環(huán)境脅迫對水生植物根系分泌小分子量有機酸(LMWOAs)的影響特征*

張治宏,楊詩卡,,韓 超,許 笛,王兆德,柯 凡,申秋實

(1:西安工業(yè)大學建筑工程學院,西安 710021)(2:中國科學院南京地理與湖泊研究所,湖泊與環(huán)境國家重點實驗室,南京 210008)

植物通過根系分泌物與根際環(huán)境進行著物質(zhì)、能量與信息的交流,從而調(diào)節(jié)自身的生命活動過程來適應環(huán)境脅迫. 在眾多植物根系分泌物中,小分子有機酸(LMWOAs)如檸檬酸、草酸、蘋果酸、甲酸等占有很大比重,且在調(diào)控根際微環(huán)境、礦物溶解、養(yǎng)分供應和污染物毒害等過程起到至關重要的作用[1-4]. 眾多研究表明,LMWOAs能通過根際還原作用及螯合、酸化及離子交換的方式溶解和轉(zhuǎn)化部分難溶性礦物,并可調(diào)節(jié)根表細胞的通透性,達到釋放和增加根際養(yǎng)分生物有效性的效果,進而促進植物吸收和生長[5-7]. 絕大多數(shù)LMWOAs具有1個或多個羥基或羧基功能團,可參與重金屬等污染物配位結(jié)合,參與重金屬元素的吸收、運輸、積累等過程,從而促進植物對重金屬的超積累 達到解毒植物體內(nèi)重金屬的目的[4,8]. 除此之外,LMWOAs植物分泌物中的有機酸是根際圈最活躍的碳循環(huán)方式,40%～80%的有機酸最初來源于光合作用固定的碳,LMWOAs可為根際微生物提供了更容易利用的碳源,對推動土壤養(yǎng)分循環(huán)具有重要意義[3]. 由此可見,LMWOAs與植物生長發(fā)育、抗逆性和生產(chǎn)力具有直接關系,全面認識植物根系LMWOAs分泌特征對探索元素在根-土界面遷移轉(zhuǎn)化和生態(tài)效應,以及污染修復控制方法和機理等方面具有重要意義.

植物根系是對外界環(huán)境變化響應較為敏感的部位,根系分泌LMWOAs組成和含量變化被認為是植物響應環(huán)境脅迫最直接、最明顯的反應,可在一定程度上反映植物應對外界環(huán)境脅迫能力的強弱,也可以指示植物在逆境下的自我調(diào)節(jié)能力高低[9]. 眾多研究表明,植物基因類型不同以及外界環(huán)境因素變化如溫度、光照、鹽分以及營養(yǎng)鹽和重金屬水平等會顯著影響植物根系LMWOAs分泌種類和數(shù)量[1,7]. 例如,李煜姍等[10]發(fā)現(xiàn)不同溫度處理對番茄根系分泌LMWOAs具有顯著影響,顯著高于負晝夜溫差的處理. 茶樹、大豆、油菜等植物可通過分泌具有羧基基團的LMWOAs如蘋果酸、草酸、檸檬酸和乙酸等適應低磷介質(zhì)環(huán)境[11]. 徐國偉等[12]研究表明過量施氮會顯著抑制水稻根系活力和根系LMWOAs的分泌. Cd脅迫同樣會顯著影響煙草、玉米和蠶豆等植物根系分泌LMWOAs組成特征,并會促進草酸和檸檬酸含量增加以及Cd在植物體內(nèi)積累[13-14]. 目前針對植物根系LMWOAs分泌特征及其脅迫響應機理的研究多集中在水稻、小麥、油菜、番茄、白羽扇豆等陸生植物,尤其比較受關注的是其對磷素和重金屬脅迫響應方面. 相對而言,人們對水生植物根系LMWOAs組成、含量及環(huán)境脅迫影響特征的研究報道則較為少見.

