根系和莖的 Zn 累積量比 CK 顯著降低，葉柄和葉片中的 Zn 含量則顯著增加。與 Cu 脅迫處理相比，添加外源 SNP 顯著提高了番茄各部位 Zn 的累積量。添加血紅蛋白后，番茄幼苗根系和葉片的 Zn 累積量顯著提高，而莖和葉柄的 Zn 累積量顯著降低。

CK 處理的 Zn 轉(zhuǎn)運(yùn)因子(TF)為 0.85，Cu脅迫處理后 TF 為 13.48，添加外源 SNP 使 TF 降低為 11.84，表明外源 SNP 能顯著降低根系中的 Zn 向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)。

2.5 外源 NO 對(duì) Cu 脅迫下番茄幼苗 Zn 的亞細(xì)胞分布的影響

與 CK 相比，Cu 脅迫顯著降低番茄幼苗根系不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的 Zn 含量，細(xì)胞壁、 細(xì)胞器和液泡的 Zn 含量分別降低 23.9%、 75.7%和35.9% (表4)。添加外源 SNP(Cu+SNP)可顯著提高液泡的 Zn 含量，比 Cu 脅迫處理提高了 91.1%，細(xì)胞器的 Zn 含量?jī)H提高了 0.7%，而細(xì)胞壁的 Zn 含量降低了 31.9%。添加血紅蛋白后(Cu+SNP+Hb)，顯著消除了 NO 的效果，與 Cu+SNP 處理相比，細(xì)胞壁 Zn 含量顯著上升了 95.7%，液泡的 Zn 含量降低 13.4%.而細(xì)胞器的 Zn 含量無明顯變化。

表3 番茄幼苗不同部位的鋅含量和累積量

表4 番茄幼苗中鋅的亞細(xì)胞分布

Cu 脅迫處理比 CK 番茄幼苗莖細(xì)胞中液泡的 Zn 含量有所提高。 Cu 脅迫處理下，番茄幼苗莖細(xì)胞中液泡的 Zn 含量比 CK 提高 17.9%，而細(xì)胞壁和細(xì)胞器 Zn 含量則比 CK 分別降低了 18.7% 和 27.1%。添加外源 SNP 后(Cu+SNP)，細(xì)胞壁和液泡 Zn 含量占莖細(xì)胞 Zn 總含量的比例與 Cu 脅迫處理相比分別升高 3.8% 和 2.8%，細(xì)胞器 Zn 含量所占比例降低了 6.6%。添加血紅蛋白后(Cu+SNP+Hb)，不同亞細(xì)胞的 Zn 含量均顯著降低。

Cu 脅迫處理顯著提高了番茄幼苗葉柄細(xì)胞中細(xì)胞壁的 Zn 含量，比 CK 提高 8.8%，而細(xì)胞器和液泡的 Zn 含量分別降低 56.0%、 18. 6%。與 Cu 脅迫處理相比，添加外源 SNP (Cu+SNP)后顯著增加番茄幼苗根細(xì)胞中不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的 Zn 含量，細(xì)胞壁、 細(xì)胞器和液泡的 Zn 含量分別提高了153.8%、 10.7%和71.6%。添加血紅蛋白后，即 Cu+SNP+Hb 處理細(xì)胞壁中 Zn 含量比 Cu+SNP 處理降低 3.0%，但差異不顯著，細(xì)胞器和液泡 Zn 含量分別提高了14.7% 和 51.3%。

Cu 脅迫處理下，番茄幼苗葉片細(xì)胞中細(xì)胞壁和液泡的 Zn 含量比 CK 分別提高了18.2% 和 34.8%，而細(xì)胞器中 Zn 含量降低 25.5%。添加外源 SNP 后，細(xì)胞器和液泡中 Zn 含量比 Cu 脅迫處理分別提高 16.6% 和 86.1%，而細(xì)胞壁中 Zn 含量下降 35.9%。添加血紅蛋白后，細(xì)胞壁和細(xì)胞器的 Zn 含量占葉片細(xì)胞 Zn 總含量的比例與 Cu+SNP 處理相比分別提高了 6.0% 和 6.3%，液泡的 Zn 含量所占比例顯著下降，降低幅度為 12.3%。

