蘋果酸-天冬氨酸代謝對水稻鎘吸收轉(zhuǎn)運特性的影響

張昕，王惠君，薛衛(wèi)杰，王常榮，張長波，黃永春，劉仲齊

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護科研監(jiān)測所農(nóng)業(yè)農(nóng)村部產(chǎn)地環(huán)境污染防控重點實驗室，天津 300191）

鎘是重金屬污染農(nóng)田中最常見的有害元素。在我國南方鎘污染農(nóng)田中，稻米中的鎘含量極易超過國家規(guī)定的限量標(biāo)準(zhǔn)（0.20 mg·kg-1，GB 2762—2017）[1-2]。鎘在稻米中積累會顯著降低稻米中谷氨酸含量，從而影響其他氨基酸的合成[3]。水稻是耐鎘能力較強的糧食作物，能將土壤中的鎘富集在根系和莖葉等營養(yǎng)器官中，水稻開花后，營養(yǎng)器官中的鎘隨其他礦質(zhì)元素一起轉(zhuǎn)運到發(fā)育籽粒中，品種類型和灌漿期的氣候條件對鎘向稻米中的轉(zhuǎn)運有顯著影響[3-5]。

在鎘脅迫環(huán)境中，植物體內(nèi)活性氧（ROS）代謝很容易受到干擾，鎘離子通過擾亂電子傳遞過程，產(chǎn)生大量的ROS 如超氧陰離子、羥基、H2O2等，進而引發(fā)植物氧化損傷[6-7]。葉綠體是合成ROS 的主要細胞器，葉綠體中的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）通過蘋果酸脫氫酶（MDH），將草酰乙酸（OAA）還原為蘋果酸，蘋果酸從葉綠體轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中，在過氧化物酶體或線粒體中又被氧化成OAA，同時產(chǎn)生NADH和ROS[8-9]。蘋果酸在葉綠體和線粒體等細胞器間的穿梭和循環(huán)稱為蘋果酸調(diào)節(jié)（Malate valve），其在維持植物細胞內(nèi)的能量平衡、pH 和滲透勢穩(wěn)定、清除細胞內(nèi)過量NADH 和ROS等方面發(fā)揮著重要作用[9-10]。外源添加蘋果酸能顯著提高植物生長量、增加凈光合速率、減少過氧化氫積累、增強根系活性等，進而減輕鎘的毒害作用[11-13]。由此可見，蘋果酸在細胞器間的轉(zhuǎn)運和循環(huán)是植物細胞在逆境條件下調(diào)控能量平衡的重要機制。

蘋果酸循環(huán)與氨基酸代謝有密切的關(guān)系。三羧酸循環(huán)和乙醛酸循環(huán)代謝過程中產(chǎn)生的蘋果酸，可以通過氧化作用轉(zhuǎn)化成OAA，后者在天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）的催化下轉(zhuǎn)化成天冬氨酸，進而合成谷氨酸、賴氨酸、蘇氨酸等一系列氨基酸[9，14-15]。這些氨基酸能夠通過螯合作用降低鎘的生物活性，抑制鎘向稻米中轉(zhuǎn)運[4，16]。此外，蘋果酸還具有補充和平衡三羧酸循環(huán)其他代謝產(chǎn)物的功能，從而可以保證氨基酸和糖代謝對有機酸的需求[17-18]。植物的根、莖、葉、花和果實等多種器官都能通過蘋果酸在液泡中的儲存和釋放過程來調(diào)控有機酸、氨基酸、脂肪酸和可溶性糖之間的轉(zhuǎn)化，同時調(diào)控細胞滲透勢和含氮化合物的轉(zhuǎn)運等過程[18-19]。

隨著植物體內(nèi)鎘含量的增加，根、莖、葉等器官中蘋果酸和檸檬酸的含量顯著下降[20-21]。外源補充蘋果酸，能否促進蘋果酸-天冬氨酸的轉(zhuǎn)化過程并消除鎘的毒性效應(yīng)，尚未見相關(guān)研究報道。本研究采用根際添加和葉面噴施蘋果酸的方法，對蘋果酸通過氨基酸代謝緩解鎘毒害的生理機制進行了探討。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以湖南大面積種植的秈稻品種中早35 為材料，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護科研監(jiān)測所人工氣候室和日光溫室分別進行水培試驗和盆栽試驗。盆栽土壤為來自廣西壯族自治區(qū)河池市某地的水稻土，其基本理化性質(zhì)為：pH 6.53，有機質(zhì)含量34.38 g·kg-1，全氮0.164%，全磷0.024%，全鉀1.20%，速效鉀含量84.96 mg·kg-1，速效磷含量17.10 mg·kg-1，陽離子交換量7.82 cmol·kg-1，鎘含量0.69 mg·kg-1。

