芘脅迫下紫玉蘭根系活性及根系分泌物的響應(yīng)

王姣龍 ，李際平 ，諶小勇 ，1d，2，閆文德 ，1d，梁小翠 ，1d，章 帆

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué) a. 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；b. 南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；c. 林學(xué)院；d. 城市森林生態(tài)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2. College of Arts and Sciences, Governors State University, Illinois 60484, USA）

芘脅迫下紫玉蘭根系活性及根系分泌物的響應(yīng)

王姣龍1a，1b，李際平1c，諶小勇1a，1b，1d，2，閆文德1a，1b，1d，梁小翠1a，1b，1d，章 帆1a，1b

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué) a. 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；b. 南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；c. 林學(xué)院；d. 城市森林生態(tài)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2. College of Arts and Sciences, Governors State University, Illinois 60484, USA）

以紫玉蘭為試驗(yàn)對(duì)象，設(shè)置三種芘處理濃度（L0: 0 mg/kg，L1: 500 mg/kg，L2: 2000 mg/kg），采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）對(duì)根系分泌物的組分進(jìn)行分析，測(cè)定根系分泌物中總碳（TC）和總氮（TN）及根系活性吸收面積，為進(jìn)一步研究植物根系分泌物與多環(huán)芳烴污染修復(fù)的響應(yīng)機(jī)理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為進(jìn)一步篩選植物修復(fù)樹種提供依據(jù)。結(jié)果表明：（1）隨芘濃度升高，根系分泌物中檢測(cè)的物質(zhì)種類減少；（2）芘脅迫下根系分泌物中化學(xué)成分變化較大；（3）紫玉蘭根系活性吸收面積及酸性磷酸酶活性均不存在顯著相關(guān)性；（4）根系分泌物中TC含量隨著芘脅迫濃度的升高呈下降趨勢(shì)，而TN含量呈上升趨勢(shì)。試驗(yàn)結(jié)果表明植物的生理過(guò)程比植物結(jié)構(gòu)特征對(duì)芘脅迫更為敏感。

紫玉蘭；根系分泌物；根系活性；芘；根際修復(fù)

多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）是指由兩個(gè)以上苯環(huán)以稠環(huán)形式相連的化合物，主要由煤炭、石油、汽油、木材、煙草等其它有機(jī)高分子化合物的不完全燃燒產(chǎn)生，是一類廣泛存在于環(huán)境中的具有致癌、致畸、致突變性的持久性有機(jī)污染物（Persistent Organic Pollutants,POPs）[1-2]。這些年來(lái)，由于人類活動(dòng)生產(chǎn)的加劇，導(dǎo)致環(huán)境中PAHs大量增加，直接危及人體健康和環(huán)境生態(tài)安全。因此，PAHs污染問(wèn)題已引起世界各國(guó)的普遍關(guān)注[2-3]。

植物修復(fù)(Phytoremediation)是污染環(huán)境修復(fù)和治理研究領(lǐng)域的一個(gè)前沿課題，具有成本低、原位修復(fù)、美化環(huán)境、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)為最具潛力的PAHs污染物修復(fù)技術(shù)之一，其中植物根系分泌物發(fā)揮著獨(dú)特的作用。根系分泌物種類繁多，數(shù)量各異，在增加土壤養(yǎng)分的有效性，調(diào)節(jié)有機(jī)體之間的化感作用，提高長(zhǎng)期碳匯能力，改善根際區(qū)的微生態(tài)環(huán)境和協(xié)調(diào)根際微生物種群數(shù)量及其活力等方面發(fā)揮著獨(dú)特的功能作用[4-5]。根系分泌物對(duì)PAHs的修復(fù)和清除機(jī)理主要體現(xiàn)在根系分泌物中的酶能夠直接分解PAHs，及根系分泌物能夠誘導(dǎo)和強(qiáng)化微生物群體對(duì)PAHs的降解。由于不同種類的植物釋放的根系分泌物不同，而不同的根系分泌物組成對(duì)PAHs的去除效果不同。因此，研究不同植物種類的根系分泌物特征，探討根系分泌物組成和數(shù)量在PAHs脅迫下的反應(yīng)，是一項(xiàng)具有重要意義的工作。

