不同形态硼对油菜幼苗铝毒的缓解效应及其FTIR特征分析

引用本文

闫磊, 姜存仓, Muhammad Riaz, 吴秀文, 卢晓佩, 杜晨晴, 王宇函. 不同形态硼对油菜幼苗铝毒的缓解效应及其FTIR特征分析. 作物学报, 2017, 43(12): 1817-1826
YAN Lei, JIANG Cun-Cang, Muhammad Riaz, WU Xiu-Wen, LU Xiao-Pei, DU Chen-Qing, WANG Yu-Han. Mitigative Effect of Different Forms of Boron on Aluminum Toxicity of Rape Seedlings and Its FTIR Characteristics. ACTA AGRONOMICA SINICA, 2017, 43(12): 1817-1826 复制到剪切板

DOI:10.3724/SP.J.1006.2017.01817
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作物学报编辑部

不同形态硼对油菜幼苗铝毒的缓解效应及其FTIR特征分析

闫磊, 姜存仓^*, MuhammadRiaz, 吴秀文, 卢晓佩, 杜晨晴, 王宇函

华中农业大学资源与环境学院 / 微量元素研究中心, 湖北武汉 430070

^* 通讯作者(Corresponding author): 姜存仓, E-mail: jcc2000@mail.hzau.edu.cn

第一作者联系方式: E-mail: 421655346@qq.com

收稿日期:2017-03-06 接受日期:2017-07-19 网络出版日期:2017-08-07

基金:本研究由国家自然科学基金项目(41271320)资助

摘要

采用水培法, 以油菜品种Cao 221167为试验材料, 设置无机态硼酸(BA)和有机态山梨醇硼(SB)及不同Al³⁺ (0、100、200和500 µmol L^-1)处理, 研究不同形态硼(B)对油菜幼苗铝(Al)毒的缓解作用及不同形态B之间的缓解效应差异, 以及利用FTIR (傅里叶红外光谱)技术分析叶片各物质含量的变化。结果表明, Al毒胁迫下, 不同形态B (BA和SB)处理, 显著提高植株生物量和根系长度(0、100、200和500 µmol L^-1 Al毒胁迫下BA处理根长分别增加了52.15%、101.45%、366.70%和18.73%; SB处理分别增加了46.80%、133.98%、261.36%和10.77%), 提高色素含量和SOD活性, 而降低了Al含量、MDA含量和POD活性。不同形态B处理下, 油菜幼苗在200 µmol L^-1 Al³⁺处理下长势、生物量及色素含量最高。在500 µmol L^-1 Al³⁺处理下, 油菜幼苗株高、根长、总干鲜重及色素含量显著低于无Al处理; FTIR分析表明, Al毒胁迫下油菜叶片中蛋白质和低聚糖等含量明显上升, 加硼明显降低了蛋白质和低聚糖的含量, 且BA处理降低幅度明显高于SB处理。说明不同形态B (BA和SB)的添加均明显缓解Al毒, 且BA对Al毒缓解效果优于SB, 这为农业生产中施用何种硼肥来缓解Al毒起到一定的指导作用。

关键词: 油菜; 不同形态硼; 铝毒胁迫; FTIR; 缓解效应

Mitigative Effect of Different Forms of Boron on Aluminum Toxicity of Rape Seedlings and Its FTIR Characteristics

YAN Lei, JIANG Cun-Cang^*, Muhammad Riaz, WU Xiu-Wen, LU Xiao-Pei, DU Chen-Qing, WANG Yu-Han

Institute of Resource and Environmental Sciences, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China

Fund:This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (41271320)

Abstract

An experiment was conducted in hydroponics using rape cultivar Cao 221167. Two treatment of Boron (B), inorganic borate (BA) and organic boron sorbitol (SB) along with different concentrations of Al³⁺ (0, 100, 200, and 500 µmol L^-1). The effects of different forms of B on activities of antioxidant enzyme of leaves in rape seedlings were studied, and the changes of leaf component were analyzed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) technique. Under Al toxicity, the addition of BA or SB could alleviate Al toxicity in plant, and significantly increase plant biomass and root length. The root length increased by 52.15%, 101.45%, 366.70%, and 18.73% in BA treatments and 46.80%, 133.98%, 261.36%, and 10.77% in SB treatments under 0, 100, 200, and 500 µmol L^-1 Al³⁺ toxicity stress, respectively. B treatments increased pigment content and SOD activity and reduced contents of Al, MDA, and POD activity. Under the addition of boron (BA or SB), the growth, biomass and pigment content of rape seedlings were higher in 200 µmol L^-1 Al³⁺treatment than in other treatments. In the 500 µmol L^-1 Al³⁺treatment, biomass and pigment content of rape seedling were significantly lower than those without Al application. The results from FTIR indicated that the contents of protein and oligosaccharide in leaves of rape seedling significantly increased under Al toxicity, however, significantly decreased when was added boron (BA or SB). In conclusion, the addition of different forms of B (BA or SB) could alleviate Al toxicity and the effect of BA is better than that of SB. The information provided by this study will facilitate alleviating Al toxicity in plant through applying a kind of B fertilizer in agricultural production.

Keyword: Rape; Different forms of boron; Aluminum toxicity stress; FTIR; Mitigation effect

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铝(Al)是地壳中含量最丰富的金属元素, 其含量约占地壳的8%^[1]。世界约40%、中国约21% 的耕作土壤中的作物受到Al毒严重影响^[2]。Al毒是酸性土壤限制作物生长的最重要因素, 然而土壤中的Al对植物的影响并不取决于总量, 而是与其存在形式和化学形态紧密相关^{[3, 4]}, 在酸性土壤(pH < 5.5)中, 主要以Al³⁺或Al(H₂O)₆³⁺的形式存在^[5], 微摩尔水平的Al³⁺就能对植物产生严重的毒害效应^[6], 且随着Al作用时间的增加, 植物根、茎的Al毒害症状更为明显^[7]。

硼(B)是高等植物生长和发育的必需元素, 植株缺B生长缓慢, 根系发育不良, 根茎膨大, 主侧根均变粗变短^[8]。Al毒使植物根系表现出典型的中毒症状, 根系生长明显受阻, 根毛短小, 出现畸形卷曲, 脆弱易断^[9]。B和Al毒的作用位点都在根尖^[10], Blevins等^[11]研究发现Al对植物的毒害与B的含量和植物种类有关。Lenoble等^[12]报道指出B可以减轻Al毒, 或许是B通过改善Al胁迫条件下Al和其他营养物的吸收模式, 减轻了Al对植物生长的毒害, 但其具体作用机制并不很清楚。目前关于Al毒对油菜生理指标的影响已有不少报道^[13], 但关于Al毒的缓解机制还不明确。Yang等^[14]研究发现B的添加可以明显缓解Al毒从而促进大豆幼苗的生长。Yu等^[15]在豌豆研究中也发现B具有缓解Al毒的作用。说明B不仅单纯对植物起作用, 而且还与Al之间具有某种交互作用。前人研究B对Al毒的缓解重点仅仅集中于无机态硼酸, 而关于有机态B研究鲜有报道。徐建明等^[16]在小麦研究中得出有机态山梨醇硼较无机态硼酸更能提高小麦幼苗根及叶片中B浓度。Duan等^[17]探究发现有机态B相比无机态硼酸能够提高油菜幼苗体内B含量和促进油菜幼苗的生长发育。傅里叶红外光谱(FTIR)技术可以更好地探测脂类、核酸、碳水化合物等分子的相对含量及其构象变化等信息, 因此该技术已广泛应用于包括植物生物学在内的许多领域^{[18, 19]}。金婷婷等^[20]利用 FTIR对外源柠檬酸协同Al胁迫下的大豆根组织干燥粉末直接测定发现, Al处理下大豆根1057、1602、2927和3297 cm^-1左右的吸收峰区别明显, 反应出蛋白质、糖类以及核酸等有机物的含量变化。外源柠檬酸的加入使不同处理的红外吸收峰形及峰强差异降低, 说明在某种程度上能够反映外源柠檬酸对Al胁迫下大豆根的缓解效应, 此方法也为本研究提供了有益参考。