本研究選擇我國湖(庫)、河流中普遍分布且在濕地生態(tài)修復工程廣泛應用的6種水生植物包括：2種典型沉水植物即馬來眼子菜(Potamogetonmalaianus)和苦草(Vallisnerianatans),2種典型挺水植物即蘆葦(Phragmitesaustralis)、菖蒲(Acoruscalamus),以及2種典型浮葉植物即莕菜(Nymphoidespeltatum)和菱角(Trapaincisa)為研究對象,重點研究在不同環(huán)境脅迫(溫度、缺磷和高銨態(tài)氮)處理下不同水生植物根系LMWOAs組成和含量變化特征,研究結(jié)果對深入認識水生植物生理生態(tài)效應及其對環(huán)境因子脅迫響應,以期為日后濕地恢復提供科學依據(jù).

圖1 水生植物根系分泌物收集裝置示意圖(具體部件包括：出水管(1),儲水管(2),進水管(3),儲水管內(nèi)螺紋(4),阻隔管外螺紋(5),第一圓環(huán)(6),阻隔管內(nèi)螺紋(7),第二圓環(huán)(8),根袋(9),根系生長管外螺紋(10),根系生長管(11),根際取樣器(12),底部通孔(13),非根際取樣器(14),上通孔(15),下通孔(16),阻隔管(17))Fig.1 Experimental setup used for the collection of macrophyte root exudation(Compositions: outlet valve(1),water storage tube(2),inlet valve(3),internal thread(4),external thread(5),first annulus(6),internal thread(7),second annulus(8),root bag(9),external thread(10),root developing tube(11),rhizosphere sampler(12),bottom hole(13),non-rhizosphere sampler(14),top hole(15),under hole(16),isolated tube(17))

1 材料與方法

1.1 植物材料和培養(yǎng)方法

現(xiàn)有的根系分泌物收集裝置或方法僅適用于陸生植物,無法滿足有水覆蓋的水生植物根系分泌物收集. 為此,本研究自主構(gòu)建一種新型水生植物根系分泌物原位收集裝置(CN201811634672.2),如圖1所示,本裝置包括依次螺紋連接的儲水管、阻隔管和根系生長管. 出水管中上下設置有進水管和出水管,便于實現(xiàn)流動培養(yǎng)；阻隔管的中部設置有第一圓環(huán),根系生長管靠近阻隔管的一端與阻隔管夾設有第二圓環(huán),第二圓環(huán)的內(nèi)徑小于第一圓環(huán)的內(nèi)徑,第二圓環(huán)的底部固設有與第二圓環(huán)的內(nèi)環(huán)相通的根袋,根袋位于根系生長管中；根系生長管的底端封閉,且根系生長管的底面中央設置有底部通孔,側(cè)壁上設置有上、下兩處通孔,并通過快接插口在線更新培養(yǎng)液和收集分泌物. 該裝置結(jié)構(gòu)簡單,實現(xiàn)了不同類型水生植物根系分泌物的原位收集. 本研究中的受試水生植物和上覆水體均采集于東太湖. 現(xiàn)場連根采集生長狀態(tài)良好的完整水生植物植株,充分洗凈泥土,立刻放入1/5 Hoagland’s培養(yǎng)液中,并在智能光照培養(yǎng)箱(GZX-300BSH-Ⅲ,上海新苗,中國)模擬自然條件進行預培養(yǎng)2周,光暗時間比為12 h∶12 h；隨后分別挑選生長均勻、健壯植株進行統(tǒng)一修剪,其中馬來眼子菜、苦草、莕菜和菱角株高約35 cm,蘆葦和菖蒲株高約50 cm,洗凈后移植于自制根系分泌收集裝置中進行LMWOAs原位收集. 培養(yǎng)時,受試水生植物的根系主要生長在裝有Hoagland營養(yǎng)液的根系生長管內(nèi),而地上組織部分則生長于裝有太湖水體的儲水管內(nèi),二者通過中間阻隔管進行隔離避免溶液串擾.

