外源半胱氨酸緩解裸燕麥鑭脅迫的生理機(jī)制

劉建新，劉瑞瑞，賈海燕，劉秀麗，卜婷，李娜

（甘肅省隴東生物資源保護(hù)利用與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，隴東學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，甘肅慶陽745000）

隨著稀土礦的大量開采和稀土的廣泛應(yīng)用，稀土元素通過各種途徑進(jìn)入水體和土壤，對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深刻影響［1］。稀土微肥在我國應(yīng)用普遍，有效促進(jìn)了作物生長發(fā)育和逆境耐性增強(qiáng)，并提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)，但長期施用大量稀土微肥導(dǎo)致農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)稀土元素積累，影響作物生長發(fā)育，造成減產(chǎn)和品質(zhì)下降［2］。 鑭（lanthanum，La）是稀土肥料中的主要成分之一，也是17 種稀土元素中豐度最大、性質(zhì)最活潑的元素［3］。植物在遭受La 脅迫時(shí)會誘導(dǎo)體內(nèi)超氧陰離子（O2.?）和過氧化氫（H2O2）等活性氧（reactive oxygen species，ROS）積累，進(jìn)而引發(fā)膜脂過氧化反應(yīng)，而植物體內(nèi)的ROS 清除系統(tǒng)在膜脂免受過氧化傷害方面發(fā)揮著重要作用［4］。植物在遭受逆境時(shí)除ROS 清除系統(tǒng)發(fā)生響應(yīng)外，細(xì)胞代謝還會趨向積累滲透溶質(zhì)來維持細(xì)胞膨壓，緩解對細(xì)胞的不利影響［5］。研究表明，La 脅迫導(dǎo)致黃瓜（Cucumis sativus）細(xì)胞膜脂肪酸配比改變［6］、類囊體結(jié)構(gòu)破壞和光系統(tǒng)Ⅱ活性降低［7］；煙草（Nicotiana tabacum）碳同化酶活性下降［8］；裸燕麥（Avena nuda）和黑麥草（Lolium perenne）礦質(zhì)元素平衡破壞、碳氮代謝失調(diào)和光合作用受抑［4，9?10］；番茄（Lycopersicon esculentum）干物質(zhì)積累下降［11］?？梢奓a 脅迫誘導(dǎo)細(xì)胞代謝紊亂和生長受抑等脅迫傷害。因此，探尋緩解作物L(fēng)a 脅迫傷害的技術(shù)途徑，對克服稀土應(yīng)用帶來的負(fù)面效應(yīng)具有重要實(shí)際意義。

