馬纓丹對(duì)銅的生理響應(yīng)及亞細(xì)胞分布特征

張春梅，張長(zhǎng)鋒，朱青青，賈永霞*，羅　弦，張世熔，李　云，李　婷

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，四川溫江611130；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，四川溫江611130；3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，四川溫江611130）

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馬纓丹對(duì)銅的生理響應(yīng)及亞細(xì)胞分布特征

張春梅1，張長(zhǎng)鋒1，朱青青1，賈永霞1*，羅弦2，張世熔3，李云1，李婷1

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，四川溫江611130；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，四川溫江611130；3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，四川溫江611130）

摘要：通過盆栽試驗(yàn)，分析了不同濃度銅處理下馬纓丹（Lantanacamara L.）的生物量、抗氧化酶活性及其對(duì)銅的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和亞細(xì)胞分布。結(jié)果表明：低于600 mg.kg-1的銅處理下，馬纓丹根、莖、葉的生物量分別較對(duì)照增加了6％～23％、4％～29％、6％～19％；而高于此濃度時(shí)，根系生物量無顯著降低，但莖和葉的生物量分別較對(duì)照下降了26％～39％和19％～37％。銅處理下，其體內(nèi)銅含量?jī)H為12.45～59.17 mg.kg-1，且根系中銅含量均高于地上部，根系抑制了銅的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)；亞細(xì)胞分布研究表明，銅主要固定于根的可溶性部分（37％～64％）和莖、葉的細(xì)胞壁（40％～43％、29％～38％），具有保護(hù)細(xì)胞器的分布特征。此外，低于600 mg.kg-1的銅處理下，其根系和葉片中SOD、CAT、APX的活性顯著高于對(duì)照，植株能夠緩解低于600 mg.kg-1銅處理誘導(dǎo)的氧化脅迫；而高于此濃度時(shí)，葉片中POD、CAT、APX活性顯著下降，抗氧化能力減弱，葉片受到氧化脅迫傷害，但根系受到的影響較小。因此，馬纓丹是一種銅耐性植物，且根部的耐性強(qiáng)于地上部，其主要耐性機(jī)制是根系對(duì)銅的限制、可溶性部分和細(xì)胞壁對(duì)銅的固定及抗氧化酶對(duì)活性氧物質(zhì)的?除。

關(guān)鍵詞：馬纓丹；銅；亞細(xì)胞分布；抗氧化酶

張春梅，張長(zhǎng)鋒，朱青青，等.馬纓丹對(duì)銅的生理響應(yīng)及亞細(xì)胞分布特征[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（1）：21-28.

ZHANG Chun-mej，ZHANG Chang-feng，ZHU Qjng-qjng，et a1. Physjo1ogjca1 response and subce11u1ar djstrjbutjon of copper jn Lantanacamara L.[J]. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（1）：21-28.

銅（Cu）是植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，廣泛參與植物體內(nèi)一些含銅蛋白及酶的合成，如金屬硫蛋白、銅鋅超氧化物歧化酶等，與植物的耐性密切相關(guān)[1]。然而，Cu也是環(huán)境污染的重金屬元素，易被植物吸收并積累。當(dāng)植物體內(nèi)Cu濃度提高至某一閾值時(shí)，其細(xì)胞內(nèi)色素合成、蛋白質(zhì)代謝及膜透性等會(huì)受到不良影響，導(dǎo)致植物的生長(zhǎng)發(fā)育受阻甚至死亡[2]。

