公勤 ，李兆華 ，王玲，宋雅琦，康群，戴同威

1. 湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062；2. 新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉 831100；3. 湖北省農(nóng)村安全飲水工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430062

Cu是自然界廣泛存在的一種金屬元素。近年來，由于銅礦肆意開采和冶煉，農(nóng)業(yè)中含Cu農(nóng)藥、含Cu糞肥，以及污水灌溉的不合理使用，導(dǎo)致土壤中 Cu 含量超標(biāo)（Upadhyay et al.，2010；Mo?d?eń et al.，2016）。過量的Cu會(huì)抑制植物生長，降低光合作用，破壞質(zhì)膜完整性，擾亂礦質(zhì)元素吸收以及改變細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)（Zhang et al.，2010）。植物應(yīng)對(duì)Cu毒害已經(jīng)進(jìn)化出多種機(jī)制，如將Cu與細(xì)胞壁結(jié)合、與植物螯合素螯合、液泡分隔等（Zhu et al.，2013），以提高植物對(duì)Cu的耐受性。

赤霉素（GA3）是一種重要的植物生長調(diào)節(jié)劑，除了具有促進(jìn)細(xì)胞分裂、種子萌發(fā)、植物生長等作用，還能參與植物生理代謝、誘導(dǎo)信號(hào)傳導(dǎo)（Lovegrove et al.，2000；Zhu et al.，2012），緩解重金屬對(duì)植物毒害（Piotrowska-Niczyporuk et al.，2012），減少重金屬在植物體內(nèi)積累（Abd et al.，2009），提高植物的抗氧化能力（Alonso-Ramirez et al.，2009）。目前，GA3調(diào)節(jié)重金屬對(duì)植物毒害的研究內(nèi)容主要集中在重金屬 Cd中，如 GA3緩解 Cd對(duì)龍葵Solanum nigrum（Ji et al.，2015）、銀膠菊Parthenium hysterophorus（Hadi et al.，2014）、向日葵 Helianthus annuus（Ouzounidou et al.，2005）、萬壽菊 Tageteserecta（Sun et al.，2013）和擬南芥Arabidopsis thaliana（Zhu et al.，2012）等植物的毒害作用，而GA3對(duì)其他重金屬元素毒性的調(diào)節(jié)作用研究較少。

菠菜（Spinacia oleracea L.）是石竹目藜科的一種草本植物，具有葉面積大、相對(duì)生長率高、重金屬吸收率高等特點(diǎn)，近年來，在科研中它與同科目的其他植物常用于觀察其生長對(duì)重金屬污染和毒性的響應(yīng)研究（Naz et al.，2013；Alia et al.，2015）。Liu et al.（2005）、Khan et al.（2008）、Monu et al.（2008）的研究結(jié)果已表明菠菜具有一定的耐Cu性，本課題組前期的研究也得到了同樣結(jié)果（Gong et al.，2019），但是該植物的耐Cu機(jī)理仍不清楚。因此，本研究以菠菜幼苗為試驗(yàn)材料，比較正常生長、Cu脅迫以及GA3與Cu復(fù)合脅迫作用下，菠菜幼苗生物量、氧化應(yīng)激反應(yīng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、Cu2+積累、礦質(zhì)元素吸收以及細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化，從生長生理角度揭示菠菜的耐 Cu機(jī)理以及 GA3對(duì)其耐 Cu機(jī)理的調(diào)節(jié)效應(yīng)，為Cu污染地區(qū)蔬菜栽培管理和重金屬耐性品種篩選提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料培養(yǎng)與試驗(yàn)處理

1.1 試驗(yàn)材料培養(yǎng)