硫化氫（hydrogen sulfide，H2S）是植物體內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的第3 種氣體信號分子，它參與植物逆境響應(yīng)調(diào)節(jié)，能夠緩解重金屬對植物產(chǎn)生的脅迫傷害［12］。植物體內(nèi)的H2S 可通過多條途徑產(chǎn)生，目前認(rèn)為半胱氨酸（cysteine，Cys）通過Cys 脫巰基酶催化產(chǎn)生H2S 可能是主要途徑［13］。L-半胱氨酸（L-cysteine，L-Cys）是組成蛋白質(zhì)的20 種基本氨基酸之一，也是植物無機(jī)硫酸鹽同化為有機(jī)硫化物途徑中的終產(chǎn)物及參與硫素代謝的中間載體。Cys 的巰基可與重金屬鹽絡(luò)合形成硫醇鹽，也可與有毒芳香族化合物縮合成硫醚氨酸而解毒；由Cys、谷氨酸和甘氨酸合成的谷胱甘肽（glutathione，GSH）以及由GSH 為前體合成的植物絡(luò)合素（phytochelatins，PCs）在植物抗氧化和螯合重金屬方面發(fā)揮著重要作用［14］；Cys 與胱氨酸相互轉(zhuǎn)換對穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和保持其活性也具有重要影響［15］。有研究表明，外源Cys 可延緩乙烯誘導(dǎo)的橡膠（Hevea brasiliensis）葉片衰老［16］；緩解SO2對大麥（Hordeum vulgare）的氧化損傷［17］；增強(qiáng)小麥（Triticum aestivum）對銅脅迫的耐性［18］。而外源Cys 能否緩解植物L(fēng)a 脅迫傷害，迄今的研究尚未見報(bào)道。裸燕麥?zhǔn)俏覈狈綇V泛種植的一種高蛋白、富含膳食纖維等營養(yǎng)和保健成分的禾本科燕麥屬雜糧作物［19］。北方城市內(nèi)蒙古包頭市的稀土儲量約占中國儲量的85%，長達(dá)60 余年的稀土礦開采使礦區(qū)土壤稀土元素含量超過內(nèi)蒙古幾何背景值的481 倍［20］，白云鄂博礦區(qū)0～60 cm 表層土壤La 含量達(dá)到107. 15～2031. 7 mg·kg?1［21］。裸燕麥具有較強(qiáng)抗逆性，在稀土污染等質(zhì)地差的邊際土壤常首選種植裸燕麥，故裸燕麥的生長發(fā)育遭受La 脅迫傷害。本試驗(yàn)通過盆栽土培試驗(yàn)，研究噴施不同濃度L-Cys 對La 脅迫下裸燕麥生長的影響及生理響應(yīng)的調(diào)節(jié)效應(yīng)，探討外源Cys 對裸燕麥La 脅迫的緩解作用及其生理機(jī)制，以期為利用Cys 緩解作物L(fēng)a 脅迫傷害提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 供試材料

試驗(yàn)于2018 和2019 年的3?7 月在甘肅省隴東生物資源保護(hù)利用與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)基地進(jìn)行。供試土壤取自隴東黃土高原董志塬（35°36′47″N，107°34′44″E）黑壚土0～20 cm 耕層土壤，土壤有機(jī)質(zhì)10. 84 g·kg?1，全氮0. 744 g·kg?1，全磷（P2O5）0. 582 g·kg?1，全鉀（K2O）17. 3 g·kg?1，堿解氮35. 2 mg·kg?1，速效磷（P2O5）4. 52 mg·kg?1，速效鉀（K2O）146. 9 mg·kg?1，pH 8. 4，土壤La 含量為0. 059 mg·kg?1。供試裸燕麥品種為‘定莜9號’，種子由甘肅省定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。供試L-Cys 為Sigma-Aldrich 公司產(chǎn)品，La 供體氯化鑭（LaCl3·2. 5H2O）購自上海生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司。

1. 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1. 2. 1 La 脅迫下裸燕麥生長試驗(yàn) 稱取氯化鑭和過5 mm 篩風(fēng)干土，拌勻，使土壤La 含量分別為25，50，100，200，300，400，500 mg·kg?1（含土壤La 背景值），以不添加氯化鑭為對照（CK）。分別稱取20. 0 kg 拌勻土樣與10. 0 g 復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=13∶17∶15）混勻，裝入口徑31. 5 cm、高34. 0 cm 的塑料盆缽中，按田間持水量（75±5）%澆清水平衡1 周后進(jìn)行播種（2018 年3 月28 日），每盆播裸燕麥種子約80 粒，播種深度5 cm。2018 年4 月24日間苗，5 月2 日疏苗，每盆保留一致壯苗25 株左右。5 月20 日和6 月9 日各追肥1 次，葉面噴施1. 0% 尿素和0. 5% 磷酸二氫鉀每盆50 mL，常規(guī)管理。7 月15 日成熟收獲，測量株高、地上部生物量、穗粒數(shù)、穗粒重、千粒重和籽粒產(chǎn)量。每處理1 盆，重復(fù)5 次，隨機(jī)排列。