近年來，植物的逆境耐性已成為逆境生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)。研究表明，植物重金屬耐性一般通過兩基本途徑實(shí)現(xiàn)，一是金屬外部排斥機(jī)制，即避免過量有毒重金屬被吸收進(jìn)入植物細(xì)胞或在植物體內(nèi)運(yùn)輸，如旱柳和金絲柳[3]等主要通過限制根部對(duì)Cu的吸收，避免過量的Cu在其體內(nèi)積累，從而提高對(duì)Cu的耐受性；商陸[4]、駱駝蓬[5]、鹽生草[6]等則主要通過根系對(duì)Cu的固持作用，限制Cu向地上部的運(yùn)輸，有效降低Cu對(duì)地上部的傷害。另一途徑是內(nèi)部耐受機(jī)制，即通過一系列的解毒機(jī)制使重金屬在植株內(nèi)以不具生物活性的解毒形式存在，如小飛蓬[7]和輪葉黑藻[8]等將吸收的Cu固定在細(xì)胞壁上，減少Cu離子的跨膜運(yùn)輸，以降低Cu對(duì)細(xì)胞原生質(zhì)體的傷害；紫鴨跖草[9]、車前草[10]等則主要利用細(xì)胞原生質(zhì)體中的氨基酸、蛋白質(zhì)等結(jié)合大量的Cu，以降低其生物毒性。過多的重金屬進(jìn)入原生質(zhì)體的毒害作用主要表現(xiàn)為活性氧物質(zhì)（ROS）大量積累，丙二醛（MDA）和細(xì)胞質(zhì)膜透性顯著增加[11-12]。然而，植物體內(nèi)的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）等能夠在一定范圍內(nèi)?除ROS，減弱氧化損傷[13-15]。Cu脅迫下，豌豆幼苗[11]內(nèi)MDA大量積累，SOD、POD和CAT活性顯著降低；而海州香糯[14]、玉米[15]體內(nèi)的SOD、POD和CAT等活性有所提高，植株有效緩解了Cu脅迫引起的氧化損傷。這表明，不同植物對(duì)重金屬Cu的耐性機(jī)制不同，且重金屬亞細(xì)胞分布和抗氧化酶在提高植物重金屬耐性上有重要作用，對(duì)植物逆境耐性研究具有重要意義。

馬纓丹（Lantana camara L.），別名五色梅，馬鞭草科馬纓丹屬常綠小灌木，原產(chǎn)于美洲熱帶，其生物量大，生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)，在我國(guó)四川地區(qū)廣泛分布，是四川漢源鉛鋅礦區(qū)的一種自然植被。本研究組前期研究發(fā)現(xiàn)，馬纓丹能夠在Cu濃度達(dá)到316.11～615.73 mg.kg-1的礦區(qū)土壤中正常生長(zhǎng)，對(duì)Cu具有較強(qiáng)的耐性，但其對(duì)Cu的耐性機(jī)制尚不明確。因此，本文以漢源鉛鋅礦區(qū)的馬纓丹為試驗(yàn)材料，通過盆栽試驗(yàn)，研究Cu在其組織器官和亞細(xì)胞中的分布特征以及Cu脅迫下其抗氧化酶活性的變化，探討其耐Cu機(jī)制，以期為植物逆境生理學(xué)研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1供試材料

試驗(yàn)材料為馬纓丹，?自四川省漢源縣富泉鉛鋅礦區(qū)。馬纓丹株高1～3 m，莖枝帶刺，葉對(duì)生，花冠有紅、粉紅、黃、橙黃、白等多種顏色，故又稱五色梅。其株型美觀，觀賞期長(zhǎng)，可植于公園、庭院中做花籬、花叢，也可于道路兩側(cè)、曠野形成綠化覆蓋植被。

試驗(yàn)所用土壤?自四川省成都市溫江區(qū)公平鎮(zhèn)輕壤質(zhì)潮土，其理化性質(zhì)如表1所示。

表1　供試土壤的基本理化性質(zhì)Tab1e 1 Physjca1 and chemjca1 propertjes of soj1 used jn experjment

1.2盆栽試驗(yàn)

試驗(yàn)于2014年4—10月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)溫江校區(qū)塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)土壤?風(fēng)干、壓碎、過5 mm篩后，裝入30 cm×40 cm塑料盆中，每盆裝土8.0 kg并添加復(fù)合肥3 g，以供植物生長(zhǎng)所需。根據(jù)前期對(duì)馬纓丹生長(zhǎng)環(huán)境Cu濃度的測(cè)定，設(shè)置0（對(duì)照，不添加Cu）、100、300、600、900、1200、1500、1800 mg.kg-1共8 個(gè)Cu處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。將相應(yīng)量的CuSO4.5H2O（分析純）配制成溶液，與土壤混合均勻，平衡4周待用。?測(cè)定，平衡后土壤pH為7.50～7.85。