1.2 水培試驗方法

選取飽滿的水稻種子，用H2O2溶液進行種子表面消毒后，將種子均勻鋪至育苗盤內(nèi)，放置在人工氣候室中進行發(fā)芽培養(yǎng)。水稻幼苗長至兩葉一心時，轉(zhuǎn)移至1/2 Hoagland營養(yǎng)液中培養(yǎng)7～10 d。當(dāng)多數(shù)水稻幼苗進入三葉一心期后，從中挑選大小均勻的幼苗，轉(zhuǎn)移到去離子水中饑餓處理24 h，再分別轉(zhuǎn)移至含有2.7μmol·L-1Cd的1/10 Hoagland營養(yǎng)液中處理7 d，在處理液中分別添加0、0.5、1.0 mmol·L-1和1.5 mmol·L-1蘋果酸（Cd、Cd+MA1、Cd+MA2 和Cd+MA3），用KOH 和HNO3調(diào)節(jié)pH 為5.5～6.0，每個處理重復(fù)3 次，每個重復(fù)15株苗。處理液每隔1 d更換1次。處理結(jié)束后，先將幼苗根系浸泡在5 mmol·L-1CaCl2溶液中20 min，去除表面吸附的離子，再用去離子水漂洗干凈。從各重復(fù)中隨機取5 株水稻幼苗，用根系掃描儀（EPSON STD 1600，winRhizo system V.4.0b）掃描根系，測定水稻幼苗的總根長、表面積和根尖數(shù)。然后將各處理的水稻根系與地上部分開，殺青（105°C，15 min）后烘干待用。人工氣候室條件參數(shù)：晝夜時間為16 h/8 h，晝夜溫度為25 ℃/20 ℃，白天光照105μmol·m-2·s-1，相對濕度60%。

1.3 盆栽試驗方法

水稻種子在1%的次氯酸鈉溶液中浸泡15 min后用去離子水洗凈，播種于育苗盤中，根據(jù)苗齡，依次澆灌1/10～1/2的Hoagland 營養(yǎng)液，幼苗長到五葉一心之后，選取長勢均勻的苗，移栽到裝有5 kg 土壤的塑料盆中，每盆9 株。水稻開花期進行葉面噴施處理：處理1 噴施去離子水（CK）；處理2 噴施2 次5 mmol·L-1蘋果酸（MA1）；處理3 噴施3 次5 mmol·L-1蘋果酸（MA2），每個處理重復(fù)4 次，每次噴施總量為30 mL。水稻成熟期收取水稻籽粒、穗頸、旗葉、節(jié)和莖稈等樣品，參照張雅薈等[22]的方法進行樣品前處理后用于測定鎘含量、必需元素含量和籽粒氨基酸含量等指標(biāo)。

1.4 鎘含量及亞細胞分布的測定

水培試驗的水稻幼苗根系和地上部以及盆栽試驗收獲的水稻各器官，分別烘干后磨成粉。參照Xue等[16]的方法，分別稱取0.5 g 樣品于消解管中，加入7 mL HNO3搖勻，室溫下靜置12 h。將消解管放入電熱消解儀ED54上進行消解，溫度110 ℃，加熱2.5 h后，冷卻至室溫，在消煮管內(nèi)加入1 mL H2O2搖勻，110 ℃繼續(xù)加熱1.5 h。將消解管內(nèi)的液體于170 ℃下趕酸至1 mL以內(nèi)。再將消解液稀釋并轉(zhuǎn)移至25 mL 容量瓶定容，用ICP-MS（Agilent 7500a，美國）測定樣品中鎘含量。

鎘的亞細胞分布方法主要參照Han 等[23]的方法。從收取的水稻幼苗根系和地上部鮮樣中，分別稱取0.25 g 和0.50 g 置于研缽中，加入提取緩沖液進行充分研磨后使之成勻漿液。然后在3 000 r·min-1下離心15 min，沉淀為細胞壁組分（F1）。取上清液在15 000 r·min-1下離心30 min，沉淀部分為細胞器組分（F2），上清液為細胞液組分（F3）。整個操作過程在4 ℃下進行。提取緩沖液組成為：250 mmol·L-1蔗糖，50 mmol·L-1Tris-HCl（pH 7.5）和1.0 mmol·L-1二硫赤鮮醇。將收集到的3 種亞細胞組分分別放在70 ℃電熱板上蒸干至恒質(zhì)量，然后測定其中的鎘含量。