油菜种植在中性和微碱性土壤上含油量较高, 在酸性土壤上次之, 在碱性土壤上含油量最低^[21]。目前, 我国油菜种植面积已突破720万公顷, 大部分分布在我国南方酸性土壤区^[22]。酸性土壤的Al毒害已成为我国油菜生产的重要限制因子。本研究借助FTIR技术, 分析不同形态B对Al毒胁迫下油菜叶片内部化学成分的变化, 探究其对油菜Al毒的缓解效应及效应差异, 旨在提高油菜抗Al毒能力, 为农业生产中B肥施用及解决Al毒害提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用发芽率较高的油菜(Brassica napus)品种Cao 221167, 该种子由华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室提供。

1.2 试验设计

于2016年7月在华中农业大学光照培养室, 油菜种子经1%次氯酸钠消毒30 min, 用去离子水冲洗后浸种24 h, 挑选大小一致的种子置于纱网上以超纯水催芽培养7 d。然后将幼苗移植到1.5 L含有Al营养液黑色塑料遮光盒中。Hoagland营养液配方为0.51 g L^-1 KNO₃; 0.14 g L^-1 K₂HPO₄; 1.18 g L^-1 Ca(NO₃)₂· 4H₂O; 0.49 g L^-1 MgSO₄· 7H₂O; 0.05 g L^-1 Fe-EDTA。采用Arnon (1950)微量元素配方, 即1.78 mg L^-1 MnCl₂· 4H₂O; 0.0749 mg L^-1 CuSO₄· 5H₂O; 0.230 mg L^-1 ZnSO₄· 7H₂O; 0.242 mg L^-1 Na₂MoO₄· 2H₂O。设置Al³⁺(Al源用AlCl₃· 6H₂O)为0、100、200、500 µ mol L^-1 (0.5 mmol L^-1 CaCl₂, pH 4.5), 无机态硼酸(BA)和有机态山梨醇硼(Sorbitol与Boric acid物质的量1: 1络合反应^[17], 简写SB) 2种外源B类型, 缺B (0.25 μ mol L^-1)和正常B (25 μ mol L^-1)共16个处理, 以缺B (0.25 μ mol L^-1)处理为对照(CK), 各处理重复4次。试剂为分析纯, 使用一级水(B含量< 0.5 μ mol L^-1)。每5 d更换一次营养液, 第1次使用1/4当量, 第2次使用1/2当量, 以后均用全量营养液, 每次更换营养液时将不同浓度Al³⁺和外源B单独添加到不同处理的营养液中。幼苗培养温度和光照条件为18~25° C、50 μ mol m^-2 s^-1, 光照16 h; 黑暗8 h。处理35 d出现严重Al毒症状时收获。

1.3 样品采集与测定

将幼苗从营养液中取出, 分为根系、地上部两部分, 以重蒸水反复冲洗。用带有刻度直尺精确测量幼苗株高和主根长。

用分光光度法测鲜样叶片色素含量; 采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定丙二醛(MDA)含量^[23]; 采用愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性^[23]; 依据SOD抑制NBT (氮蓝四唑)在光下的还原程度来确定超氧化物歧化酶(SOD)活性。活性单位以抑制NBT光化还原的50%为1个酶活性单位(U)^[23]。

其他样品收获后经105° C烘箱杀青30 min, 75° C烘干至恒重, 粉碎过筛称其干重。将粉碎样品灰化后使用0.1 mol L^-1的HCl溶液浸提, 取滤液用姜黄素比色法测B含量^[24]。样品经马弗炉中灰化, 氢氧化钠熔融, 络天青-S显色, 于560 nm测吸光值检测植物根系中Al含量^[25]。

选取待测油菜幼苗叶片用溴化钾压片法, 以样片和光谱纯溴化钾1/10的质量比用玛瑙研钵研磨均匀后, 采用美国布鲁克公司生产的VERTEX70型傅里叶变换红外光谱仪测定4000~700 cm^-1区域, 扫描32次, 分辨率4 cm^-1。样品测定前对背景进行扫描, 得到红外光谱气氛补偿, 排除CO₂和H₂O的干扰。重复6次。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel软件和Omnic 8.0软件对不同样品的FTIR谱图进行数据处理, 以Origin 8.6 (USA, Origin Lab Corp)作图, 应用统计分析软件SAS 9.1.3对各处理试验数据进行均值、标准差、差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗长势的影响

由图1可以看出, 缺B条件下, 植株长势随着Al³⁺的增加而逐渐降低。油菜幼苗在100 µ mol L^-1 Al³⁺处理已达被毒害, 200 µ mol L^-1 Al³⁺处理几乎死亡, 500 µ mol L^-1Al³⁺处理已完全死亡。相比缺B处理, BA和SB的添加均明显促进了油菜幼苗的生长。说明B对Al毒有一定的缓解作用。100、200 µ mol L^-1 Al³⁺处理油菜幼苗并未遭受Al毒, 且200 µ mol L^-1 Al³⁺处理植株长势明显优于0、100 µ mol L^-1 Al³⁺处理。500 µ mol L^-1 Al³⁺处理油菜植株矮小, 叶片暗绿色甚至发黑, 根系伸长明显受到抑制。

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	图1 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗长势的影响 BA: 无机态硼酸处理; SB: 有机态山梨醇硼处理。Fig. 1 Effects of different B on the growth of rape seedlings under Al stress BA: inorganic boric acid treatment; SB: organic sorbitol boron treatment.