馬纓丹?用扦插方式育苗。2014年4月中下旬，剪取當(dāng)年生長(zhǎng)勢(shì)一致的嫩枝作插穗，長(zhǎng)度15 cm左右，保證每個(gè)插穗帶2～3片葉，以便進(jìn)行光合作用。待扦插成活長(zhǎng)出2～3片新葉后（30～40 d），選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗隨機(jī)移栽至上述8個(gè)Cu處理土壤中，每盆4株，植于根袋內(nèi)，以便于收集根系。盆底加托盤，避免重金屬流失和環(huán)境污染。所有處理隨機(jī)擺放，定期相互更換位置，以減少環(huán)境影響。試驗(yàn)期間，每天18：00—19：00根據(jù)水分損失情況合理澆灌，使土壤水分含量保持在20％～25％（根據(jù)氣溫變化調(diào)節(jié)），以保證植株生長(zhǎng)所需水分，觀察并記錄其生長(zhǎng)狀況，60 d后?樣進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。

1.3測(cè)定方法

1.3.1生物量的測(cè)定

將?集的植物樣品用自來水沖洗干凈，并將根部在1％ HC1中浸泡5 mjn，去除根表吸附的重金屬，用蒸餾水沖洗3～4次后擦干。洗凈的植株分為根、莖、葉三部分，分別測(cè)定鮮重，然后在105℃下殺青30 mjn，再?70℃烘干至恒重，測(cè)其干重。

1.3.2銅含量分析

植物中Cu含量測(cè)定參照Zhang等[16]的濕灰化法：分別稱取粉碎混勻的根、莖、葉干樣各0.300 0 g于錐形瓶，加入HNO3/HC1O4（4∶1）混合液消化至無色透明，用蒸餾水定容至25 mL容量瓶，過濾，待測(cè)。?用原子吸收光譜儀（AAS）測(cè)定待測(cè)液中Cu的含量。1.3.3亞細(xì)胞分級(jí)

亞細(xì)胞組分分離參照Fu等[17]的分級(jí)方法：將各盆中的植物鮮樣分為根、莖、葉三部分，每部分全部剪碎混勻，各稱取3.00 g，?用預(yù)冷溶液（0.25 mo1.L-1蔗糖，0.05 mo1.L-1Thrjs-HC1緩沖液，10 mmo1.L-1半胱氨酸，1 mmo1.L-1氯化鎂，pH 7.8）將鮮樣研磨勻漿，通過差速離心法分離為細(xì)胞壁、細(xì)胞器、可溶性部分及細(xì)胞膜四個(gè)組分。所有勻漿和分離過程溫度控制為4℃。每個(gè)組分用HNO3/HC1O4（4∶1）混合液消煮至無色透明，定容至25 mL容量瓶，?用原子吸收光譜儀（AAS）測(cè)定各組分Cu含量。

1.3.4抗氧化酶活性的測(cè)定

取新鮮葉片和根系各0.5 g，加入5 mL 50 mo1.L-1pH 7.8的磷酸緩沖液研磨勻漿，于4℃4000 r.mjn-1離心15 mjn，得上?液后置于低溫環(huán)境備用。SOD、POD和CAT活性測(cè)定參照李玲等[18]的方法，SOD以抑制氮藍(lán)四唑（NBT）還原50％為一個(gè)酶活性單位（U），POD和CAT以每分鐘吸光度值變化0.01為一個(gè)酶活性單位（U）；APX活性測(cè)定參照Rao等[19]的方法，以每分鐘吸光度值變化0.01為一個(gè)酶活性單位（U）。1.3.5丙二醛及細(xì)胞質(zhì)膜透性的測(cè)定