本試驗(yàn)供試品種為日本大葉菠菜，種子生產(chǎn)商為河北省青縣王鎮(zhèn)店種子繁育站。選取顆粒飽滿的種子，用0.1% NaClO消毒10 min，再用去離子水沖洗干凈后，均勻置于內(nèi)有濾紙的培養(yǎng)皿（直徑9 cm）中，放入25 ℃培養(yǎng)箱中避光催芽48 h后，在塑料大棚內(nèi)將露白的種子播于泥炭土中。待幼苗長至10 cm左右時(shí)，挑選生長一致的幼苗移栽至長53 cm、寬23 cm、高18 cm的塑料盆內(nèi)，每盆10株。盆下用托盤襯底，盆內(nèi)基質(zhì)為泥炭土、珍珠巖（7?3）混合而成，每盆基質(zhì)總質(zhì)量為3 kg（干重為2.1 kg）。培養(yǎng)20 d，待長出旺盛根系后進(jìn)行試驗(yàn)處理，培養(yǎng)期間視土壤濕度情況澆灌完全 Hoagland營養(yǎng)液。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)設(shè)置 9個(gè)處理濃度，即 C1（Cu2+0 mg·kg-1+GA30 mg·L-1，作為對(duì)照），C2（Cu2+700 mg·kg-1+GA30 mg·L-1），T1（Cu2+700 mg·kg-1+GA33 mg·L-1），T2（Cu2+700 mg·kg-1+GA35 mg·L-1），T3（Cu2+700 mg·kg-1+GA310 mg·L-1），T4（Cu2+700 mg·kg-1+GA320 mg·L-1），T5（Cu2+700 mg·kg-1+GA340 mg·L-1），T6（Cu2+700 mg·kg-1+GA360 mg·L-1），T7（Cu2+700 mg·kg-1+GA380 mg·L-1），每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。Cu2+以CuSO4（分析純）的形式提供。用完全 Hoagland營養(yǎng)液配制 700 mg·kg-1Cu2+溶液，用 0.1 mmol·L-1NaOH 或 HCl調(diào)節(jié)溶液pH值至(6.5±0.3)。對(duì)照（C1）只澆灌400 mL完全Hoagland營養(yǎng)液，C2－T7處理每盆澆灌400 mLCu2+溶液，溢到托盤內(nèi)的溶液再次倒入盆內(nèi)，以確保盆內(nèi)土壤Cu2+終濃度為700 mg·kg-1。

第二天早上，除對(duì)照（C1）外，其余各處理幼苗葉部噴施對(duì)應(yīng)濃度的GA3溶液。用1 mL酒精溶解各處理中的 GA3試劑，用含有 0.1% Tween 20（C58H114O26，一種表面活性劑和分散劑）的去離子水稀釋GA3溶液至各處理濃度。用噴施面積為1 cm3的霧狀噴霧器向葉片正面噴3次處理液，至葉片有水珠滴下，每盆總噴施量為20 mL；C2處理只噴施20 mL含有0.1% Tween 20的去離子水。處理期間，根據(jù)溫度的變化，每天以去離子水補(bǔ)充土壤所蒸發(fā)損失的水分，使其盆土總質(zhì)量保持在(3.4±0.05) kg。試驗(yàn)幼苗的培養(yǎng)條件為溫度22/15 ℃（白天/夜晚），相對(duì)濕度70%－80%，光照14 h、黑暗10 h，光照強(qiáng)度為8000 lx。處理7 d后取樣測定生理指標(biāo)。試驗(yàn)材料和試驗(yàn)所用處理液濃度由前期大量預(yù)試驗(yàn)所得。

2 測定指標(biāo)及方法

2.1 生物量測定

將各處理組幼苗從盆中小心取出，先用自來水沖洗，再用去離子水反復(fù)沖洗3次，吸干水分后，將葉、莖、根分開，迅速稱鮮質(zhì)量（FM）。隨后，將鮮樣裝入烘干袋中，放入烘箱于105 ℃下殺青10 min后，再降至80 ℃烘至質(zhì)量恒定，稱干質(zhì)量（DM）。