1.2 實驗處理

1.3 水生植物根系分泌LMWOAs的收集與測定

在水生植物培養(yǎng)過程中,其莖葉部需要不斷充入空氣以保證水中溶解氧濃度. 開始收集時,首先利用裝置的在線更換根系培養(yǎng)管內(nèi)的營養(yǎng)液為超純水,將受試植物根系用清水輕輕沖洗3遍；然后更換為30 mg/L氯霉素,并將根系浸泡2 h以消除根系中微生物對根系分泌物過程的影響；隨后移除氯霉素溶液并進一步用超純水輕輕洗去粘附的氯霉素；最后將植物根系浸泡于50 mL 0.5 mmol/L的 CaCl2收集液中收集根系分泌物6 h. 在根系分泌物收集時,為避免根系分泌活動受到外界光照條件影響以及分泌物分解,根系分泌物管外包裹黑色錫箔紙進行避光收集,而植物地上部分如莖和葉均處于光照環(huán)境確保植物維持正常的光合作用. 收集完成后,將分泌液經(jīng)0.45 μm過濾后,置于真空冷凍干燥機(Biosafer-10B,賽飛,中國)凍干處理,放置冷凍冰箱保存以供分析. 收集到的根系分泌LMWOAs通過HPLC(Waters,Milford,USA)進行測定[15].

HPLC分析條件：色譜分離柱為反相dC18陰離子交換柱(Agilent Zorbax-Aq 4.6×250 mm,5-Micron,德國),進樣量10 μL,柱溫30℃,流動相為35%超純水、2%甲醇、63%NaH2PO4,流速1 mL/min. 本實驗中采樣的9種有機酸標準品(植酸、草酸、蘋果酸、檸檬酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁二酸、乳酸)藥品均為色譜純或優(yōu)級純. 通過比對、加標的方法確定水生植物根系分泌物中有機酸的種類,之后使用標準品制作校準曲線確定峰面積和濃度之間的關系.

1.4 統(tǒng)計分析

實驗結(jié)果表示為平均值±標準偏差(Mean ± SD). 采用SPSS 17.0軟件中One-way ANOVA(Tukey 檢驗)將不同處理組間的數(shù)據(jù)進行顯著性差異分析,并用 Origin 9.0軟件進行相關圖表繪制.

表1 六種水生植物根系分泌LMWOAs組成特征

Tab.1 Compositions and amounts of LMWOAs secreted from six macrophyte species

植物種類LMWOAs種類LMWOAs分泌量/%苦草草酸4.60甲酸95.40馬來眼子菜草酸6.95甲酸58.21酒石酸11.57乳酸23.27蘆葦草酸5.74甲酸85.90乳酸8.36菖蒲草酸10.99甲酸77.22乳酸11.79莕菜草酸22.04甲酸56.26乳酸21.70菱角草酸5.55蘋果酸20.17甲酸32.60丁二酸39.99乳酸1.68

2 結(jié)果與討論

2.1 不同水生植物根系分泌LMWOAs組成特征

由表1所示,6種水生植物分泌的LMWOAs主要包括草酸、甲酸、乳酸、蘋果酸、檸檬酸、丁二酸、酒石酸7種有機酸,LMWOAs組成和含量具有明顯物種差異性. 草酸、甲酸、乳酸是6種水生植物分泌的LMWOAs中3種最常見的有機酸; 此外,在馬來眼子菜根系分泌物中還檢測到少量酒石酸,菱角根系分泌物中檢測到大量的蘋果酸和丁二酸. 就分泌量而言,各水生植物根系分泌的不同種類LMWOAs之間含量具有明顯的差異(P<0.01),其中甲酸是6種水生植物的根系普遍分泌且分泌量最高的LMWOAs,平均占總有機酸含量的67.59%. 其次是乳酸和草酸,平均占總有機酸含量的11.68%和9.31%.