MDA含量的測(cè)定?用硫代巴比妥酸法[18]，以μmo1.g-1FW表示MDA含量。細(xì)胞質(zhì)膜透性?用相對(duì)電導(dǎo)率法用DDS-12A型電導(dǎo)儀測(cè)定[18]，以相對(duì)電導(dǎo)率表示細(xì)胞質(zhì)膜透性的大小。

1.4數(shù)據(jù)?理與分析

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)?Mjcrosoft Exce1和SPSS 20軟件處理，用單因子方差分析法（ANOVA）和最小差異顯著法（LSD）進(jìn)行組間差異性檢驗(yàn)。

2　結(jié)果與分析

2.1銅脅迫對(duì)馬纓丹生長(zhǎng)的影響

通過表2分析可知，隨著Cu處理濃度的增加，馬纓丹根、莖和葉的生物量均呈?增加后降低的趨勢(shì)。在Cu處理濃度為300 mg.kg-1時(shí)，其根、莖和葉的生物量均達(dá)到最大值，分別為對(duì)照的1.23、1.29倍和1.19倍；Cu處理濃度高于600 mg.kg-1后，其莖和葉的生物量顯著低于對(duì)照，并在1800 mg.kg-1Cu處理時(shí)達(dá)到最小值，分別僅為對(duì)照的61％和63％，而根部無顯著下降，表明馬纓丹根部對(duì)銅的耐性強(qiáng)于地上部。

表2　不同濃度銅脅迫下馬纓丹根、莖和葉的生物量Tab1e 2 Root，stem and 1eaf bjomass of L. camara exposed to djfferent Cu concentratjons

2.2馬纓丹各組織器官中的銅含量

從表3可知，外源Cu處理下，馬纓丹根系中Cu含量隨著外源Cu處理濃度的增加?增加后降低，并于1200 mg.kg-1外源Cu處理時(shí)達(dá)到最大值，為對(duì)照的4.75倍；高于此濃度時(shí)，根系中Cu含量顯著降低。然而，其莖和葉中Cu含量隨著外源Cu處理濃度的增加逐漸增加：莖中Cu含量于1800 mg.kg-1外源Cu處理時(shí)達(dá)到最大值，為對(duì)照的2.05倍；葉中Cu含量于1500 mg.kg-1外源Cu處理時(shí)達(dá)到最大值，為對(duì)照的1.55倍，雖然在1800 mg.kg-1外源Cu處理時(shí)有小幅度下降，但并不顯著。根、莖、葉不同之處在于Cu處理濃度高于1200 mg.kg-1后，根中Cu含量顯著降低，而莖和葉中Cu含量顯著增加。這可能是因?yàn)闈舛雀哂?200 mg.kg-1的Cu處理下馬纓丹根系對(duì)Cu的固持能力降低，Cu向地上部轉(zhuǎn)移。

表3　不同濃度銅脅迫下馬纓丹根、莖和葉中的銅含量Tab1e 3 Content of Cu jn roots，stems and 1eaves of L. camara exposed to djfferent Cu concentratjons

2.3馬纓丹各組織器官中銅的亞細(xì)胞分布

如圖1所示，馬纓丹體內(nèi)的Cu在根、莖、葉各亞細(xì)胞組分中的分配比例及變化趨勢(shì)不同。從分配比例來看，Cu在根中主要分布于可溶性部分，占總量的37％～64％；其次是細(xì)胞壁，占總量的23％～29％，細(xì)胞器和細(xì)胞膜中的分配比例較低；隨著Cu處理濃度的增加，可溶性部分中Cu的分配比例增加，而細(xì)胞壁、細(xì)胞器和細(xì)胞膜中的分配比例降低。與根中的分布不同，莖中Cu主要分布于細(xì)胞壁，占總量的40％～43％；其次是可溶性部分，占總量的35％～37％，細(xì)胞器和細(xì)胞膜中的分配比例最低；隨著Cu處理濃度的增加，各亞細(xì)胞組分的分配比例變化不大。然而，葉中Cu在細(xì)胞壁和可溶性部分的分配比例相當(dāng)，分別占總量的29％～38％和30％～34％，且隨著Cu處理濃度的增加，可溶性部分和細(xì)胞器中的分配比例升高，而細(xì)胞壁和細(xì)胞膜中的比例降低。這表明，莖和葉中可溶性部分銅的分配比例相當(dāng)，而細(xì)胞壁中的比例差異卻較大，與小麥[20]上的研究結(jié)果相似，其原因可能是植株不同部位的特點(diǎn)和功能不同，對(duì)銅的亞細(xì)胞分布有一定影響。