2.6 外源 NO 對(duì) Cu 脅迫下番茄幼苗 Mn含量及累積量的影響

由表 5 可以看出，番茄幼苗各部位的 Mn 含量和累積量變化幅度較大，番茄幼苗各部位的 Mn 含量和累積量在不同處理間差異顯著。與對(duì)照(CK)相比，Cu脅迫處理下，番茄幼苗根系、 葉柄和葉片 Mn 含量分別比對(duì)照增加了 15.2%、 20.7%、 29.2%，莖中 Mn 含量減少 39.3%。添加外源 SNP(Cu+SNP)可顯著提高 Cu 脅迫下番茄幼苗根系和莖的 Mn 含量，分別比 Cu 脅迫處理下提高 14.6% 和 40.2%; 但葉柄和葉片 Mn 含量顯著降低了 34.8% 和 30.2%。添加血紅蛋白后(Cu+SNP+Hb)，番茄幼苗根系和莖中的 Mn 含量降低了 5.1% 和 18.8%，而葉柄和葉片中的 Mn 含量顯著增加了 72.7% 和27.3%。

表5 番茄幼苗不同部位的錳含量和累積量

與對(duì)照相比，Cu 脅迫處理下，番茄幼苗葉柄和葉片的 Mn 累積量顯著增加，根系和莖中的 Mn 累積量顯著降低。與 Cu 脅迫處理相比，添加外源 SNP 顯著提高了番茄根系和莖中 Mn 的累積量，顯著降低葉柄和葉片中 Mn 的累積量。添加血紅蛋白后(Cu+SNP+Hb)，番茄幼苗莖中 Mn 累積量顯著降低，根系、 葉柄和葉片中 Mn 累積量顯著增加。

CK 處理的 Mn 轉(zhuǎn)運(yùn)因子(TF)為 4.16，Cu 脅迫處理后轉(zhuǎn)運(yùn)因子為 6.70，添加外源 SNP 使 TF 降低為 6.01，表明外源 SNP 能顯著降低根系中的 Mn 向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)。

2.7 外源 NO 對(duì) Cu 脅迫下番茄幼苗 Mn 的亞細(xì)胞分布的影響

由表 6 可知，與對(duì)照(CK)相比，Cu 脅迫顯著降低番茄幼苗根系細(xì)胞中不同亞細(xì)胞的 Mn 含量，細(xì)胞壁、 細(xì)胞器和液泡的 Mn 含量分別降低 65.2%、 47.1%和82.8%。添加外源 SNP(Cu+SNP)可提高細(xì)胞器的 Mn 含量，比 Cu 脅迫處理提高 12.7%，而細(xì)胞壁和液泡的 Mn 含量分別降低 12.2% 和 6.0%。與 Cu+SNP 處理相比，添加血紅蛋白后(Cu+SNP+Hb)，番茄幼苗根系不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的 Mn 含量顯著提高，細(xì)胞壁、 細(xì)胞器和液泡的 Mn 含量分別提高了 252.7%、 101.1%和43.6%。

表6 番茄幼苗中錳的亞細(xì)胞分布

Cu 脅迫處理下，番茄幼苗莖細(xì)胞中細(xì)胞壁和細(xì)胞器的 Mn 含量比對(duì)照分別提高了 6.4% 和 156.0%，而液泡 Mn 含量降低 2.5%。添加外源 SNP 后，細(xì)胞壁和液泡 Mn 含量與 Cu 脅迫處理相比差異不顯著，而細(xì)胞器 Mn 含量顯著降低 46.2%。添加血紅蛋白后，細(xì)胞壁和液泡 Mn 含量比 Cu+SNP 處理分別降低了 15.7% 和 20.5%，細(xì)胞器 Mn 含量提高 9.4%。

Cu 脅迫處理顯著提高了番茄幼苗葉柄細(xì)胞中細(xì)胞壁和液泡的 Mn 含量，分別比對(duì)照提高 27.2% 和 66.8%，而細(xì)胞器的 Mn 含量顯著降低 22.2%。與 Cu 脅迫處理相比，添加外源 SNP 后顯著增加番茄幼苗根細(xì)胞中不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的 Mn 含量，細(xì)胞壁、 細(xì)胞器和液泡 Mn 含量分別提高 18.0%、 2.7%和27.3%。添加血紅蛋白后，細(xì)胞壁和液泡 Mn 含量比 Cu+SNP 處理分別降低了 41.3% 和 15.8%，細(xì)胞器 Mn 含量升高 12.3%。

