GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗礦質(zhì)元素吸收、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的調(diào)控效應(yīng)及其耐Cu機(jī)理研究

公勤 ，李兆華 ，王玲，宋雅琦，康群，戴同威

1. 湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062；2. 新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉 831100；3. 湖北省農(nóng)村安全飲水工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430062

Cu是自然界廣泛存在的一種金屬元素。近年來，由于銅礦肆意開采和冶煉，農(nóng)業(yè)中含Cu農(nóng)藥、含Cu糞肥，以及污水灌溉的不合理使用，導(dǎo)致土壤中 Cu 含量超標(biāo)（Upadhyay et al.，2010；Mo?d?eń et al.，2016）。過量的Cu會(huì)抑制植物生長，降低光合作用，破壞質(zhì)膜完整性，擾亂礦質(zhì)元素吸收以及改變細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)（Zhang et al.，2010）。植物應(yīng)對Cu毒害已經(jīng)進(jìn)化出多種機(jī)制，如將Cu與細(xì)胞壁結(jié)合、與植物螯合素螯合、液泡分隔等（Zhu et al.，2013），以提高植物對Cu的耐受性。

赤霉素（GA3）是一種重要的植物生長調(diào)節(jié)劑，除了具有促進(jìn)細(xì)胞分裂、種子萌發(fā)、植物生長等作用，還能參與植物生理代謝、誘導(dǎo)信號傳導(dǎo)（Lovegrove et al.，2000；Zhu et al.，2012），緩解重金屬對植物毒害（Piotrowska-Niczyporuk et al.，2012），減少重金屬在植物體內(nèi)積累（Abd et al.，2009），提高植物的抗氧化能力（Alonso-Ramirez et al.，2009）。目前，GA3調(diào)節(jié)重金屬對植物毒害的研究內(nèi)容主要集中在重金屬 Cd中，如 GA3緩解 Cd對龍葵Solanum nigrum（Ji et al.，2015）、銀膠菊Parthenium hysterophorus（Hadi et al.，2014）、向日葵 Helianthus annuus（Ouzounidou et al.，2005）、萬壽菊 Tageteserecta（Sun et al.，2013）和擬南芥Arabidopsis thaliana（Zhu et al.，2012）等植物的毒害作用，而GA3對其他重金屬元素毒性的調(diào)節(jié)作用研究較少。

菠菜（Spinacia oleracea L.）是石竹目藜科的一種草本植物，具有葉面積大、相對生長率高、重金屬吸收率高等特點(diǎn)，近年來，在科研中它與同科目的其他植物常用于觀察其生長對重金屬污染和毒性的響應(yīng)研究（Naz et al.，2013；Alia et al.，2015）。Liu et al.（2005）、Khan et al.（2008）、Monu et al.（2008）的研究結(jié)果已表明菠菜具有一定的耐Cu性，本課題組前期的研究也得到了同樣結(jié)果（Gong et al.，2019），但是該植物的耐Cu機(jī)理仍不清楚。因此，本研究以菠菜幼苗為試驗(yàn)材料，比較正常生長、Cu脅迫以及GA3與Cu復(fù)合脅迫作用下，菠菜幼苗生物量、氧化應(yīng)激反應(yīng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、Cu2+積累、礦質(zhì)元素吸收以及細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化，從生長生理角度揭示菠菜的耐 Cu機(jī)理以及 GA3對其耐 Cu機(jī)理的調(diào)節(jié)效應(yīng)，為Cu污染地區(qū)蔬菜栽培管理和重金屬耐性品種篩選提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料培養(yǎng)與試驗(yàn)處理

1.1 試驗(yàn)材料培養(yǎng)

