一氧化氮對甘蔗錳積累的影響

肖京林 覃美 楊曙 唐新蓮 黎曉峰 凌桂芝

摘 ?要：近年來在廣西主要的甘蔗種植區(qū)出現(xiàn)了土壤中錳含量過高所導(dǎo)致的甘蔗宿根蔗幼苗黃化問題，這嚴(yán)重降低了甘蔗的產(chǎn)量和品質(zhì)，制約了甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展。一氧化氮（NO）是植物體內(nèi)介導(dǎo)植物響應(yīng)重金屬脅迫的信號分子，在緩解重金屬毒害方面起著重要作用。采用水培試驗方法研究了錳脅迫下NO積累與甘蔗植株錳含量及細(xì)胞壁多糖組分的關(guān)系，旨在為揭示甘蔗錳毒耐受機制提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，錳處理后植株錳含量顯著增加，并且植株中的錳主要積累在細(xì)胞壁及其果膠組分中;0.5、1.0 mmol/L錳處理24 h，后根尖中NO的積累量顯著增加。在0.5 mmol/L錳溶液中添加NO供體硝普鈉（SNP，0.2 mmol/L）增加植株NO積累后，根系錳含量為1215.4 mg/kg，葉片錳含量為525.5 mg/kg，相對于對照增加了37.1%，根及葉片中的錳含量、根細(xì)胞壁及其果膠組分中的錳含量均顯著增加;一氧化氮清除劑（cPTIO，0.1 mmol/L）處理后，有效減少植株NO積累，并降低了根系、根系細(xì)胞壁及細(xì)胞壁果膠組分中的錳含量，根系錳含量相較于對照降低了78.2%，根系細(xì)胞壁和細(xì)胞壁果膠的錳含量相對于對照分別降低57.4%、40.6%;與此相同，硝酸還原酶抑制劑鎢酸鈉（0.3 mmol/L）處理抑制了硝酸還原酶（NR）活性并降低了植株NO積累，甘蔗植株、根系細(xì)胞壁及其果膠組分中的錳含量均顯著下降。雖然鎢酸鈉處理后根系細(xì)胞壁中的半纖維素I和半纖維素II組分含量變化不顯著，但細(xì)胞壁果膠組含量、果膠甲酯酶活性以及果膠去甲酯程度顯著降低，從而減少了細(xì)胞壁的錳吸附?？梢姡i脅迫引起甘蔗細(xì)胞積累NO，而NO通過調(diào)控細(xì)胞壁的多糖組分及果膠甲酯化程度介導(dǎo)植株錳積累與分布。

關(guān)鍵詞：甘蔗;錳毒脅迫;錳積累;細(xì)胞壁;果膠;一氧化氮

中圖分類號：S566.1 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Mechanisms of Manganese Accumulation in Sugarcane Seedling by Nitric Oxide Signaling Pathway

XIAO Jinglin1， QIN Mei1， YANG Shu1， TANG Xinlian1， LI Xiaofeng1， LING Guizhi2*

1. Guangxi Key Laboratory for Sugarcane Biology / Co-innovation Center of Sugar Industry， Ministry of Education / College of Agriculture， Guangxi University， Nanning， Guangxi 530004， China; 2. Institute of Agriculture and Animal Husbandry Industry Development， Guangxi University， Nanning， Guangxi 530004， China.