6種受試水生植物根系分泌LMWOAs的種類和含量具有明顯差異性,主要是與植物類別及其基因型密切相關. 例如,先前研究證實水稻根系主要分泌酒石酸和草酸,而小麥根系主要分泌草酸、丙酸和乙酸[16]；鋁、鉛超積累植物鈍葉酸模根系主要分泌檸檬酸以促穩(wěn)定絡合物形成,進而降低鋁、鉛離子活性[17]. 羊茅屬植物的根系分泌的LMWOAs則主要為草酸、乙酸和乳酸,三者分泌量占有機酸含量的95%以上[18]. 同目前研究較多的水稻、小麥、蠶豆等陸生植物比,6種水生植物根系分泌的LMWOAs總量和各有機酸含量普遍較低,進而能檢測的LMWOAs種類也相對較少. 這可能與受試植物根系欠發(fā)達導致的分泌能力較弱有關.

2.2 溫度對水生植物根系LMWOAs分泌特征影響

由圖2可看出,溫度變化顯著影響6種水生植物分泌的LMWOAs含量而對其種類并沒有顯著影響. 25℃處理馬來眼子菜、蘆葦和菱角分泌的LMWOAs總量最高；苦草和菖蒲在15℃低溫下根系分泌的LMWOAs總量最高且溫度升高會明顯抑制LMWOAs分泌；而莕菜在30℃時分泌的LMWOAs總量得到明顯增加(P<0.05).

具體而言,溫度變化對苦草分泌的甲酸含量造成顯著影響而對草酸分泌影響并不顯著(P> 0.05)；15℃條件下苦草分泌的甲酸含量最高(48.37± 0.30 mg/L),表明較低溫度可促進苦草甲酸分泌,這與先前研究發(fā)現(xiàn)番茄根系在較低溫度時也會分泌較多甲酸結(jié)果類似[7]. 溫度變化對馬來眼子菜根系LMWOAs分泌草酸量影響不大(P> 0.05),而馬來眼子菜在25℃時分泌較多的甲酸(24.34 ± 0.42 mg/L)、乳酸(4.83 ± 0.43 mg/L)和酒石酸(9.73 ± 0.30 mg/L). 菖蒲根系分泌甲酸、草酸和乳酸含量較高,30℃時分泌量下降了54.97%、57.35%和98.03%. 菖蒲在30℃持續(xù)經(jīng)過5天培養(yǎng)后,葉片出現(xiàn)萎焉、卷曲及葉色變褐,表明高溫脅迫對菖蒲生長發(fā)育造成不利影響,進而影響根系分泌功能. 溫度對蘆葦分泌甲酸含量影響比較明顯,25℃時甲酸分泌量最高(53.34 ± 0.60 mg/L),分別比15℃和30℃高9%和57%,而對草酸和乳酸分泌影響并不顯著(P> 0.05). 對浮葉植物如莕菜而言,30℃時根系分泌草酸和甲酸的含量明顯較高,分別為7.23 ± 0.50和31.59 ± 0.80 mg/L,乳酸含量最低，為4.45 ± 0.90 mg/L；而菱角根系主要LMWOAs如草酸、甲酸、乳酸、蘋果酸、丁二酸在25℃分泌量明顯高于15℃和30℃,分泌量分別為11.04±1.00、64.86±0.30、3.35± 0.30、40.13 ± 0.5和79.56 ± 0.7 mg/L.