本試驗(yàn)供試品種為日本大葉菠菜，種子生產(chǎn)商為河北省青縣王鎮(zhèn)店種子繁育站。選取顆粒飽滿的種子，用0.1% NaClO消毒10 min，再用去離子水沖洗干凈后，均勻置于內(nèi)有濾紙的培養(yǎng)皿（直徑9 cm）中，放入25 ℃培養(yǎng)箱中避光催芽48 h后，在塑料大棚內(nèi)將露白的種子播于泥炭土中。待幼苗長至10 cm左右時(shí)，挑選生長一致的幼苗移栽至長53 cm、寬23 cm、高18 cm的塑料盆內(nèi)，每盆10株。盆下用托盤襯底，盆內(nèi)基質(zhì)為泥炭土、珍珠巖（7?3）混合而成，每盆基質(zhì)總質(zhì)量為3 kg（干重為2.1 kg）。培養(yǎng)20 d，待長出旺盛根系后進(jìn)行試驗(yàn)處理，培養(yǎng)期間視土壤濕度情況澆灌完全 Hoagland營養(yǎng)液。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)設(shè)置 9個(gè)處理濃度，即 C1（Cu2+0 mg·kg-1+GA30 mg·L-1，作為對照），C2（Cu2+700 mg·kg-1+GA30 mg·L-1），T1（Cu2+700 mg·kg-1+GA33 mg·L-1），T2（Cu2+700 mg·kg-1+GA35 mg·L-1），T3（Cu2+700 mg·kg-1+GA310 mg·L-1），T4（Cu2+700 mg·kg-1+GA320 mg·L-1），T5（Cu2+700 mg·kg-1+GA340 mg·L-1），T6（Cu2+700 mg·kg-1+GA360 mg·L-1），T7（Cu2+700 mg·kg-1+GA380 mg·L-1），每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。Cu2+以CuSO4（分析純）的形式提供。用完全 Hoagland營養(yǎng)液配制 700 mg·kg-1Cu2+溶液，用 0.1 mmol·L-1NaOH 或 HCl調(diào)節(jié)溶液pH值至(6.5±0.3)。對照（C1）只澆灌400 mL完全Hoagland營養(yǎng)液，C2－T7處理每盆澆灌400 mLCu2+溶液，溢到托盤內(nèi)的溶液再次倒入盆內(nèi)，以確保盆內(nèi)土壤Cu2+終濃度為700 mg·kg-1。

第二天早上，除對照（C1）外，其余各處理幼苗葉部噴施對應(yīng)濃度的GA3溶液。用1 mL酒精溶解各處理中的 GA3試劑，用含有 0.1% Tween 20（C58H114O26，一種表面活性劑和分散劑）的去離子水稀釋GA3溶液至各處理濃度。用噴施面積為1 cm3的霧狀噴霧器向葉片正面噴3次處理液，至葉片有水珠滴下，每盆總噴施量為20 mL；C2處理只噴施20 mL含有0.1% Tween 20的去離子水。處理期間，根據(jù)溫度的變化，每天以去離子水補(bǔ)充土壤所蒸發(fā)損失的水分，使其盆土總質(zhì)量保持在(3.4±0.05) kg。試驗(yàn)幼苗的培養(yǎng)條件為溫度22/15 ℃（白天/夜晚），相對濕度70%－80%，光照14 h、黑暗10 h，光照強(qiáng)度為8000 lx。處理7 d后取樣測定生理指標(biāo)。試驗(yàn)材料和試驗(yàn)所用處理液濃度由前期大量預(yù)試驗(yàn)所得。

2 測定指標(biāo)及方法

2.1 生物量測定

將各處理組幼苗從盆中小心取出，先用自來水沖洗，再用去離子水反復(fù)沖洗3次，吸干水分后，將葉、莖、根分開，迅速稱鮮質(zhì)量（FM）。隨后，將鮮樣裝入烘干袋中，放入烘箱于105 ℃下殺青10 min后，再降至80 ℃烘至質(zhì)量恒定，稱干質(zhì)量（DM）。

2.3 脯氨酸、可溶性蛋白含量測定

采用酸性茚三酮顯色法測定脯氨酸含量（Tewari et al.，2002）。稱取葉部鮮樣，加入磺基水楊酸，沸水中提取冷卻后，吸取上清液，加入冰醋酸和酸性茚三酮，于沸水浴中加熱 30分鐘后冷卻至室溫，加入甲苯，充分振蕩，靜置分層后取上層溶液，測定520 nm波長下的吸光度值。以牛血清白蛋白為蛋白標(biāo)準(zhǔn)，采用考馬斯亮藍(lán)G-250方法測定酶提物的總可溶性蛋白含量。將上清液和染料置于分光光度計(jì)試管中，在 595 nm處測定吸光度（Banu Do?anlar，2015）。