Abstract： Sugarcane， as an important tropical crop in China， is mainly planted in subtropical acidic soil areas. In recent years， in the main sugarcane growing areas of Guangxi， the problem of the yellowing of sugarcane seedlings caused by excessive manganese in the soil has seriously reduced the yield and quality of sugarcane and restricted the development of sugarcane industry. Nitric oxide （NO） is a signal molecule that mediates plant response to heavy metal stress， and plays an important role in alleviating heavy metal toxicity. In order to explore the effect of NO on manganese stress in sugarcane， the relationship between NO accumulation and manganese content and polysaccharide components in sugarcane cell wall under manganese stress was studied by the hydroponic experiment in order to provide scientific basis for revealing the mechanism of manganese toxicity in sugarcane. The manganese content in plants increased significantly after manganese treatment， and the manganese content was mainly accumulated in cell wall and pectin components. After treatment with 0.5 and 1.0 mmol/L manganese for 24 h， the accumulation of NO in root tips significantly increased. After adding NO donor sodium nitroprusside （SNP， 0.2 mmol/L） in 0.5 mmol/L manganese solution， the accumulation of NO in plants increased， The manganese content in roots was 1215.4 mg/kg， and that in leaves was 525.5 mg/kg， which increased by 37.1% compared with the control. The manganese content in root and leaf， root cell wall and pectin components increased significantly. Nitric oxide scavenge （cPTIO， 0.1 mmol/L） could effectively remove NO accumulation in plants， and reduce root manganese content and root cell wall and pectin content. Root manganese content decreased by 78.2%， root cell wall and root cell wall pectin manganese content decreased by 57.4% and 40.6%， respectively. Similarly， nitrate reductase inhibitor sodium tungstate （0.3 mmol/L） inhibited nitrate reductase （NR） activity and reduced NO accumulation in plants， and manganese content in sugarcane， root cell wall and its pectin components decreased significantly. Although the content of hemicellulose I and hemicellulose II in the root cell wall was not significantly changed after sodium tungstate treatment， the pectin group content， pectin methyl esterase activity and the degree of methyl demethylation of pectin significantly decreased， thus reducing manganese adsorption on cell walls. It can be seen that manganese causes the accumulation of NO in sugarcane cells， and NO mediates the accumulation and distribution of manganese in sugarcane plants by regulating the polysaccharide components of cell wall and the degree of pectin methylation.

Keywords： sugarcane; stress of manganese; manganese accumulation; cell wall; pectin; nitric oxide

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.01.019

土壤中的錳含量過高是限制植物生長的主要因素[1]。植物吸收積累過多的錳后會出現(xiàn)葉片黃化、皺縮，根尖和莖尖末端出現(xiàn)壞死等癥狀，并導(dǎo)致植物生長受阻甚至枯死[2]。根系作為植株吸收和積累錳的主要部位，根系細(xì)胞壁是植物抵御錳毒害的第一道屏障。細(xì)胞壁中的果膠等多糖組分，因含帶負(fù)電荷的羧基、羥基、氨基等基團(tuán)而有很強的重金屬陽離子結(jié)合能力[3]。

一氧化氮（NO）是植物體內(nèi)介導(dǎo)植物響應(yīng)重金屬脅迫的信號分子，參與錳、鎘、銅等重金屬的毒害反應(yīng)[4-5]。一氧化氮合酶（NOS）途徑和硝酸還原酶（NR）途徑是植物體內(nèi)2條NO合成的主要途徑[6-7]，抑制NO合成會抑制植物對重金屬離子的吸收。一氧化氮合成酶抑制劑L-NAME 和NO清除劑cPTIO能有效抑制煙草細(xì)胞吸收Cd[8]，而外源添加NO能夠增加番茄幼苗根系、莖中Mn 含量[5]。NO也能夠上調(diào)擬南芥根系IRT1基因的表達(dá)從而增加鎘的吸收[9]。NO還能夠改變細(xì)胞壁組分從而調(diào)節(jié)細(xì)胞壁對重金屬離子的吸附[10]。因此NO在調(diào)控植株對金屬離子吸收積累和影響細(xì)胞壁組分以及性質(zhì)的過程中起著重要的作用。

