Page 103 - 《广西植物》2025年第10期

１０ 期 钟楚等: 铝胁迫对穿心莲抗氧化能力和碳氮代谢的影响 １ ８ ３ ３

( １. Ｇｕａｎｇｘｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔꎬ Ｇｕａｎｇｘｉ Ｂｏｔａｎｉｃａｌ Ｇａｒｄｅｎ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ Ｐｌａｎｔｓꎬ
Ｎａｎｎｉｎｇ ５３００２３ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ２. Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ ＴＣＭ Ｉｎｈｅｒｉｔａｎｃｅ ａｎｄ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎꎬ Ｇｕａｎｇｘｉ Ｂｏｔａｎｉｃａｌ Ｇａｒｄｅｎ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ
Ｐｌａｎｔｓꎬ Ｎａｎｎｉｎｇ ５３００２３ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ３. Ｇｕａｎｇｘｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｒｅ ｏｆ ＴＣＭ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｒｅａｔｉｏｎꎬ Ｇｕａｎｇｘｉ
Ｂｏｔａｎｉｃａｌ Ｇａｒｄｅｎ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ Ｐｌａｎｔｓꎬ Ｎａｎｎｉｎｇ ５３００２３ꎬ Ｃｈｉｎａ )

３＋
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ａｌｕｍｉｎｕｍ ( Ａｌ ) ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ａｂｉｏｔｉｃ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｔｈａｔ ｒｅｓｔｒｉｃｔ ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｉｎ ａｃｉｄｉｃ ｓｏｉｌｓ.
Ａｎｄｒｏｇｒａｐｈｉｓ ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ｉｓ ａ ｍａｊｏｒ ｓｏｕｔｈｅｒｎ ｍｅｄｉｃｉｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ Ｃｈｉｎａꎬ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｃｉｄｉｃ ｓｏｉｌ
３＋
ａｒｅａｓ ｏｆ ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｇｕａｎｇｘｉ ａｎｄ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ. Ｈｏｗｅｖｅｒꎬ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｏｆ Ａ.
ｐａｎｉｃｕｌａｔａ (Ｃｈｕａｎｘｉｎｌｉａｎ) ｈａｖｅ ｎｏｔ ｂｅｅｎ ｒｅｐｏｒｔｅｄ. Ｕｓｉｎｇ ｍｅｄｉｃｉｎａｌ ｐｌａｎｔ Ａ. ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ａｓ ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌꎬ ａ
３＋
ｓｏｉｌｌｅｓｓ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｉｔｓ ａｎｔｉｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ
３＋ ￣１
ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ (０ꎬ １０ꎬ ２０ꎬ ５０ꎬ ａｎｄ １００ ｍｍｏｌＬ ). Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
３＋
ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ: (１) Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ Ａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎꎬ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ Ｈ Ｏ ａｎｄ ｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ (ＭＤＡ) ａｎｄ
２ ２
￣１ ３＋
ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｃａｔａｌａｓｅ (ＣＡＴ) ａｎｄ ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ ｄｉｓｍｕｔａｓｅ (ＳＯＤ) ｗｅｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ. Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ５０ ｍｍｏｌＬ Ａｌ ｆｏｒ
３＋
７ ｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ. (２) Ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ Ａｌ
￣１ ３＋ ＋
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ. Ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｕｎｄｅｒ ５０ ｍｍｏｌＬ Ａｌ ꎬ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ＮＨ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ
４
３＋
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ. Ａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｇｌｕｔａｍｉｎｅ ｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ ( ＧＳ) ａｃｔｉｖｉｔｙ ｗｈｉｌｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ
ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｇｌｕｔａｍａｔｅ ｓｙｎｔｈａｓｅ ( ＧＯＧＡＴ)ꎬ ｇｌｕｔａｍａｔｅ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ ( ＧＤＨ)ꎬ ｇｌｕｔａｍｉｃ￣ｏｘａｌｏａｃｅｔｉｃ
３＋
ｔｒａｎｓａｍｉｎａｓｅ ( ＧＯＴ ) ａｎｄ ｇｌｕｔａｍｉｃ￣ｐｙｒｕｖｉｃ ｔｒａｎｓａｍｉｎａｓｅ ( ＧＰＴ ). ( ３ ) Ａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ
ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｅ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ. Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ａｓｐａｒｔｉｃ ａｃｉｄꎬ ｇｌｕｔａｍｉｃ ａｃｉｄꎬ ｓｅｒｉｎｅꎬ ｇｌｙｃｉｎｅꎬ ｈｉｓｔｉｄｉｎｅꎬ ａｒｇｉｎｉｎｅꎬ
３＋
ｔｈｒｅｏｎｉｎｅꎬ ａｎｄ ｐｒｏｌｉｎｅ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ Ａｌ ｓｔｒｅｓｓ. Ｉｎ ｃｏｎｔｒａｓｔꎬ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｍｅｔｈｉｏｎｉｎｅꎬ ｃｙｓｔｅｉｎｅꎬ
３＋ ３＋
ｖａｌｉｎｅꎬ ｉｓｏｌｅｕｃｉｎｅꎬ ｌｅｕｃｉｎｅꎬ ａｎｄ ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ ｗｅｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｕｎｄｅｒ Ａｌ ｓｔｒｅｓｓ. ( ４ ) Ａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ
ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓꎬ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｔｓ ｎｏｎ￣ｓｔｏｍａｔａｌ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎꎬ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｌａｔｅ ａｎｄ ｃｉｔｒａｔｅ ｉｎ Ａ.
３＋
ｐａｎｉｃｕｌａｔａ. Ｉｎ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎꎬ Ａ. ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ Ａｌ ｓｔｒｅｓｓꎬ ｗｈｉｃｈ ｃａｕｓｅｓ ｄｉｓｏｒｄｅｒｓ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ
ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍꎬ ａ ｄｅｃｌｉｎｅ ｏｆ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔｙꎬ ａｎｄ ａ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ａｃｉｄ
ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎꎬ ｅｘａｃｅｒｂａｔｉｎｇ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ Ａ. ｐａｎｉｃｕｌａｔａ. Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ
３＋
ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｔｏｘｉｃｉｔｙ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ａｎｄ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ Ａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆ Ａ. ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ｂｙ
ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｓ. Ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｒｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｔｏ
３＋
ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆ Ａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ Ａ. ｐａｎｉｃｕｌａｔａ ａｎｄ ｅｌｕｃｉｄａｔｅ ｉｔｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ.
３＋
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ａｌ ｓｔｒｅｓｓꎬ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍꎬ Ａｎｄｒｏｇｒａｐｈｉｓ ｐａｎｉｃｕｌａｔａꎬ ｆｒｅｅ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓꎬ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ

铝胁迫是热带和亚热带地区酸性土壤中植物 者关系密切ꎬ二者的平衡在植物适应环境中起到关
面临的主要非生物胁迫之一ꎬ是酸性土壤中作物生 键作用ꎮ 碳、氮代谢与植物的耐铝性有密切关系ꎮ
长的主要限制因子ꎮ 由于过度频繁的耕作和生理 铝胁迫影响植物体内碳水化合物的变化ꎬ如铝胁迫
酸性肥料的过量使用ꎬ土壤有进一步酸化的趋势ꎬ 使龙眼幼苗碳积累下降ꎬ而糖含量增加ꎬ有机酸在
这使得作物铝胁迫问题变得日益严重(黄玉婷等ꎬ 根中 积 累 增 加 而 在 茎 和 叶 中 积 累 下 降 ( 万 泉ꎬ
２０１８)ꎮ 铝胁迫对作物的种子发芽、生长、产量和品 ２００７)ꎮ 铝胁迫通过下调质膜 Ｈ －ＡＴＰａｓｅ 基因的表
＋
质形成都产生不利影响ꎮ 一般而言ꎬ根系生长受抑 达降低水稻对硝酸根的吸收(周小华等ꎬ２０１６ꎻ 董雅
和抗氧化系统损伤是铝胁迫对植物造成伤害的主 群等ꎬ２０２４)ꎻ陈东杰等(２０１４)比较不同耐铝性黑大
要原因(Ｍａ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１２)ꎮ 根是铝胁迫作用于植物 豆在铝胁迫下的硝酸根吸收差异ꎬ发现铝耐受型黑
的首要部位ꎬ目前关于铝胁迫对植物根系发育的影 大豆的硝酸根吸收量比敏感型黑大豆的硝酸根吸
响及根系分泌物在植物解铝毒中的作用机制已有 收量高 １ 倍以上ꎻ在玉米和拟南芥中ꎬＺｍＮＲＴ１.１Ａ

较广泛而深入的研究(高小凤等ꎬ２０１６ꎻ Ｏｆｏｅ ｅｔ ａｌ.ꎬ 和 ＡｔＮＲＴ１.１ 介导的硝酸根转运可保守地增强二者
２０２３)ꎮ 铝胁迫对植物地上部的影响则主要是降低 对铝胁迫的耐受性( Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２３)ꎮ 此外ꎬ植

植物光合作用和呼吸作用(邓晓霞等ꎬ２０２２)ꎮ 物对铝胁迫的耐受性还与其对氮形态的偏好性有
碳、氮代谢是植物最基础的生理代谢过程ꎬ二 关ꎮ 水稻中粳稻偏好铵态氮而耐铝ꎬ籼稻则偏好硝