2.2 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗株高、根长以及总干鲜重的影响

缺B条件下, 油菜幼苗对Al毒更加敏感, 特别是根系生长首先受到抑制。低Al³⁺ (100 µ mol L^-1)就能使植株受到Al毒害, 且植株株高、根长以及总干鲜重随Al³⁺的增加逐渐降低(表1), BA和SB的添加可以显著提高油菜幼苗株高、根长以及总干鲜重。100 µ mol L^-1Al³⁺处理油菜幼苗株高、根长以及总干鲜重与Al-0相比并无明显差异, 而200 µ mol L^-1 Al³⁺处理的这3个参数明显高于Al0处理, BA处理则分别增加19.51%、26.39%、63.54%和42.03%; SB处理分别增加21.83%、27.20%、49.56%和31.31%。500 µ mol L^-1Al³⁺处理油菜幼苗株高、根长以及总干鲜重相对于Al-0处理均显著降低, 说明高Al毒胁迫下尽管加B对Al毒起到缓解作用, 但还是出现Al毒。0、100、200和500 µ mol L^-1 Al³⁺胁迫下, 相比于缺B处理, 添加BA根长分别增加了52.15%、101.45%、366.70%和18.73%; 添加SB分别增加了46.80%、133.98%、261.36%和10.77%。

表1 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗株高、根长以及总干鲜重的影响 Table 1 Effects of different types of B on plant agronomic characteristics of rape seedlings under Al stress

处理 Treatment		株高 Plant height (cm)	根长 Root length (cm)	根 Root (g)		地上部 Shoot (g)		总质量 TW (g)
处理 Treatment		株高 Plant height (cm)	根长 Root length (cm)	鲜重 FW	干重 DW	鲜重 FW	干重 DW	总鲜重 TFW	总干重 TDW
-BA	Al-0	7.57 c	19.50 d	0.36 ced	0.025 cd	2.03 dfe	0.198 dc	2.39 dc	0.223 ed
	Al-100	5.20 e	15.90 e	0.19 gf	0.008 ef	0.97 fg	0.077 fe	1.16 ef	0.084 gf
	Al-200	2.57 f	8.03 g	0.05 h	0.003 ef	0.29 g	0.046 fe	0.34 f	0.050 gf
	Al-500	2.20 f	8.17 g	0.03 h	0.002 f	0.32 g	0.022 f	0.35 f	0.024 g
+BA	Al-0	12.97 b	29.67 b	0.54 b	0.035 cb	3.60 bc	0.327 b	4.14 b	0.362 cb
	Al-100	12.53 b	32.03 b	0.58 b	0.038 cb	3.71 bc	0.327 b	4.29 b	0.365 cb
	Al-200	15.50 a	37.50 a	0.72 a	0.069 a	5.16 a	0.523 a	5.88 a	0.592 a
	Al-500	8.80 c	9.70 gf	0.44 cbd	0.048 b	1.93 dfe	0.220 c	2.37 dc	0.268 cd
-SB	Al-0	6.57 d	17.03 ed	0.30 ef	0.014 edf	2.37 dfce	0.094 dfe	5.34 c	0.108 egf
	Al-100	4.13 e	11.27 f	0.11 gh	0.016 edf	1.18 fge	0.066 fe	1.29 e	0.082 gf
	Al-200	2.00 f	8.80 gf	0.03 h	0.003 f	0.35 g	0.023 f	0.38 f	0.026 g
	Al-500	2.43 f	7.43 g	0.03 h	0.004 ef	0.38 g	0.024 f	0.41 f	0.028 g
+SB	Al-0	12.37 b	25.00 c	0.50 cb	0.019 ed	2.78 dc	0.125 dfce	3.28 b	0.146 egf
	Al-100	12.73 b	26.37 c	0.47 cbd	0.023 cd	2.50 dce	0.134 dfce	2.97 b	0.157 edf
	Al-200	15.07 a	31.80 b	0.73 a	0.042 b	4.89 ba	0.371 b	5.62 a	0.413 b
	Al-500	9.03 c	8.23 g	0.35 ed	0.015 edf	1.39 dfgh	0.146 dce	1.74 de	0.161 edf

FW: fresh weight; DW: dry weight; TW: total weight; TFW: total fresh weight; TDW: total dry weight; Values followed by different letters are significantly different at P < 0.05 as determined by LSD. -BA: 0.25 μ mol L^-1inorganic boric acid treatment; +BA: 25 μ mol L^-1 inorganic boric acid treatment; -SB: 0.25 μ mol L^-1 organic sorbitol boron treatment; +SB: 25 μ mol L^-1 organic sorbitol boron treatment.

同一列标以不同小写字母的值处理间在0.05的水平上差异显著。-BA: 0.25 μ mol L^-1无机态硼酸处理; +BA: 25 μ mol L^-1无机态硼酸处理; -SB: 0.25 μ mol L^-1有机态山梨醇处理; +SB: 25 μ mol L^-1有机态山梨醇处理。

表1 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗株高、根长以及总干鲜重的影响 Table 1 Effects of different types of B on plant agronomic characteristics of rape seedlings under Al stress

2.3 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗根系中B和Al含量的影响

缺B条件下, 各处理之间根系B含量并无明显差异。加BA和SB处理, 根系中B含量显著高于缺B处理, 但两种形态B处理之间B含量并无明显差异(图2)。另外可以明显看出BA和SB处理B含量在200 µ mol L^-1 Al³⁺处理下均明显高于0、100和500 µ mol L^-1 Al³⁺处理下, 但差异不显著。无论有无B处理, 根系中Al含量都随着Al³⁺的增加而逐渐升高, 但相比缺B处理, 加B处理均明显降低Al含量。相对于缺B处理, BA处理根系中的Al含量在100、200和500 µ mol L^-1 Al³⁺处理下分别降低了62.49%、43.18%和22.86%, SB处理根系中Al含量分别降低了64.74%、79.54%和31.35%。

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图2 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗根系中B和Al含量的影响
不同小写字母表示缺B与加B以及不同形态B处理之间的差异在0.05水平上显著。缩写同图1。Fig. 2 Effects of different types of B on contents of B and Al in roots of rape seedlings under Al stress
Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Fig. 1.

2.4 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗叶片色素、MDA含量以及抗氧化酶活性的影响

表2表明, 缺B条件下, 100 µ mol L^-1 Al³⁺处理叶绿素a、叶绿素b以及类胡萝卜素含量较Al-0处理明显减少。BA和SB处理下, 100 µ mol L^-1 Al³⁺处理各色素含量相对于缺B处理均显著增加, 200 µ mol L^-1 Al³⁺处理叶绿素a和叶绿素b含量明显高于其他Al³⁺处理, 500 µ mol L^-1 Al³⁺处理各色素含量均明显低于Al-0处理。

丙二醛(MDA)是植物抗逆性的常用指标。缺B处理下, 100 µ mol L^-1 Al³⁺处理相对于Al-0处理, 明显引起细胞膜过氧化反应, 导致油菜幼苗叶片中的MDA含量显著升高。Al胁迫对幼苗SOD活性的影响与POD相反, 缺B处理下, 100 µ mol L^-1 Al³⁺处理相对于Al-0处理叶片中POD活性明显提高而SOD活性显著下降。BA和SB处理明显降低叶片POD活性, 提高SOD活性。100 µ mol L^-1 Al浓度下添加BA和SB较缺B处理MDA含量分别降低了37.69%和40.89%; POD活性分别降低了31.57%和35.03%; SOD活性分别提高了164.45%和193.60%。在0、100和200 µ mol L^-1 Al³⁺处理之间叶片MDA含量、POD和SOD活性并无明显差异, 但MDA含量及POD活性均显著低于500 µ mol L^-1 Al³⁺处理, SOD活性显著高于500 µ mol L^-1 Al³⁺处理。