甘蔗作為我國重要的熱帶作物，主要種植在亞熱帶酸性土壤地區(qū)。然而隨著錳礦的開發(fā)，更多的錳進(jìn)入土壤中導(dǎo)致土壤的錳含量嚴(yán)重超標(biāo)[11]，近年來在廣西主要的甘蔗種植區(qū)出現(xiàn)了土壤中錳過多所導(dǎo)致的宿根蔗幼苗黃化問題，這嚴(yán)重降低了甘蔗的產(chǎn)量和品質(zhì)[12-14]，因此錳毒是酸性土壤中制約甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問題。 NO作為植株的一種信號分子，在緩解重金屬毒害方面起著重要作用。近年來，NO響應(yīng)植株鎘、鋁、銅等金屬脅迫的相關(guān)機制已經(jīng)被越來越多植物營養(yǎng)學(xué)和植物生理學(xué)領(lǐng)域的研究團(tuán)隊所關(guān)注，人們提出了一些相關(guān)解毒機制的假設(shè)，這為緩解酸性土壤上甘蔗錳毒黃化提供了一種新思路，然而NO調(diào)控植株重金屬積累的全部生理機制至今仍未被完全闡明，關(guān)于NO在甘蔗錳脅迫方面的研究更是未見報道。本文探究了NO對甘蔗錳脅迫的響應(yīng)機制以及NO對甘蔗錳積累的影響，旨在揭示錳脅迫與甘蔗錳積累的相關(guān)機制，為進(jìn)一步研究甘蔗錳毒黃化的抗性機制奠定基礎(chǔ)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

供試甘蔗品種為‘桂糖32’，參照武欣等[15]的方法在溫室中育苗和培育。

1.2 ?方法

1.2.1 ?甘蔗幼苗的錳含量 ?為探究錳處理對甘蔗幼苗錳含量影響，挑選長勢一致（下同）15 d苗齡的幼苗，在含MnCl2（0、0.5 mmol/L）的1/5霍格蘭溶液中培養(yǎng)。培養(yǎng)8、12 d后采集根系及新葉（+1葉以上的葉）樣品，并提取根系細(xì)胞壁、分離出其果膠組分，測定錳含量。

1.2.2 ?錳脅迫對內(nèi)源NO積累的影響 ?為探究錳處理對甘蔗幼苗內(nèi)源NO積累的影響，選取3 d苗齡的幼苗轉(zhuǎn)移至分別含不同濃度的MnCl2（0、0.5、1.0 mmol/L）的1/5霍格蘭營養(yǎng)液中培養(yǎng)24 h后剪取根尖0.5 cm，進(jìn)行NO的原位測定，設(shè)置5個重復(fù)，用PBS清洗去表面吸附的處理液，然后與100 μL的DAF-FM DA（NO熒光探針，10 μmol）在200 μL的PCR管中混合，黑暗條件下（37℃）孵育30 min后用PBS（pH 7.4）清洗3次，每次5 min。標(biāo)記后的根尖用熒光顯微鏡觀測，熒光在波長為500 nm的光下激發(fā)，產(chǎn)生綠色熒光（515 nm）。

1.2.3 ?一氧化氮積累對甘蔗錳含量的影響 ?為探究NO供體硝普鈉（SNP）對甘蔗幼苗內(nèi)源NO積累及對甘蔗幼苗錳含量的影響，選取3 d苗齡的幼苗分別轉(zhuǎn)移至添加SNP（0.2 mmol/L）或缺少SNP的含0.5 mmol/L MnCl2的1/5霍格蘭營養(yǎng)液中培養(yǎng)24 h后，剪取根尖0.5 cm進(jìn)行NO原位測定，設(shè)置5個重復(fù)，方法同1.2.2。

將15 d苗齡的幼苗分別移至添加SNP（0.2 mmol/L）或缺少SNP的含0.5 mmol/L MnCl2的1/5霍格蘭營養(yǎng)液中培養(yǎng)8 d后采集根系及新葉樣品，提取根系細(xì)胞壁，并分離出根系細(xì)胞壁的果膠組分，采用以下方法測定錳含量。

1.2.4 ?抑制NO積累對錳含量的影響 ?為探究NO清除劑（cPTIO）對甘蔗幼苗內(nèi)源NO積累及對甘蔗幼苗錳含量的影響，取3 d苗齡的幼苗分別轉(zhuǎn)移至添加cPTIO（0.1 mmol/L）或缺少cPTIO的含0.5 mmol/L MnCl2的1/5霍格蘭營養(yǎng)液中培養(yǎng)24 h后，剪取根尖0.5 cm進(jìn)行NO原位測定，設(shè)置5個重復(fù)，方法同上。