Cu 脅迫下，番茄幼苗葉片細(xì)胞壁、 細(xì)胞器和液泡的 Mn 含量分別比對(duì)照提高 50.8%、 69.8%和2.8%。添加外源 SNP 后，液泡中 Mn 含量比 Cu 脅迫處理提高 11.4%，而細(xì)胞壁和細(xì)胞器 Mn 含量分別下降 43.2% 和 35.1%。添加血紅蛋白后，細(xì)胞器的 Mn 含量占葉片細(xì)胞 Mn 總含量的比例與 Cu+SNP 處理相比提高了 6.3%，細(xì)胞壁和液泡的 Mn 含量所占比例分別下降了 6.0% 和 0.3%。

3 討論與結(jié)論

鐵(Fe)是生物體生命活動(dòng)中必需的微量元素之一，其參與生物體內(nèi)呼吸作用、 光合作用、 DNA 合成、 氮素同化和固定、 激素合成、 活性氧的形成與消除等重要的生理代謝過程[15]。植物正常生長(zhǎng)發(fā)育不僅需要從環(huán)境中吸收充足的鐵，更需要其在植物體內(nèi)高效運(yùn)轉(zhuǎn)和在器官中合理分布以保證完成生命周期[16]。本試驗(yàn)中，銅(Cu) 脅迫使番茄幼苗各部位的 Fe 含量和累積量顯著降低。這可能是由于過量 Cu2+存在競(jìng)爭(zhēng)性抑制根系對(duì) Fe2+的吸收，或者根系積累的大量 Cu2+限制了 Fe2+向地上部運(yùn)輸。添加外源 SNP 可顯著增加番茄各部位的 Fe 含量，其中根系和葉柄中 Fe 含量和累積量最高。而添加血紅蛋白可使 NO 的緩解效果消除。這可能是因?yàn)?SNP 釋放出 NO，調(diào)控質(zhì)膜上 ATPase 等功能蛋白活性，提高了 Cu 脅迫下番茄根系對(duì) K、 Ca、 Fe、 Zn 等離子的吸收，使其在器官間的分配更加趨于合理，以維持胞質(zhì)的離子穩(wěn)態(tài)，從而緩解過多銅的毒害[17]。

研究表明，鋅(Zn)在玉米細(xì)胞內(nèi)的分布特征與其吸收和富集重金屬能力密切相關(guān)[19]。細(xì)胞壁固持和液泡區(qū)隔化在植物對(duì)重金屬的解毒、 耐性和超富集方面起著重要作用[20]。本試驗(yàn)中，Cu 脅迫使番茄幼苗根系 Zn 含量和累積量顯著降低，葉片 Zn 含量和累積量顯著提高。添加外源 SNP 可顯著促進(jìn)根系 Zn 的吸收和累積，提高葉片 Zn 含量和累積量。而添加血紅蛋白可使 NO 的這種作用被削弱。說明正是由于 SNP 釋放的 NO 作用于根系細(xì)胞質(zhì)膜的磷脂雙分子層，維持質(zhì)膜正常的離子選擇性，促進(jìn)根系對(duì) Zn 的吸收，緩解質(zhì)膜受過多 Cu 的毒害[21-22]。另外，NO 作為信號(hào)分子參與抗逆信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，保護(hù)植物細(xì)胞免受逆境脅迫的損傷，提高根系和葉片細(xì)胞對(duì) Zn 的吸收和富集[23]。

鋅(Zn)在植物細(xì)胞的不同部位和細(xì)胞器中含量分布不一，胞內(nèi)區(qū)室化分隔有利于保證缺鋅和高鋅脅迫下植物維持正常的生理代謝[24]。Ma等[25]研究顯示，在天藍(lán)遏藍(lán)菜(Thlaspicaerulescens)的葉片中，77% 的鋅主要儲(chǔ)存在原生質(zhì)體，其中 91% 的鋅出現(xiàn)在液泡中。本試驗(yàn)中，鋅主要集中在根系和莖的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，少量鋅存在于葉片和葉柄中。Cu 脅迫處理后，Zn 的亞細(xì)胞分布受到 Cu 脅迫處理的影響，根系各亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和各部位細(xì)胞器中 Zn 含量顯著降低，而葉片和葉柄細(xì)胞壁中 Zn 含量小幅提高，另有部分 Zn 含于莖和葉片的液泡中。添加 SNP 可顯著增加各部位液泡、 細(xì)胞器的 Zn 含量，降低根系和葉片細(xì)胞壁 Zn 含量。表明外源 NO 能促進(jìn) Zn 在番茄體內(nèi)的吸收和分布，并且影響 Zn 在細(xì)胞器和液泡內(nèi)的積累，提高各部位細(xì)胞器對(duì) Zn 的需求以及液泡中有機(jī)酸、 氨基酸和花青素等對(duì)過量 Zn 的儲(chǔ)存[26]。