2.4 礦質(zhì)元素含量測定

將各處理盆內(nèi)的菠菜幼苗取出，剪下根，在20 mmol·L-1Na2-EDTA溶液中浸泡 3 h除去表面吸附的 Cu2+，用去離子水反復(fù)沖洗干凈后用吸水紙吸干，分別裝入烘干袋中；將菠菜葉片用去離子水反復(fù)沖洗干凈后用吸水紙吸干，裝入烘干袋中。將葉片、根樣品放入烘箱中 105 ℃殺青后，80 ℃烘干至恒量，研磨粉碎后過80目篩。采用硫酸-雙氧水消解，半微量凱式定氮法測定植物N含量；采用硝酸-雙氧水消解，ICP-AES測定植物中的P、K、Cu、Ca、Mg、Fe 含量（Dos Santos et al.，2014）。

2.5 透射電鏡觀測

隨機(jī)選取各處理盆中幼嫩的菠菜葉片，每個(gè)處理選取3株幼苗，將其幼嫩葉片從中部切成連續(xù)的3段，每段約2 mm，迅速放入裝有2.5%戊二醛（pH 7.4，0.1 mol·L-1的PBS緩沖液配制）的帶塞瓶內(nèi)，抽真空后于4 ℃下固定4 h，再轉(zhuǎn)入1%鋨酸（pH 7.4，0.1 mol·L-1的 PBS緩沖液配制）中于室溫（20 ℃）下固定2 h，經(jīng)乙醇系列脫水，SPURR樹脂浸透、包埋、聚合，在 LKB型超薄切片機(jī)上切片，經(jīng)醋酸鈾-檸檬酸鉛雙重染色后，用透射電子顯微鏡（JEOL TEM-1230EX，Tokyo，Japan）觀察并拍照（Gill et al.，2015）。

2.6 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel 2007和SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素（One-way ANOVA）和Duncan法進(jìn)行方差分析和多重比較（α=0.05），用Pearson法對各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析。運(yùn)用Origin Pro 9.0軟件作圖。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

3 結(jié)果與分析

3.1 Cu脅迫及GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗生物量的影響

圖 1顯示，與對照（C1）相比，Cu脅迫時(shí)菠菜幼苗總FW、總DW均為顯著降低趨勢（P＜0.05），較對照（C1）相比分別降低了 31.9%、40.9%。噴施GA3后（T1－T7處理），與C2處理相比，菠菜總FW、總DW均呈增加趨勢，其中T1、T2處理幼苗總FW、總DW的增幅最大，總FW較C2處理增加了25.5%和19.3%，總DW較C2處理增加了37.4%和26.7%。隨GA3噴施濃度增加，幼苗總FW、總DW增幅逐漸減少，T6、T7處理幼苗的總FW、總 DW均降至最小值。此外，各處理下菠菜幼苗葉、莖、根部FW和DW的變化規(guī)律與總FW、總DW的變化規(guī)律一致。

3.2 Cu脅迫及GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗MDA、ROS含量的影響

圖1 Cu脅迫及GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗鮮質(zhì)量（a）、干質(zhì)量（b）的影響Fig. 1 Effect of Cu stress and GA3 on fresh mass (a) and dry mass (b) of Spinacia oleracea seedlings under Cu stress

圖2 Cu脅迫及GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗MDA（a）、（b）、H2O2（c）含量的影響Fig. 2 Effects of Cu stress and GA3 on contents of MDA (a), (b) and H2O2 (c) in Spinacia oleracea seedlings under Cu stress

3.3 Cu脅迫及GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗脯氨酸、可溶性蛋白含量的影響

圖 3a顯示，C2處理中菠菜幼苗體內(nèi)脯氨酸、可溶性蛋白含量較對照（C1）分別增加了 55.4%、17.3%。噴施GA3后（T1－T7處理），T1－T3處理中脯氨酸含量較C2處理分別下降了74.4%、45.4%和40.0%，隨后T4－T7處理中的脯氨酸含量逐漸增加，在T5處理時(shí)脯氨酸含量達(dá)到最大值。從圖3b可以看出，T1、T2處理幼苗體內(nèi)可溶性蛋白含量較C2分別增加了36.9%和49.2%，隨后其含量隨GA3濃度增加呈遞減趨勢，在T7處理時(shí)，可溶性蛋白含量降至最小值，較C2相比減少了15.7%。

圖3 Cu 脅迫及GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗脯氨酸（a）和可溶性蛋白（b）含量的影響Fig. 3 Effects of Cu stress and GA3 on proline (a) and soluble protein (b)contents in Spinacia oleracea seedlings under Cu stress