2.3 脯氨酸、可溶性蛋白含量測定

采用酸性茚三酮顯色法測定脯氨酸含量（Tewari et al.，2002）。稱取葉部鮮樣，加入磺基水楊酸，沸水中提取冷卻后，吸取上清液，加入冰醋酸和酸性茚三酮，于沸水浴中加熱 30分鐘后冷卻至室溫，加入甲苯，充分振蕩，靜置分層后取上層溶液，測定520 nm波長下的吸光度值。以牛血清白蛋白為蛋白標(biāo)準(zhǔn)，采用考馬斯亮藍(lán)G-250方法測定酶提物的總可溶性蛋白含量。將上清液和染料置于分光光度計(jì)試管中，在 595 nm處測定吸光度（Banu Do?anlar，2015）。

2.4 礦質(zhì)元素含量測定

將各處理盆內(nèi)的菠菜幼苗取出，剪下根，在20 mmol·L-1Na2-EDTA溶液中浸泡 3 h除去表面吸附的 Cu2+，用去離子水反復(fù)沖洗干凈后用吸水紙吸干，分別裝入烘干袋中；將菠菜葉片用去離子水反復(fù)沖洗干凈后用吸水紙吸干，裝入烘干袋中。將葉片、根樣品放入烘箱中 105 ℃殺青后，80 ℃烘干至恒量，研磨粉碎后過80目篩。采用硫酸-雙氧水消解，半微量凱式定氮法測定植物N含量；采用硝酸-雙氧水消解，ICP-AES測定植物中的P、K、Cu、Ca、Mg、Fe 含量（Dos Santos et al.，2014）。

2.5 透射電鏡觀測

隨機(jī)選取各處理盆中幼嫩的菠菜葉片，每個(gè)處理選取3株幼苗，將其幼嫩葉片從中部切成連續(xù)的3段，每段約2 mm，迅速放入裝有2.5%戊二醛（pH 7.4，0.1 mol·L-1的PBS緩沖液配制）的帶塞瓶內(nèi)，抽真空后于4 ℃下固定4 h，再轉(zhuǎn)入1%鋨酸（pH 7.4，0.1 mol·L-1的 PBS緩沖液配制）中于室溫（20 ℃）下固定2 h，經(jīng)乙醇系列脫水，SPURR樹脂浸透、包埋、聚合，在 LKB型超薄切片機(jī)上切片，經(jīng)醋酸鈾-檸檬酸鉛雙重染色后，用透射電子顯微鏡（JEOL TEM-1230EX，Tokyo，Japan）觀察并拍照（Gill et al.，2015）。

2.6 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel 2007和SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素（One-way ANOVA）和Duncan法進(jìn)行方差分析和多重比較（α=0.05），用Pearson法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析。運(yùn)用Origin Pro 9.0軟件作圖。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

3 結(jié)果與分析

3.1 Cu脅迫及GA3對(duì)Cu脅迫下菠菜幼苗生物量的影響

圖 1顯示，與對(duì)照（C1）相比，Cu脅迫時(shí)菠菜幼苗總FW、總DW均為顯著降低趨勢（P＜0.05），較對(duì)照（C1）相比分別降低了 31.9%、40.9%。噴施GA3后（T1－T7處理），與C2處理相比，菠菜總FW、總DW均呈增加趨勢，其中T1、T2處理幼苗總FW、總DW的增幅最大，總FW較C2處理增加了25.5%和19.3%，總DW較C2處理增加了37.4%和26.7%。隨GA3噴施濃度增加，幼苗總FW、總DW增幅逐漸減少，T6、T7處理幼苗的總FW、總 DW均降至最小值。此外，各處理下菠菜幼苗葉、莖、根部FW和DW的變化規(guī)律與總FW、總DW的變化規(guī)律一致。

3.2 Cu脅迫及GA3對(duì)Cu脅迫下菠菜幼苗MDA、ROS含量的影響

圖1 Cu脅迫及GA3對(duì)Cu脅迫下菠菜幼苗鮮質(zhì)量（a）、干質(zhì)量（b）的影響Fig. 1 Effect of Cu stress and GA3 on fresh mass (a) and dry mass (b) of Spinacia oleracea seedlings under Cu stress