作為植物生命活動(dòng)所必需的微量元素之一，錳(Mn)過量或缺乏，導(dǎo)致葉綠素合成減少、 光合作用受阻、 活性氧累積和體內(nèi)激素失衡，導(dǎo)致生長(zhǎng)受阻，尤其是葉部和根尖分生區(qū)的生長(zhǎng)受到明顯的抑制[27]。Xu等[28]利用同步輻射X-射線熒光光譜(synchrotron radiation X-ray fluorescence，SRXRF)微探針對(duì)商陸(PhytolaccaacinosaRoxb)根系、 莖和葉片中錳分布的分析結(jié)果表明，葉片是錳累積的主要器官，而根系、 莖和葉片的維管組織中存在高濃度的錳，有利于其長(zhǎng)距離運(yùn)輸和向葉片不同組織中分配。根系主要通過有機(jī)酸的螯合作用促進(jìn)植物對(duì) Mn2+的轉(zhuǎn)運(yùn)解毒，同時(shí)能夠?qū)⑦^量的 Mn2+分隔在細(xì)胞壁中; 葉片可通過酚類物質(zhì)或有機(jī)酸螯合 Mn2+，并將其分隔在葉片表皮細(xì)胞和葉肉細(xì)胞的液泡中[29]。本試驗(yàn)中，Cu 脅迫使番茄幼苗葉柄和葉片的 Mn 含量和累積量顯著提高，莖中 Mn 含量和累積量顯著降低，根系 Mn 含量顯著升高。添加 SNP 可顯著增加根系和莖中 Mn 含量和累積量，降低葉柄和葉片中 Mn 含量和累積量。添加血紅蛋白后 NO 的這種作用被減弱。表明銅脅迫下，外源 NO 可能介導(dǎo)了抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)，清除根尖細(xì)胞活性氧(ROS)引起的氧化損傷，保護(hù)細(xì)胞膜免受重金屬脅迫的傷害，增強(qiáng)根系中有機(jī)酸(尤其是草酸、 檸檬酸)對(duì)過量 Mn2+的螯合，同時(shí)，促進(jìn)葉柄和葉片中 Mn 向莖中轉(zhuǎn)運(yùn)，提高莖中 Mn 的補(bǔ)給，緩解 Cu 毒害[30-31]。

從番茄幼苗各部位及亞細(xì)胞中Fe、 Zn、 Mn含量和累積量的分布來看，同正常營(yíng)養(yǎng)液處理相比，外源NO在Cu脅迫逆境下可以顯著提高Fe、 Zn、 Mn的選擇性吸收，調(diào)控番茄幼苗各部位及亞細(xì)胞中Fe、 Zn、 Mn的合理分布，維持胞質(zhì)離子穩(wěn)態(tài)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素平衡，緩解銅脅迫，保證番茄幼苗正常的生理代謝。

參考文獻(xiàn):

[1] 王曉蘭, 周守標(biāo), 楊集輝, 等. 銅脅迫對(duì)彎囊苔草(Carexdispalata)生長(zhǎng)和生理特性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 29(2): 264-269.

Wang X L, Zhou S B, Yang J Hetal. Copper stress on the growth and some physiological parameters ofCarexdispalata[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2010, 29(2): 264-269.

[2] 謝建春, 趙娟, 楊世勇. 銅尾礦對(duì)油菜生長(zhǎng)和生理功能的影響[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2009, 25(2): 74-79.

Xie J C, Zhao J, Yang S Y. Effects of copper mine tailings on growth and physiological functions ofBrassicacampestris[J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2009, 25(2): 74-79.

[3] Sharma S S, Dietz K J. The relationship between metal toxicity and cellular redox imbalance[J]. Trends in Plant Science, 2009, 14(1): 43-50.

[4] Wojcik M, Tukiendorf A. Response of wild type ofArabidopsisthalianato copper stress[J]. Biologia Plantarum, 2003, 46(1): 79-84.

[5] 高曉寧. 土壤重金屬污染現(xiàn)狀及修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2013, (9): 229-231.

Gao X N. Research advances on soil heavy metal pollution and remediation technology[J]. Modern Agricultural Science and Technology, 2013, (9): 229-231.

