銅脅迫條件下AMF對海州香薷光合色素含量、抗氧化能力和膜脂過氧化的影響

王穗子，金則新，李月靈，谷銀芳

1 西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，重慶 400715 2 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，重慶 400715 3 臺州學(xué)院生態(tài)研究所，臺州 318000 4 浙江省植物進化生態(tài)學(xué)與保護重點實驗室，臺州 318000 5 上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海 200234

銅脅迫條件下AMF對海州香薷光合色素含量、抗氧化能力和膜脂過氧化的影響

王穗子1,2,3,4，金則新3,4,*，李月靈3,4,5，谷銀芳3,4,5

1 西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，重慶 400715 2 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，重慶 400715 3 臺州學(xué)院生態(tài)研究所，臺州 318000 4 浙江省植物進化生態(tài)學(xué)與保護重點實驗室，臺州 318000 5 上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海 200234

以盆栽海州香薷為研究對象，模擬Cu脅迫條件下，接種叢枝菌根真菌(AMF)對海州香薷葉片光合色素含量、抗氧化酶活性、抗氧化劑含量、膜脂過氧化程度的影響。結(jié)果表明：(1)與對照相比，Cu脅迫使海州香薷葉片葉綠素 a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)、總?cè)~綠素(Chl (a+b))、類胡蘿卜素(Car)含量以及葉綠素a/b(Chl a/b)均顯著降低，抗氧化酶活性和抗氧化劑含量也顯著下降，質(zhì)膜相對透性(MRP)和丙二醛(MDA)含量顯著增大。(2)與Cu脅迫相比，Cu脅迫下接種AMF可使海州香薷葉片葉綠素含量顯著增加；超氧化物歧化酶(SOD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性顯著提高；還原型谷胱甘肽(GSH)、抗壞血酸(AsA)含量顯著增加；MDA含量、MRP顯著下降?？傊臃NAMF可提高Cu脅迫下海州香薷葉片光合色素含量和抗氧化能力，降低膜脂過氧化水平，從而緩解Cu脅迫對植株造成的傷害，增強海州香薷對Cu脅迫的適應(yīng)性，提高了植株的生物量。

Cu脅迫；AMF；海州香薷；光合色素；抗氧化能力；膜脂過氧化

海州香薷(Elsholtziasplendens)屬唇形科(Labiatae)的一年生草本植物，又名銅草，為Cu礦的指示植物。海州香薷野生資源豐富，生物量較大，是一種有潛力的Cu污染土壤的修復(fù)植物[1-2]。Cu礦區(qū)的海州香薷葉片Cu含量為18—391 μg/g，根部為700—800μg/g[3]，海州香薷主要積累大量Cu于根部，而限制其向地上部分運輸[1]。Yang等[4]認為海州香薷是Cu的耐性和富集植物，開展水培實驗發(fā)現(xiàn)其地上部分Cu累積超過1000mg/kg。Cu是植物生長發(fā)育必需的微量元素，廣泛參與植物各種生理代謝過程[5]。但是Cu濃度過高會影響植物光合作用，破壞蛋白質(zhì)的代謝，影響礦質(zhì)元素的吸收[6-8]，并且會引起巰基依附于蛋白，使得蛋白失活或結(jié)構(gòu)改變，將一些必需陽離子替換，產(chǎn)生自由基和活性氧，植物膜脂過氧化[9]，使膜受到損傷，增加離子滲透[10]，導(dǎo)致植物Cu毒害。為了抵御Cu脅迫帶來的損傷，植物在一定范圍內(nèi)會產(chǎn)生超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)等抗氧化酶和抗壞血酸(AsA)、還原型谷胱甘肽(GSH)等抗氧化劑，用于清除過量的活性氧，幫助植物抵抗逆境[11]。