圖2 Cu脅迫及GA3對(duì)Cu脅迫下菠菜幼苗MDA（a）、（b）、H2O2（c）含量的影響Fig. 2 Effects of Cu stress and GA3 on contents of MDA (a), (b) and H2O2 (c) in Spinacia oleracea seedlings under Cu stress

3.3 Cu脅迫及GA3對(duì)Cu脅迫下菠菜幼苗脯氨酸、可溶性蛋白含量的影響

圖 3a顯示，C2處理中菠菜幼苗體內(nèi)脯氨酸、可溶性蛋白含量較對(duì)照（C1）分別增加了 55.4%、17.3%。噴施GA3后（T1－T7處理），T1－T3處理中脯氨酸含量較C2處理分別下降了74.4%、45.4%和40.0%，隨后T4－T7處理中的脯氨酸含量逐漸增加，在T5處理時(shí)脯氨酸含量達(dá)到最大值。從圖3b可以看出，T1、T2處理幼苗體內(nèi)可溶性蛋白含量較C2分別增加了36.9%和49.2%，隨后其含量隨GA3濃度增加呈遞減趨勢，在T7處理時(shí)，可溶性蛋白含量降至最小值，較C2相比減少了15.7%。

圖3 Cu 脅迫及GA3對(duì)Cu脅迫下菠菜幼苗脯氨酸（a）和可溶性蛋白（b）含量的影響Fig. 3 Effects of Cu stress and GA3 on proline (a) and soluble protein (b)contents in Spinacia oleracea seedlings under Cu stress

3.4 Cu脅迫及GA3對(duì)Cu脅迫下菠菜幼苗Cu吸收的影響

由表 1可知，C2處理中菠菜幼苗葉部、根部Cu含量較對(duì)照（C1）顯著增加（P＜0.05），且葉部Cu含量顯著高于根部，其含量為根部的15.5倍。噴施GA3后（T1－T7處理），與C2處理相比，菠菜葉部Cu含量減少，而根部Cu含量增加，其中，T2處理葉部Cu含量降至最小值，較C2處理下降了82.5%，根部Cu含量增至最大值，為C2處理的1.0倍；T3－T7處理葉部Cu含量增加，根部Cu含量有不同程度的下降趨勢。

3.5 Cu脅迫及GA3對(duì)Cu脅迫下菠菜幼苗礦質(zhì)元素吸收的影響

由表2顯示，與對(duì)照（C1）相比，C2處理菠菜幼苗葉部、根部N、P、K、Fe、Zn含量增加，Ca、Mg含量減少。噴施GA3后（T1－T7處理），T1、T2處理葉部N、K、Ca、Mg含量增幅最大，其平均值較C2分別增加了3.4%、84.4%、90.7%和130%，Zn含量降幅最小，其平均值較 C2相比減少了23.8%，而 P含量在 T2－T4處理時(shí)增幅最大，F(xiàn)e含量僅在T1處理時(shí)增至最大值；T1、T2處理時(shí)，根部礦質(zhì)元素的變化規(guī)律表現(xiàn)為P、K、Ca、Mg、Zn含量增幅最大，其平均值較 C2分別增加了46.4%、92.3%、17.8%、98.2%和39.9%；Fe含量降幅最小，其平均值較C2減少了19.5%；而N含量僅在T2處理增幅最大，較C2相比增加了6.2%。此外，隨GA3噴施濃度增加，葉部、根部的7種元素均在T5－T7處理時(shí)降至最小值。

表1 Cu脅迫及GA3對(duì)Cu脅迫下菠菜幼苗Cu吸收的影響Table 1 Effects of Cu stress and GA3 on Cu absorption of Spinacia oleracea seedlings under Cu stress

表2 Cu脅迫及GA3對(duì)Cu脅迫下菠菜幼苗葉部、根部礦質(zhì)元素吸收的影響Table 2 Effects of Cu stress and GA3 on the uptake of mineral elements in leaves and roots of Spinacia oleracea seedlings under Cu stress