圖中不同字母表示各處理間差異顯著（P<0.05）。下同Djfferent sma11 1etters jndjcate sjgnjfjcant djfferences（P<0.05）between djfferent treatments. The same be1ow圖1　不同濃度銅脅迫下馬纓丹各器官亞細(xì)胞組分中銅的分配比例Fjgure 1 Percentages of Cu jn djfferent subce11u1ar fractjons of L. Camara organs under djfferent Cu concentratjons

2.4銅對(duì)馬纓丹抗氧化酶活性的影響

如圖2所示，馬纓丹根系和葉片中SOD、CAT和APX活性均隨Cu處理濃度的增加呈?增加后降低的趨勢(shì)。根系中APX活性于Cu處理濃度為300 mg. kg-1時(shí)達(dá)到最大值，且在Cu處理濃度高于1500 mg. kg-1后顯著低于對(duì)照；SOD和CAT活性均于Cu處理濃度為600 mg.kg-1時(shí)達(dá)到最大值，并均于Cu處理濃度達(dá)到1800 mg.kg-1時(shí)顯著低于對(duì)照。葉片中APX 和SOD活性均于Cu處理濃度為300 mg.kg-1時(shí)達(dá)到最大值，且APX活性在Cu處理濃度高于600 mg.kg-1后顯著低于對(duì)照，而SOD活性雖然逐漸降低，但與對(duì)照無顯著差異；CAT活性于600 mg.kg-1Cu處理時(shí)達(dá)到最大值，并在Cu處理濃度高于1500 mg.kg-1后顯著低于對(duì)照。不同的是，根系中POD活性隨Cu處理濃度的增加?增加后降低，且均顯著高于對(duì)照；而葉片中POD活性卻隨Cu處理濃度的增加逐漸降低，并在300 mg.kg-1Cu處理時(shí)顯著低于對(duì)照。這可能與根和葉對(duì)銅的耐受性不同有關(guān)。

2.5銅脅迫下馬纓丹體內(nèi)丙二醛和細(xì)胞質(zhì)膜透性的變化

如圖3所示，馬纓丹根系和葉片中MDA含量和細(xì)胞質(zhì)膜透性均隨著Cu處理濃度的增加逐漸增加。根系中MDA含量和細(xì)胞質(zhì)膜透性分別于Cu處理濃度為600 mg.kg-1和900 mg.kg-1時(shí)顯著高于對(duì)照，而葉片中MDA含量和細(xì)胞質(zhì)膜透性分別于Cu處理濃度為300 mg.kg-1和900 mg.kg-1時(shí)顯著高于對(duì)照。隨著Cu處理濃度增加，根系中MDA含量和細(xì)胞質(zhì)膜透性的增加幅度小于葉片，可能是因?yàn)楦鶎?duì)銅的耐受性強(qiáng)于葉。

圖2　不同濃度銅脅迫下馬纓丹根系和葉片抗氧化酶活性Fjgure2 Antjoxjdant enzyme actjvjtjes of roots and 1eaves of L. camara exposed to djfferent Cu concentratjons

圖3　不同濃度銅脅迫下馬纓丹根系和葉片中丙二醛含量和細(xì)胞質(zhì)膜透性Fjgure 3 MDA content and ce11 membrane permeabj1jty jn roots and 1eaves of L. camara under djfferent Cu concentratjons