1. 2. 2 外源Cys 緩解裸燕麥La 脅迫試驗(yàn) 參考文獻(xiàn)［18］中L-Cys 噴施的有效濃度0. 5～5. 0 mmol·L?1。本盆栽土培試驗(yàn)設(shè)3 組，共6 個(gè)處理：1）對照組（CK）：盆栽土壤不施外源La，植株葉面噴施蒸餾水；2）La 脅迫組：添加氯化鑭使盆栽土壤含La 400 mg·kg?1（含土壤La 背景值），植株葉面噴施蒸餾水；3）Cys 處理組：添加氯化鑭使盆栽土壤含La 400 mg·kg?1（含土壤La 背景值），并分別在植株葉面噴施0. 5、1. 0、2. 5、5. 0 mmol·L?1L-Cys 溶液。20. 0 kg 過5 mm 篩風(fēng)干黑壚土，拌入氯化鑭（CK 組不添加氯化鑭）和10. 0 g 復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=13∶17∶15），混勻，裝入塑料盆缽（口徑31. 5 cm、高34. 0 cm）中，每盆澆9 L 水后平衡7 d 播種裸燕麥（2019 年3 月25 日），每盆播80 粒左右種子，播后覆5 cm 土。4 月8 日出苗后根據(jù)生長情況及時(shí)間苗和疏苗，每盆定苗25 株。定期追肥，常規(guī)管理。在裸燕麥抽穗期（2019 年6 月12 日）給Cys 處理組葉面噴施不同濃度Cys 溶液，向CK 組和La 脅迫組噴施等量蒸餾水。噴施早晚各噴一次，連噴3 d，每次噴至正反面葉片溶液欲滴為止，噴施量每盆約40 mL。為提高噴施液與葉面的粘附程度，噴施液含0. 01% 表面活性劑吐溫?80（邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司，上海）。每處理4 盆，5 次重復(fù)，隨機(jī)排列。最后1 次噴施后的第7 和14 天分別取倒2 葉用液氮速凍30 s 后超低溫冰箱?70 ℃保存，測定相關(guān)指標(biāo)。成熟后測定根系、莖稈和葉片La 含量，收獲（2019 年7 月10 日）并進(jìn)行室內(nèi)考種，調(diào)查株高、地上部生物量、穗粒數(shù)、穗粒重、千粒重和籽粒產(chǎn)量。

1. 3 測定指標(biāo)與方法

采用羥胺反應(yīng)α-萘胺顯色法測定O2·?含量，硫代巴比妥酸比色法測定丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量［22］；按Sergiev 等［23］的方法測定H2O2含量；參照陳建勛等［24］的方法測定超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、過氧化物酶（peroxidase，POD）和抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）活性及抗壞血酸（ascorbic acid，ASA）和GSH 含量。類胡蘿卜素含量采用乙醇提取比色法測定［22］；PCs 含量測定參照白曉娟等［25］的方法；可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖和脯氨酸含量用高俊鳳［22］的方法測定。采用Prodigy 型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Lee man 公司，美國）分別測定根系、莖稈和葉片中La 含量［4］，并計(jì)算對La 的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。富集系數(shù)=裸燕麥根系、莖稈或葉片La 含量/土壤La 含量，式中：土壤La 含量=試驗(yàn)中添加的La 總量（含土壤背景值）/盆土質(zhì)量。轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=裸燕麥庫組織La 含量/裸燕麥源組織La 含量，La的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)劃分為從根向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)、根向莖的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和莖向葉的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。