圖2 六種水生植物在不同溫度下LMWOAs分泌特征(不同小寫字母表示處理組間差異顯著(P<0.05))Fig.2 The characteristics of LMWOAs secreted from six macrophyte roots under different temperatures (Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments(P<0.05))

溫度是影響水生植物生長繁殖和新陳代謝的重要環(huán)境因素之一. 外界環(huán)境溫度變化可影響植物葉片光合作用、以及根系生長等活動,進而影響根系分泌LMWOAs. 多數(shù)植物在適宜生長的溫度范圍內(nèi),根系分泌LMWOAs會隨著溫度升高而增加,而超出適宜溫度范圍后,如高溫或低溫會明顯抑制LMWOAs分泌[19]. 本研究發(fā)現(xiàn)水生植物根系分泌LMWOAs的最佳溫度總體上與野外觀察到的適宜生長溫度一致. 例如,根據(jù)前期太湖現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果,馬來眼子菜生長旺盛期為5、6月份,平均溫度約25℃；苦草和菖蒲生長旺盛期在4月份,溫度為15～20℃; 莕菜生長旺盛期為7、8月份,平均溫度約為30℃. 潘琦等[20]研究了溫度對馬來眼子菜生長和酶活性影響,結(jié)果證實25℃是馬來眼子菜生物量凈積累最佳溫度,而15℃和30℃處理則導致馬來眼子菜應激活動強烈,植物生長明顯受到溫度脅迫. 陳開寧等[21]和梁雪等[22]研究證實苦草和菖蒲等水生植物適合生長在較低溫水域(10～20℃),根系活力較高,而過高溫度(30℃)會對苦草和菖蒲生理活動以及污染物去除能力產(chǎn)生明顯抑制,因此對高溫脅迫耐受性較差.

2.3 缺磷脅迫對水生植物根系LMWOAs分泌特征影響

由圖3可知,缺磷脅迫會顯著影響水生植物根系LMWOAs分泌量和種類. 與磷源充足的對照組相比,缺磷脅迫可促進苦草、菖蒲和莕菜3種水生植物根系LMWOAs分泌量顯著增加(P<0.01)；而馬來眼子菜、蘆葦和菱角根系LMWOAs分泌量卻顯著降低(P<0.01). 另外,缺磷處理的菖蒲和菱角根系分泌的蘋果酸量、苦草和莕菜根系分泌的甲酸量均明顯高于對照組(P<0.01). 就LMWOAs組成變化特征而言,對照組和缺磷處理組LMWOAs種類基本一致,但對照組中苦草、菖蒲、莕菜和菱角根系LMWOAs中并未檢出乙酸分泌,而缺磷脅迫可刺激大量乙酸分泌. 此外,缺磷脅迫顯著抑制馬來眼子菜、蘆葦、莕菜根系乳酸，馬來眼子菜根系酒石酸和菱角根系丁二酸的分泌,導致這些有機酸均未被檢出.

圖3 六種水生植物在缺磷脅迫下LMWOAs分泌特征(*和**分別表示不同處理間差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01))Fig.3 The characteristics of LMWOAs secreted from six macrophyte roots under phosphorus deficiency(* and ** indicate the significant(P<0.05) and highly significant(P<0.01) differences between the control and treatment)

具體而言,缺磷脅迫下苦草根系分泌的LMWOAs主要有草酸、甲酸和乙酸；其中,分泌甲酸濃度最高,乙酸次之,草酸濃度最低,分別為39.71 ± 0.3、26.38 ± 0.7和1.62 ± 0.5 mg/L. 缺磷脅迫馬來眼子菜根系分泌的草酸與甲酸濃度變化不明顯,但酒石酸和乳酸的分泌均被完全抑制. 缺磷脅迫下菖蒲根系分泌大量的蘋果酸(17.61±0.4 mg/L)和乙酸(15.78±0.7 mg/L),而草酸、甲酸和乳酸分泌量分別下降55.6%、15.3%和36.4%. 缺磷脅迫會抑制蘆葦根系分泌LMWOAs,其中乳酸分泌被抑制最為顯著. 缺磷脅迫下莕菜根系分泌甲酸(37.71 ± 0.70 mg/L)、乙酸(39.36 ± 0.40 mg/L)量最高且與對照組相比明顯增加；而草酸和乳酸則明顯被抑制,其中草酸分泌量減少32.40%,乳酸未檢出. 缺磷脅迫下菱角根系分泌蘋果酸(35.20 ± 0.56 mg/L)和乙酸(33.38 ± 0.30 mg/L)濃度與對照組相比增加顯著(P<0.05); 而草酸(9.78 ± 0.4 mg/L)、甲酸(未檢出)、丁二酸(未檢出)和乳酸(3.22 ± 0.25 mg/L)分泌量明顯被抑制(P< 0.05).