3.6 Cu脅迫及GA3對(duì)Cu脅迫下菠菜幼苗葉部細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)照（C1）處理幼苗葉部細(xì)胞中細(xì)胞壁、葉綠體、線粒體、核膜、核仁、液泡清晰可見，各細(xì)胞器發(fā)育良好、結(jié)構(gòu)完整（圖4 C1-1和C1-2）。C2處理葉部細(xì)胞出現(xiàn)液泡面積擴(kuò)大、葉綠體腫脹、基粒片層貼靠在葉綠體內(nèi)膜周圍，線粒體體積、數(shù)量減少（圖 4 C2-1，C2-2）。T1、T3處理葉綠體腫脹狀態(tài)基本消失，基粒片層堆疊緊密，均勻分布在葉綠體內(nèi)部，液泡面積縮小，線粒體清晰可見，細(xì)胞核逐漸恢復(fù)（圖4 T1-1－T3-2）。T4、T5處理細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)仍保持完整，葉綠體結(jié)構(gòu)稍有腫脹，液泡面積逐漸變大，部分細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞核解體，線粒體膜呈彌漫性，內(nèi)脊變得模糊不清甚至斷裂（圖4 T4-1－T5-2）。T6－T7處理細(xì)胞形狀變得狹長，葉綠體數(shù)量減少，基粒片層堆疊高度下降，細(xì)胞核膜表現(xiàn)為核固縮，染色質(zhì)凝聚形成多核結(jié)構(gòu)和小泡（圖 4 T6-1－T7-2）。

4 討論

4.1 Cu脅迫對(duì)菠菜幼苗生長生理特性的影響

圖4 Cu脅迫及GA3對(duì)Cu脅迫下菠菜幼苗葉部細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響Fig. 4 Effect of Cu stress and GA3 on ultrastructure of leaf cells of Spinacia oleracea seedlings under Cu stress

Cu是植物生長發(fā)育的必需微量元素，植物正常生長所需的Cu含量是5－25 mg·kg-1，當(dāng)植物體內(nèi)Cu含量超過30 mg·kg-1時(shí)，會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用（Kr?mer，2010；Zheng et al.，2019）。過量的 Cu會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧（ROS）物質(zhì)，如過氧化氫（H2O2）、超氧化物（）和羥基自由基（-OH）等，這些ROS物質(zhì)與植物體內(nèi)的脂類、核酸、蛋白質(zhì)快速反應(yīng)形成膜脂過氧化反應(yīng)，造成細(xì)胞膜損傷、酶活性失活，影響細(xì)胞的生存能力、抑制植物生長（Arora et al.，2012；Hussain et al.，2014）。MDA是膜質(zhì)過氧化的重要產(chǎn)物，其含量反映了植物膜脂過氧化程度，與植株受害程度有密切的關(guān)系（Rombel-Bryzek et al.，2017）。本研究中，700 mg·kg-1Cu脅迫時(shí)（C2處理），菠菜幼苗體內(nèi)的、H2O2、MDA含量顯著增加，生物量明顯下降，表明高濃度Cu脅迫能夠引起植物產(chǎn)生大量的 ROS物質(zhì)，擾亂植物對(duì)進(jìn)出細(xì)胞物質(zhì)的控制能力及內(nèi)穩(wěn)態(tài)的平衡，導(dǎo)致膜質(zhì)過氧化傷害程度加劇，抑制植物生長（陳鑌等，2019）。盡管高濃度Cu脅迫給菠菜幼苗帶了如此大的傷害，但是植物體內(nèi)的脯氨酸、可溶性蛋白含量仍表現(xiàn)出增加趨勢，幼苗也處于存活狀態(tài)，表明該植物具有較強(qiáng)的耐Cu性。但是不同植物的耐Cu性存在差異，有報(bào)道顯示，銅礦指示性植物海州香薷 Elsholtzia splendens能在600－3000 mg·kg-1Cu的土壤中完成整個(gè)生命周期，該植物的根部是吸收和蓄積Cu的主要器官（Jiang et al.，2004；Liu et al.，2005）；銅礦區(qū)（Cu含量 1158 mg·kg-1）的優(yōu)勢物種白茅 Imperata cylindrical，其根部的蓄Cu能力也強(qiáng)于葉部（Zheng et al.，2019）。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)果不同，700 mg·kg-1Cu脅迫時(shí)（C2處理），菠菜幼苗葉部、根部Cu含量顯著增加，且葉部的Cu含量顯著高于根部，表明葉部是菠菜幼苗蓄Cu的主要器官，雖然本研究中菠菜生長環(huán)境中的Cu濃度不及上述兩種植物高，但也能表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐Cu性。

此外，Cu脅迫也會(huì)干擾植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收和運(yùn)輸，導(dǎo)致植物出現(xiàn)養(yǎng)分不平衡、生理功能紊亂等毒害癥狀（Zhang et al.，2010）。本研究結(jié)果顯示，與正常生長的幼苗相比（C1），700 mg·kg-1Cu脅迫時(shí)（C2處理），菠菜幼苗葉部、根部N、P、K、Fe、Zn含量均有增加趨勢，這可能是由于高濃度Cu脅迫下，植物啟動(dòng)體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)，抵御脅迫環(huán)境，主動(dòng)吸收、積累大量的礦質(zhì)元素，維持其生命活動(dòng)，這也是菠菜具有較強(qiáng)耐Cu性的一種表現(xiàn)。Ca、Mg是植物生長發(fā)育的必需元素，Ca具有保護(hù)細(xì)胞膜、促進(jìn)植物生長的作用（Tuna et al.，2008），Mg是葉綠素分子的中心原子，也是蛋白質(zhì)合成過程中核糖體亞單位聚集的重要元素（Shaul，2002；Souza et al.，2014）。本研究中，高濃度Cu脅迫導(dǎo)致菠菜體內(nèi)Ca、Mg含量減少，表明這兩種元素相對(duì)于其他礦質(zhì)元素可能更容易受到Cu脅迫的影響，從而導(dǎo)致其吸收量減少，或是由于細(xì)胞膜損傷、膜透性增加造成離子外流，最終在植物體內(nèi)表現(xiàn)出 Ca含量下降，對(duì)細(xì)胞膜的保護(hù)作用減弱；而Mg含量下降影響植物葉綠素的合成，植物光合作用受到抑制（Shaul，2002；Tuna et al.，2008）。

細(xì)胞是植物生命活動(dòng)的基本單位。在重金屬脅迫下，植物體內(nèi)的超微結(jié)構(gòu)也會(huì)因重金屬的濃度和脅迫時(shí)間而發(fā)生改變（徐義昆等，2015）。本研究結(jié)果顯示，正常生長情況下（C1），菠菜幼苗葉部細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞壁、細(xì)胞核、核膜、核仁清晰可見，葉綠體內(nèi)外膜完整，基粒片層排列整齊，液泡居于細(xì)胞中部。700 mg·kg-1Cu脅迫時(shí)（C2處理），菠菜幼苗葉部細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞核消失，線粒體數(shù)量減少，液泡面積擴(kuò)大、葉綠體腫脹、基粒片層貼靠在葉綠體內(nèi)膜周圍，其原因可能是高濃度Cu2+進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞膨壓增大所致（Peck et al.，2010）；其次，高濃度Cu也抑制了菠菜幼苗細(xì)胞內(nèi)線粒體合成，導(dǎo)致其體積、數(shù)量減少。相同研究結(jié)果在同類試驗(yàn)中也出現(xiàn)，如Cu脅迫導(dǎo)致石花菜 Gelidium floridanum葉肉細(xì)胞壁厚度增加、葉綠體解體、線粒體腫脹（Dos Santos et al.，2014）；可可Theobroma cacao植物葉部受到Cu脅迫后葉綠體膜破裂、類囊體腫脹（Souza et al.，2014）。