將15 d苗齡的幼苗分別轉(zhuǎn)移至添加cPTIO（0.1 mmol/L）或缺少cPTIO的含0.5 mmol/L MnCl2的1/5霍格蘭營養(yǎng)液中培養(yǎng)8 d采集植株根系樣品，提取根系細(xì)胞壁，并分離出根系細(xì)胞壁的果膠組分，采用以下方法測定錳含量。上述處理均設(shè)3次重復(fù)。

為探究NO合成抑制劑鎢酸鈉對甘蔗幼苗內(nèi)源NO積累及對甘蔗幼苗錳含量的影響，取3 d苗齡的幼苗分別移至添加鎢酸鈉（0.3 mmol/L）或缺少鎢酸鈉的含0.5 mmol/L MnCl2的1/5霍格蘭營養(yǎng)液中培養(yǎng)24 h后，剪取根尖0.5 cm進(jìn)行NO原位測定，設(shè)置5個重復(fù)，方法同上。選取同批次的幼苗剪取根尖0.5 cm，稱取0.5 g根尖用于測定硝酸還原酶（NR）活性。

將15 d苗齡的幼苗分別移至添加鎢酸鈉（0.3 mmol/L）或缺少鎢酸鈉的含0.5 mmol/L MnCl2的1/5霍格蘭營養(yǎng)液中培養(yǎng)8 d采集植株根系及新葉樣品，稱取根系樣品0.5 g用于根系甲酯酶活性（PME）的測定，提取植株根系細(xì)胞壁、并分離出根系細(xì)胞壁的果膠，采用以下方法測定錳含量。分離半纖維素組分，測定細(xì)胞壁多糖含量以及甲酯化程度。

1.2.5 ?檢測指標(biāo)與方法 ?參考朱曉芳[16]的方法進(jìn)行NO的原位測定。硝酸還原酶活性測定采用Solarbio公司的硝酸還原酶測定試劑盒（BC0080），規(guī)格為50T/48S，檢測方法為紫外分光光度法。細(xì)胞壁及其多糖組分的提取、分離、果膠甲酯酶活性、果膠甲酯化程度測定均參照Yang等[17]的方法。錳含量的測定參照標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.242—2017方法。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件以Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析，熒光顯微鏡拍攝的NO綠色熒光強度使用Photoshop CS5軟件處理。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?甘蔗幼苗的錳含量

植物吸收過多的錳，就會出現(xiàn)錳中毒現(xiàn)象[18]。在培養(yǎng)液中添加MnCl2后，甘蔗幼苗中的錳含量顯著增加（表1）。0.5 mmol/L MnCl2處理8、12 d后，甘蔗幼苗葉片的錳含量分別為137.4、214.8 mg/kg，而根系中的錳含量分別達(dá)到1222.7、1026.7 mg/kg，根系中的錳含量為葉片的5.7倍。根細(xì)胞壁的錳含量以及果膠錳的積累量也隨著處理時間的延長而顯著增加，0.5 mmol/L MnCl2處理8、12 d后，根系細(xì)胞壁的錳含量分別為3380、5581 mg/kg，根系細(xì)胞壁中果膠組分的錳含量分別為2852、4172 mg/kg?？梢?，錳脅迫下，甘蔗幼苗根系對Mn有較強的截留能力，且隨處理時間增加，根系細(xì)胞壁中的果膠組分錳含量也顯著增加。

2.2 ?錳脅迫對內(nèi)源NO積累的影響

在不同濃度MnCl2溶液中培養(yǎng)24 h后，甘蔗幼苗根尖的NO積累見圖1。0.5、1.0 mmol/L MnCl2處理后，根尖綠色熒光強度明顯增強。綠色熒光主要集中在根尖分生區(qū)。通過對根尖分生區(qū)熒光強度的半定量分析結(jié)果顯示，錳處理后根尖的相對熒光強度要顯著高于CK。0.5、1.0 mmol/L MnCl2處理后相對熒光強度分別是CK處理的1.3、1.5倍。以上結(jié)果說明，錳毒脅迫會誘導(dǎo)根尖NO的積累。