叢枝菌根真菌(AMF)與80%以上陸生植物具有共生關(guān)系[12]，接種AMF可以增強植物對水分與營養(yǎng)的吸收能力[13]，進而提高植物對重金屬的耐受性[14]。也有研究發(fā)現(xiàn)AMF通過改變植物細胞膜Zn2+轉(zhuǎn)運基因MtZ-IP2的表達，從而減輕植物對重金屬的吸收，緩解重金屬對植物的毒害[15]。人工接種AMF將更利于海州香薷對Cu的耐受、吸收和積累[16-17]。海州香薷在不同濃度Cu處理下，接種AMF植株地上部分的Cu含量增加，但在Cu濃度為400mg/kg時，接種AMF和對照之間地上部分的Cu含量無顯著性差異[18]。Wang等[16]通過對接種單一和混合菌種表明，在復(fù)合污染中接種混合AMF菌種顯著增加海州香薷的生物量以及地上部分中的Cu、Zn、P、Pb的含量，提升了植物Cu、Zn、Pb、Cd的吸收能力。目前，已有較多重金屬脅迫下接種AMF對植物膜脂過氧化程度、活性氧的產(chǎn)生以及抗氧化酶活性影響的報道，如重金屬Cd脅迫下接種AMF，使秋茄(Kandeliacandel)幼苗生物量增加，丙二醛(MDA)含量降低，植物抗氧化酶活性增加，減輕植物膜脂過氧化[19]。但鮮有在Cu脅迫條件下，接種AMF對海州香薷抗氧化能力影響的研究。

本研究通過室內(nèi)盆栽實驗，分析Cu脅迫條件下接種Cu礦區(qū)中與海州香薷共生多年的AMF對海州香薷光合色素含量、抗氧化能力、膜脂過氧化程度的影響，以期闡明AMF在海州香薷抗Cu脅迫過程中的作用，探討AMF在提高海州香薷Cu耐性的生理機制。為進一步了解在Cu脅迫下，海州香薷如何適應(yīng)環(huán)境的巨大壓力，成為Cu礦區(qū)和Cu污染區(qū)優(yōu)勢種群提供理論依據(jù)。也為Cu污染土壤的修復(fù)和Cu礦區(qū)生態(tài)重建提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 供試材料

海州香薷種子采自湖北省紅安縣無污染地區(qū)(31° 30.632′ N、114° 32.620′ E，海拔118 m)，野外供接種土壤采自湖北省陽新縣赤馬山Cu礦(29° 59.776′ N、115° 05.856′ E，海拔138 m)，供接種土壤的AMF孢子密度為每100g土壤中780個孢子。栽培土壤為經(jīng)過121 ℃滅菌2 h后的基質(zhì)(泥炭土∶砂石∶蛭石=6∶3∶1)。于2013年5月上旬將海州香薷種子進行殺菌處理，放置于48孔穴盤中萌發(fā)。于2013年6月上旬，取大小相似長至6葉苗齡的幼苗，移栽至上盆口內(nèi)直徑19 cm、下盆口內(nèi)直徑12 cm、高15 cm的塑料圓盆中(內(nèi)裝有干重為1.7 kg的土壤)，每盆一株且添加0.05 g復(fù)合肥，隨機擺放于智能玻璃溫室中進行繼續(xù)培養(yǎng)。土壤基本理化性質(zhì)為：pH值5.73，有機質(zhì)20.16 g/kg，全氮14.61 mg/kg，有效磷17.86 mg/kg，速效鉀56.67 mg/kg。

1.2 實驗設(shè)計與處理

采用兩因素兩水平完全隨機設(shè)計，分為添加與不添加銅(Cu)以及接種與不接種AMF，共4個處理，即對照(CK)、添加Cu(Cu)、接種AMF(AMF)、添加Cu和接種AMF(Cu+AMF)，每個處理15個重復(fù)。Cu的添加采用加入CuSO4溶液至Cu2+濃度達1000mg/kg土壤，以添加等體積的無菌水作為不添加Cu的處理。接種AMF采用5%野外采集的土壤與95%基質(zhì)(體積比)，混勻后待用[20-21]。為保證不接種和接種AMF土壤中的細菌、放線菌等微生物群落區(qū)系基本一致，參考Walling等[21]方法，在不接種AMF的土壤中加入5%野外采集的土壤(體積比)經(jīng)11 μm濾膜(Whatman)過濾出的土壤浸提液50mL。4種處理完成后，將土壤放置1周，正常澆水，待重金屬平衡穩(wěn)定后，將幼苗移栽于花盆中。所有植株按常規(guī)管理，保持水肥一致。溫室培養(yǎng)條件：白天相對濕度為(70±10.5)%，晚上為(57±7.2)%，白天溫度為(30.0±5)℃，夜間為(18.0±2)℃，自然光照條件。于2013年10月中旬，進行各項生理指標的測定，并收獲植株。

