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重金属对环境造成的污染问题逐步凸现。现今,土壤污染面积最广、危害最大的环境问题就是重金属污染。镉(Cd)一般在环境中以微量的浓度自然存在,它的水溶性显著高于其它重金属污染物,导致Cd的高毒性,会对植物的生长发育和抗氧化系统都造成损伤。脱落酸(ABA)是一种快速合成的植物生长调节物质,它不仅是一种促进衰老及脱落的生长抑制物质,而且它还可以全面的调控植物的生理功能,并且影响植物的生长和发育。ABA可以通过调节抗氧化防御系统来减少植物的氧化损伤,通过增加与抗逆性相关的代谢物水平来提高植物在逆境中的耐受性,从而参与来自干旱、盐碱、养分、温度和重金属等不同的非生物和生物响应。本实验以绿豆幼苗的根、茎、叶为材料,采用水培实验,通过测定绿豆幼苗的形态指标和生理指标,研究Cd胁迫下ABA对绿豆幼苗生长发育和抗逆性的调控机制,以进一步了解三种器官组织对Cd胁迫的响应差异。主要结果如下。1.绿豆幼苗在50μM、100μM的Cd胁迫10 d后,生长受到明显的抑制。其株高、上胚轴、主根长、侧根数、根和茎叶的鲜重、干重均显著降低,重金属暴露严重影响植物生长发育,使植株矮小、叶片发黄、根系褐变。其中100μM Cd对绿豆幼苗的毒害作用更为明显。外源施加5μM、10μM、15μM的ABA后,Cd造成的绿豆幼苗的生长抑制会得到缓解,上述形态指标比起Cd处理都有所均提高,但依旧低于对照。其中10μM ABA对绿豆幼苗生长抑制的缓解作用最为显著,尤其促进了主根、侧根的生长,增加了根的生物量,ABA主要作用于调控根系。说明外源施用低浓度ABA能促进重金属胁迫下绿豆幼苗的生长。2.100μM Cd胁迫下,绿豆幼苗根中APX、POD、CAT、MDA、Pro、GSH、polyphenol含量升高,SOD、ASA水平降低。Cd胁迫造成了根部的膜脂过氧化并引起细胞的氧化应激,基本导致绿豆幼苗根部抗氧化系统能力增加,Cd胁迫下绿豆幼苗清除活性氧的能力增强。SOD活性降低是因为其在根部脱毒过程中发挥先导作用,面临着较大的重金属浓度,过剩的H2O2导致根组织酶的失活,SOD活性降低。ASA含量的下降可能与活性氧的清除有关,减少的ASA含量主要参与了绿豆幼苗细胞内的ASA-GSH循环。说明Cd处理抑制了部分的抗氧化性系统,降低了的活性氧清除功能。外源施加ABA后,逆转了Cd胁迫引起的POD、CAT、GSH、polyphenol、Pro、MDA水平的升高,SOD、ASA水平的降低,进一步提高了APX活性。ABA最可能通过控制ROS的动态平衡,减少了体内过度积累的H2O2来直接缓解植物的氧化应激,降低了根中的抗氧化水平,减少了膜脂过氧化程度。同时,ABA也通过增强抗氧化防御系统参与了重金属诱导的氧化应激的缓解。这可能是ABA明显缓解Cd胁迫抑制绿豆幼苗生长发育的原因之一。3.绿豆幼苗在Cd处理后,茎中APX、POD、CAT、SOD、MDA、Pro水平增加,polyphenol含量降低。ASA和GSH水平没有受到明显的影响。茎部较低水平的Cd会引起氧化爆发,能够刺激绿豆幼苗抗氧化防御系统,且抗氧化酶活性在9 d内逐渐提高,因为植物在胁迫环境中适应性逐渐增强,清除活性氧自由基的能力也随之提高。polyphenol水平降低由于多酚氧化酶会催化多酚类物质转化为醌类物质。外源施加ABA后,恢复了Cd引起的CAT、SOD活性升高,部分恢复了Cd胁迫造成的APX、MDA、GSH水平的变化。ABA依旧提高了POD、pro水平,进一步降低了polyphenol含量。ABA在很大程度上抵消了Cd胁迫对幼苗茎生长的负面影响。证明ABA的施加改变了Cd胁迫下茎中抗氧化系统的活性,低浓度ABA对逆境胁迫下植物体的膜脂过氧化有明显的缓解作用。4.绿豆幼苗叶在受到Cd胁迫时,上调了POD、SOD、Pro、MDA、Chl、Car的含量。而APX、CAT、ASA、polyphenol水平降低。GSH含量在Cd的胁迫下,先降低后升高。这些系统负责诱导植物的生长和发育。叶中重金属的胁迫已经不能像根中的高浓度的重金属一样调动大多数的抗氧化系统,Cd抑制了植物部分的抗氧化系统。喷洒ABA后,下调了Cd诱导的SOD、MDA、Chl、Car水平的升高和GSH水平的变化,上调了APX、CAT、ASA、polyphenol含量的降低。Cd胁迫进一步增强了POD活性,Pro含量。表明外源施加ABA通过调节绿豆幼苗叶中的抗氧化防御系统和降低植物体内H2O2的水平缓解了重金属诱导的氧化爆发,保护了膜脂过氧化,减少了重金属的有害影响。5.Cd能显著提高根系和茎部的CAT活性,而降低叶片的CAT活性。3个组织的POD活性均有较强的增加,而除了茎中的APX活性有较高的增加外,SOD和APX活性变化都较小。这些结果表明,CAT和POD在维持根、茎和叶对Cd胁迫的氧化还原稳态中起主导作用。有趣的是,Cd胁迫下polyphenol含量在根中强烈增加,而茎叶中的则降低,说明polyphenol在减轻根内Cd引起的氧化应激中起重要作用。Cd胁迫使绿豆幼苗根、茎、叶中MDA含量都升高,但是Cd引起的根系MDA含量的变化明显高于茎、叶。比起对照,Cd胁迫使根、茎、叶中Pro含量都显著升高。施加ABA后逆转了根、茎和叶中CAT活性的变化。另外,Cd+ABA处理对根、茎、叶的POD活性有较强的诱导作用。ABA可以逆转根和叶中Cd对ASA水平的降低,对MDA水平的增加,也逆转了根中Cd对GSH、polyphenol和Pro水平的升高。ABA通过恢复抗氧化酶活性和抗氧化剂、MDA、Pro、光合色素的水平来减轻Cd的毒性作用。根在Cd解毒中起主要作用,茎和叶也参与了这一过程。ABA的叶面施用迅速转移到根上,调节了叶片、茎和根对Cd胁迫的多种反应过程。