近年來(lái)的研究表明，在PAHs污染脅迫下，植物根系分泌物的數(shù)量和種類發(fā)生改變。楊艷[6]曾報(bào)道PAHs脅迫下黑麥草根系分泌物中可溶性有機(jī)酸、草酸和可溶性總糖的含量均高于無(wú)污染對(duì)照，隨著培養(yǎng)液中菲、苊、萘濃度提高，可溶性有機(jī)碳、草酸及可溶性總糖的分泌量增大。謝明吉[7]等研究得出黑麥草根系分泌有機(jī)酸、總糖以及氨基酸的量都隨菲質(zhì)量濃度的上升而變化，在菲處理下，低分子有機(jī)酸的組成無(wú)明顯變化，但含量隨菲質(zhì)量濃度上升而提高，總糖和氨基酸含量均隨菲質(zhì)量濃度上升出現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。因此，植物分泌的有機(jī)酸可能在加速多環(huán)芳烴清除中發(fā)揮了重要作用。另外，有研究發(fā)現(xiàn)PAHs污染脅迫也能對(duì)根際的酶類產(chǎn)生影響。Liu 等[8]研究發(fā)現(xiàn)高苯并 [a]芘 （BaP）（100 mg/kg） 能 顯 著 提 高 紫花 苜 蓿Medicago sativaL.根際土壤中多酚氧化酶和脫氫酶的活性。但迄今為止，這類研究仍顯不多，且多局限在農(nóng)作物和草本植物方面，有關(guān)林木方面的研究鮮有報(bào)道。

城市綠化樹種作為城市森林的重要組成部分，在減少浮塵天氣，改善空氣質(zhì)量，修復(fù)污染等方面有著不可或缺的作用。本研究選取紫玉蘭Magnolia lilii floraDesr.為試驗(yàn)材料，并選取在南方城市環(huán)境中和污染土壤中濃度一般較高的四環(huán)PAH芘（Pyr，pyrene），作為多環(huán)芳烴代表物，研究在不同濃度芘污染脅迫下紫玉蘭根系生理特性及根系分泌物的響應(yīng)，以期為進(jìn)一步研究根系分泌物對(duì)PAHs污染環(huán)境的植物修復(fù)機(jī)理提供依據(jù)，為篩選高效修復(fù)PAHs土壤污染的綠化樹種提供參考，并為市政園林規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年5—12月份在中南林業(yè)科技大學(xué)南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)調(diào)節(jié)溫室中進(jìn)行，供試樹種為我國(guó)南方城市常用綠化樹種紫玉蘭2年生實(shí)木苗。將幼苗根系用清水洗凈后，移植到Φ20 cm的塑料盆中，每盆裝石英砂3 kg，每個(gè)樹種設(shè)3個(gè)芘濃度處理（對(duì)照L0 mg/kg，低濃度處理L1：500 mg/kg，高濃度處理L2：2 000 mg/kg（芘/石英砂）），每處理3重復(fù)。每隔2天澆灌1次營(yíng)養(yǎng)液，每次100 mL。營(yíng)養(yǎng)液大量元素采用改良Hoagland配方，微量元素采用Amon配方。用Ca(OH)2或稀H2SO4調(diào)整全營(yíng)養(yǎng)液pH值，整體調(diào)整到5.5左右。