1.3 指標測定

1.3.1 菌根侵染率測定

取植物新鮮根系，用FAA固定液固定24 h以上，進行凈化、軟化、酸化、染色、脫色[22]，每株植物隨機選取細根30段(1 cm /每段)，制成裝片，于40倍顯微鏡下觀察菌根侵染情況。菌根侵染率的計算按照下面公式進行：

1.3.2 光合色素含量測定

隨機取相同部位的葉片，洗凈并用蒸餾水沖洗，吸水紙將其擦干，待測。采用Arnon法[23]測定并計算葉綠素a (Chl a)、葉綠素b (Chl b)、總?cè)~綠素(Chl (a+b))和類胡蘿卜素(Car)的含量以及葉綠素a/b (Chl a/b)值。

1.3.3 抗氧化酶活性測定

以樣品鮮質(zhì)量計算樣品酶活性。超氧化物歧化酶(SOD)活性：采用Bewley等[24]的氮藍四唑(NBT)光還原法測定。以560nm時抑制NBT光化學(xué)還原50%的酶量為1個酶活性單位(U)。過氧化物酶(POD)活性：采用愈創(chuàng)木酚顯色法測定。以每分鐘內(nèi)OD470變化0.01為1個酶活性單位(U)[23]。過氧化氫酶(CAT)活性：采用紫外吸收法測定。以每分鐘內(nèi)OD240降低0.01為1個酶活性單位(U)[25]?？箟难徇^氧化物酶(APX)活性：采用Nakamo和Asada[26]的方法測定APX活性，以△A290每分鐘降低1.0為一個酶活性單位(U)。

1.3.4 抗氧化劑含量測定

抗壞血酸(AsA)：紅菲羅啉(BP)顯色法[27]。還原型谷胱甘肽(GSH)：5,5-二巰基-2,2-二硝基苯甲酸(5,5-Dithio-dintrob enzoic acid, DTNB)顯色法[28]。

1.3.5 膜脂過氧化程度測定

質(zhì)膜相對透性(MRP)采用郝再彬等[29]的電導(dǎo)率法。丙二醛(MDA)含量測定參照李合生等[27]的硫代巴比妥酸(TBA)比色法。

1.3.6 生物量測定

植株用蒸餾水清洗干凈后，將其分為根、莖、葉、花序分別放入紙袋，105 ℃殺青20min，80℃烘干至恒重。分別測定根、莖、葉、花序生物量，計算總生物量和根冠比。

1.4 統(tǒng)計分析

4個處理之間單因子數(shù)據(jù)差異顯著性采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和LSD多重比較。添加Cu和接種AMF的交互作用對海州香薷各參數(shù)的差異顯著性采用雙因素方差分析(Two-way ANOVA)檢驗(SPSS 16.0)。用Origin8.5進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 銅脅迫條件下接種AMF對海州香薷菌根侵染率的影響

各處理海州香薷根系A(chǔ)MF侵染情況如圖1所示。AMF處理海州香薷菌根侵染率為60.7%，Cu+AMF處理的根侵染率為57.3%。在40倍顯微鏡下，CK和Cu處理均未觀測到明顯的菌絲及囊泡結(jié)構(gòu)，其侵染率均為0。表明無論Cu脅迫與否，接種AMF對海州香薷根系均具有良好的侵染效果。

2.2 銅脅迫條件下接種AMF對海州香薷葉片光合色素含量的影響

不同處理的海州香薷葉片Chl (a+b)含量大小為：AMF>CK>Cu+AMF>Cu，它們之間均差異顯著(表1)，接種AMF葉片Chl (a+b)含量比CK增加了17.9%，Cu處理則比CK下降了55.1%，而Cu+AMF處理較Cu處理增加了34.8%。4種處理海州香薷葉片Chl a和Chl b含量大小順序與Chl (a+b)相同，各處理之間均差異顯著。與CK相比，接種AMF的Chl a和Chl b含量分別增加了20.0%和12.6%，Cu處理分別降低了56.2%和52.6%。Cu+AMF處理比Cu處理的Chl a、Chl b含量分別增加了36.7%和30.6%，表明Cu脅迫下接種AMF可顯著提高葉片葉綠素含量。