1. 4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有數(shù)據(jù)采用Micorsoft Excel 2007 計(jì)算整理和制圖，SPSS 20. 0 軟件進(jìn)行SSR 法差異顯著性分析（P<0. 05），結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2. 1 La 脅迫對裸燕麥生長和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1 可見，除25 mg·kg?1La 處理略微提高裸燕麥株高、地上部生物量、穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量外，隨著La 含量增加，株高、地上部生物量、穗粒數(shù)、穗粒重和籽粒產(chǎn)量顯著降低，而千粒重變化不大。與CK 相比，≤100 mg·kg?1La 處理的株高、穗粒重差異不顯著，≤200 mg·kg?1La 處理的地上部生物量、穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，≥300 mg·kg?1La 處理顯著抑制裸燕麥的生長及籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)量因素構(gòu)成。經(jīng)回歸分析，裸燕麥籽粒產(chǎn)量（y）與La 含量（x）極顯著負(fù)相關(guān)：y=29. 164?0. 037x（R2=0. 908**），裸燕麥籽粒產(chǎn)量降低1/2 時(shí)的La 含量（EC50）=404. 97 mg·kg?1。因此，研究外源Cys 對裸燕麥La 脅迫緩解作用時(shí)使用La 含量400 mg·kg?1。

表1 外源La 對裸燕麥株高、地上部生物量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 1 Effect of exogenous lanthanum on plant height，shoot biomass and yield component factors of naked oat

2. 2 外源Cys 對La 脅迫下裸燕麥葉片O2. ?、H2O2和MDA 含量的影響

由表2 可知，與CK 相比，La 脅迫提高了裸燕麥葉片O2.?、H2O2和MDA 含量，三者含量隨脅迫時(shí)間延長進(jìn)一步提高（P<0. 05）。La 脅迫下，噴施0. 5 和1. 0 mmol·L?1Cys 后第7 和14 天裸燕麥葉片中的O2·?、H2O2和MDA含量增幅顯著得到緩解，且噴施1. 0 mmol·L?1Cys 的緩解作用大于噴施0. 5 mmol·L?1Cys。La 脅迫下噴施2. 5和5. 0 mmol·L?1Cys 后第7 天的O2·?含量與單一La 處理差異不顯著，H2O2和MDA 含量顯著降低；噴施2. 5 mmol·L?1Cys 后第14 天的O2·?、H2O2和MDA 含量顯著低于單獨(dú)La 處理，而噴施5. 0 mmol·L?1Cys 的O2·?和H2O2含量差異不顯著，MDA 含量顯著下降。

表2 外源Cys 對La 脅迫下裸燕麥葉片O2.-、H2O2和MDA 含量的影響Table 2 Effect of exogenous Cys on O2.-，H2O2 and MDA contents in leaves of naked oat under La stress

2. 3 外源Cys 對La 脅迫下裸燕麥葉片抗氧化酶活性的影響

與CK 相比，La 脅迫顯著提高了裸燕麥葉片SOD、CAT 和POD 活性，顯著降低APX 活性（圖1）。與單一La處理相比，噴施不同濃度Cys 均能降低La 脅迫下SOD 活性，其中2. 5 mmol·L?1Cys 的SOD 活性最低；CAT 活性在Cys 濃度為0. 5 和1. 0 mmol·L?1時(shí)顯著升高，2. 5 和5. 0 mmol·L?1時(shí)CAT 活性降低；噴施0. 5 和2. 5 mmol·L?1Cys 第7 天的POD 活性與單一La 處理無顯著差異，噴施1. 0 和5. 0 mmol·L?1Cys 第7 天的POD 活性低于單一La 處理，噴施不同濃度Cys 第14 天的POD 活性均顯著低于單一La 處理；La 脅迫下噴施不同濃度Cys 均顯著提高了APX 活性，噴施2. 5 mmol·L?1Cys 的APX 活性最大。

圖1 外源Cys 對鑭脅迫下裸燕麥葉片SOD、CAT、POD 和APX 活性的影響Fig. 1 Effect of exogenous Cys on the activities of SOD，CAT，POD and APX in naked oat leaves under La stress

2. 4 外源Cys 對La 脅迫下裸燕麥葉片抗氧化物質(zhì)和PCs 含量的影響

La 處理裸燕麥葉片的ASA、GSH、類胡蘿卜素和PCs 含量均顯著高于CK（圖2）。La 脅迫下噴施不同濃度Cys 后ASA 和類胡蘿卜素含量明顯降低，其中2. 5 mmol·L?1Cys 處理的ASA 含量最低，不同濃度Cys 處理間的類胡蘿卜素含量無顯著差異；噴施Cys 顯著提高了La 脅迫下的GSH 和PCs 含量，并隨Cys 濃度增加GSH 和PCs含量總體呈上升的趨勢。