2.5 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗叶片的FTIR图谱分析

图3显示, 不同Al³⁺浓度处理各特征峰并未出现位移且无新特征峰出现, 只是在1076、1244、1384、1649、2918和3411 cm^-1位置出现一定程度的峰强变化, 结合表3红外光谱特征峰归属, 表明Al胁迫油菜幼苗叶片主要物质成分无明显改变, 只是在含量上发生了变化。缺B条件下, 各特征峰吸光度值随Al³⁺的增加而增加。且1649、2918和3411 cm^-1左右特征峰吸光度值在100 µ mol L^-1和200µ mol L^-1Al³⁺处理下增加比较明显。而在500 µ mol L^-1 Al³⁺处理下, 1649 cm^-1和2918 cm^-1吸收峰的吸光度值无明显升高甚至有稍微的下降。BA和SB处理下, 100 µ mol L^-1和200 µ mol L^-1 Al³⁺处理的1076、1244、1649、2918和3411 cm^-1左右特征峰吸光度值明显低于缺B处理。

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图3 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗叶片的4000~700 cm^-1FTIR图谱分析
a: +BA Al-0; b: +BA Al-100; c: +BA Al-200; d: +BA Al-500; e: -BA Al-0; f: -BA Al-100; g: -BA Al-200; h: -BA Al-500; Fig. 3 Effects of different types of B on the 4000-700 cm^-1 FTIR spectra in the leaves of rape seedlings under Al stress
i: +SB Al-0; j: +SB Al-100; k: +SB Al-200; l: + SB Al-500; m: -SB Al-0; n: -SB Al-100; o: -SB Al-200; p: -SB Al-500.

表3 红外光谱特征峰归属表 Table 3 Assignment of absorption peaks in FTIR spectrum

吸光度值的高低侧面反映此特征峰所代表官能团物质含量的高低。从表4可知, 随着Al³⁺增加, 各特征峰吸光度值呈上升趋势。1076 cm^-1左右特征峰吸光度主要是碳水化合物分子中C-O的伸缩振动, 反映Al毒胁迫下油菜幼苗叶片中可溶性糖等有机物含量的变化。相对于缺B处理, 外源B添加明显降低了可溶性糖等有机物的含量, 100 µ mol L^-1和200 µ mol L^-1 Al³⁺处理下, 添加BA吸光度值分别降低了37.80%和49.50%, 添加SB吸光度值分别降低了23.23%和34.17%; 1244 cm^-1附近代表了Al毒胁迫下油菜幼苗叶片核酸含量的变化, 100和200 µ mol L^-1 Al³⁺处理下, 相对于缺B处理, BA处理特征峰吸光度值分别降低了41.12%和52.57%, SB处理分别降低了5.33%和32.73%; 2918 cm^-1附近是饱和C-H键的伸缩振动吸收, 主要代表蛋白质、膳食纤维、油脂、磷脂、碳水化合物、维生素和各种膜及细胞壁的组织等成分, 外源B添加显著降低各类物质的含量, 100 µ mol L^-1和200 µ mol L^-1 Al³⁺处理下, 相对于缺B处理, BA处理特征峰吸光度值分别降低了51.56%和48.95%, SB处理分别降低了23.99%和35.39%。加B处理下, 500 µ mol L^-1 Al³⁺处理各特征峰吸光度值有所降低, 但均明显高于100 µ mol L^-1和200 µ mol L^-1 Al³⁺处理。

表4 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗叶片的4000~700 cm^-1FTIR图谱特征峰吸光度值 Table 4 4000-700 cm^-1 FTIR patterns of different types of B in leaves of rape seedlings under Al stress

3 讨论

3.1 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗表型、生理特性及根系Al含量的影响

Al毒对植物的影响首先表现在最早与Al源接触的根部, Al毒胁迫下根尖细胞透性增加、细胞结构破坏, 并显著降低根部生物量^[26]。试验结果表明, Al毒胁迫下油菜幼苗生物量、色素含量逐渐降低, MDA含量、POD活性明显升高, 且由于保护酶对活性氧的清除能力降低, 已不能阻止自由基在细胞内的积累, 导致膜系统的伤害, 这时细胞内多种功能受到破坏, 造成生理代谢紊乱^[27], 使得SOD活性明显下降。BA和SB处理可以明显缓解Al毒导致的油菜幼苗株高、根长、总干鲜重以及色素含量的降低, 同时BA和SB处理降低油菜幼苗细胞膜脂过氧化水平, 加强了清除O₂^-的能力, 通过调节活性氧代谢使细胞膜结构维持稳定, 有效减轻Al对油菜幼苗的毒害从而降低了MDA含量、POD活性, 增加了SOD活性。张芬琴等^[28]研究表明, Al毒胁迫下外源B的添加不同程度提高小麦幼苗干物质积累, 同时添加外源B之后可以降低因Al毒导致的小麦幼苗中MDA含量的升高, 对Al毒有一定的缓解作用^[28]。

不同形态B (BA和SB)处理油菜幼苗在200 µ mol L^-1 Al³⁺处理下长势、生物量及色素含量均高于其他处理, 可能外源B的添加增加了植物体内阳离子浓度而降低Al³⁺离子的活度, 并通过与Al³⁺离子直接竞争结合位点消除或缓解Al³⁺离子的毒害^{[20, 28]}。同时200 µ mol L^-1 Al³⁺处理下B含量明显高于0、100和200 µ mol L^-1 Al³⁺处理, 可能也是在200 µ mol L^-1 Al浓度下油菜幼苗长势最好的原因。Yang等^[29]还发现在低Al (2 mmol L^-1)胁迫下, B可明显地提高包括根长在内的生长特性而缓解Al毒, 但在5 mmol L^-1 Al毒胁迫下, 根长的抑制并没有因为B的存在而缓解。本试验结果也显示, 加B条件下, 相对于0、100和200 µ mol L^-1 Al³⁺处理, 500 µ mol L^-1Al³⁺处理油菜幼苗株高、根长、总干鲜重以及色素含量明显降低, 并引起活性氧代谢紊乱, 油菜幼苗质膜稳定性产生了明显的破坏, 使得油菜幼苗叶片MDA含量、POD活性明显升高, SOD活性明显下降。说明高浓度(500 µ mol L^-1) Al毒胁迫下加B能起到缓解作用, 但是由于Al浓度过高使植株受到Al毒害。另外, 相比缺B处理, 500 µ mol L^-1 Al³⁺处理下BA处理油菜幼苗株高、根长、总干鲜重分别提高了300%、18.73%、1016.67%和577.14%; SB处理分别提高271.60%、10.77%、475.00%和324.39%, 说明高Al处理下, BA的添加对Al毒缓解效果优于SB。

BA和SB处理明显降低油菜幼苗根系中的Al含量, 且100、200和500 µ mol L^-1 Al浓度胁迫下SB处理根系中Al含量降低趋势优于BA处理, 可能是有机态SB相比BA处理能提高植物中B含量^[17], 而B与果胶RG-II交联减小了细胞壁孔径^[30]或促进果胶二聚体形成, 屏蔽了Al在果胶上的结合位点以降低根系中Al³⁺含量^[31]。