3.4 Cu脅迫及GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗Cu吸收的影響

由表 1可知，C2處理中菠菜幼苗葉部、根部Cu含量較對照（C1）顯著增加（P＜0.05），且葉部Cu含量顯著高于根部，其含量為根部的15.5倍。噴施GA3后（T1－T7處理），與C2處理相比，菠菜葉部Cu含量減少，而根部Cu含量增加，其中，T2處理葉部Cu含量降至最小值，較C2處理下降了82.5%，根部Cu含量增至最大值，為C2處理的1.0倍；T3－T7處理葉部Cu含量增加，根部Cu含量有不同程度的下降趨勢。

3.5 Cu脅迫及GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗礦質(zhì)元素吸收的影響

由表2顯示，與對照（C1）相比，C2處理菠菜幼苗葉部、根部N、P、K、Fe、Zn含量增加，Ca、Mg含量減少。噴施GA3后（T1－T7處理），T1、T2處理葉部N、K、Ca、Mg含量增幅最大，其平均值較C2分別增加了3.4%、84.4%、90.7%和130%，Zn含量降幅最小，其平均值較 C2相比減少了23.8%，而 P含量在 T2－T4處理時(shí)增幅最大，F(xiàn)e含量僅在T1處理時(shí)增至最大值；T1、T2處理時(shí)，根部礦質(zhì)元素的變化規(guī)律表現(xiàn)為P、K、Ca、Mg、Zn含量增幅最大，其平均值較 C2分別增加了46.4%、92.3%、17.8%、98.2%和39.9%；Fe含量降幅最小，其平均值較C2減少了19.5%；而N含量僅在T2處理增幅最大，較C2相比增加了6.2%。此外，隨GA3噴施濃度增加，葉部、根部的7種元素均在T5－T7處理時(shí)降至最小值。

表1 Cu脅迫及GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗Cu吸收的影響Table 1 Effects of Cu stress and GA3 on Cu absorption of Spinacia oleracea seedlings under Cu stress

表2 Cu脅迫及GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗葉部、根部礦質(zhì)元素吸收的影響Table 2 Effects of Cu stress and GA3 on the uptake of mineral elements in leaves and roots of Spinacia oleracea seedlings under Cu stress

3.6 Cu脅迫及GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗葉部細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響

對照（C1）處理幼苗葉部細(xì)胞中細(xì)胞壁、葉綠體、線粒體、核膜、核仁、液泡清晰可見，各細(xì)胞器發(fā)育良好、結(jié)構(gòu)完整（圖4 C1-1和C1-2）。C2處理葉部細(xì)胞出現(xiàn)液泡面積擴(kuò)大、葉綠體腫脹、基粒片層貼靠在葉綠體內(nèi)膜周圍，線粒體體積、數(shù)量減少（圖 4 C2-1，C2-2）。T1、T3處理葉綠體腫脹狀態(tài)基本消失，基粒片層堆疊緊密，均勻分布在葉綠體內(nèi)部，液泡面積縮小，線粒體清晰可見，細(xì)胞核逐漸恢復(fù)（圖4 T1-1－T3-2）。T4、T5處理細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)仍保持完整，葉綠體結(jié)構(gòu)稍有腫脹，液泡面積逐漸變大，部分細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞核解體，線粒體膜呈彌漫性，內(nèi)脊變得模糊不清甚至斷裂（圖4 T4-1－T5-2）。T6－T7處理細(xì)胞形狀變得狹長，葉綠體數(shù)量減少，基粒片層堆疊高度下降，細(xì)胞核膜表現(xiàn)為核固縮，染色質(zhì)凝聚形成多核結(jié)構(gòu)和小泡（圖 4 T6-1－T7-2）。

4 討論

4.1 Cu脅迫對菠菜幼苗生長生理特性的影響

圖4 Cu脅迫及GA3對Cu脅迫下菠菜幼苗葉部細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響Fig. 4 Effect of Cu stress and GA3 on ultrastructure of leaf cells of Spinacia oleracea seedlings under Cu stress