1.5 酶活性測定

水稻開花期標(biāo)記單穗的開花時間，按照開花后5、10、15、20、25、30 d的間隔，從每個重復(fù)中分別剪取發(fā)育正常的稻穗3 個，在液氮中研磨成勻漿，從中取0.20 g 左右的勻漿轉(zhuǎn)移到離心管中，加入1.8 mL 緩沖液（pH 7.4，0.05 mol·L-1Tris-HCl）在冰上靜置5 min，然后離心10 min（4 ℃，12 000 r·min-1），上清液即為酶的粗提液。MDH 和AST 的活性用試劑盒（北京索萊寶科技有限公司）測定。MDH 的活性單位用每小時催化產(chǎn)生1μmol·L-1NADH 的酶量來表示，AST 的活性單位用每小時催化產(chǎn)生1 μmol·L-1丙酮酸的酶量來表示。

1.6 氨基酸和巰基化合物的測定

樣品中的游離氨基酸依據(jù)Xue 等[5]的方法提取。將植物樣品曬干磨碎后過篩，稱取0.20 g 加入2.0 mL去離子水，然后超聲處理30 min，離心（4 ℃，10 000 r·min-1）10 min 后取上清液，殘渣再用2.0 mL 去離子水復(fù)提，將兩次上清液混合均勻過0.22μmol·L-1濾膜后待測。

巰基化合物測定參照Han 等[23]的方法。分別稱取0.20 g 根系和地上部鮮樣，充分研磨后，加入1.8 mL 的提取緩沖液轉(zhuǎn)移到離心管中，離心（4 ℃，12 000 r·min-1）10 min 后，將上清液輕輕地倒入新的離心管中，加入650 μL HEPES 緩沖液和25 μL TCEP 溶液，混合均勻后，在室溫（25 ℃）下預(yù)培養(yǎng)5 min，再加入20 μL mBBr 溶液，在黑暗條件下（25 ℃）衍生反應(yīng)30 min，用1.0 mol·L-1的MSA 100 μL 終止衍生反應(yīng)，液體用0.22μm 過濾膜過濾后，用高效液相色譜儀（Agilent 1200，美國）測定谷胱甘肽（GSH）和植物螯合肽（PCs）的含量。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

采用Excel進行相關(guān)數(shù)據(jù)的計算、統(tǒng)計與處理、制圖。用SPSS 20.0 進行統(tǒng)計分析，新復(fù)極差法（Duncan′s）進行多重比較、差異顯著性檢驗。

轉(zhuǎn)移因子（TF）為相鄰器官間鎘含量的比值[23]，如TFa/b為a器官鎘含量與b器官鎘含量的比值。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果酸對水稻幼苗根系形態(tài)和鎘積累特性的影響

蘋果酸能顯著促進根系的生長發(fā)育并抑制鎘的吸收和轉(zhuǎn)運。在含有2.7 μmol·L-1鎘的培養(yǎng)液中加入0.5～1.5 mmol·L-1的蘋果酸使水稻幼苗單株平均根尖數(shù)增加43.6%～96.1%（圖1A），總根長增加31.5～44.3 cm（圖1B）。隨著培養(yǎng)液中蘋果酸濃度的增加，水稻根系和地上部中的鎘含量顯著下降。根系中的鎘含量主要分布在F1 中，F(xiàn)3、F2 中的鎘含量很低。根系F1中的鎘含量對蘋果酸最為敏感，添加0.5、1.0、1.5 mmol·L-1的蘋果酸使水稻根系F1 中的鎘含量分別下降7.9%、35.9%、45.5%，而根系F3 中鎘含量僅分別下降23.8%、34.8%、39.6%（圖1C）。與根系不同，地上部F1和F3中的鎘含量比較接近，且F3中鎘含量對蘋果酸最為敏感。添加0.5、1.0、1.5 mmol·L-1的蘋果酸使水稻幼苗地上部F3的鎘含量分別下降29.5%、37.1%、39.7%，而F1 的鎘含量僅分別下降6.7%、16.4%、13.9%（圖1D）。