3.2 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗叶片的FTIR图谱分析

FTIR技术可以帮助判断分子中含有何种官能团, 更重要的是可比较不同处理的样品的红外光谱差异, 从而反映样品在植物化学组成上的差异程度^[32]。蛋白质是研究逆境植物生理中的重要指标之一, 在干旱、Al毒等胁迫下, 细胞内可溶性糖含量就会随之增加, 同时可诱导细胞内可溶性糖及核酸类物质的产生^[33]。本研究发现, 缺B条件下, 1076 cm^-1和1244 cm^-1特征峰吸光度值随Al³⁺增加而增加。1649、2918和3411 cm^-1特征峰吸光度值在100 µ mol L^-1和200 µ mol L^-1 Al³⁺处理下表现为明显增加趋势。可能是Al刺激下, 细胞产生了大量的蛋白质、多糖和脂类等物质用于细胞壁和细胞膜, 以抵抗和适应Al毒胁迫^[33], 同时Al³⁺诱导了几种基因的表达, 增加原始蛋白质的合成, 或是高浓度Al³⁺诱导抗Al蛋白所致^[34]。张亚楠等也指出荞麦根、茎和叶的FTIR特征峰值随着Al³⁺的升高而增加^[33], 与本研究结果相似。Al毒胁迫对油菜幼苗叶片的物质代谢产生了很大的影响, 需要产生更多的酶类、氨基酸、碳水化合物等来缓解Al胁迫^[35]。BA和SB处理下, 100 µ mol L^-1和200 µ mol L^-1 Al毒胁迫油菜幼苗叶片FTIR特征峰强度与Al0相比并无明显差异, 但明显低于缺B处理。原因是B对植物体内可溶性糖的运输必不可少, 同时B是合成含氮碱基的尿嘧啶必需之物, 而尿嘧啶二磷酸葡萄糖(UDPG)是蔗糖合成的前体, 所以B有利于蔗糖合成和糖的外运, 从而降低Al胁迫下油菜幼苗叶片中的可溶性糖含量^[36]。

4 结论

Al毒胁迫下, 不同形态B (BA和SB)的添加显著提高了油菜生物量、色素含量和SOD活性, 降低了根系Al含量、叶片MDA含量和POD活性, 缓解了Al毒胁迫。Al毒胁迫下油菜幼苗叶片中低聚糖、核酸和蛋白质等含量明显上升, 而外源添加BA和SB处理的幼苗叶片中低聚糖、核酸和蛋白质含量均降低, 进一步说明BA和SB能明显缓解Al毒, 且BA处理对Al毒的缓解效果优于SB处理。因此农业生产中我们可以通过添加外源B以降低植株体内Al含量以及糖类、核酸和蛋白质含量从而缓解Al毒害, 促进植株的生长。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

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View Option

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采用营养液培养法,研究了钙、硅对荞麦根长、光合作用和叶绿素荧光的影响。结果表明,15 d时0.5 mmol/L和5 mmol/L Al3 处理降低了荞麦根长、叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Ci),对叶绿素荧光Fv/Fm、Fv/Fo的影响不大,30 d后以上伤害均加重。配施钙或硅的处理,能促进根的伸长和提高叶绿素含量,并使叶片的Pn、Ci保持在较高的水平,施硅能明显提高荞麦叶片的叶绿素荧光Fv/Fm、Fv/F,而钙的影响不大。硅对铝胁迫的缓解效果好于钙。

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To better understand the effects of nutritional deficiencies on rapeseed roots, experiments were designed according to rapeseed (Brassica napus L.) nutrient requirement at seedling stage. Different nutrient deficiencies in hydroponics were applied for 28d cultivation using cultivar Zhongshuang 11 (ZS11) as material, the Changes (including phenotype, biomass, root-shoot ratio, chlorophyll (a, b), carotenoid content and root morphological traits) respond to N, P, K, Ca, Mg, B, Fe, Cu, Zn deficiencies were systematically investigated. Results showed that rapeseed seedlings exhibited various typical symptoms under nutrient deficiencies. Seedlings growth was significantly affected by macro-nutrients (N, P and K) deficiencies. Iron deficiency dramatically inhibited chlorophyll (a, b) biosynthesis in young leaves. Zinc deficiency facilitated accumulation of chlorophyll a and carotenoid in young leaves. Boron deficiency had the most influence on anthocyanin content of old leaves. Root biomass, root-shoot ratio and root growth of rapeseed seedlings were also affected by nutrient deficiencies. Root biomasses were significantly decreased by different nutrient deficiencies except Fe and Zn deficiencies. Root-shoot ratio was significantly increased by deficiencies of N, P, Ca, Fe, Cu and Zn. Primary root length was significantly increased by deficiencies of N, P, Mg, Cu and Zn. Lateral root length increased under N and P deficiencies. While both primary and lateral root growth were significantly limited by K, Ca and B deficiencies.

为了解营养元素缺乏对油菜苗期生长及根系形态的影响，根据甘蓝型油菜苗前期生长的养分需求特点，设置了营养液栽培条件下不同缺素处理的合适浓度，培养28d后，系统分析了甘蓝型油菜中双11在氮、磷、钾、钙、镁、硼、铁、铜、锌等营养元素缺乏条件下的表型特征、植株生物量、根冠比、叶绿素（a、b）、类胡萝卜素、花青素以及根系形态指标的变化。结果表明，不同缺素处理的油菜表型差异较大，大量元素氮、磷、钾的缺乏对油菜生长的影响极为显著；中微量元素钙、镁、硼、铁、铜、锌的缺乏也不同程度地抑制了油菜的生长。不同处理下叶片表现出不同的缺素特征，叶片（新叶、老叶）色素存在明显变化，并且差异显著。铁是影响新叶叶绿素（a、b）合成最大的元素，缺铁显著地阻碍新叶叶绿素合成；锌是对新叶叶绿素a、类胡萝卜素影响最大的元素，缺锌促进了其在新叶中的积累；而缺硼对老叶中花青素含量的积累影响最大。此外，不同缺素处理对油菜根部生物量、根冠比及根系生长发育的影响有所不同，除缺铁、缺锌外，其它缺素处理根部生物量都显著减少；缺氮、缺磷、缺钙、缺铁、缺铜和缺锌显著增加根冠比；缺氮、缺磷、缺镁、缺铜和缺锌处理显著增加主根长，缺氮、缺磷处理显著增加侧根长，缺钾、缺钙和缺硼处理显著抑制主根和侧根的生长。

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... Al毒使植物根系表现出典型的中毒症状, 根系生长明显受阻, 根毛短小, 出现畸形卷曲, 脆弱易断^[9] ...

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, Liu

, Lu B

. Effects of exogenous organic acids on root morphology and chlorophyll fluorescence characteristics of oilseed rape under aluminum stress. Jiangsu J Agric Sci, 2011, 27: 756-762 (in Chinese with English abstract)

摘　要：为探明铝胁迫下外源有机酸（柠檬酸和苹果酸）对不同耐性油菜品种（华油2790和中双7号）根系形态和叶绿素荧光特性的影响,该研究采用水培法,用分光光度计、根系扫描仪等测定0μmol/L、50μmol/L、100μmol/L、200μmol/L铝和20μmol/L柠檬酸或苹果酸互作处理下油菜根系的形态指标及叶绿素各荧光参数。结果表明：在单铝处理下,随着铝浓度的增加,相对根长、根系总长等各指标均减少,叶绿素含量、最大荧光（Fm）、光系统II潜在活性（Fv/Fo）、光化学量子产量等也不断降低,且敏感品种（华油2790）的下降程度大于耐性品种（中双7号）;加入外源有机酸后,与单铝处理组相比上述指标均有一定程度的提高,在铝浓度为200μmol/L时,耐性品种的相对根长比同浓度单铝处理组增加14.9个百分点;叶绿素各指标及铝和有机酸交互有很大的关系,且耐铝品种的叶绿素各指标提高幅度大于敏感品种,柠檬酸的缓解效果略好于苹果酸。因此,铝胁迫能抑制油菜的根系生长和叶片的光合作用,且对敏感品种的毒害更大,油菜品种间在耐铝性上具有一定的差异。此外,加入外源有机酸能在一定程度上缓解铝毒害。

... 目前关于Al毒对油菜生理指标的影响已有不少报道^[13], 但关于Al毒的缓解机制还不明确 ...

