外源抗坏血酸对铜胁迫菊苣幼苗生长的缓解效应

doi:10.11686/cyxb2020411

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (4): 150-159.DOI: 10.11686/cyxb2020411

外源抗坏血酸对铜胁迫菊苣幼苗生长的缓解效应

王龙¹(), 樊婕¹, 魏畅¹, 李鸽子², 张静静¹, 焦秋娟¹, 陈果³, 孙娈姿⁴, 柳海涛¹()

^1.河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450002
^2.河南农业大学农学院，河南郑州 450046
^3.成都理工大学生态环境学院，四川成都 610059
^4.西北农林科技大学草业与草原学院，陕西咸阳 712100

收稿日期:2020-09-07 修回日期:2020-10-29 出版日期:2021-04-20 发布日期:2021-03-16
通讯作者: 柳海涛
作者简介:Corresponding author. E-mail: liuhaitaoky@henau.edu.cn
王龙（1988-），男，河南漯河人，博士，讲师。E-mail: hnndwanglong@163.com
基金资助:
国家自然科学基金青年基金(31901090);国家重点研发计划资助(2018YFD0800304);河南农业大学青年英才专项基金项目(305006 71);河南农业大学科技创新基金项目(KJCX2020A18);山东农业大学作物生物学国家重点实验室开放课题项目基金(2018KF05);河南省大学生创新创业训练计划项目(202010466037)

Mitigative effect of exogenous ascorbic acid on the growth of copper-stressed chicory （Cichorium intybus） seedlings

Long WANG¹(), Jie FAN¹, Chang WEI¹, Ge-zi LI², Jing-jing ZHANG¹, Qiu-juan JIAO¹, Guo CHEN³, Luan-zi SUN⁴, Hai-tao LIU¹()

^1.College of Resources and Environment，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China
^2.College of Agronomy，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450046，China
^3.College of Ecology and Environment，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China
^4.College of Grassland Agriculture，Northwest A & F University，Xianyang 712100，China

Received:2020-09-07 Revised:2020-10-29 Online:2021-04-20 Published:2021-03-16
Contact: Hai-tao LIU

摘要/Abstract

摘要：

为探究外源抗坏血酸（AsA）对铜（Cu）胁迫下菊苣幼苗生长的缓解效应，本研究以普那菊苣为试验材料，采用溶液培养法研究外源AsA对50 μmol·L^-1 Cu 胁迫下菊苣幼苗的生长、Cu积累和生理特性的影响。结果表明，50 μmol·L^-1 Cu胁迫严重抑制了菊苣幼苗的叶绿素含量、光合作用和生物量的积累，加剧了细胞膜脂质过氧化程度，降低了抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）活性以及可溶性蛋白含量。外源AsA降低了根系对Cu的吸收和转运，缓解了Cu胁迫对菊苣幼苗的伤害，具体表现为根系、茎叶及总干物质量提高；减少了光合色素（叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素以及类胡萝卜素）的降解，提高了光合作用参数；降低脂质过氧化对细胞膜的损伤；提高了抗氧化酶活性、可溶性蛋白含量以及内源AsA含量。总之，外源AsA通过提高Cu胁迫下菊苣幼苗光合作用特征、抗氧化酶活性和渗透调节物质的含量，缓解了Cu胁迫对菊苣幼苗生长的毒害作用。该结果为外源AsA应用于缓解植物Cu毒害及丰富菊苣耐Cu机制提供依据。

关键词: 抗坏血酸, 铜胁迫, 菊苣幼苗, 生理特性, 缓解效应

Abstract:

This research explored the mitigative effect of exogenously applied ascorbic acid （AsA） on the growth， Cu accumulation and physiological characteristics of chicory （Cichorium intybus） seedlings under copper stress （Cu-stress）. Cu-stress was achieved by growing seedlings in hydproponic culture with 50 μmol·L^-1 Cu²⁺ added to the culture solution. It was found that Cu-stress at 50 μmol·L^-1 severely suppressed the chlorophyll content， and photosynthesis and biomass accumulation of the chicory seedlings. Cu-stress also increased the degree of cell membrane lipid peroxidation， and reduced soluble protein contents and the antioxidant activities of superoxide dismutase， peroxidase， catalase and ascorbate peroxidase. In contrast， exogenous AsA decreased the absorption and transport of Cu by the root system and ameliorated the damage of Cu-stress to chicory seedlings. Specifically， exogenous AsA increased the root system， shoot and total dry matter biomass， decreased the degradation of photosynthetic pigments （chlorophyll a， chlorophyll b， total chlorophyll， and carotenoid） and enhanced the photosynthetic parameters， reduced the damage of lipid peroxidation to the cell membrane， and enhanced the antioxidant activities， soluble protein levels and endogenous AsA concentration. These results provide reference data for the application of exogenous AsA in mitigating Cu toxicity to plants and enhancement of the Cu tolerance mechanism of chicory.

Key words: ascorbic acid, copper stress, chicory seedlings, physiological characteristics, mitigative effect

王龙, 樊婕, 魏畅, 李鸽子, 张静静, 焦秋娟, 陈果, 孙娈姿, 柳海涛. 外源抗坏血酸对铜胁迫菊苣幼苗生长的缓解效应[J]. 草业学报, 2021, 30(4): 150-159.

Long WANG, Jie FAN, Chang WEI, Ge-zi LI, Jing-jing ZHANG, Qiu-juan JIAO, Guo CHEN, Luan-zi SUN, Hai-tao LIU. Mitigative effect of exogenous ascorbic acid on the growth of copper-stressed chicory （Cichorium intybus） seedlings[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(4): 150-159.