圖1 蘋果酸對水稻幼苗根尖數(shù)、根長以及鎘在根系和地上部亞細胞分布特征的影響Figure 1 Effects of malic acid on root tips，root length，and the subcellular distribution of Cd in roots and shoots of rice seedlings

2.2 蘋果酸對水稻幼苗氨基酸和PCs含量的影響

在培養(yǎng)液中添加不同濃度的蘋果酸后，水稻幼苗根系和地上部中的大部分氨基酸呈現(xiàn)出明顯的增長趨勢（圖2A 和圖2B）。在無蘋果酸的鎘脅迫處理中，幼苗根系和地上部的游離氨基酸總量分別為13.1 g·kg-1和10.1 g·kg-1。添加0.5、1.0 mmol·L-1和1.5 mmol·L-1蘋果酸后，幼苗根系中的氨基酸總量分別達到14.9、15.9 g·kg-1和18.2 g·kg-1，地上部的氨基酸總量分別達到11.9、13.1 g·kg-1和15.2 g·kg-1。在檢測到的12 種游離氨基酸中，根系中丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸和纈氨酸對蘋果酸的濃度特別敏感，添加0.5 mmol·L-1的蘋果酸即能使其含量顯著增加，添加1.5 mmol·L-1蘋果酸使根系中天冬氨酸、谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸的含量增加92.9%～140.0%，丙氨酸和纈氨酸的含量增加41.7%～54.5%（圖2A）。地上部丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸和色氨酸6 種氨基酸對蘋果酸的濃度特別敏感，添加1.5 mmol·L-1蘋果酸使地上部中丙氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸和甘氨酸含量增加18.2%～66.7%，谷氨酸和色氨酸含量增加90.9%～100.0%（圖2B）。添加蘋果酸后，根系和地上部丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸5 種氨基酸的含量呈顯著增加的趨勢。

圖2 蘋果酸對水稻幼苗根系和地上部氨基酸及巰基化合物的影響Figure 2 Effects of malic acid on amino acids in roots and shoots，and on sulfhydryl compounds in roots and shoots of rice seedlings

植物體內(nèi)的GSH 和PCs 能通過螯合作用消除鎘的生理毒性。培養(yǎng)液中添加蘋果酸后，水稻地上部與根系中的GSH 均顯著增加（圖2C），其中1.5 mmol·L-1蘋果酸使地上部和根系中的GSH 分別增加了68.4%和33.7%。與GSH 含量的變化趨勢相反，隨著培養(yǎng)液中蘋果酸濃度的增加，地上部和根系中的PC2、PC3、PC4的含量呈顯著下降的趨勢（圖2D）。在檢測到的植物螯合肽中，PC3的含量明顯高于PC2和PC4。添加1.5 mmol·L-1蘋果酸使地上部和根系的PC3分別減少了84.7%和81.7%。

2.3 噴施蘋果酸對水稻各器官鎘含量的影響

在土壤鎘含量為0.69 mg·kg-1的盆栽試驗中，中早35 稻米中的鎘含量高達0.56 mg·kg-1。MA1 和MA2 處理顯著降低了成熟期籽粒和穗軸中的鎘含量，下降幅度為37.5%～55.4%（圖3A）。在蘋果酸的作用下，植株頂部營養(yǎng)器官旗葉、穗頸和穗節(jié)中的鎘含量顯著下降（圖3B）；莖稈基部的鎘含量也呈下降趨勢，但未達5%顯著水平。噴施蘋果酸后，相鄰器官間鎘的TF 也顯著下降（圖3C）。MA1 和MA2 處理使鎘的TF籽粒/穗軸從0.41 分別下降到0.38 和0.32，TF穗軸/穗頸和TF穗頸/穗節(jié)也均顯著低于噴水的對照處理。穗節(jié)和莖基部壓縮的分蘗節(jié)是營養(yǎng)器官中鎘富集能力最強的器官，蘋果酸對TF穗節(jié)/莖基也有顯著影響，從1.37下降到1.16和1.14。

圖3 蘋果酸對籽粒和穗軸、營養(yǎng)器官鎘含量以及相鄰器官間鎘轉(zhuǎn)移因子的影響Figure 3 Effects of malic acid on Cd content in rice and rachis，vegetative organs，and Cd TF between adjacent organs of rice seedlings