1998

0.0

... Yang等^[14]研究发现B的添加可以明显缓解Al毒从而促进大豆幼苗的生长 ...

2009

0.0

... Yu等^[15]在豌豆研究中也发现B具有缓解Al毒的作用 ...

2010

0.0

... 徐建明等^[16]在小麦研究中得出有机态山梨醇硼较无机态硼酸更能提高小麦幼苗根及叶片中B浓度 ...

2012

0.0

段蔚. 多元醇络合硼对油菜幼苗生长及营养元素吸收的功效. 南京农业大学硕士学位论文, 江苏南京, 2012

Duan

. Effects of Polyol-Chelated Boron Fertilizers on Seedling growth and Uptake of Mineral Nutrients in Rape. MS Thesis of Nanjing Agricultural University, Nanjing, China, 2012 (in Chinese with English abstract)

本文以油菜为材料，通过根施和叶面喷施两种施用方法，采用不同浓度的山梨醇-硼酸络合物(SB)、丙三醇-硼酸络合物(GB)以及硼酸(BA)处理，研究三种形态硼对油菜幼苗生长的影响。通过对幼苗形态指标（株高、地上部干鲜重）和生理指标（叶绿素含量、根系活力和元素吸收）的测量，分析油菜幼苗对三种形态硼的响应，得出SB和GB对油菜的最适浓度。以达到降低施硼量，提高硼肥利用效率的目的，为有机态硼在农业上使用提供指导。研究结果如下：　　 ⑴通过根施处理，子叶期和三叶一心期油菜在培养液中硼浓度为0.5mg/L时长势最好。随培养液中硼浓度的升高，幼苗叶片中硼含...

... Duan等^[17]探究发现有机态B相比无机态硼酸能够提高油菜幼苗体内B含量和促进油菜幼苗的生长发育 ...

... 1络合反应^[17], 简写SB) 2种外源B类型, 缺B (0 ...

... mol L^-1 Al浓度胁迫下SB处理根系中Al含量降低趋势优于BA处理, 可能是有机态SB相比BA处理能提高植物中B含量^[17], 而B与果胶RG-II交联减小了细胞壁孔径^[30]或促进果胶二聚体形成, 屏蔽了Al在果胶上的结合位点以降低根系中Al³⁺含量^[31] ...

2011

0.0

薛生国, 朱锋, 叶晟, 王钧, 吴雪娥. 紫茉莉对铅胁迫生理响应的FTIR研究. 生态学报, 2011, 31: 6143-6148

Xue S

, Zhu

, Ye

, Wang

, Wu X

. Physiological response of Mirabilis jalapa Linn. to lead stress by FTIR spectroscopy. Acta Ecol Sin, 2011, 31: 143-6148 (in Chinese with English abstract)

Industries such as metal smelters, refineries, and mining operations have been indicated as major sources of metals release into the environment. Pb is a highly toxic and cumulative poisonous element. Similar to other metals, once released into the environment, it is difficult to recover and can adversely affect human health. Mirabilis jalapa Linn. is a fast growing plant, with the proven ability to stabilize Pb from contaminated soils. Fourier transform infrared (FTIR) spectrometry, which is accurate, simple and efficient, with high resolution, was used to investigate the physiological changes in chemical composition of M. jalapa L. exposed to six different levels of Pb in solution (0, 50, 100, 200, 500, 1000μmol/L). At Pb concentration below 500 μmol/L, M. jalapa could grow normally, without any symptoms of Pb toxicity, although with a lower biomass at 1000 μmol/LPb than the control samples. Using the roots, stems and leaves of M. jalapa , absorption bands corresponding to carbohydrates, ester and proteins varied differently. The absorbance of the dominating bands near 3420, 2920, 1610, 1060 cm -1 which corresponded to organic acids, carbohydrate, protein and amino acids elevated initially and then decreased in root tissues, but no obvious changes in leaves and stems were noted. All these results suggested that Mirabilis jalapa inhibited the transportation of Pb from roots to shoots. Hence, it is practical to apply FTIR to explore the physiological mechanism of lead tolerance by higher plants.

铅是一种毒性强的重金属元素,一旦进入环境将很难修复,进而通过食物链危及人类健康。傅里叶变换红外光谱法(FTIR)具有准确度好、简便快捷、分辨率高的特点,是一种探讨植物重金属耐性机理的可行方法。紫茉莉是一种生长快的多年生草本植物,有应用于铅污染土壤植物稳定的前景。通过温室培养,研究不同铅处理条件下(0,50,100,200,500,1000μmol/L),紫茉莉不同组织器官(根、茎、叶)的傅立叶红外光谱(FTIR)图谱变化,结果发现,生长介质铅处理浓度低于500μmol/L时对紫茉莉的生长基本没有影响,当Pb处理浓度达到1000μmol/L时,生物量略显降低,但是各处理浓度间生物量差异性不显著。紫茉莉根组织在3420,2920,1610,1060 cm -1 等处峰高先上升后下降,反映蛋白质、氨基酸、糖类、羧酸等物质在低铅处理条件下往往作为渗透性调节物质出现, 有机物含量升高,但随着铅含量的升高, 其合成和运输受限, 有机物含量逐渐下降;茎组织在2920,1630,1380,1060 cm -1 等处峰高无明显变化;叶组织在1650 cm -1 处峰高随铅处理浓度升高而升高,这可能与紫茉莉叶中蛋白质和氨基酸等物质含量升高有关。这表明,紫茉莉通过根系有机物含量的变化,将植物吸收的Pb大部分积累在根部,阻止Pb向地上部分运输,有效的保护了植物地上部分。

... 傅里叶红外光谱(FTIR)技术可以更好地探测脂类、核酸、碳水化合物等分子的相对含量及其构象变化等信息, 因此该技术已广泛应用于包括植物生物学在内的许多领域^[18,19] ...

2010

0.0

龚宁, 李荣华, 孟昭福, 杨公明. Cd对小白菜萌发生理影响的FTIR-ATR研究. 农业环境科学学报, 2010, 29(1): 9-14

Gong

, Li R

, Meng Z

, Yang G

. Physiological response of Brassica chinensis L. seeds in germination to cadmium toxicity by FTIR-ATR pectroscopy. J Agro-Environ Sci, 2010, 29(1): 9-14 (in Chinese with English abstract)

2009

0.0

... 金婷婷等^[20]利用 FTIR对外源柠檬酸协同Al胁迫下的大豆根组织干燥粉末直接测定发现, Al处理下大豆根1057、1602、2927和3297 cm^-1左右的吸收峰区别明显, 反应出蛋白质、糖类以及核酸等有机物的含量变化 ...