Cu是植物生長發(fā)育的必需微量元素，植物正常生長所需的Cu含量是5－25 mg·kg-1，當(dāng)植物體內(nèi)Cu含量超過30 mg·kg-1時(shí)，會(huì)對植物產(chǎn)生毒害作用（Kr?mer，2010；Zheng et al.，2019）。過量的 Cu會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧（ROS）物質(zhì)，如過氧化氫（H2O2）、超氧化物（）和羥基自由基（-OH）等，這些ROS物質(zhì)與植物體內(nèi)的脂類、核酸、蛋白質(zhì)快速反應(yīng)形成膜脂過氧化反應(yīng)，造成細(xì)胞膜損傷、酶活性失活，影響細(xì)胞的生存能力、抑制植物生長（Arora et al.，2012；Hussain et al.，2014）。MDA是膜質(zhì)過氧化的重要產(chǎn)物，其含量反映了植物膜脂過氧化程度，與植株受害程度有密切的關(guān)系（Rombel-Bryzek et al.，2017）。本研究中，700 mg·kg-1Cu脅迫時(shí)（C2處理），菠菜幼苗體內(nèi)的、H2O2、MDA含量顯著增加，生物量明顯下降，表明高濃度Cu脅迫能夠引起植物產(chǎn)生大量的 ROS物質(zhì)，擾亂植物對進(jìn)出細(xì)胞物質(zhì)的控制能力及內(nèi)穩(wěn)態(tài)的平衡，導(dǎo)致膜質(zhì)過氧化傷害程度加劇，抑制植物生長（陳鑌等，2019）。盡管高濃度Cu脅迫給菠菜幼苗帶了如此大的傷害，但是植物體內(nèi)的脯氨酸、可溶性蛋白含量仍表現(xiàn)出增加趨勢，幼苗也處于存活狀態(tài)，表明該植物具有較強(qiáng)的耐Cu性。但是不同植物的耐Cu性存在差異，有報(bào)道顯示，銅礦指示性植物海州香薷 Elsholtzia splendens能在600－3000 mg·kg-1Cu的土壤中完成整個(gè)生命周期，該植物的根部是吸收和蓄積Cu的主要器官（Jiang et al.，2004；Liu et al.，2005）；銅礦區(qū)（Cu含量 1158 mg·kg-1）的優(yōu)勢物種白茅 Imperata cylindrical，其根部的蓄Cu能力也強(qiáng)于葉部（Zheng et al.，2019）。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)果不同，700 mg·kg-1Cu脅迫時(shí)（C2處理），菠菜幼苗葉部、根部Cu含量顯著增加，且葉部的Cu含量顯著高于根部，表明葉部是菠菜幼苗蓄Cu的主要器官，雖然本研究中菠菜生長環(huán)境中的Cu濃度不及上述兩種植物高，但也能表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐Cu性。

此外，Cu脅迫也會(huì)干擾植物對礦質(zhì)元素的吸收和運(yùn)輸，導(dǎo)致植物出現(xiàn)養(yǎng)分不平衡、生理功能紊亂等毒害癥狀（Zhang et al.，2010）。本研究結(jié)果顯示，與正常生長的幼苗相比（C1），700 mg·kg-1Cu脅迫時(shí)（C2處理），菠菜幼苗葉部、根部N、P、K、Fe、Zn含量均有增加趨勢，這可能是由于高濃度Cu脅迫下，植物啟動(dòng)體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)，抵御脅迫環(huán)境，主動(dòng)吸收、積累大量的礦質(zhì)元素，維持其生命活動(dòng)，這也是菠菜具有較強(qiáng)耐Cu性的一種表現(xiàn)。Ca、Mg是植物生長發(fā)育的必需元素，Ca具有保護(hù)細(xì)胞膜、促進(jìn)植物生長的作用（Tuna et al.，2008），Mg是葉綠素分子的中心原子，也是蛋白質(zhì)合成過程中核糖體亞單位聚集的重要元素（Shaul，2002；Souza et al.，2014）。本研究中，高濃度Cu脅迫導(dǎo)致菠菜體內(nèi)Ca、Mg含量減少，表明這兩種元素相對于其他礦質(zhì)元素可能更容易受到Cu脅迫的影響，從而導(dǎo)致其吸收量減少，或是由于細(xì)胞膜損傷、膜透性增加造成離子外流，最終在植物體內(nèi)表現(xiàn)出 Ca含量下降，對細(xì)胞膜的保護(hù)作用減弱；而Mg含量下降影響植物葉綠素的合成，植物光合作用受到抑制（Shaul，2002；Tuna et al.，2008）。