圖2 外源Cys 對鑭脅迫下裸燕麥葉片ASA、GSH、類胡蘿卜素和PCs 含量的影響Fig. 2 Effect of exogenous Cys on the contents of ASA，GSH，carotenoid and phytochelatins in naked oat leaves under La stress

2. 5 外源Cys 對La 脅迫下裸燕麥葉片可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖和脯氨酸含量的影響

La 處理下裸燕麥葉片可溶性蛋白質(zhì)含量與CK 差異不顯著（7 d）或顯著下降（14 d），噴施0. 5～5. 0 mmol·L?1Cys 不同程度提高了La 脅迫下的可溶性蛋白質(zhì)含量，但不同濃度Cys 處理間的可溶性蛋白質(zhì)含量差異不顯著（表3）。與CK 相比，La 處理的可溶性糖含量顯著降低，脯氨酸含量顯著增加；La 脅迫下噴施0. 5～5. 0 mmol·L?1Cys 不同程度提高了可溶性糖和脯氨酸含量，其中2. 5 mmol·L?1Cys 處理的增幅最大。

表3 外源Cys 對鑭脅迫下裸燕麥葉片可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖和脯氨酸含量的影響Table 3 Effect of exogenous Cys on contents of soluble protein，soluble sugar and proline in naked oat leaves under La stress（mg·g-1 FW）

2. 6 外源Cys 對La 脅迫下裸燕麥生長和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

La 脅迫顯著降低了裸燕麥株高、地上部生物量及穗粒數(shù)、穗粒重和籽粒產(chǎn)量，分別比CK 下降了15. 6%、40. 3%、42. 2%、51. 0% 和47. 5%，而千粒重?zé)o顯著變化（表4）。La 脅迫下噴施不同濃度Cys 對裸燕麥株高和千粒重的影響不顯著，而對地上部生物量、穗粒數(shù)、穗粒重和籽粒產(chǎn)量均有不同程度的提升作用，其中對地上部生物量、穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量作用最大的Cys 濃度是2. 5 mmol·L?1，對穗粒重作用最大的Cys 濃度是1. 0 mmol·L?1。

表4 外源Cys 對鑭脅迫下裸燕麥生長和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 4 Effect of exogenous Cys on the growth and yield component factors in naked oat under La stress

2. 7 外源Cys 對La 脅迫下裸燕麥La 吸收積累特征的影響

La 脅迫顯著提高了裸燕麥根、莖、葉對La 的吸收積累量，降低了對La 的富集能力，吸收積累量和富集系數(shù)根系>莖稈>葉片；隨Cys 濃度增大La 脅迫下裸燕麥根、莖、葉對La 吸收積累量顯著增加，富集系數(shù)也呈增加趨勢（圖3）。La 脅迫下根系向地上部和莖向葉的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著提高，根向莖的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)變化不明顯；La 脅迫下除噴施0. 5 mmol·L?1Cys 使根系向地上部和莖向葉的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著下降外，噴施其他濃度Cys 的根系向地上部和莖向葉的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)及噴施所有濃度Cys 的根系向莖的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)無顯著變化。

圖3 外源Cys 對La 脅迫下裸燕麥La 含量及富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響Fig. 3 Effect of exogenous Cys on the lanthanum content，accumulator factor and translocation factor in naked oat under La stress