3　討論

作為植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素，適量的Cu能夠促進(jìn)植株的生長(zhǎng)，而過量的Cu會(huì)對(duì)植株產(chǎn)生毒害作用，導(dǎo)致其生長(zhǎng)受阻甚至死亡[21-22]。本研究發(fā)現(xiàn)，0～600 mg.kg-1的Cu處理促進(jìn)了馬纓丹的生長(zhǎng)，其根、莖、葉的生物量分別比對(duì)照增加了6％～23％、4％～29％、6％～19％；濃度高于600 mg.kg-1的Cu處理卻顯著抑制了其莖和葉的生長(zhǎng)，導(dǎo)致莖和葉的生物量分別比對(duì)照降低了26％～39％和19％～37％（表2），但其對(duì)根部生物量的影響較小，表明馬纓丹根部對(duì)Cu的耐性強(qiáng)于地上部。這與劉鑫等[23]對(duì)紫蘇的研究結(jié)果相似，其原因可能是濃度高于600 mg.kg-1的Cu處理超過了馬纓丹對(duì)Cu的忍耐極限，植株受到毒害，導(dǎo)致生長(zhǎng)受到抑制。

研究表明，重金屬脅迫抑制植物生長(zhǎng)的途徑之一是破壞植物體內(nèi)ROS代謝平衡，使ROS大量積累，引起細(xì)胞膜質(zhì)過氧化，從而導(dǎo)致代謝紊亂[24-25]。MDA是一種高活性的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物，能交聯(lián)脂類、核酸及蛋白質(zhì)等，從而破壞膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電解質(zhì)滲漏嚴(yán)重。本研究發(fā)現(xiàn)，高于600 mg.kg-1的Cu處理下，馬纓丹根系和葉片中MDA含量和細(xì)胞質(zhì)膜透性均顯著增加（圖3），Cu脅迫打破了其體內(nèi)的活性氧代謝平衡，引起過氧化傷害，細(xì)胞膜的完整性遭到破壞。為了緩解重金屬誘導(dǎo)的氧化脅迫，植物會(huì)啟動(dòng)由SOD、POD、CAT、APX等抗氧化酶組成的自身保護(hù)系統(tǒng)，在一定范圍內(nèi)?除ROS，提高自身的耐性。其中，SOD通過酶促反應(yīng)將超氧陰離子歧化為氧化能力較弱的H2O2和O2，而H2O2則由POD、CAT和APX等催化或歧化生成H2O和O2，從而徹底?除ROS；只有SOD、POD、CAT和APX協(xié)同作用，才能維持機(jī)體內(nèi)活性氧代謝的動(dòng)態(tài)平衡[26-27]。研究表明，Cu脅迫下，駱駝蓬[5]、鹽生草[6]和玉米[15]體內(nèi)SOD、POD、CAT活性較對(duì)照均有所提高，其植株能夠有效緩解Cu脅迫引起的氧化損傷。在本試驗(yàn)中，馬纓丹根系中SOD、POD、CAT、APX活性和葉片中SOD、CAT、APX活性均隨著Cu處理濃度的增加呈?升高后降低的趨勢(shì)（圖2）。這符合植物應(yīng)對(duì)脅迫反應(yīng)的典型特征，即當(dāng)Cu處理濃度低于600 mg.kg-1時(shí)，馬纓丹啟動(dòng)了自身抗氧化系統(tǒng)，根系和葉片中的SOD、CAT和APX活性較對(duì)照顯著增加（圖2），植株抗氧化能力增強(qiáng)，有效緩解了Cu處理誘導(dǎo)的氧化脅迫。高于600 mg.kg-1的Cu處理誘導(dǎo)的氧化脅迫則超出了其葉片的忍受能力，葉片中POD、CAT和APX活性顯著降低（圖2），H2O2不能被及時(shí)?除，積累的H2O2可能與未被分解的超氧陰離子在Cu等的催化下形成氧化傷害更強(qiáng)的羥自由基[14]，加劇葉片的氧化傷害，使MDA含量和細(xì)胞質(zhì)膜透性顯著升高（圖3），地上部生長(zhǎng)受到抑制（表2）。然而，根系中SOD、POD和CAT活性在濃度高于600 mg.kg-1的Cu處理下均較高，抗氧化能力較強(qiáng)，MDA含量和細(xì)胞質(zhì)膜透性小幅度增加，根系受到的傷害較小。這可能是馬纓丹根部耐性較強(qiáng)的原因。