1.2 根系分泌物收集和提純

緩苗處理30 d后，將幼苗根系用自來(lái)水小水流沖洗干凈，再用新制去離子水（且加入了少量百里酚以抑制微生物活動(dòng)）浸泡5 min并沖洗3次，然后以10株為單元放置在裝有300 mL 0.5 mmol/L CaCl2的廣口容器中，用錫箔紙包裹廣口瓶，以使根系處在黑暗狀態(tài)，收集過(guò)程仍然連續(xù)通氣，收集24 h。收集分泌物的容器預(yù)先高溫消毒處理。濾紙過(guò)濾后置于冰箱冷藏（4 ℃）保存，根系分泌收集后苗木用于根系酸性磷酸酶活性的測(cè)定。將得到的根洗液減壓濃縮至20 mL（濃縮15倍），加入40 mL CH2Cl2，振蕩6 h，分液，重復(fù)2次，將兩次收集的有機(jī)溶劑合并，過(guò)0.45 μm膜，減壓濃縮至干，加入過(guò)0.45 μm膜的CH2Cl22 mL于-20 ℃冰箱保存，留作GC-MS分析。

1.3 根系分泌物成分的GC-MS分析

測(cè)定條件：GC-MS型號(hào)為GC6890/MS5973氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，毛細(xì)管柱DB-5 ms（30 m×0.25 mm，涂膜厚：0.25 μm）。進(jìn)樣口溫度280 ℃，柱溫 50 ℃，保持 3 min，以 10 ℃/min程序升溫至290 ℃，保持20 min。載氣為He，流量 1 mL/min，進(jìn)樣量l μ/mL。MS電子轟擊源70 eV，掃描范圍M /Z35-800AMU，掃描速度0.2 s掃全程，離子源溫度為200 ℃，接口溫度250 ℃，檢測(cè)電壓1 kv，溶劑切除時(shí)間：3 min。應(yīng)用NIST 107質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)，人工分析總離子流圖并與 NIST 質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)圖譜核對(duì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)檢索進(jìn)行未知物及相對(duì)含量（面積歸一化法）測(cè)定。

1.4 根系分泌物成分的TC與TN分析

采用日本島津TOC-500測(cè)定儀測(cè)定。

1.5 根活力的測(cè)定

用甲稀藍(lán)法進(jìn)行測(cè)定[9]。利用0.010 g/L的甲稀藍(lán)溶液，配置成不同濃度甲稀藍(lán)溶液，然后以水為參比在分光光度計(jì)下比色，取波長(zhǎng)660 nm，讀出光密度，以甲煉藍(lán)濃度為橫坐標(biāo)，光密度為縱坐標(biāo)繪成標(biāo)準(zhǔn)曲線。取待測(cè)根系用濾紙將水吸干再用排水法測(cè)定其根系體積，把0.000 2 mol/L甲稀藍(lán)溶液分別倒在3個(gè)編號(hào)的100 mL管中，每管溶液量約10倍于根的體積，準(zhǔn)確記下每管的溶液用量。取根系，用吸水紙小心吸干數(shù)次，慎勿傷根，然后順次浸入盛有甲燃藍(lán)溶液的離心管中，每管中浸90 s。注意每次取出時(shí)都要使甲稀藍(lán)溶液能從根上流回到原離心管中。從上述3個(gè)離心管中各取1 mL甲稀藍(lán)溶液，分別稀釋10倍，搖勻后在660 nm波長(zhǎng)下比色測(cè)定，根據(jù)甲稀藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出相應(yīng)的濃度（mg/mL）。按下式計(jì)算根系表面積：