2.4 噴施蘋果酸對水稻天冬氨酸和谷氨酸合成的影響

在MDH 催化下，細胞中的蘋果酸能高效轉(zhuǎn)化成OAA，后者在AST 的催化下轉(zhuǎn)化成天冬氨酸（4 碳氨基酸）；AST 也能夠催化α-酮戊二酸轉(zhuǎn)化成谷氨酸（5碳氨基酸）（圖4A）。水稻開花后，稻穗中的MDH 活性顯著增加，開花后10 d 達到最大值；開花期噴施蘋果酸10～30 d 內(nèi)，MA1 和MA2 處理分別使MDH 的活性提高50.8%～74.5%和63.0%～96.8%（圖4B）；灌漿中后期（開花后20 d），MDH 活性略有下降，但依然顯著高于對照處理（圖4B）。稻穗中AST 的活性在開花后5 d 就達到最大值，一直保持到開花20 d，此后開始顯著下降（圖4C）。在開花后5～30 d 的時間內(nèi)，MA1 和MA2 處理分別使AST 活性提高5.5%～12.1% 和14.6%～22.6%。

圖4 蘋果酸-天冬氨酸合成路線，蘋果酸對MDH和AST活性以及各器官天冬氨酸和谷氨酸含量的影響Figure 4 Route of malate-aspartic acid synthesis，effects of malic acid on the activities of MDH and AST，and content of aspartic acid and glutamate in rice organs

隨著酶活性的增加，籽粒和旗葉等器官中的游離天冬氨酸和谷氨酸含量也顯著增加。MA1 和MA2 處理顯著提高了籽粒、穗軸、旗葉和穗節(jié)中的天冬氨酸含量，對穗頸和莖基部的天冬氨酸含量無顯著影響（圖4D）。各器官中游離谷氨酸的含量顯著高于天冬氨酸，MA1 和MA2 處理顯著提高了籽粒、穗軸、旗葉、穗頸和穗節(jié)中的谷氨酸含量，僅對莖基部的谷氨酸含量無顯著影響（圖4E）。

3 討論

在長期的自然進化過程中，水稻形成了適應(yīng)逆境脅迫的生理調(diào)控機制。當(dāng)根際環(huán)境中的鎘進入水稻根系細胞后，許多鎘離子被細胞壁中的大分子所固定，進入細胞膜的鎘會被轉(zhuǎn)運到液泡中封存起來，以減弱或消除鎘對細胞質(zhì)中各種正常生理活動的干擾[22，24]。本研究發(fā)現(xiàn)，根際環(huán)境中添加0.5～1.5 mmol·L-1蘋果酸，既能顯著降低水稻根系細胞壁和細胞液中的鎘含量，又能顯著增加根尖數(shù)目、根長和根表面積。隨著根系細胞液中鎘含量的顯著下降，轉(zhuǎn)運到地上部的鎘總量大幅度降低（圖1）。這是由于細胞內(nèi)的小分子有機酸（如蘋果酸、檸檬酸等）、氨基酸和PCs 等能與鎘和鉛等重金屬形成螯合物，并清除細胞內(nèi)過量的ROS等有害物質(zhì)[9，10，13，25]。在鎘脅迫環(huán)境中，外源添加蘋果酸能顯著提高植物生長量、增加凈光合速率、減少ROS 積累、增強根系活性等，進而減輕鎘的毒害作用[11-12]。不僅如此，水稻開花期葉面噴施蘋果酸，也能顯著降低成熟期稻米和莖葉中的鎘含量（圖3）。這說明提高根系和葉片中的蘋果酸濃度都能有效抑制水稻細胞對鎘的吸收和轉(zhuǎn)運，降低地上部和稻米中的鎘含量。

水稻細胞內(nèi)的谷氨酸和天冬氨酸對鎘離子極為敏感，籽粒和營養(yǎng)器官中的谷氨酸和天冬氨酸含量隨著鎘含量的增加而顯著下降[3，5，16]。本研究發(fā)現(xiàn)，在水稻開花期噴施蘋果酸后稻穗中MDH和AST的活性顯著增加，籽粒和莖葉中游離谷氨酸和天冬氨酸含量顯著上升（圖4），蘋果酸是三羧酸循環(huán)過程中的重要中間產(chǎn)物，它與OAA之間的氧化還原反應(yīng)有助于維持植物細胞內(nèi)NADH 和NAD+的動態(tài)平衡[9-10，15]。在細胞質(zhì)中，蘋果酸和α-酮戊二酸通過氨基轉(zhuǎn)移作用，調(diào)控天冬氨酸和谷氨酸的合成[10，14]。這說明噴施蘋果酸可激發(fā)轉(zhuǎn)氨酶的活性，促進蘋果酸-草酰乙酸-天冬氨酸以及α-酮戊二酸-谷氨酸的轉(zhuǎn)化過程。提高根際環(huán)境中的蘋果酸濃度同樣能顯著提高根系和地上部的天冬氨酸和谷氨酸含量（圖2）。由此可見，在鎘脅迫環(huán)境中提高水稻細胞的蘋果酸含量，能顯著促進氨基轉(zhuǎn)移過程，有效消除鎘對谷氨酸和天冬氨酸合成的抑制作用。