[6] Beligni M V, Lamattina L. Nitric oxide: a non-traditional regulator of plant growth[J]. Trends in Plant Science, 2001, 6(11): 508-509.

[7] Tan Y W, Xu Y F, Zhou H. Effects of nitric oxide on seed germination and seedling growth of tall fescue under salt stress[J]. Acta Agrestia Sinica, 2010, 18(3): 394-398.

[8] 張敏, 姜春輝, 李曉云, 崔秀敏. 外源 NO 對(duì)銅脅迫下番茄幼苗根系構(gòu)型及其超微結(jié)構(gòu)的影響[J]. 植物生理學(xué)報(bào), 2012, 48(11): 1105-1112.

Zhang M, Jiang C H, Li X Y, Cui X M. Effects of exogenous nitric oxide on tomato seedlings root architecture and ultrastructure under copper stress[J]. Plant Physiology Journal, 2012, 48(11): 1105-1112.

[9] 張敏, 姜春輝, 崔秀敏. 外源 NO 供體硝普鈉(SNP)對(duì)銅脅迫下番茄幼苗生理生化指標(biāo)的影響[J]. 植物生理學(xué)報(bào), 2013, 49(2): 144-152.

Zhang M, Jiang C H, Cui X M. Effects of exogenous nitric oxide donor SNP on physiological and biochemical indexes in tomato seedlings under copper stress[J]. Plant Physiology Journal, 2013, 49(2): 144-152.

[10] 李興華, 方子森, ?？×x. 大量及微量元素對(duì)胡麻幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 48(1): 42-48.

Li X H, Fang Z S, Niu J Y. Effects of major and trace elements on growth and development of flax seedlings[J]. Journal of Gansu Agricultural University, 2013, 48(1): 42-48.

[11] 姜春輝, 王秀峰, 尹博, 等. 外源 NO 對(duì) Cu 脅迫下番茄 Cu 的亞細(xì)胞分布和化學(xué)形態(tài)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 23(11): 3033-3039.

Jang C H, Wang X F, Yin Betal. Effects of exogenous nitric oxide on the subcellular distribution and chemical forms of copper in tomato seedlings under copper stress[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(11): 3033-3039.

[12] Weigel H J, J?ger H J. Subcellular distribution and chemical form of cadmium in bean plant[J]. Plant Physiology, 1980, 65: 480-482.

[13] Rathore V S, Baiai Y P, Wittwer S H. Subcellular localization of zinc and calcium in bean (PhaseolusvulgarisL.) tissues[J]. Plant Physiology, 1972, 49: 207-211.

[14] 段曼莉, 付冬冬, 王松山, 等. 亞硒酸鹽對(duì)四種蔬菜生長(zhǎng)、 吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)硒的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 31(3): 658-665.

Duan M L, Fu D D, Wang S Setal. Effects of different selenite concentrations on plant growth, absorption and transportation of selenium in four different vegetables[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2011, 31(3): 658-665.

[15] 申紅蕓, 熊宏春, 郭笑彤, 左元梅. 植物吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)鐵的分子生理機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 17(6): 1522-1530.

Sheng H Y, Xiong H C, Guo X T, Zuo Y M. Progress of molecular and physiological mechanism of iron uptake and translocation in plants[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(6): 1522-1530.

[16] Morrissey J, Guerinot M L. Iron uptake and transport in plants: the good, the bad, and the ionome[J]. Chemical Reviews, 2009, 109(10): 4553-4567.

[17] Zhang Y K, Han X J, Chen X Letal.Exogenous nitric oxide on antioxidative system and ATPase activities from tomato seedlings under copper[J]. Scientia Horticulturae, 2009, 123(2): 217-223.

[18] Graziano M, Beligni M V, Lamattina L. Nitric oxide improves internal iron availability in plants[J]. Plant Physiology, 2002, 130: 1852-1859.

[19] 周建民, 黨志, 陶雪琴，周永章. NTA 對(duì)玉米體內(nèi) Cu、 Zn 的積累及亞細(xì)胞分布的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 2005, 26(6): 126-130.

Zhou J M, Dang Z, Tao X Q, Zhou Y Z. Influence of NTA on accumulation and subcellular distribution of copper and zinc in corn (Zeamays)[J]. Environmental Science, 2005, 26(6): 126-130.

[20] Küpper H, Lombi E, Zhao F Jetal. Cellular compartmentation of cadmium and zinc in relation to other elements in the hyperaccumulatorArabidopsishalleri[J]. Planta, 2000, 212(1): 75-84.