... mol L^-1 Al³⁺处理下长势、生物量及色素含量均高于其他处理, 可能外源B的添加增加了植物体内阳离子浓度而降低Al³⁺离子的活度, 并通过与Al³⁺离子直接竞争结合位点消除或缓解Al³⁺离子的毒害^{[20, 28]} ...

2006

0.0

张子龙, 李加纳, 唐章林, 谌利, 王瑞. 环境条件对油菜品质的调控研究. 中国农学通报, 2006, 22(2): 124-124

Zhang Z

, Li J

, Tang Z

, Chen

, Wang

. The research progress of the effect of environmental factors on quality characters of rapeseed. Chin Agric Sci Bull, 2006, 22(2): 124-124 (in Chinese with English abstract)

The quality of rapeseed was not only controlled by its genotype but also affected by some environmental factors. The paper reviewed the history and recent advance on those, mainly including (1) the effects of ecological factors on the main quality characters of rapeseed; (2) the effects of soil factors and nutrition elements on the main quality characters of rapeseed; (3) the effects of some agricultural management on the main quality characters of rapeseed; (4) the relationship between some environmental factors and the seed color of rapeseed. The author also gave some advice on the study of rapeseed quality.

油菜的品质除受基因型控制外，环境因素对其影响也很大。综合了国内外大量的研究结果，论述了主要环境条件对油菜品质的影响，以期为油菜品质调控研究提供一些参考。主要包括：（1）生态因素对油菜主要品质的影响；（2）土壤因素与矿质营养对油菜主要品质的影响；（3）主要农艺措施对油菜主要品质的影响；（4）环境因素与油菜籽粒色泽的关系。

... 油菜种植在中性和微碱性土壤上含油量较高, 在酸性土壤上次之, 在碱性土壤上含油量最低^[21] ...

2002

0.0

余礼明, 吴谋成. 油菜籽脱壳与分离设备研究注. 中国粮油学报, 2002, 17(5): 40-43

Yu L

, Wu M

. Developing equipment for dehulling and separation of rapeseed. J Chin Cereals Oils Assoc, 2002, 17(5): 40-43 (in Chinese with English abstract)

油菜是我国重要的油料作物之一 ,油菜籽是重要的油脂与蛋白质资源。本文分析了油菜籽脱壳制油的必要性 ,还介绍了油菜籽脱壳与分离设备及用其作过 2 2 0 0 0Kg油菜籽脱壳与分离生产试验的结果 :脱壳率为 85 % ,仁中含壳率为 4 % ,壳中含仁率为 1% ,粉末率为 3% ,结果表明 ,该设备是一种能用于生产的实用性设备

... 目前, 我国油菜种植面积已突破720万公顷, 大部分分布在我国南方酸性土壤区^[22] ...

2006

0.0

... 采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定丙二醛(MDA)含量^[23] ...

... 采用愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性^[23] ...

... 活性单位以抑制NBT光化还原的50%为1个酶活性单位(U)^[23] ...

2000

0.0

... 1 mol L^-1的HCl溶液浸提, 取滤液用姜黄素比色法测B含量^[24] ...

1997

0.0

攸玉仙. 植物样品中Al的测定. 物探与化探, 1997, 21: 475-477

You Y

. Determining aluminum of plant specimen. Geophys Geochem Expl, 1997, 21: 475-477 (in Chinese with English abstract)

... 样品经马弗炉中灰化, 氢氧化钠熔融, 络天青-S显色, 于560 nm测吸光值检测植物根系中Al含量^[25] ...

1995

0.0

... 1 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗表型、生理特性及根系Al含量的影响Al毒对植物的影响首先表现在最早与Al源接触的根部, Al毒胁迫下根尖细胞透性增加、细胞结构破坏, 并显著降低根部生物量^[26] ...

2015

0.0

徐芬芬. 柠檬酸对Al胁迫下大豆根系生长和生理特性的影响. 生物加工过程, 2015, (4): 75-78

Xu F

. Effects of citric acid on root growth and physiological characteristics of soybean under aluminum stress. Chin J Bioprocess Eng, 2015, (4): 75-78 (in Chinese with English abstract)

以大豆(Glycine max L.)幼苗为材料,研究柠檬酸处理对铝胁迫下,大豆根系生长和生理特性的影响。结果表明:与对照(CK)相比,在铝胁迫下,大豆根系长度、根系鲜质量、超氧化歧化酶(SOD)活性和根系活力等分别降低58.2%、40.6%、33.2%和50.6%,丙二醛(MDA)含量和相对电导率分别增加50.7%和50.6%。与单纯铝胁迫处理相比,加入柠檬酸后,大豆幼苗根系长度、根系鲜质量、SOD活性和根系活力等分别比铝胁迫处理提高85.6%、34.4%、44.8%和81.3%,MDA含量和相对电导率分别比铝胁迫处理降低26.7%和30.3%。柠檬酸缓解根系长度的最佳处理浓度为15μmol/L,缓解其他指标的最佳浓度均为20μmol/L。柠檬酸可降低铝对大豆根系的损伤。

... 试验结果表明, Al毒胁迫下油菜幼苗生物量、色素含量逐渐降低, MDA含量、POD活性明显升高, 且由于保护酶对活性氧的清除能力降低, 已不能阻止自由基在细胞内的积累, 导致膜系统的伤害, 这时细胞内多种功能受到破坏, 造成生理代谢紊乱^[27], 使得SOD活性明显下降 ...

2001

0.0

... 张芬琴等^[28]研究表明, Al毒胁迫下外源B的添加不同程度提高小麦幼苗干物质积累, 同时添加外源B之后可以降低因Al毒导致的小麦幼苗中MDA含量的升高, 对Al毒有一定的缓解作用^[28] ...

2004

0.0

... Yang等^[29]还发现在低Al (2 mmol L^-1)胁迫下, B可明显地提高包括根长在内的生长特性而缓解Al毒, 但在5 mmol L^-1 Al毒胁迫下, 根长的抑制并没有因为B的存在而缓解 ...

2011

0.0

2013

0.0

李梅, 喻敏. 硼对果胶Al吸附解吸特性的影响. 中国农业科学, 2013, 46: 1595-1602

, Yu

. Characteristics of adsorption and desorption of aluminum in pectin as influenced by boron. Sci Agric Sin, 2013, 46: 1595-1602 (in Chinese with English abstract)

【Objective】The influence of boron on adsorption and desorption of aluminum in pectin were studied in order to probe the possible mechanism of boron in alleviating aluminum toxicity. 【Method】Isothermal adsorption method was conducted to study the influence of different concentrations of boron on the adsorption/desorption of aluminum in pectin under the conditions of pH 3.5 and 25℃.【Result】The total amount of aluminum adsorpted/desorpted in pectin significantly increased with the increase of pectin in equilibrium solution, but it significantly decreased in unit pectin. The amount of aluminum adsorpted/desorpted increased significantly with the increase of aluminum concentration as well. Boron pretreatment affected the characteristics of aluminum adsorption/desorption in pectin. Low concentration of boron less than 25 µmol•L-1 inhibited the adsorption/desorption of aluminum in pectin while the opposite was found at concentration higher than 25 µmol•L-1. When boron concentration was 100 µmol•L-1, the amount of aluminum adsorption in pectin was even more than that of the control without boron. But aluminum adsorption in pectin reduced when boron concentration was 200 µmol•L-1, suggesting that pectin aluminum adsorption reached saturation. The curves of aluminum adsorption could be well described by both Langmuir and Freundlich isotherm adsorption equations with determination correlation coefficient R2 over 0.97. The maximum adsorption capacity calculated by Langmuir decreased from 5.757 mg•g-1 to 0.160 mg•g-1 after adding boron, and the parameters of derived by Freundlich equation were 1.4702 and -0.1758, respectively, which indicated that the cross-linking of pectin RG-Ⅱ with boron affected strongly on aluminum adsorption in pectin. 【Conclusion】Boron could effectively inhibit aluminum adsorption in pectin at low concentration, while promote aluminum adsorption in pectin at high concentration.