總 吸 收 面 積（m2） =[(C1-C1′)×Vl] + [(C2-C2′)×V2] ×1.1。

活躍吸收面積（m2） =[(C3-C3′)×V3] ×1.1。

活躍吸收面積比（%）=活躍吸收面積/總吸收面積×100。

式中：C為溶液原來(lái)的濃度g/L；C′為浸提后的濃度g/L；1，2，3為離心管編號(hào)。

1.6 根系分泌性酸性磷酸酶活性的測(cè)定

采用Mclanchlan法[10]。取一株完整植株，將其兩側(cè)根系分取1株完整的幼苗植株，將其根系置于盛有大約80 mL由0.2 mol/L醋酸納緩沖液（PH 5.8）為溶劑的0.5 g/L對(duì)硝基苯磷酸二鈉（P-NPP）酶反應(yīng)液并包裹有黑紙的離心管中，25℃下培養(yǎng)60 min。取出植物后加入1 mL NaOH（6 mol/L）溶液終止酶促反應(yīng)，同時(shí)設(shè)置空白對(duì)照組，對(duì)照組不放植株其他相同。然后以對(duì)照組溶液為參比在分光光度計(jì)下比色，取405 nm波長(zhǎng)比色測(cè)定，酶活性是以單位時(shí)間內(nèi)單位重量鮮根或單株根系水解p-NPP生成的對(duì)硝基苯酷的量來(lái)表示（nmol/g·FW·min）。

酶活性 nmol/g·FW·min= 試樣A/(0.019×T×W)×V總。

式中：A為試樣的吸光度；

0.019為pH=14時(shí)，對(duì)硝基酚的μmol吸光系數(shù)，即對(duì)硝基酚的濃度為1 μmol/L時(shí)，其A=0.019；

V總=V1+V2。

V1為反應(yīng)液體積，V2為NaOH （6 mol/L）溶液體積；T為時(shí)間，min；FW為根鮮質(zhì)量。

1.7 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用SPSS18.0進(jìn)行方差分析和顯著性分析，P＜0.05為差異顯著。

2 結(jié)果分析

2.1 根系分泌物成分的比較

紫玉蘭L0處理水平下根系分泌物共鑒定到35種物質(zhì)（表1），包括7種烷烴類（質(zhì)量比共5.12%，下同），1種烯烴（0.71%），2種苯（1.13%），4種硅氧烷（8.21%），1種酯（0.81%），4種酮（5.34%）， 4種酚（11.82%），4種醛（3.42%），1種醚（4.72%），2種有機(jī)酸（3.30%），1種氨基酸（8.65%），4種雜環(huán)類化合物（47.56%），含量較多的為：吡啶＞酚＞咔唑＞氨基酸＞呋喃，含量較少的為：胺肟＜烯烴＜酯。

芘脅迫處理下，紫玉蘭根系分泌物發(fā)生明顯改變（表1），與對(duì)照中出現(xiàn)的35種物質(zhì)相比，L1處理下有27種物質(zhì)沒(méi)有在紫玉蘭根系分泌物中出現(xiàn)，有31種沒(méi)有在L2處理下出現(xiàn)。另一方面，有20種和11種物質(zhì)分別在L1和L2脅迫處理下出現(xiàn)，而沒(méi)有在L0處理中出現(xiàn)（表2）。紫玉蘭根系分泌物在L1處理含量較多的為：吡啶＞酰肼＞酰胺＞芘，含量較少的為：酮＜酚＜醛。L2處理水平下含量較多的為：吡啶＞芘＞酰肼，含量較少的為：胺肟＜噻喃＜酯。

隨著芘濃度的升高，紫玉蘭根系分泌物中檢測(cè)的化合物總的種類減少，L0處理（35種）＞L1處理（27種）＞L2處理（14種）。經(jīng)過(guò)芘處理的根系分泌物中均檢測(cè)到芘的存在，且芘的質(zhì)量比隨著處理濃度的升高而升高，L1處理（10.23%） ＞ L2處 理（34.72%）。3個(gè) 水平下根系分泌物中均檢測(cè)到了烷烴、烯烴、硅氧烷、酯、胺肟、吡啶；其中吡啶在L0、L1、L2 3個(gè)處理水平下含量均為最高，質(zhì)量比分別為：28.13%、24.29%、35.73%。其中有2種化合物（3-羧胺吡啶-N-(2-三氟甲苯基)胺肟、二十三烷）在3種處理水平的根系分泌物中均檢測(cè)到，5種化合物（甲基異丁香酚、3,4-(亞甲基二氧)苯丙酮、3,4,5-三甲氧基苯甲醛、二十烷、1-溴-11-碘十一烷）在L0、L1處理的根系分泌物中檢測(cè)到，2種化合物（二十四烷、Ethanone, 2-(1H-imidazo[4,5-b]pyridin-2-yl)-1-(4-morpholyl)-）在L0、L2處理中均檢測(cè)到，3種化合物（芘、N’-(2,4,6(1H,3H,5H)-Trioxopyrimidin-5-ylidenemethyl)-2-nitrobenzhydrazide、六苯基環(huán)三硅氧烷）在L1、L2處理中均檢測(cè)到。