植物對(duì)重金屬的另一耐性機(jī)制是其對(duì)重金屬的吸收和分布。根部作為重金屬的主要吸收部位，有其特有的排斥和積累機(jī)制。研究表明，杞柳和金絲柳[3]等根部對(duì)Cu的吸收具有較強(qiáng)的限制作用，其體內(nèi)銅含量極低；而紫蘇[23]和節(jié)節(jié)草[28]等能夠吸收較多的銅，但主要將其固定在根部，以提高地上部的耐性。本研究發(fā)現(xiàn)，銅脅迫下馬纓丹根、莖、葉中Cu含量?jī)H為12.45～59.17 mg.kg-1，且根中的銅含量大于莖和葉（表3）。這說明馬纓丹不僅限制了根系對(duì)Cu的吸收，還限制了銅向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，可能是其忍耐Cu脅迫的重要機(jī)制。其體內(nèi)銅含量較低的原因還可能是試驗(yàn)土壤pH較高（表1），銅的移動(dòng)性和有效性受到抑制，阻礙了其對(duì)銅的吸收；且銅含量在馬纓丹旺盛生長(zhǎng)期測(cè)定，生長(zhǎng)稀釋作用也可能是其銅含量較低的另一原因。

植物細(xì)胞壁被認(rèn)為是保護(hù)原生質(zhì)體免受金屬離子毒害的第一道屏障。研究發(fā)現(xiàn)，穗花狐尾藻[8]及紫鴨跖草根系[9]中分別有60％和33％以上的Cu被固定于細(xì)胞壁。其原因可能是細(xì)胞壁中含有多種能與金屬離子配位結(jié)合的多糖、蛋白質(zhì)等，能夠與大量的金屬離子結(jié)合，從而減少金屬離子的跨質(zhì)膜運(yùn)輸，降低其對(duì)原生質(zhì)體的傷害[7-8]。本研究發(fā)現(xiàn)，馬纓丹根、莖、葉中分別有23％～29％、40％～43％、29％～38％的Cu固定于細(xì)胞壁（圖1），表明其細(xì)胞壁對(duì)Cu具有較強(qiáng)的束縛作用，是其耐銅機(jī)制之一。對(duì)于已進(jìn)入原生質(zhì)體的金屬離子，還可以向液泡中輸送，使金屬離子在細(xì)胞內(nèi)區(qū)隔化，從而降低其移動(dòng)性和生理毒性，減輕或避免其對(duì)細(xì)胞內(nèi)葉綠體、線粒體等重要功能性單位的損傷[29-30]。在馬纓丹根、莖、葉中，可溶性部分的Cu分別占總量的37％～64％、35％～37％和30％～34％（圖1），而可溶性組分以液泡為主，表明液泡區(qū)隔化可能是其細(xì)胞內(nèi)部主要的Cu耐性機(jī)制，且隨著Cu處理濃度的增加，其根系和葉片中可溶性部分Cu的比例增加，細(xì)胞壁中的比例降低，而細(xì)胞器組分中Cu的比例變化不大（圖1）。這與秦建橋等[31]對(duì)五節(jié)芒的研究結(jié)果相似，其原因可能是隨著植物體內(nèi)Cu濃度的升高，細(xì)胞壁上的重金屬結(jié)合位點(diǎn)達(dá)到飽和，細(xì)胞壁對(duì)Cu的固持作用減弱，于是將其余的Cu離子轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞可溶性部分，通過液泡區(qū)隔化來減弱Cu對(duì)植株的傷害?？梢?，細(xì)胞壁固持及液泡區(qū)隔化是阻?Cu向細(xì)胞器運(yùn)輸、維持細(xì)胞核心功能、增強(qiáng)馬纓丹Cu耐性的重要機(jī)制。

4　結(jié)論

（1）馬纓丹是一種銅耐性植物，低于600 mg.kg-1的Cu處理促進(jìn)其生長(zhǎng)，高于600 mg.kg-1的Cu處理則顯著抑制其莖和葉的生長(zhǎng)，但根部的耐性強(qiáng)于地上部，受到的影響較小。