海州香薷葉片Chl a/b以接種AMF最高，與Cu處理、Cu+AMF處理差異顯著；Cu處理最低，比CK降低了7.5%，差異顯著(表1)。Cu處理、Cu+AMF處理的Car含量分別比CK降低了49.8%和43.1%，差異顯著。接種AMF的Car含量顯著高于Cu處理、Cu+AMF處理。

經(jīng)雙因素方差分析(表1)，Cu處理對植株葉片Chl a、Chl b、Chl (a+b)、Car含量和Chl a/b作用均極顯著；接種AMF對Chl a、Chl b、Chl (a+b)影響極顯著；而兩者的交互作用對光合色素各指標均無顯著影響。

2.3 銅脅迫條件下接種AMF對海州香薷抗氧化能力的影響

2.3.1 銅脅迫條件下接種AMF對海州香薷抗氧化酶活性的影響

Cu、Cu+AMF處理的SOD、POD、CAT、APX活性均低于CK，差異顯著。而Cu+AMF處理的SOD、APX活性比Cu處理分別提高了33.7%和66.1%，差異顯著(圖2)。表明Cu脅迫使得海州香薷葉片SOD、POD、CAT和APX的活性降低，而Cu脅迫下接種AMF可明顯提高SOD、APX的活性。

表1 不同處理海州香薷葉片光合色素含量的比較Table 1 The comparison of photosynthetic pigments contents in E. splendens leaves under different treatments

CK：對照； Cu：添加銅； AMF：接種叢枝菌根真菌； Cu+AMF：添加銅+接種叢枝菌根真菌; 表中數(shù)值為平均值±標準差，同列數(shù)據(jù)中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05);*P<0.05;**P<0.01

2.3.2 銅脅迫條件下接種AMF對海州香薷抗氧化劑含量的影響

海州香薷葉片AsA、GSH含量均以Cu處理最低，僅為CK 的69.0%、49.1%，與AMF、Cu+AMF、CK均差異顯著(圖3)；Cu+AMF處理的AsA、GSH含量分別比Cu處理增加了29.6%和55.1%，差異顯著。Cu+AMF處理的GSH含量低于CK，差異顯著。

圖2 不同處理海州香薷葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的比較Fig.2 The comparison of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX) activities in E. splendens leaves under different treatmentsCK：對照； Cu：添加銅； AMF：接種叢枝菌根真菌； Cu+AMF：添加銅+接種叢枝菌根真菌

圖3 不同處理海州香薷葉片抗壞血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)含量的比較Fig.3 The comparison of ascorbic acid (AsA) and glutathione (GSH) contents in E. splendens leaves under different treatmentsCK：對照； Cu：添加銅； AMF：接種叢枝菌根真菌； Cu+AMF：添加銅+接種叢枝菌根真菌。不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

雙因素方差分析表明(表2)，Cu脅迫處理對海州香薷葉片抗氧化酶活性和抗氧化劑含量的影響均達到了極顯著水平，AMF處理僅對葉片APX活性和AsA含量影響顯著，Cu脅迫與接種AMF交互作用對海州香薷葉片GSH含量的影響達到顯著水平。

2.4 銅脅迫條件下接種AMF對海州香薷膜脂過氧化的影響

海州香薷植株葉片MDA含量以Cu處理最高，為CK 的161.5%，與Cu+AMF、AMF、CK均差異顯著(圖4)；Cu+AMF處理顯著高于AMF、CK。Cu+AMF處理葉片MDA含量為Cu處理的的79.8%，可看出Cu脅迫下接種AMF顯著降低了MDA的含量。

海州香薷葉片MRP也以Cu處理最高，為CK的206.3%。與Cu+AMF、AMF、CK均差異顯著(圖4)；Cu+AMF處理顯著高于AMF、CK。Cu+AMF處理的葉片MRP是Cu處理的82.0%，同樣可看出，在Cu脅迫下接種AMF顯著降低了葉片MRP。

圖4 不同處理海州香薷葉片丙二醛(MDA)含量和質(zhì)膜相對透性(MRP)的比較Fig.4 The comparison of malondialdehyde (MDA) content and membrane relative permeability (MRP) in E. splendens leaves under different treatmentsCK：對照； Cu：添加銅； AMF：接種叢枝菌根真菌； Cu+AMF：添加銅+接種叢枝菌根真菌。不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