2.3 ?一氧化氮積累對錳含量的影響

2.3.1 ?一氧化氮供體對根尖NO積累的影響 ?在0.5 mmol/L MnCl2溶液中添加0.2 mmol/L硝普鈉（SNP）處理24 h后，甘蔗幼苗根尖的NO積累見圖2。SNP能使得根尖積累更多的NO。SNP處理后使根尖NO的熒光強度與對照相比增加20%。以上結(jié)果說明，錳脅迫下，添加SNP能使甘蔗幼苗根尖的內(nèi)源NO積累增加。

2.3.2 ?一氧化氮供體對甘蔗幼苗錳含量的影響 ?在含0.5 mmol/L MnCl2溶液中培養(yǎng)中添加0.2 mmol/L SNP處理8 d后，甘蔗幼苗的根系和葉片錳含量見表2。添加SNP能顯著增加甘蔗幼苗根系和葉片的錳含量。SNP處理后根系錳含量為1215.4 mg/kg，與此相似的葉片錳含量為525.5 mg/kg，相對于對照增加了37.1%。以上結(jié)果說明，SNP能夠增加植株錳含量。

SNP能顯著增加根細(xì)胞壁錳含量，SNP處理8 d后，根系細(xì)胞壁錳含量為15.5 mg/g，相較于對照提高了21.2%。SNP也能顯著增加根系細(xì)胞壁中果膠組分錳的含量，SNP處理8 d后果膠的錳含量為3.56 mg/g，相較于對照提高了21.4%。以上結(jié)果說明，SNP能夠增加根系細(xì)胞壁和果膠的錳含量。

2.4 ?抑制NO積累對錳含量的影響

2.4.1 ?一氧化氮清除劑對根尖NO積累的影響 ?在0.5 mmol/L MnCl2溶液中添加0.1 mmol/L cPTIO處理24 h后，根尖的NO積累見圖3。cPTIO能顯著降低根尖NO積累，根尖熒光強度相較于對照降低了41%。以上結(jié)果說明，cPTIO能顯著降低錳脅迫下根尖NO積累。

2.4.2 ?一氧化氮清除劑對甘蔗幼苗錳含量的影響 ?在0.5 mmol/L MnCl2溶液中添加0.1 mmol/L cPTIO處理8 d后，甘蔗幼苗的根系、葉片錳含量和根系細(xì)胞壁錳含量見表3。cPTIO能顯著降低根系的錳含量，相較于對照根系錳含量分別降低了78.2%，與此相似的是cPTIO也能顯著降低根細(xì)胞壁和根系細(xì)胞壁果膠的錳含量，根系細(xì)胞壁錳含量相對于對照降低57.4%，果膠錳含量降低了40.6%。以上結(jié)果說明，減少NO積累能顯著降低根系細(xì)胞壁和細(xì)胞壁中果膠組分的錳含量。

2.4.3 ?一氧化氮合成抑制劑對根尖NO積累影響 ?在含0.5 mmol/L MnCl2溶液中添加0.3 mmol/L 一氧化氮合成抑制劑鎢酸鈉處理24 h后，甘蔗幼苗根尖NO積累見圖4。添加鎢酸鈉能夠使得根尖NO積累顯著降低，其熒光強度相較于CK降低了36%。以上結(jié)果說明了錳脅迫下，添加鎢酸鈉能夠顯著減少根尖NO的積累。

在含0.5 mmol/L MnCl2溶液中添加0.3 mmol/L 鎢酸鈉處理24 h后，根尖的硝酸還原酶活性見圖5。添加鎢酸鈉能夠顯著降低了硝酸還原酶活性，相較于對照降低了48.6%?？梢?，鎢酸鈉能夠顯著降低錳脅迫下的甘蔗幼苗根尖的硝酸還原酶活性，從而減少NO的積累。

2.4.4 ?一氧化氮合成抑制劑對甘蔗幼苗錳含量的影響 ?在含0.5 mmol/L MnCl2溶液中添加0.3 mmol/L一氧化氮合成抑制劑鎢酸鈉培養(yǎng)8 d，甘蔗幼苗錳含量見表4。鎢酸鈉處理能顯著降低甘蔗幼苗根系和葉片錳含量，鎢酸鈉處理的根系錳含量為458.6 mg/kg，相較于對照，錳含量降低了62.4%。與此相似，鎢酸鈉處理的葉片的錳含量為101.7 mg/kg，相較于對照分別降低了52.6%?？梢姡种芅O合成能夠顯著降低根系和葉片的錳含量。