GSH是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸結(jié)合而成的三肽化合物（γ-Glu-L-Cys-L-Gly），是PCs 的前體。在植物螯合肽合成酶催化下，GSH可以進一步合成結(jié)構(gòu)為[（γ-Glu-L-Cys）2～11-Gly]的PCs，PCs 能與鎘形成無毒、低分子質(zhì)量的Cd-S-PC 螯合物儲存于液泡中[24，26-27]。水稻細胞中的鎘含量與PCs 含量呈正相關(guān)關(guān)系[22，24，26]。本研究發(fā)現(xiàn)，提高根際環(huán)境中的蘋果酸濃度后，水稻根系和地上部組織中的谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸含量以及GSH 含量顯著增加，而PC2、PC3、PC4的含量卻隨著蘋果酸濃度的增加而減?。▓D2）。這說明蘋果酸通過促進谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸的合成提高了細胞中的GSH 含量。隨著氨基酸和GSH含量的增加，細胞液中的鎘含量顯著下降，此時，細胞不需要合成更多的PCs 來消除鎘的毒害，于是PCs的含量表現(xiàn)出下降趨勢。

氨基酸代謝在植物的抗逆反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。天冬氨酸和天冬酰胺、谷氨酸和谷氨酰胺是細胞中最重要的氮源供體，與酶活性和離子轉(zhuǎn)運的調(diào)控有密切關(guān)系[7，28-30]。增加谷氨酸濃度能夠提高陽離子通道對鎘的識別和攔截，抑制有害元素從營養(yǎng)器官向籽粒中的轉(zhuǎn)運[5，7，31]。本研究發(fā)現(xiàn)，噴施蘋果酸后，水稻籽粒、穗軸、穗頸、穗節(jié)和旗葉中的游離谷氨酸含量顯著增加（圖4）。水稻開花期噴施檸檬酸、巰基丁二酸等小分子酸能夠激活水稻抗氧化防御體系，提高難溶態(tài)鎘在莖葉組織中的分配比例，調(diào)控水稻體內(nèi)陽離子通道的活性，促進氨基酸合成和有益元素的轉(zhuǎn)運，有效抑制鎘從營養(yǎng)器官向籽粒的轉(zhuǎn)運[16，23，32]。水稻開花期噴施蘋果酸能夠使鎘從莖基向上部莖葉以及籽粒中轉(zhuǎn)運的比率（即TF）大幅度下降，致使水稻各器官的鎘含量自下而上呈現(xiàn)顯著下降的趨勢（圖3）。由此可見，噴施蘋果酸在促進谷氨酸和天冬氨酸合成的同時，顯著提高了水稻營養(yǎng)器官對鎘的攔截能力，有效抑制了水稻灌漿期間鎘從旗葉向籽粒中的轉(zhuǎn)運，顯著降低籽粒中的鎘含量。

4 結(jié)論

（1）根際環(huán)境中添加0.5～1.5 mmol·L-1的蘋果酸可顯著降低水稻細胞壁、細胞器及細胞液中鎘的含量。與此同時，水稻地上部與根系中的谷胱甘肽及其前體谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸含量顯著增加，植物螯合肽含量隨鎘含量的下降而下降。

（2）開花期噴施蘋果酸顯著降低成熟期籽粒和穗軸以及旗葉、穗頸和穗節(jié)中的鎘含量，使鎘從穗軸向籽粒轉(zhuǎn)運的比例從0.41 下降到0.32～0.38，相鄰營養(yǎng)器官間鎘的轉(zhuǎn)移因子也顯著下降。

（3）噴施蘋果酸顯著提高灌漿期稻穗中蘋果酸脫氫酶和天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶的活性，使穗軸、穗莖和旗葉中谷氨酸含量顯著上升，從而抑制了鎘向頂部營養(yǎng)器官和籽粒中的轉(zhuǎn)運。