3 討論

3. 1 外源Cys 對La 脅迫下裸燕麥La 吸收積累和生長特性的影響

研究表明，400 mg·kg?1La 脅迫使裸燕麥對La 吸收積累顯著增加，且吸收積累量根系>莖稈>葉片，而根系、莖稈和葉片對La 的富集系數(shù)大幅下降，根向地上部、根向莖和莖向葉的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)不同程度增大（圖3）。說明La 脅迫下裸燕麥各部位對La 的富集能力降低，但各部位間的轉(zhuǎn)運(yùn)能力和吸收積累量明顯提高。 這與前人在牧草植物圓葉決明（Chamaecrista rotundifolia）上的研究結(jié)果類似［26］。 在抽穗期噴施0. 5～5. 0 mmol·L?1Cys 顯著促進(jìn)了400 mg·kg?1La脅迫下裸燕麥根系、莖稈和葉片對La 的吸收積累，提高了根、莖和葉對La 的富集能力，且吸收積累量和富集系數(shù)隨Cys 濃度增加而提高，而對裸燕麥各部位間La 的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)幾乎無影響。說明外施Cys 可增強(qiáng)裸燕麥對La 的富集能力，促進(jìn)La 的吸收積累，但對La的轉(zhuǎn)運(yùn)影響不大。這可能是Cys 作為硫代謝的中間載體和GSH 的合成原料，合成GSH 后進(jìn)而參與PCs合成［14］，PCs 與進(jìn)入體內(nèi)的La3+形成PCs?La3+復(fù)合體進(jìn)而轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡，從而促進(jìn)La3+富集和吸收積累［27］所致。

研究已證明，La 對植物生長的影響表現(xiàn)為“低促高抑”，但不同植物耐受La 的能力存在差異［28?29］。本研究顯示，25 mg·kg?1土壤La 不同程度提高了裸燕麥株高、地上部生物量、穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量；但隨著La 含量進(jìn)一步提高，裸燕麥株高、地上部生物量、穗粒數(shù)、穗粒重和籽粒產(chǎn)量明顯下降，而千粒重變化不大（表1）。說明高濃度La抑制裸燕麥生長和產(chǎn)量構(gòu)成。這與紅壤中La 積累抑制水稻（Oryza sativa）生長發(fā)育和產(chǎn)量的結(jié)果一致［30］。在400 mg·kg?1La 脅迫下，噴施0. 5～5. 0 mmol·L?1Cys 對裸燕麥株高和千粒重沒有影響，但不同程度提高了地上部生物量、穗粒數(shù)、穗粒重和籽粒產(chǎn)量，其中2. 5 mmol·L?1Cys 提升地上部生物量和籽粒產(chǎn)量的作用最大（表4）。說明噴施適宜濃度Cys 可以緩解La 脅迫對裸燕麥生長及產(chǎn)量構(gòu)成的抑制。這與彭向永等［18］研究的外源Cys 能夠緩解銅脅迫對小麥幼苗生長抑制的結(jié)果類似。