細(xì)胞是植物生命活動(dòng)的基本單位。在重金屬脅迫下，植物體內(nèi)的超微結(jié)構(gòu)也會(huì)因重金屬的濃度和脅迫時(shí)間而發(fā)生改變（徐義昆等，2015）。本研究結(jié)果顯示，正常生長情況下（C1），菠菜幼苗葉部細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞壁、細(xì)胞核、核膜、核仁清晰可見，葉綠體內(nèi)外膜完整，基粒片層排列整齊，液泡居于細(xì)胞中部。700 mg·kg-1Cu脅迫時(shí)（C2處理），菠菜幼苗葉部細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞核消失，線粒體數(shù)量減少，液泡面積擴(kuò)大、葉綠體腫脹、基粒片層貼靠在葉綠體內(nèi)膜周圍，其原因可能是高濃度Cu2+進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞膨壓增大所致（Peck et al.，2010）；其次，高濃度Cu也抑制了菠菜幼苗細(xì)胞內(nèi)線粒體合成，導(dǎo)致其體積、數(shù)量減少。相同研究結(jié)果在同類試驗(yàn)中也出現(xiàn)，如Cu脅迫導(dǎo)致石花菜 Gelidium floridanum葉肉細(xì)胞壁厚度增加、葉綠體解體、線粒體腫脹（Dos Santos et al.，2014）；可可Theobroma cacao植物葉部受到Cu脅迫后葉綠體膜破裂、類囊體腫脹（Souza et al.，2014）。

4.2 GA3對 Cu脅迫下菠菜幼苗生長生理特性的影響

重金屬脅迫時(shí)，外源添加GA3能夠減少植物吸收重金屬，減緩重金屬對植物的脅迫傷害。本研究結(jié)果顯示，向Cu脅迫菠菜幼苗葉部噴施濃度低于5 mg·L-1的 GA3溶液時(shí)（T1、T2處理），幼苗體內(nèi)的、H2O2含量降低，可溶性蛋白含量、生物量增加，表明濃度低于5 mg·L-1的GA3溶液，能降低Cu脅迫對菠菜幼苗的膜質(zhì)過氧化傷害，抑制 ROS物質(zhì)的產(chǎn)生，促進(jìn)植物生長（Zhu et al.，2012；Ben Massoud et al.，2017）。但繼續(xù)增加GA3濃度，菠菜體內(nèi)的H2O2、MDA含量顯著增加，脯氨酸含量也增加，而可溶性蛋白含量降低，菠菜幼苗鮮重、干重降低，表明高濃度的GA3會(huì)加劇Cu脅迫對菠菜幼苗的脅迫傷害，抑制可溶性蛋白的合成，降低其生長量，但是植物仍能增加脯氨酸含量抵御脅迫傷害（Wang et al.，2015；Muniandi et al.，2018）。此外，噴施濃度為5 mg·L-1GA3溶液時(shí)，菠菜葉部Cu含量降至最小值，而根部Cu含量增至最大值，表明5 mg·L-1GA3濃度能減少菠菜葉部吸收、積累Cu2+（Zhu et al.，2012），緩解Cu脅迫對幼苗葉部的毒害。類似結(jié)果在同類研究中也有出現(xiàn)，如1 mmol·L-1GA3能減輕 Cu 對豌豆 Pisum sativum 幼苗的傷害（Ben Massoud et al.，2017），100 mg·L-1GA3能減輕Cd2+和Pb2+對蠶豆Vicia faba和羽扇豆Lupinus植物的危害 （Abd et al.，2009）。但繼續(xù)增加GA3濃度，菠菜葉部Cu含量降幅減少，根部Cu含量增幅也減少，表明GA3濃度增加促進(jìn)了菠菜幼苗葉部對 Cu2+的吸收，而減弱了根部 Cu2+積累，其原因可能是高濃度 GA3對細(xì)胞分裂、加速生長的促進(jìn)作用過強(qiáng)，導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增加，Cu2+順勢進(jìn)入根部細(xì)胞，植物為減輕大量 Cu2+聚集對根部細(xì)胞的傷害，主動(dòng)將 Cu2+遷移至葉部，從而導(dǎo)致葉部Cu含量多于根部（Hadi et al.，2014；Ji et al.，2015；邵君偉，2015）。