錳脅迫下，添加鎢酸鈉也能顯著降低根系細(xì)胞壁的錳含量，鎢酸鈉處理8 d后根系細(xì)胞壁錳含量為2.9 mg/g，相較于對照降低了70.1%。與此相似鎢酸鈉處理會顯著降低果膠的錳含量，相對于對照降低了61.6%。以上結(jié)果說明，抑制NO合成能顯著降低根系細(xì)胞壁和果膠的錳含量。

2.4.5 ?一氧化氮合成抑制劑對細(xì)胞壁多糖組分含量及甲酯酶活性的影響 ?在0.5 mmol/L MnCl2溶液中添加0.3 mmol/L一氧化氮合成抑制劑鎢酸鈉處理8 d后，細(xì)胞壁多糖組分含量見表5。鎢酸鈉處理后根系細(xì)胞壁的半纖維Ⅰ和半纖維素Ⅱ組分含量均無顯著影響，且隨著處理時間的延長，差異依然不顯著。半纖維Ⅰ多糖含量為59.1 mg/g，半纖維素Ⅱ多糖含量為82.3 mg/g。可見，抑制一氧化氮的合成對根系細(xì)胞壁半纖維含量的影響不

顯著。

鎢酸鈉處理會顯著降低果膠的含量。處理8 d后，果膠含量為3.2 mg/g，相對于對照降低了29.2%?？梢?，抑制NO的合成能夠顯著降低細(xì)胞壁的果膠含量。添加鎢酸鈉能顯著增加果膠甲酯化程度，處理8 d后果膠甲酯化程度為87.5%顯著高于對照的甲酯化程度75.3%。以上結(jié)果說明，抑制一氧化氮合成會顯著降低果膠含量和增加果膠甲酯化程度。

鎢酸鈉顯著降低甲酯酶活性，在含0.5 mmol/L MnCl2溶液中添加0.3 mmol/L 鎢酸鈉處理8 d后，根系的果膠甲酯酶活性相較于對照降低了57.3%?？梢娨种芅O的合成能降低PME的活性。

3 ?討論

與傳統(tǒng)觀點認(rèn)為的細(xì)胞壁對重金屬離子區(qū)隔化固定，減少金屬離子向細(xì)胞內(nèi)的運輸，減輕重金屬毒害[19]相反的是，細(xì)胞壁作為細(xì)胞重要組成成分，細(xì)胞壁積累過量金屬離子也會造成重金屬毒害。對鋁毒的研究發(fā)現(xiàn)，植物細(xì)胞壁吸附過量的鋁離子是造成鋁毒脅迫的重要原因[20]。本研究發(fā)現(xiàn)錳脅迫下，植株的錳含量顯著增加，而根系和葉片中細(xì)胞壁作為植株主要積累錳的部位，超過70%的錳儲存在細(xì)胞壁的果膠組分中。

重金屬脅迫會誘導(dǎo)植株內(nèi)源的NO水平發(fā)生改變[4， 21]。NO含量的變化與植株的種類、重金屬的濃度有關(guān)[22]。如50 μmol/L的Al處理的大豆，根尖NO含量增加[6]。與此相反是水稻幼苗在鎘脅迫24 h后，其根冠內(nèi)NO含量顯著降低，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，鎘脅迫導(dǎo)致植物葉片缺鈣，從而降低NOS酶的活性，導(dǎo)致NO的合成受到抑制[23]。本研究發(fā)現(xiàn)0.5、1 mmol/L MnCl2處理1 d后，甘蔗根尖的NO水平顯著提高，NO主要積累在根尖的分生區(qū)。由此可見，錳脅迫會誘導(dǎo)甘蔗內(nèi)源NO的積累。