3. 2 外源Cys 對La 脅迫下裸燕麥抗氧化系統(tǒng)和滲透脅迫的調(diào)節(jié)作用

試驗(yàn)表明，400 mg·kg?1La 脅迫使裸燕麥葉片O2.?、H2O2和MDA 含量提高（表2），可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量下降（表3）。說明La 脅迫誘導(dǎo)ROS 積累造成裸燕麥生理代謝產(chǎn)生紊亂。ROS 積累一方面可造成細(xì)胞氧化損傷，同時(shí)也可誘導(dǎo)植物抗氧化機(jī)制建立［10］。本試驗(yàn)中，La 脅迫使裸燕麥葉片SOD、CAT 和POD 活性（圖1）及ASA、GSH、PCs、類胡蘿卜素（圖2）和脯氨酸（表3）含量提高，但APX 活性降低。說明裸燕麥通過調(diào)控抗氧化系統(tǒng)增強(qiáng)適應(yīng)La 脅迫的能力?？赡芤?yàn)锳PX 活性下降還是導(dǎo)致ROS 產(chǎn)生積累，造成細(xì)胞氧化傷害。植物可以Cys 為前體合成GSH、PCs 和金屬硫蛋白等在抵抗重金屬脅迫中發(fā)揮重要作用［14］。La 這種輕稀土元素本身也是一種重金屬元素。本試驗(yàn)中，噴施0. 5～2. 5 mmol·L?1Cys 降低了400 mg·kg?1La 脅迫下裸燕麥葉片O2·?含量，噴施0. 5～5. 0 mmol·L?1Cys 降低了H2O2和MDA 含量（表2）。說明施用Cys 可以降低裸燕麥La 脅迫誘導(dǎo)的氧化損傷。Cys 通過Cys 脫巰基酶催化可產(chǎn)生H2S［13］。H2S 作為第3 種氣體信號，能夠緩解植物重金屬脅迫傷害［12］。外施Cys 對裸燕麥La 脅迫氧化損傷的緩解作用是否與Cys 作為H2S 供體促進(jìn)H2S 產(chǎn)生而發(fā)揮作用有關(guān)，尚需進(jìn)一步探究。La 脅迫下噴施0. 5～5. 0 mmol·L?1Cys 降低了裸燕麥葉片SOD 和POD 活性，提高了APX 活性；噴施0. 5 和1. 0 mmol·L?1Cys 使La 脅迫下裸燕麥葉片CAT 活性增強(qiáng)，噴施2. 5 和5. 0 mmol·L?1Cys 時(shí)CAT 活性卻顯著下降（圖1）。另外，噴施0. 5～5. 0 mmol·L?1Cys 降低了La 脅迫下裸燕麥葉片ASA 和類胡蘿卜素含量，提高了GSH 和PCs 含量（圖2）。這說明外源Cys 能夠通過調(diào)控抗氧化酶活性和抗氧化物質(zhì)含量降低La 脅迫誘導(dǎo)的ROS 積累對裸燕麥造成的氧化傷害。這與Deng 等［31］的N-乙酰-L-半胱氨酸可通過增加GSH 和蛋白巰基保護(hù)龍葵（Solanum nigrum）免受鎘脅迫氧化應(yīng)激損傷的研究結(jié)果類似。

La 脅迫擾亂細(xì)胞碳氮代謝，使之趨向積累滲透溶質(zhì)方向轉(zhuǎn)變［10］?？扇苄蕴?、可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸等是重要的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)劑，其含量增加對維持逆境下植物細(xì)胞膨壓具有重要作用，其中可溶性蛋白質(zhì)還具有緩解重金屬毒害和保護(hù)生物膜的作用［32］。脯氨酸又可作為金屬螯合劑和蛋白質(zhì)穩(wěn)定劑，還參與細(xì)胞ROS 清除［33］。本試驗(yàn)中，噴施0. 5～5. 0 mmol·L?1Cys 可緩解400 mg·kg?1La 脅迫下裸燕麥葉片可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量的下降，進(jìn)一步提高脯氨酸含量，其中2. 5 mmol·L?1Cys 的效果最佳（表3）。說明施用Cys 增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)可能也是其緩解La 脅迫傷害的重要機(jī)制之一。但Cys 促進(jìn)La 脅迫下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累的具體機(jī)制有待進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

噴施適宜濃度Cys 可緩解La 脅迫對裸燕麥生長及產(chǎn)量構(gòu)成因素的抑制，降低O2.?、H2O2、MDA、ASA、類胡蘿卜素含量和SOD、POD 活性，提高CAT、APX 活性及GSH、PCs、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖和脯氨酸含量，其最有效的Cys 濃度為1. 0 和2. 5 mmol·L?1。另外，噴施Cys 還可促進(jìn)La 脅迫下裸燕麥根、莖和葉對La 的富集和吸收積累，但對裸燕麥株高、千粒重及La 在不同部位的轉(zhuǎn)運(yùn)影響不大。表明外源Cys 能夠通過調(diào)控抗氧化系統(tǒng)和促進(jìn)滲透溶質(zhì)積累以及改變La 的吸收積累，減輕La 脅迫誘導(dǎo)的氧化傷害和對農(nóng)藝產(chǎn)量性狀的抑制。