不同基因型植物普遍存在耐缺磷脅迫能力差異,一般認為當缺磷或低磷脅迫時,磷高效植物可刺激根系分泌大量有機酸以提高植物對土壤/沉積物中難溶解性磷的再活化和吸收,而有機酸總量分泌較少的植物耐低磷或缺磷脅迫能力也較弱[23-24]. 眾多研究已證實,缺磷脅迫可刺激羽扇豆、水稻、蘿卜、油菜等植物根系分泌大量蘋果酸、檸檬酸、草酸和乙酸等LMWOAs,進而能夠促進鐵/鋁/鈣結(jié)合態(tài)磷的釋放,增加根際土壤中有效磷的含量從而促進植物吸收利用難溶性磷酸鹽[1,5,25]. 本實驗結(jié)果證實苦草、菖蒲和菱角在缺磷脅迫下能夠刺激根系蘋果酸、乙酸等有機酸含量及LMWOAs分泌總量明顯增加,說明在缺磷脅迫下3種水生植物均具有增加有機酸分泌來適應缺磷脅迫的機制. 從側(cè)面可說明苦草、菖蒲和菱角等水生植物應對缺磷環(huán)境的適應能力較強,這對未來低磷或缺磷水域的生態(tài)重建和恢復工程中植物選育提供重要依據(jù).

2.4 高銨態(tài)氮脅迫對水生植物根系LMWOAs分泌特征的影響

由圖4可知,高銨態(tài)氮脅迫會顯著影響水生植物分泌LMWOAs的含量和種類. 在高銨態(tài)氮脅迫下,受試水生植物除苦草外根系分泌的LMWOAs總量和主要有機酸含量相比對照組明顯降低(P< 0.01). 具體而言,高銨態(tài)氮脅迫導致馬來眼子菜、菖蒲、蘆葦、莕菜和菱角根系普遍分泌的草酸的量比常氮組分別降低40.55%、45.59%、36.52%、17.98%、39.49%；甲酸的量比常氮組分別降低100%、34.79%、41.39%、72.94%、43.29%. 少數(shù)特異性分泌的LMWOAs如馬來眼子菜分泌的酒石酸、菱角分泌的蘋果酸在高氮脅迫下均未檢測出,菱角分泌的丁二酸減少84.50%,需要指出的是,苦草在高銨態(tài)氮脅迫后不僅促進根系分泌甲酸和草酸量分別明顯高于對照組40.74%和21.08%(P< 0.01),而且刺激根系分泌出14.79 ± 0.22 mg/L乙酸和 11.93±0.16 mg/L酒石酸2種新的有機酸.