【目的】探讨硼对植物铝胁迫的缓解机理，研究果胶对铝的吸附解吸特征及硼的影响。【方法】利用等温吸附法，研究pH 3.5，25℃时，不同浓度硼处理后的果胶对铝的吸附解吸特性，并利用相关模型计算果胶对铝的吸附参数。【结果】随果胶浓度的上升，其对铝的吸附总量和解吸总量均显著上升，但单位果胶的吸附量和解吸量显著下降；随铝浓度的增加，果胶对铝的吸附量和解吸量也显著上升；硼处理果胶后，影响果胶对铝的吸附解吸特性，＜25 µmol•L-1的低浓度硼处理后，果胶对铝的吸附量和解吸量随硼浓度的增加会显著减少，而当硼浓度＞25 µmol•L-1时，随硼浓度的增加，果胶对铝的吸附量反而会增加，硼浓度为100 µmol•L-1时，果胶对铝的吸附量甚至显著大于硼浓度为0的对照，再增加硼浓度至200 µmol•L-1，果胶对铝的吸附量又开始减少，果胶对铝的吸附或许已经达到饱和。利用Langmuir、Freundlich方程较好地拟合了无硼和加硼条件下果胶对铝的吸附过程，由Langmuir模型计算的最大吸附量分别是5.757 mg•g-1和0.160 mg•g-1，Freundlich方程拟合所得参数n分别为1.4702和 - 0.1758，说明硼与果胶RG-Ⅱ的交联作用强烈影响果胶对Al3+ 的吸附。【结论】pH 3.5，25℃时，低浓度的硼（＜25 µmol•L-1）可有效抑制果胶对铝的吸附，而高浓度的硼（＞25 µmol•L-1）则促进果胶对铝的吸附。

2014

0.0

王成, 蒋泽平, 李文青, 邵文静, 张婷, 季峻峰. FTIR-NIR研究镉胁迫对构树试管幼苗生长的影响与机理. 农业环境科学学报, 2014, 33: 673-679

Wang

, Jiang Z

, Li W

, Shao E

, Zhang

, Ji J

. FTIR-NIR spectrum study on response and mechanism of Broussonetia papyrifera sprout under cadmium stresses. J Agro-Environ Sci, 2014, 33: 673-679 (in Chinese with English abstract)

摘　要：利用傅里叶转换漫反射红外光谱（FTIR）和近红外光谱（NIR）测定了构树幼苗在不同浓度镉胁迫下叶片的红外光谱,揭示了构树叶片中蛋白质、脂类等有机化合物合成对镉胁迫的生理响应。结果表明,构树幼苗在Cd胁迫下,鲜叶红边位置发生＂蓝移＂现象,红边蓝移程度与叶绿素含量呈正相关关系。近红外光谱的710 nm波长可作为是否受胁迫的红边位置界限。镉胁迫下构树幼苗的FTIR光谱3010 cm^-1、1720 cm^-1、1636 cm^-1、1468 cm^-1、892 cm^-1处特征吸收峰强度随胁迫强度增加而增加,揭示了构树试管苗叶片通过合成更多的蛋白质、纤维素、羧酸以及部分酯类有机物来响应镉胁迫。FTIR-NIR光谱分析可用于植物对Cd胁迫的生理学研究,并可作为一种快捷方法应用于植物重金属污染监测。

... 2 不同形态B对Al胁迫下油菜幼苗叶片的FTIR图谱分析FTIR技术可以帮助判断分子中含有何种官能团, 更重要的是可比较不同处理的样品的红外光谱差异, 从而反映样品在植物化学组成上的差异程度^[32] ...

2010

0.0

张亚楠, 王赢, 陈奇, 黄庶识, 李昆志. 不同品种荞麦耐Al性的FTIR鉴别. 浙江大学学报(农业与生命科学版), 2010, 36: 683-690

Zhang Y

, Wang

, Chen

, Huang S

, Li K

. Endurance determination of different buckwheat cultivars to aluminum by FTIR spectrum. J Zhejiang Univ (Agric Life Sci Edn), 2010, 36: 683-690 (in Chinese with English abstract)

... 蛋白质是研究逆境植物生理中的重要指标之一, 在干旱、Al毒等胁迫下, 细胞内可溶性糖含量就会随之增加, 同时可诱导细胞内可溶性糖及核酸类物质的产生^[33] ...

... 可能是Al刺激下, 细胞产生了大量的蛋白质、多糖和脂类等物质用于细胞壁和细胞膜, 以抵抗和适应Al毒胁迫^[33], 同时Al³⁺诱导了几种基因的表达, 增加原始蛋白质的合成, 或是高浓度Al³⁺诱导抗Al蛋白所致^[34] ...

... 张亚楠等也指出荞麦根、茎和叶的FTIR特征峰值随着Al³⁺的升高而增加^[33], 与本研究结果相似 ...

1995

0.0

2007

0.0

... Al毒胁迫对油菜幼苗叶片的物质代谢产生了很大的影响, 需要产生更多的酶类、氨基酸、碳水化合物等来缓解Al胁迫^[35] ...

2009

0.0

张争艳, 刘鹏, 陈微微, 陈传奇, 贾佳. 不同品种大豆耐Al性的FTIR分析研究. 光谱学与光谱分析, 2009, 29: 372-377

Zhang Z

, Liu

, Chen W

, Chen C

, Jia

. FTIR study of the endurance to Al of different soybean cultivars. Spectrosc Spectral Anal, 2009, 29: 372-377 (in Chinese with English abstract)

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)法测定了2个不同耐铝性大豆品种在不同浓度铝处理下根、茎、叶的红外光谱.通过对各谱图的比较分析发现,除928～1 200 cm-1区域的FTIR差异比较明显外,未经处理的2个品种大豆红外光谱基本相似.而铝处理后2个品种大豆根、茎、叶的红外吸收峰形及峰值均与对照有较大的区别,且随铝浓度升高其FTIR区别越为明显.此外,结果表明浙春3号(铝敏感品种)的变化幅度比浙春2号(铝耐性品种)更为明显,这说明铝敏感大豆在铝胁迫下物质代谢受到了较大的影响.因此,采用FTIR法鉴别大豆不同耐铝性能够提供较为准确的结果,具有广泛的应用前景.

... 原因是B对植物体内可溶性糖的运输必不可少, 同时B是合成含氮碱基的尿嘧啶必需之物, 而尿嘧啶二磷酸葡萄糖(UDPG)是蔗糖合成的前体, 所以B有利于蔗糖合成和糖的外运, 从而降低Al胁迫下油菜幼苗叶片中的可溶性糖含量^[36] ...