图/表 5

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处理 Treatment	根长 Root length (cm)	茎叶长 Shoot height (cm)	根系干重 Root dry weight (g·plant^-1)	茎叶干重 Shoot dry weight (g·plant^-1)	根系耐受指数 Tolerance index of root (%)	茎叶耐受指数 Tolerance index of shoot (%)
CK	33.20±2.79a	27.57±2.81a	0.18±0.01a	0.97±0.08a	100.00±0.24a	100.00±2.08a
AsA₂₀₀	28.45±2.57ab	25.13±2.09ab	0.16±0.02a	0.77±0.10ab	88.89±0.44b	79.38±1.29b
Cu₅₀	23.47±2.96b	17.02±2.71b	0.10±0.01b	0.53±0.06b	55.56±0.26c	54.64±0.96c
Cu₅₀+AsA₂₀₀	25.42±1.52b	23.05±1.79ab	0.13±0.01ab	0.68±0.11ab	77.80±0.25b	70.10±0.67b

处理 Treatment	根长 Root length (cm)	茎叶长 Shoot height (cm)	根系干重 Root dry weight (g·plant^-1)	茎叶干重 Shoot dry weight (g·plant^-1)	根系耐受指数 Tolerance index of root (%)	茎叶耐受指数 Tolerance index of shoot (%)
CK	33.20±2.79a	27.57±2.81a	0.18±0.01a	0.97±0.08a	100.00±0.24a	100.00±2.08a
AsA₂₀₀	28.45±2.57ab	25.13±2.09ab	0.16±0.02a	0.77±0.10ab	88.89±0.44b	79.38±1.29b
Cu₅₀	23.47±2.96b	17.02±2.71b	0.10±0.01b	0.53±0.06b	55.56±0.26c	54.64±0.96c
Cu₅₀+AsA₂₀₀	25.42±1.52b	23.05±1.79ab	0.13±0.01ab	0.68±0.11ab	77.80±0.25b	70.10±0.67b

处理 Treatment	净光合速率 Net photosynthetic rate (μmol CO₂·m^-2·s^-1)	气孔导度 Stomatal conductance (mol H₂O·m^-2·s^-1)	胞间二氧化碳浓度Intercellular CO₂ concentration (μmol CO₂·mol^-1)	蒸腾速率 Transpiration rate (mmol H₂O·m^-2·s^-1)	叶绿素a Chlorophyll a (mg·g^-1)	叶绿素b Chlorophyll b (mg·g^-1)	类胡萝卜素Carotenoids (mg·g^-1)	叶绿素(a+b)Chlorophyll (a+b) (mg·g^-1)
CK	19.69±1.19a	0.30±0.05a	572.49±56.63a	3.46±0.35a	1.24±0.06a	2.53±0.04a	0.44±0.03a	3.76±0.10a
AsA₂₀₀	14.46±1.63b	0.25±0.02a	454.69±54.46ab	2.87±0.36b	1.13±0.09a	2.41±0.07a	0.42±0.02a	3.54±0.16a
Cu₅₀	9.97±1.29c	0.09±0.02c	359.92±28.37b	1.75±0.49c	0.72±0.06b	1.86±0.11b	0.29±0.01b	2.58±0.17b
Cu₅₀+AsA₂₀₀	14.35±1.25b	0.15±0.03b	447.30±41.92ab	2.94±0.27b	1.18±0.05a	2.18±0.07a	0.35±0.02b	3.36±0.13a

处理 Treatment	净光合速率 Net photosynthetic rate (μmol CO₂·m^-2·s^-1)	气孔导度 Stomatal conductance (mol H₂O·m^-2·s^-1)	胞间二氧化碳浓度Intercellular CO₂ concentration (μmol CO₂·mol^-1)	蒸腾速率 Transpiration rate (mmol H₂O·m^-2·s^-1)	叶绿素a Chlorophyll a (mg·g^-1)	叶绿素b Chlorophyll b (mg·g^-1)	类胡萝卜素Carotenoids (mg·g^-1)	叶绿素(a+b)Chlorophyll (a+b) (mg·g^-1)
CK	19.69±1.19a	0.30±0.05a	572.49±56.63a	3.46±0.35a	1.24±0.06a	2.53±0.04a	0.44±0.03a	3.76±0.10a
AsA₂₀₀	14.46±1.63b	0.25±0.02a	454.69±54.46ab	2.87±0.36b	1.13±0.09a	2.41±0.07a	0.42±0.02a	3.54±0.16a
Cu₅₀	9.97±1.29c	0.09±0.02c	359.92±28.37b	1.75±0.49c	0.72±0.06b	1.86±0.11b	0.29±0.01b	2.58±0.17b
Cu₅₀+AsA₂₀₀	14.35±1.25b	0.15±0.03b	447.30±41.92ab	2.94±0.27b	1.18±0.05a	2.18±0.07a	0.35±0.02b	3.36±0.13a

处理 Treatment	根系Root		茎叶Shoot		转运系数 Translocation factor
处理 Treatment	Cu含量 Cu content (μg·g^-1 DW)	Cu积累量 Cu accumulation (μg·plant^-1)	Cu含量 Cu content (μg·g^-1 DW)	Cu积累量 Cu accumulation (μg·plant^-1)	转运系数 Translocation factor
CK	6.32±1.12	1.13±0.88	2.43±0.52	2.36±0.31
Cu₅₀	158.19±2.68	15.82±1.41	41.44±0.84	21.96±2.50	1.39±1.13
Cu₅₀+AsA₂₀₀	118.84±2.21	15.45±1.69	27.08±0.69	18.41±2.19	1.19±0.95

外源抗坏血酸对铜胁迫菊苣幼苗生长的缓解效应

Mitigative effect of exogenous ascorbic acid on the growth of copper-stressed chicory （Cichorium intybus） seedlings

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