2.2 根活力的比較

由圖1可知，紫玉蘭根系總吸收面積范圍為4.83～5.42 m2，其中L0處理下總吸收面積最小，L1處理下最大，不同處理水平之間無(wú)顯著差異（P＞0.05）；活躍吸收面積范圍為2.53～2.71 m2，L0處理下最小，L2處理下最大，不同處理水平之間無(wú)顯著差異（P＞0.05）；根系活躍吸收面積百分比范圍為46.68%～52.38%，其中L1處理水平下最小，L0處理水平下最大，不同水平之間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

表1 不同芘脅迫處理下紫玉蘭根系分泌物中化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Component analysis of root exudate in different pyrene treatments of Magnolia liliiflora Desr.

表2 L1及L2脅迫處理下紫玉蘭根系分泌物中特有成分分析結(jié)果Table 2 Component analysis of root exudate in L1 and L2 pyrene treatments of Magnolia liliiflora Desr.

圖1 不同芘濃度處理對(duì)紫玉蘭根系活性總吸收面積、活躍吸收面積的影響Fig.1 In fluence oftotal root absorption area and active root absorption area in different pyrene treatments of Magnolia lilii flora Desr.

2.3 酸性磷酸酶活性的比較

由圖2所示，紫玉蘭根系酸性磷酸酶活性范圍為 9.45 ～ 16.78 nmol/g·FW·min，L1 處理水平下酸性磷酸酶活性最小，L0處理水平下最大，L0、L1、L2處理水平之間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

圖2 不同芘濃度對(duì)紫玉蘭根系酸性磷酸酶活性的影響Fig.2 In fluence of root acid phosphates activity in different pyrene treatments of Magnolia lilii flora Desr.

2.4 根系分泌物中TC、TN含量的比較

由圖3可知，紫玉蘭根系分泌物中TC含量范圍為9.38～24.15 mg/L，含量大小順序?yàn)椋篖0＞L1＞L2，而且L0、L1與L2三個(gè)不同處理之間均存在顯著差異（P＜0.05）；紫玉蘭根系分泌物中TN含量范圍為0.98～3.5 mg/L，含量大小順序?yàn)椋篖2＞L1＞L0，其中，L0處理與L1、L2存在顯著差異（P＜0.05），L1與L2之間不存在顯著差異（P＜0.05）。隨著芘脅迫濃度的升高，根系分泌物中TC含量呈下降趨勢(shì)，而TN含量呈上升趨勢(shì)。

圖3 不同芘濃度處理對(duì)紫玉蘭根系分泌物中TC、TN含量的影響Fig 3 In fluence of TC and TN in different pyrene treatments of Magnolia lilii flora Desr.