NO積累與植物對重金屬的吸收積累的關(guān)系并不是固定的，它也與NO含量、植株的種類、重金屬的濃度有關(guān)。對苜蓿的研究發(fā)現(xiàn)，外源NO的添加能夠顯著抑制植株對鎘的吸收[24]。與此相反，鎘脅迫下添加0.1 mmol/L SNP，水稻根系和莖中的鎘含量分別增加30%和20%，而葉片的鎘含量降低[25]。在本研究中，錳脅迫下SNP能增加植株錳的含量。SNP處理也能增加根細(xì)胞壁和果膠組分的錳含量。由此可見，NO的積累會促進(jìn)甘蔗幼苗Mn的積累。

抑制NO積累能夠調(diào)控植株對金屬離子的吸收和積累。如鎘脅迫會誘導(dǎo)煙草懸浮細(xì)胞積累NO，而NOS的抑制劑L-NAME和NO清除劑c- PTIO能顯著降低煙草細(xì)胞對Cd的吸收，并降低煙草懸浮細(xì)胞凋亡數(shù)量[8]。在本研究中，錳脅迫下，NO清除劑cPTIO能通過清除根尖NO積累從而降低根系錳含量以及根系細(xì)胞壁和果膠的錳含量。與此相似，NO合成抑制劑鎢酸鈉能抑制NR活性并降低植株NO積累后植株根系和葉片錳含量、根細(xì)胞壁及其果膠組分中錳含量均顯著下降。由此推測，硝酸還原酶途徑是甘蔗根尖合成NO的重要途徑，通過添加NO合成抑制劑鎢酸鈉和NO清除劑cPTIO都能夠有效減少細(xì)胞中NO積累從而抑制甘蔗對錳吸收和細(xì)胞壁錳的積累?？梢?，錳脅迫下，通過降低NO積累，能夠顯著減少甘蔗對錳的吸收和細(xì)胞壁對錳的積累，從而起到緩解錳毒脅迫的作用。

NO能夠調(diào)節(jié)植物細(xì)胞壁多糖組分的代謝。對水稻鎘毒害的研究發(fā)現(xiàn)，鎘脅迫下水稻根系纖維素含量會降低，而果膠和半纖維素含量會增加，提高植株的NO水平，能夠增加細(xì)胞壁果膠和半纖維素的含量，增強細(xì)胞壁對鎘的吸附能力，使得更多鎘被細(xì)胞壁所積累[26]。因此NO能夠調(diào)控細(xì)胞壁多糖組分的改變，最終調(diào)控細(xì)胞壁與重金屬離子的結(jié)合能力。前人研究發(fā)現(xiàn)，甘蔗細(xì)胞壁果膠因富含游離的羥基和羧基是結(jié)合錳離子的主要多糖組分[17]。利用果膠酶對芹菜根細(xì)胞壁鎘根細(xì)胞壁改性處理后，細(xì)胞壁的果膠質(zhì)含量會降低，細(xì)胞壁對鎘的吸附能力也降低了40.5%[27]。以石竹為材料的研究發(fā)現(xiàn)，根細(xì)胞壁的果膠甲酯化程度越高，細(xì)胞壁結(jié)合的銅的含量越低[19]。這些結(jié)果說明，細(xì)胞壁果膠積累與甲酯化修飾可能與植株適應(yīng)重金屬脅迫環(huán)境密切相關(guān)。在本研究中，錳脅迫下，添加鎢酸鈉對根細(xì)胞壁半纖維的含量并無影響，卻降低果膠組分含量及其錳含量，本研究還發(fā)現(xiàn)NO調(diào)控的果膠含量減少及果膠甲酯化程度增加與果膠錳含量減少有關(guān)，NO調(diào)控PME的活性降低進(jìn)而使得果膠甲酯化程度增加，減少細(xì)胞壁游離的羧基、羥基含量，調(diào)控細(xì)胞壁帶電性，降低細(xì)胞壁果膠對錳的吸附能力，并最終減少細(xì)胞壁錳的積累。可見，錳脅迫下，降低NO的積累能夠降低果膠的積累并增加細(xì)胞壁的甲酯化，從而減少細(xì)胞壁的錳吸附。

綜上所述，錳引起甘蔗細(xì)胞積累NO，而NO通過調(diào)控細(xì)胞壁的多糖組分及果膠甲酯化程度介導(dǎo)植株錳積累與分布。

參考文獻(xiàn)

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