雙因素方差分析可看出(表2)，Cu脅迫對海州香薷葉片MDA含量和MRP的影響均達到了極顯著水平。接種AMF僅對海州香薷葉片MRP具顯著性影響。添加Cu及接種AMF交互作用對海州香薷葉片MRP影響達到極顯著水平。

表2 銅脅迫與接種叢枝菌根真菌對海州香薷抗氧化能力和質(zhì)膜過氧化影響的雙因素方差分析

Table 2 Two-way ANOVAs of the effects of copper stress and inoculated with arbuscular mycorrhizal fungi on the anti-oxidant capacity and membrane lipid peroxidation ofE.splendens

F超氧化物歧化酶SOD過氧化物酶POD過氧化氫酶CAT抗壞血酸過氧化物酶APX谷胱甘肽GSH抗壞血酸AsA丙二醛MDA質(zhì)膜相對透性MRPCu46．64??29．06??13．80??36．60??21．58??19．79??26．96??201．26??AMF2．051．280．566．41?2．355．31?3．927．67?Cu×AMF0．150．060．001．216．76?3．332．7111．41??

SOD:superoxide dismutase; POD:peroxidase; CAT:catalase; APX:ascorbate peroxidase; GSH:glutathione; AsA:ascorbic acid; MDA:malondialdehyde; MRP:membrane relative permeability; Cu：添加銅； AMF：接種叢枝菌根真菌； Cu×AMF：添加銅×接種叢枝菌根真菌; *P<0.05; **P<0.01

2.5 銅脅迫條件下接種AMF對海州香薷生物量的影響

由表3可看出，Cu處理的海州香薷根、莖、葉、花序生物量和總生物量分別比CK下降了67.1%、72.4%、31.2%、75.2%和64.4%，Cu脅迫使得海州香薷各器官和總生物量明顯降低。而Cu處理下接種AMF海州香薷根、莖、葉、花序和總生物量分別比Cu處理提高了36.1%、138.9%、47.3%、68.4%和79.7%，表明接種AMF可緩解Cu脅迫對植株的影響。

雙因素方差分析表明(表3)，Cu處理對植株根、莖、花序生物量和總生物量的影響均極顯著；接種AMF對植株莖生物量、總生物量及根冠比影響極顯著；接種AMF和Cu脅迫交互作用對根生物量影響顯著，對葉、花序和總生物量影響極顯著。

表3 不同處理海州香薷生物量的比較Table 3 The comparison of the biomass of E. splendens under different treatments

Cu：添加銅； AMF：接種叢枝菌根真菌； Cu+AMF：添加銅+接種叢枝菌根真菌; 表中數(shù)值為平均值±標準差，同列數(shù)據(jù)中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)；*P<0.05; **P<0.01

3 討論

植物在受到脅迫時會導(dǎo)致光合色素含量發(fā)生變化，從而改變其光合能力[30]。本研究表明，Cu脅迫顯著降低了海州香薷葉片中葉綠素含量，而接種AMF可以顯著增加葉綠素含量。這是由于植物在受到重金屬脅迫時，葉綠體酶活性比例失調(diào)，葉綠素快速分解，并且重金屬離子改變了合成葉綠素的幾種重要酶的肽鏈的SH部分，從而抑制了葉綠素的合成[31]。而在Cu脅迫下接種AMF后，能在海州香薷根外生出很多菌絲，大大增加根部的吸收面積，幫助吸收水分和營養(yǎng)元素；另外AMF能降低海州香薷根系對Cu的吸收[18]，緩解Cu對植物造成的損傷，使得葉綠素含量顯著提高。葉綠素含量的提高，有利于光合作用能力的增強，促進體內(nèi)有機物的積累，從而提高了植株的生物量。