3 討 論

根系分泌物成分及含量的變化是植物對(duì)環(huán)境刺激響應(yīng)的集中表現(xiàn)[11-12]。植物在受到一定有害物質(zhì)毒害時(shí)，根系分泌物組成成分的濃度會(huì)發(fā)生變化，增加根系分泌物中部分組分的產(chǎn)生和累積[13-14]，這主要是植物對(duì)有害物質(zhì)毒害的應(yīng)激反應(yīng)，通過(guò)增加根系分泌物調(diào)節(jié)根際微域環(huán)境，使得根際微域環(huán)境利于有害物質(zhì)的分解[4,11,14-16]。另外，根系分泌物中主要有機(jī)酸、氨基酸等成分及含量的變化，可對(duì)脅迫物質(zhì)在土壤中的吸附一解吸附平衡產(chǎn)生重要的影響[9,17]。本試驗(yàn)中，與對(duì)照處理的相比，L1和L2芘脅迫處理下不少化合物沒(méi)有在根系分泌物中出現(xiàn)。L0處理下紫玉蘭根系分泌物中鑒定到的35種化合物，在L1處理和L2處理下只分別只出現(xiàn)了8種和4種，另一方面，有20種和11種物質(zhì)分別在L1和L2脅迫處理下出現(xiàn)，而沒(méi)有在L0處理中出現(xiàn)（表2），這種調(diào)節(jié)機(jī)理有待進(jìn)一步研究。但是，一些研究結(jié)果已表明，不同逆境脅迫下，根系分泌物會(huì)發(fā)生變化。朱旭恒[18]研究了不同逆境脅迫條件下杉木幼苗的根系分泌物的變化，得出杉木幼苗在酸脅迫、營(yíng)養(yǎng)脅迫、鋁脅迫、鄰羥基苯甲酸脅迫4種脅迫前期根系分泌物的種類和數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于脅迫中后期。葉思誠(chéng)[9]以一年生的油茶芽苗砧嫁接苗和實(shí)生苗為材料，研究了不同磷水平下油茶根分泌物的差異，結(jié)果顯示無(wú)磷（3種）和低磷（6種）水平有機(jī)酸的種類數(shù)量均比常磷（2種）和高磷（2種）要多，根系分泌物中的主要成分為酯和烷烴類化合物，且兩類化合物相對(duì)含量之和在88.66%～96.36%范圍內(nèi)，并隨著磷水平降低，酯類化合物的比例呈遞增趨勢(shì)，而烷烴的比例呈遞減趨勢(shì)。張俊英[19]等研究了氮素對(duì)不同大豆品種根系分泌物中有機(jī)酸的影響，結(jié)果表明合豐25號(hào)根系分泌的有機(jī)酸種類和數(shù)量無(wú)論苗期或花期、接種或不接種根瘤菌，均表現(xiàn)為硝態(tài)氮處理高于酰胺態(tài)氮處理。也有研究發(fā)現(xiàn)，鋁可誘導(dǎo)耐鋁玉米根系增加檸檬酸的分泌[12,20]，芘脅迫下玉米根系分泌物中絲氨酸和酒石酸含量增加，芘脅迫也會(huì)導(dǎo)致黑麥草根系分泌物中草酸、氨基酸含量的增加[21]。這些結(jié)果與本研究類似，均認(rèn)為外界脅迫能夠?qū)Ω捣置谖锍煞纸M成及含量造成影響。

植物根系總面積、活躍吸收面積及酸性磷酸酶活性是體現(xiàn)根系活性的重要指標(biāo)。本研究中，紫玉蘭根系活性的幾個(gè)指標(biāo)在不同芘濃度處理水平之間無(wú)顯著差異，說(shuō)明芘脅迫沒(méi)有顯著地影響紫玉蘭幼苗根系的生長(zhǎng)。有研究表明，芘脅迫能夠影響植物根系活力，且隨著芘濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)[22]，根系分泌量與根系活力正相關(guān)，根系活力大、 根系分泌量也相應(yīng)增多[23]。本試驗(yàn)與上述研究結(jié)果有差異，可能是由于芘濃度不同以及處理時(shí)間不同而引起[24]。

隨著芘脅迫濃度的升高，紫玉蘭根系分泌物中TC含量下降，而TN含量增加.這主要與根細(xì)胞的選擇透過(guò)性有關(guān)，當(dāng)膜完整性和選擇性受損時(shí)，膜的透性就會(huì)增加，有機(jī)物從活體中大量釋放，并引起不正常的泄漏[25]。研究表明，植物在受到毒害時(shí)會(huì)增加分泌物的產(chǎn)生和累積[13-15,26,27]等研究表明在一定濃度范圍內(nèi)，在芘污染脅迫下，植物根系分泌量隨著芘處理濃度的增大而增加，但高于一定濃度時(shí)，則分泌量減少。