[21] 張遠(yuǎn)兵, 劉愛榮, 方蓉. 外源一氧化氮對(duì)鎘脅迫下黑麥草生長(zhǎng)和抗氧化酶活性的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2008, 17(4): 57-64.

Zhang Y B, Liu A R, Fang R. Effect of exogenous nitric oxide on the growth and antioxidant enzyme activities of Lolium perenne under Cd stress[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2008, 17(4): 57-64.

[22] 張義凱, 韓小嬌, 金洪, 等. 外源 NO 對(duì)銅脅迫下番茄光合、 生物發(fā)光特性及礦質(zhì)元素吸收的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2010, 16(1): 172-178.

Zhang Y K, Han X J, Jin Hetal. Effects of exogenous nitric oxide on photosynthetic, bioluminescent characteristics and mineral element contents in tomato under copper stress[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2010, 16(1): 172-178.

[23] 彭金英, 黃勇平. 植物防御反應(yīng)的兩種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及其相互作用[J]. 植物生理與分子生物學(xué)報(bào), 2005, 31(4): 347-353.

Peng J Y, Huang Y P. The signaling pathways of plant defense response and their interaction[J]. Journal of Plant Physiology and Molecular Biology, 2005, 31(4): 347-353.

[24] Broadley R, White P J, Hammond J Petal. Zinc in plants[J]. New Phytologist, 2007, 173(4): 677-702.

[25] Ma J F, Ueno D, Zhao F Jetal. Subcellular localization of Cd and Zn in the leaves of a Cd-hyperaccumulating ecotype ofThlaspicaerulescens[J]. Planta, 2005, 220(5): 731-736.

[26] Cosio C, Martinoia E, Keller C. Hyperaccumulation of cadmium and zinc inThlaspicaerulescensandArabidopsishalleriat the leaf cellular level[J]. Plant Physiology, 2004, 134(2): 716-725.

[27] Santandrea G, Schiff S, Bennici A. Effects of manganese on Nicotiana species cultivated in vitro and characterization of regenerated Mn-tolerant tobacco plants[J]. Plant Science, 1998, 132(1): 71-82.

[28] Xu X H, Shi J Y, Chen Y Xetal. Distribution and mobility of manganese in the hyperaccumulator plantPhytolaccaacinosaRoxb. (Phytolaccaceae)[J]. Plant and Soil, 2006, 285(1-2): 323-331.

[29] 張玉秀, 李林峰, 柴團(tuán)耀, 等. 錳對(duì)植物毒害及植物耐錳機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 植物學(xué)通報(bào), 2010, 45(4): 506-520.

Zhang Y X, Li L F, Chai T Yetal. Mechanisms of manganese toxicity and manganese tolerance in plants[J]. Chinese Bulletin of Botany, 2010, 45(4): 506-520.

[30] Mora M L, Rosas A, Ribera Aetal. Differential tolerance to Mn toxicity in perennial ryegrass genotypes: involvement of antioxidative enzymes and root exudation of carboxylates[J]. Plant and Soil, 2009, 32(1-2): 79-89.

[31] 趙寶泉, 萬宇, 楊世湖, 等. 外源 NO 供體硝普鈉(SNP)對(duì)重金屬 Cd 脅迫下水稻幼苗膜脂過氧化及抗氧化酶的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2010, 26(3): 468-475.

Zhao B Q, Wan Y, Yang S Hetal. Effects of exogenous nitric oxide donor SNP on membrane lipid peroxidation and activity of antioxidative enzyme in rice seedlings under Cd stress[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences, 2010, 26(3): 468-475.

[32] 徐向華, 施積炎, 陳新才, 等. 錳在商陸葉片的細(xì)胞分布及化學(xué)形態(tài)分析[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 27(2): 515-520.

Xu X H, Shi J Y, Chen X Cetal. Subcellular distribution and chemical fractions of manganese in leaves of hyper accumulator phytolacca acinosa roxb[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2008, 27(2): 515-520.

[33] 倪才英, 劉永厚, 趙振紀(jì). 贛東北土壤中銅的毒害作用研究[J]. 江西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 1999, 23(2): 170-173.

Ni C Y, Liu Y H, Zhao Z J. A study on toxicity of copper in soil of northeast Jiangxi province[J]. Journal of Jiangxi Normal University(Natural Sciences Edition), 1999, 23(2): 170-173.