細胞膜作為植物調(diào)節(jié)和控制細胞內(nèi)外物質(zhì)運輸和交換的重要結(jié)構(gòu)[32]，在逆境脅迫時，植物體內(nèi)會產(chǎn)生大量的活性氧，活性氧的積累會造成膜脂過氧化，其重要產(chǎn)物是丙二醛(MDA)[33]。在本試驗中，Cu處理的海州香薷葉片MDA含量、質(zhì)膜透性均顯著高于其它處理，表明Cu脅迫導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，Cu可與細胞膜蛋白的巰基或磷脂分子層的磷脂類物質(zhì)反應(yīng)，造成膜蛋白磷脂結(jié)構(gòu)改變，膜透性增大。此外，Cu脅迫會使海州香薷葉片產(chǎn)生大量的活性氧，活性氧的積累加重細胞膜脂過氧化程度，使得細胞的正常生命活動受到干擾，植物生長異常。在Cu脅迫下接種AMF后，海州香薷葉片MDA含量和質(zhì)膜透性雖然比CK顯著增加，但比Cu處理顯著降低，減輕了Cu脅迫造成的膜脂過氧化程度，緩解Cu脅迫對海州香薷造成的危害。這與叢枝菌根真菌根內(nèi)球囊霉、幼套球囊霉能顯著降低Cu污染土壤中白三葉(Trifoliumrepens)地上部分MDA含量相似[34]。

植物體內(nèi)存在著酶促(SOD、POD、CAT、APX等)和非酶促(AsA、GSH等)兩類活性氧自由基清除系統(tǒng)，對維持膜結(jié)構(gòu)的完整性和防御活性氧自由基對膜脂的攻擊引起的傷害有重要作用。正常情況下，SOD、POD、CAT和APX及其它保護性物質(zhì)能夠維持自由基在植物體內(nèi)產(chǎn)生和清除的動態(tài)平衡。本研究發(fā)現(xiàn)，Cu處理的海州香薷葉片SOD、POD、CAT、APX活性和AsA、GSH含量均顯著低于CK，表明在較強的Cu脅迫下，細胞中活性氧自由基積累到一定程度，會使抗氧化酶的結(jié)構(gòu)破壞或活性降低[35]，抗氧化劑的含量下降。而在Cu脅迫下接種AMF后，海州香薷葉片的SOD、APX的活性顯著提高，AsA、GSH的含量顯著增大，植株對氧自由基的清除能力增強，減緩活性氧對植物體內(nèi)的傷害和膜脂過氧化程度，提高了海州香薷的抗逆性。

Cu處理下明顯抑制了海州香薷的生長，使植株的根、莖、葉、花序生物量和總生物量比CK顯著下降。這是因為Cu脅迫下葉片的光合色素含量下降，植物的光合作用能力減弱，有機物質(zhì)積累減少；葉片的抗氧化酶活性和抗氧化劑含量明顯下降；膜透性增大，造成膜結(jié)構(gòu)改變，危害植物的生長，這些均可導(dǎo)致Cu脅迫下植物生物量的下降。但Cu脅迫下接種AMF后，AMF為了幫助自己和宿主植物能在Cu污染土壤中存活，主要采用躲避和區(qū)域化分布策略。一方面限制Cu進入細胞質(zhì)，通過分泌大量球囊霉素，幫助土壤形成團聚體，形成Cu-球囊霉素復(fù)合物，從而降低Cu的生物利用率[36]。另一方面通過特殊的金屬轉(zhuǎn)運蛋白，使Cu進入一些亞細胞結(jié)構(gòu)如液泡等，以及根外孢子和根內(nèi)囊泡中，從而減少Cu的毒害。此外，AMF對Cu引起的氧化脅迫進行響應(yīng)，并修復(fù)氧化脅迫引起的損傷[37]。由于接種AMF后，能緩解Cu脅迫對其的傷害，因此，海州香薷生物量顯著增加。

綜上所述，接種AMF可提高Cu脅迫下海州香薷葉片的葉綠素含量、抗氧化酶活性、抗氧化物含量，降低MDA含量和質(zhì)膜透性，增加植株的生物量。說明AMF可以通過提高Cu脅迫下海州香薷葉片光合色素含量和抗氧化能力，來增強植物光合作用能力和降低膜脂過氧化水平，從而緩解Cu脅迫對海州香薷造成的傷害，促進植物生長，提高植株的生物量，增強海州香薷對Cu脅迫的適應(yīng)性，成為Cu礦區(qū)和Cu污染區(qū)的優(yōu)勢種群。本研究供接種的AMF取自Cu礦區(qū)土壤，取材容易，操作簡便，可廣泛應(yīng)用于Cu污染土壤、Cu礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)和重建中。

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Effects of arbuscular mycorrhizal fungi inoculation on the photosynthetic pigment contents, anti-oxidation capacity and membrane lipid peroxidation ofElsholtziasplendensleaves under copper stress