本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，芘對(duì)紫玉蘭根系分泌物的影響是十分明顯的，不僅改變了根系分泌物釋放的總物質(zhì)種類，而且改變了根系分泌物的物質(zhì)組成及其相對(duì)比例。在芘脅迫下，一些化合物沒(méi)有在根系分泌物種出現(xiàn)，而一些物質(zhì)被釋放出來(lái)。全碳含量下降而全氮含量增加，表明紫玉蘭根系組織和細(xì)胞對(duì)這些物質(zhì)的保護(hù)和調(diào)節(jié)，也可能是由于根系生理功能遭到破壞的結(jié)果，具體的反應(yīng)機(jī)理還有待進(jìn)一步研究.而芘處理下，紫玉蘭根系總面積和活躍面積未發(fā)生明顯改變。上述結(jié)果表示，紫玉蘭根系生理過(guò)程（如本研究中的根系分泌物釋放過(guò)程）比根系結(jié)構(gòu)特征（如根表面積）對(duì)PAHs脅迫更為敏感。

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Response of polycyclic aromatic hydrocarbon pyrene on root exudate components and root activity ofMagnolia lilii floraDesr.

WANG Jiaolong1a,1b, LI Jiping1c, CHEN Xiaoyong1a,1b,1d,2, YAN Wende1a,1b,1d, LIANG Xiaocui1a,1b,1d, ZHANG Fan1a,1b
(1a. College of Life Science and Technology; b. National Engineering Laboratory for Applied Technology of Forestry and Ecology;c. College of Forestry; d. Provincial Key Laboratory for Urban Forest Ecology, Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004, Hunan, China; 2. College of Arts and Sciences, Governors State University, Illinois 60484, USA)

In this study, changes in root exudate components were investigated under three concentrations of pyrene (L0: 0 mg/kg,L1: 500 mg/kg and L2: 2000 mg/kg) for a common urban greening tree speciesMagnolia lilii florain pot experiments. Root exudates were identi fied by GC-MS technique, total carbon (TC) and total nitrogen (TN) in root exudates were measured, and root activity was also examined forMagnolia lilii floraunder three pyrene concentration treatments. Our results suggested that physiological processes of roots such as root exudation were more sensitive to pyrene stress than root structure features. The study provides scienti fic basis for further examining the inter-mechanisms between root exudates and PAH pollutants, and continuously selecting effective plant species in phytoremediation. Results showed that (1) the total number of chemical substances in root exudates decreased with increasing of pyrene concentrations; (2) Under the in fluence of pyrene, the chemical constituents of root exudates was considerably altered; (3) No signi ficant differences were found in root absorption area and root acid phosphates activity inMagnolia lilii floraunder in fluence of pyrene; and (4)With increase of pyrene concentration, the content of TC in root exudates decreased, while TN content increased.

Magnolia lilii flora; root exudates; root activity; pyrene; phytoremediation

S727.28

A

1673-923X(2017)02-0050-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.02.009

2015-08-07

湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目（19801-5011）；國(guó)家林業(yè)行業(yè)公益性科研專項(xiàng)（201404316）；湖南省高校創(chuàng)新平臺(tái)開放基金項(xiàng)目（12K070）；國(guó)家林業(yè)局軟科學(xué)研究項(xiàng)目（2013-R09）；湖南省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項(xiàng)目（湘基金委字[2013]7號(hào)）；中南林業(yè)科技大學(xué)青年科學(xué)研究基金重點(diǎn)項(xiàng)目（QJ2010008A）

王姣龍，碩士 通訊作者：李際平，教授，博士生導(dǎo)師；E-mail：lijiping@csuft.edu.cn

王姣龍，李際平，諶小勇，等. 芘脅迫下紫玉蘭根系活性及根系分泌物的響應(yīng)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017, 37(2):50-56.

[本文編校：吳 彬]