銨態(tài)氮是我國水體中關鍵污染因子,同是也是水生植物優(yōu)先直接利用的氮源,但對大多數(shù)植物而言,植物在吸收高濃度銨態(tài)氮后會對自身產(chǎn)生毒害效應(即氨害)[26]. 高濃度的銨態(tài)氮促進水生植物對氮素過量吸收和積累,導致體內(nèi)氮代謝過程改變,進而影響植物細胞正常生理生化活動和個體生長. 本研究發(fā)現(xiàn)高銨態(tài)氮脅迫導致不同水生植物根系分泌LMWOAs特征差異性顯著,說明植物對銨態(tài)氮最大耐污能力不同. 例如,高銨態(tài)氮脅迫下馬來眼子菜、菖蒲、蘆葦、莕菜和菱角等水生植物根系分泌有機酸受到抑制,可能是高銨態(tài)氮對根冠具有一定的破壞作用,導致根系活性降低而不利于根系功能的發(fā)揮[22]. 黃丹萍等[27]研究證實高銨態(tài)氮可導致菖蒲根系數(shù)量減少,長度縮短,進而導致根系分泌有機酸和氧的總量減少. 然而,相同水平高銨態(tài)氮處理下,苦草根系分泌LMWOAs總量和種類卻明顯增加,這可能與苦草較強的耐氨氮能力有關[28]. 周金波等[28]指出適宜的銨態(tài)氮會促進植物根內(nèi)物質(zhì)合成從而增加根系分泌量,有利于水生植物適應環(huán)境營養(yǎng)鹽變化. 此外,在實驗中高銨態(tài)氮脅迫并未阻礙苦草植株及根系生長特性發(fā)生明顯變化. 該結(jié)果說明,不同水生植物對高銨態(tài)氮脅迫的響應特征不盡相同,較高銨態(tài)氮脅迫對水生植物根分泌能力造成不同程度影響,因此在使用水生植物修復水體時需要考慮實際環(huán)境銨態(tài)氮濃度水平及其潛在影響.

綜上所述,植物根系分泌的LMWOAs釋放和組分變化特征主要取決于自身物種特異性及其生理狀態(tài)的個體差異性. 本研究中受試的6種沉水植物、挺水和浮葉植物基因差異較大導致其分泌的LMWOAs存在顯著的種間差異. 而過高或過低溫度水平、缺磷以及高銨態(tài)氮營養(yǎng)條件等外界環(huán)境脅迫對多數(shù)水生植物而言是一種逆境脅迫,會顯著影響植物正常的生理活動,進而可能會導致水生植物退化. 水生植物通過調(diào)節(jié)根系LMWOAs分泌活動可增強其對環(huán)境適應能力及生理可塑性,是植物最重要的逆境脅迫生理反應之一. 然而水生植物根系LMWOAs分泌規(guī)律復雜多變,且機理尚不清楚,關于這方面的研究還需要進一步深入.

圖4 六種水生植物在高銨態(tài)氮脅迫下LMWOAs分泌特征(*和**分別表示不同處理間差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01))Fig.4 The characteristics of LMWOAs secreted from six macrophyte roots under high level of (* and ** indicate the significant(P<0.05) and highly significant(P<0.01) differences between the control and treatment)

3 結(jié)論

1)不同水生植物根系LMWOAs分泌種類和含量具有顯著差異. 草酸、甲酸和乳酸是水生植物根系分泌物中最常見的3種LMWOAs,平均占總LMWOAs分泌量的67.59%、11.68%和9.31%; 此外,部分受試水生植物中還檢測到較高含量的酒石酸、檸檬酸蘋果酸和丁二酸的存在.

2)溫度變化不會對水生植物根系分泌LMWOAs的種類造成影響,但可顯著影響LMWOAs分泌量. 苦草和菖蒲根系LMWOAs分泌量隨溫度升高而降低；而莕菜分泌LMWOAs量則隨溫度升高而增加；25℃處理下馬來眼子菜、蘆葦和菱角根系分泌LMWOAs量最高,低溫和高溫均會抑制其分泌.

3)缺磷脅迫可顯著影響水生植物根系分泌LMWOAs量和種類. 缺磷脅迫可顯著促進苦草、菖蒲和菱角根系LMWOAs分泌量和種類,尤其是乙酸、蘋果酸增加顯著；而馬來眼子菜、蘆葦和菱角根系LMWOAs分泌量則明顯被抑制,部分植物根系分泌的乳酸、甲酸和丁二酸完全被抑制.

4)高銨態(tài)氮脅迫可顯著影響水生植物根系分泌LMWOAs的種類和含量. 其中高銨態(tài)氮脅迫下促進苦草根系分泌LMWOAs量和種類明顯增加; 而其余受試水生植物根系分泌LMWOAs量和種類明顯被抑制,尤其是乳酸、蘋果酸和酒石酸等有機酸含量完全被抑制.