WANG Suizi1,2,3,4, JIN Zexin3,4,*, LI Yueling3,4,5, GU Yinfang3,4,5

1CollegeofLifeScience,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China2KeyLaboratoryofEcoenvironmentsinThreeGorgesReservoirRegionoftheMinistryofEducation,Chongqing400715,China3InstituteofEcology,TaizhouUniversity,Taizhou318000,China4ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofPlantEvolutionaryandConservation,Taizhou318000,China5SchoolofLifeandenvironmentScience,ShanghaiNormalUniversity,Shanghai200234,China

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), which engage in a mutualistic symbiosis with the roots of most plant species, have been well studied for their ability to alleviate heavy metal stress, including that of copper (Cu), in plants. Most mycorrhizal studies have focused on AMF effects on host plant nutrient uptake. However, few studies have investigated plant physiological responses during plant-microbe interactions, which are necessary to understand the efficiency of the phytoremediation of heavy metal pollution.Elsholtziasplendens, a widely distributed Cu-tolerant plant, is usually found in the Cu mining areas of southern China and is colonized by symbiotic AMF. This study examines the effects of AMF on the physiological responses ofE.splendensleaves under Cu stress. A controlled pot experiment was performed to investigate the effects of AMF inoculations and Cu additions onE.splendensleaves′ photosynthetic pigment contents, anti-oxidation enzymatic activities, antioxidant contents and lipid peroxidation. The plants, which were grown on a mixture of sterilized soil and sand, were inoculated with AMF (non-inoculated plants were controls), with or without the addition of Cu (1000mg/kg and 0mg/kg, respectively). The results showed that AMF could well colonize the roots ofE.splendensunder both Cu treatments. The plant root biomass, stem biomass, leaf biomass, inflorescence biomass and total biomass ofE.splendensunder Cu stress were lower than in the control. Inoculations with AMF significantly increased the plant root biomass, stem biomass, leaf biomass, inflorescence biomass and total biomass ofE.splendensunder Cu stress by 36.1%, 138.9%, 47.3%, 68.4%and 79.7%, respectively, and significantly decreased the root shoot ratio by 26.3%, indicating an alleviating effect of Cu inhibition onE.splendensgrowth. Compared with the control, the chlorophyll a (Chl a) and chlorophyll b (Chl b) contents, Chl a+b content [Chl (a+b)], carotenoid content and chlorophyll a/b ratio (Chl a/b) under Cu stress significantly decreased by 56.2%, 52.6%, 55.1%, 49.8%and 7.5%, respectively. Additionally, the superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), ascorbate peroxidase (APX), catalase (CAT), glutathione (GSH) and ascorbic acid (AsA) contents in the leaves ofE.splendensunder Cu stress significantly decreased by 44.8%, 45.0%, 61.0%, 43.7%, 49.2%and 31.1%, respectively, while the membrane relative permeability (MRP) and malondialdehyde (MDA) contents significantly increased by 61.5%and 106.4%, respectively. With the Cu addition, the AMF inoculation significantly increased the Chl a, Chl b and Chl (a+b) contents inE.splendensleaves by 36.7%, 30.6%and 34.8%, respectively, and the GSH and AsA contents by 55.1%and 29.6%, respectively. It also enhanced the SOD and APX activities by 33.7%and 66.1%, respectively, while it reduced the MRP and MDA contents by 18.0%and 20.2%, respectively. In conclusion, AMF inoculations could effectively alleviate the damage of Cu stress onE.splendensby increasing the photosynthetic pigment contents and the antioxidant capacities, while decreasing the lipid peroxidation of cell membranes and the relative conductivity, which might be important for Cu stress adaptation and the improved productivity ofE.splendens.

copper stress; arbuscular mycorrhizal fungi;Elsholtziasplendens; photosynthetic pigment; anti-oxidant capacity; lipid peroxidation

浙江省自然科學(xué)基金項目(LY12C03002)

2014- 07- 25; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期:

日期:2015- 05- 19

10.5846/stxb201407251511

*通訊作者Corresponding author.E-mail:jzx@tzc.edu.cn

王穗子，金則新，李月靈，谷銀芳.銅脅迫條件下AMF對海州香薷光合色素含量、抗氧化能力和膜脂過氧化的影響.生態(tài)學(xué)報,2015,35(23):7699- 7708.

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