（2）馬纓丹根系對(duì)銅吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的限制降低了其根部和地上部的銅含量，且根系的可溶性部分和莖、葉的細(xì)胞壁對(duì)銅的固定有效地阻?了Cu向細(xì)胞膜和細(xì)胞器轉(zhuǎn)運(yùn)，是馬纓丹重要的耐性機(jī)制。

（3）馬纓丹能有效緩解低于600 mg.kg-1Cu處理誘導(dǎo)的氧化脅迫，高于600 mg.kg-1Cu處理誘導(dǎo)的氧化脅迫則超出了其葉片的抗氧化能力，葉片受到氧化傷害，但根系的抗氧化能力較強(qiáng)，受到的影響較小，是馬纓丹根部耐性較強(qiáng)的原因之一。

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Physiological response and subcellular distribution of copper in Lantana camara L.

ZHANG Chun-mej1，ZHANG Chang-feng1，ZHU Qjng-qjng1，JIA Yong-xja1*，LUO Xjan2，ZHANG Shj-rong3，LI Yun1，LI Tjng1
（1.Co11ege of Resources，Sjchuan Agrjcu1tura1 Unjversjty，Wenjjang，Sjchuan 611130，Chjna；2.Co11ege of Hortjcu1ture，Sjchuan Agrjcu1tura1 Unjversjty，Wenjjang，Sjchuan 611130，Chjna；3.Co11ege of Envjronment Scjence，Sjchuan Agrjcu1tura1 Unjversjty，Wenjjang，Sjchuan 611130，Chjna）

Abstract：Lantana camara L. js verbenaceae dwarf shrub that grows norma11y jn copper（Cu）po11uted soj1s. However，jts Cu-to1erant mechanjsms are not c1ear yet. In thjs study，a pot experjment was conducted to jnvestjgate jts growth，antjoxjdant enzyme actjvjtjes and Cu uptake，trans1ocatjon and subce11u1ar djstrjbutjon. Compared wjth the contro1，a11 root，stem and 1eaf bjomass jncreased by 4％～29％ jn soj1s wjth Cu up to 600 mg.kg-1，whereas the shoot bjomass decreased by 19％～39％ when soj1 Cu was hjgher than 600 mg.kg-1. The concentratjons of Cu jn who1e p1ant ranged from 12.45 mg.kg-1to 59.17 mg.kg-1，wjth hjgher jn roots than jn shoots. Between 37％～64％ of root Cu was stored jn the so1ub1e fractjon of roots，whereas 40％～43％ and 29％～38％ of Cu jn stems and 1eaves were stored jn thejr ce11 wa11s，respectjve1y. The superoxjde djsmutase，cata1ase and ascorbate peroxjdase actjvjtjes jn roots and 1eaves enhanced wjth jncreasjng soj1 Cu up to 600 mg.kg-1，jndjcatjng that L. camara js ab1e to re1jeve the oxjdatjve stress；However，these actjvjtjes djsp1ayed decreases jn 1eaves but 1jtt1e change jn roots when the soj1 Cu was greater than 600 mg.kg-1. These resu1ts showed that the to1erance of L. camara to Cu was weaker jn 1eaves than jn roots. The to1erance mechanjsms mjght jnc1ude root restrjctjon，so1ub1e fractjon and ce11 wa11 jmmobj1jzatjon，and antjoxjdant system responses.

Keywords：Lantana comara L.；copper；subce11u1ar djstrjbutjon；antjoxjdant enzymes

*通信作者：賈永霞E-maj1：yongxjajja@163.com

作者簡(jiǎn)介：張春梅（1989—），女，重慶人，碩士研究生，從事植物生理與土壤污染修復(fù)研究。E-maj1：zhangcm1012@163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41101298，31301812）；四川省教育廳資助項(xiàng)目（13ZB0285）

收稿日期：2015-07-21

中圖分類號(hào)：X171.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-2043（2016）01-0021-08doj：10.11654/jaes.2016.01.003