礦質(zhì)元素是參與植物生理代謝的重要物質(zhì)（Zhang et al.，2010）。非生物脅迫條件下，GA3能夠改變植物對礦質(zhì)元素吸收和運(yùn)輸（Tuna et al.，2008）。在本研究中，噴施濃度低于 5 mg·L-1的GA3時(shí)（T1、T2處理）時(shí)，與Cu脅迫（C2處理）相比，菠菜幼苗葉部N、K、Ca、Mg含量增幅最大，Zn含量降幅最小，根部P、K、Ca、Mg、Zn含量增幅最大，F(xiàn)e含量降幅最小，表明Cu脅迫下，低于5 mg·L-1的GA3處理能促進(jìn)菠菜幼苗吸收礦質(zhì)元素，這可能是GA3降低了Cu脅迫對植物細(xì)胞膜的氧化損傷，細(xì)胞膜的完整性得到了恢復(fù)，植物吸收的礦質(zhì)元素能夠保存在細(xì)胞內(nèi)，也可能是GA3調(diào)節(jié)改變了植物對礦質(zhì)元素的吸收通道，緩解了Cu2+對等價(jià)礦質(zhì)元素吸收的拮抗效應(yīng)（Ashraf et al.，2002）。但隨 GA3濃度繼續(xù)增加，菠菜幼苗葉部、根部吸收礦質(zhì)元素含量下降，其原因可能是GA3濃度過高導(dǎo)致菠菜幼苗體內(nèi)的氧化傷害加劇，植物體內(nèi)產(chǎn)生了大量的ROS物質(zhì)，造成細(xì)胞膜透性增加，礦質(zhì)元素外流（Hadi et al.，2014；Ji et al.，2015）。

植物葉片組織和細(xì)胞器結(jié)構(gòu)會(huì)因植物生長環(huán)境和外界刺激而發(fā)生變化（Du et al.，2017），葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的重要細(xì)胞器，其結(jié)構(gòu)的完整性是植物進(jìn)行高效光合的前提（黃曉霞等，2017）。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，與 Cu脅迫相比，噴施濃度低于5 mg·L-1的GA3時(shí)（T1、T2處理），菠菜幼苗葉部細(xì)胞葉綠體腫脹狀態(tài)基本消失，基粒片層堆疊緊密，均勻分布在葉綠體內(nèi)部，液泡面積縮小，線粒體清晰可見，細(xì)胞核逐漸恢復(fù)，表明低濃度的GA3溶液能緩解Cu脅迫對植物細(xì)胞傷害，促使細(xì)胞結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常，從而使細(xì)胞器較正常地發(fā)揮生理功能。但繼續(xù)增加GA3濃度，菠菜幼苗細(xì)胞中的葉綠體、線粒體、細(xì)胞核數(shù)量出現(xiàn)不同程度的下降，結(jié)構(gòu)模糊不清等，這可能是GA3添加濃度過高逆轉(zhuǎn)了其對Cu脅迫菠菜幼苗的緩解作用，導(dǎo)致脅迫傷害加重（Muniandi et al.，2018）。

5 結(jié)論

700 mg·kg-1Cu脅迫時(shí)，菠菜幼苗體內(nèi)Cu含量顯著增加、氧化傷害加劇，生長量和Ca、Mg含量均受到抑制，細(xì)胞器結(jié)構(gòu)損傷，但脯氨酸和可溶性蛋白含量增加，N、P、K、Fe、Zn含量升高，植物也處于存活狀態(tài)，能夠表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐Cu性。噴施低于5 mg·L-1的GA3能減少Cu脅迫下菠菜幼苗葉部Cu含量，緩解氧化傷害，增加可溶性蛋白含量，促進(jìn)礦質(zhì)元素吸收，增加植物生物量，同時(shí)，葉綠體腫脹消失、液泡面積縮小，線粒體清晰可見，細(xì)胞核逐漸恢復(fù)。而繼續(xù)增加GA3濃度時(shí)，幼苗葉部Cu含量增加、氧化傷害加劇，可溶性蛋白和礦質(zhì)元素含量減少，植物生長受到抑制，葉綠體、線粒體、細(xì)胞核數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)模糊不清。因此，可以推斷低于5 mg·L-1的GA3能緩解Cu脅迫對菠菜幼苗的毒害，繼續(xù)增加GA3濃度會(huì)導(dǎo)致Cu脅迫傷害加劇。