4.2 GA3對(duì) Cu脅迫下菠菜幼苗生長生理特性的影響

重金屬脅迫時(shí)，外源添加GA3能夠減少植物吸收重金屬，減緩重金屬對(duì)植物的脅迫傷害。本研究結(jié)果顯示，向Cu脅迫菠菜幼苗葉部噴施濃度低于5 mg·L-1的 GA3溶液時(shí)（T1、T2處理），幼苗體內(nèi)的、H2O2含量降低，可溶性蛋白含量、生物量增加，表明濃度低于5 mg·L-1的GA3溶液，能降低Cu脅迫對(duì)菠菜幼苗的膜質(zhì)過氧化傷害，抑制 ROS物質(zhì)的產(chǎn)生，促進(jìn)植物生長（Zhu et al.，2012；Ben Massoud et al.，2017）。但繼續(xù)增加GA3濃度，菠菜體內(nèi)的H2O2、MDA含量顯著增加，脯氨酸含量也增加，而可溶性蛋白含量降低，菠菜幼苗鮮重、干重降低，表明高濃度的GA3會(huì)加劇Cu脅迫對(duì)菠菜幼苗的脅迫傷害，抑制可溶性蛋白的合成，降低其生長量，但是植物仍能增加脯氨酸含量抵御脅迫傷害（Wang et al.，2015；Muniandi et al.，2018）。此外，噴施濃度為5 mg·L-1GA3溶液時(shí)，菠菜葉部Cu含量降至最小值，而根部Cu含量增至最大值，表明5 mg·L-1GA3濃度能減少菠菜葉部吸收、積累Cu2+（Zhu et al.，2012），緩解Cu脅迫對(duì)幼苗葉部的毒害。類似結(jié)果在同類研究中也有出現(xiàn)，如1 mmol·L-1GA3能減輕 Cu 對(duì)豌豆 Pisum sativum 幼苗的傷害（Ben Massoud et al.，2017），100 mg·L-1GA3能減輕Cd2+和Pb2+對(duì)蠶豆Vicia faba和羽扇豆Lupinus植物的危害 （Abd et al.，2009）。但繼續(xù)增加GA3濃度，菠菜葉部Cu含量降幅減少，根部Cu含量增幅也減少，表明GA3濃度增加促進(jìn)了菠菜幼苗葉部對(duì) Cu2+的吸收，而減弱了根部 Cu2+積累，其原因可能是高濃度 GA3對(duì)細(xì)胞分裂、加速生長的促進(jìn)作用過強(qiáng)，導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增加，Cu2+順勢進(jìn)入根部細(xì)胞，植物為減輕大量 Cu2+聚集對(duì)根部細(xì)胞的傷害，主動(dòng)將 Cu2+遷移至葉部，從而導(dǎo)致葉部Cu含量多于根部（Hadi et al.，2014；Ji et al.，2015；邵君偉，2015）。

礦質(zhì)元素是參與植物生理代謝的重要物質(zhì)（Zhang et al.，2010）。非生物脅迫條件下，GA3能夠改變植物對(duì)礦質(zhì)元素吸收和運(yùn)輸（Tuna et al.，2008）。在本研究中，噴施濃度低于 5 mg·L-1的GA3時(shí)（T1、T2處理）時(shí)，與Cu脅迫（C2處理）相比，菠菜幼苗葉部N、K、Ca、Mg含量增幅最大，Zn含量降幅最小，根部P、K、Ca、Mg、Zn含量增幅最大，F(xiàn)e含量降幅最小，表明Cu脅迫下，低于5 mg·L-1的GA3處理能促進(jìn)菠菜幼苗吸收礦質(zhì)元素，這可能是GA3降低了Cu脅迫對(duì)植物細(xì)胞膜的氧化損傷，細(xì)胞膜的完整性得到了恢復(fù)，植物吸收的礦質(zhì)元素能夠保存在細(xì)胞內(nèi)，也可能是GA3調(diào)節(jié)改變了植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收通道，緩解了Cu2+對(duì)等價(jià)礦質(zhì)元素吸收的拮抗效應(yīng)（Ashraf et al.，2002）。但隨 GA3濃度繼續(xù)增加，菠菜幼苗葉部、根部吸收礦質(zhì)元素含量下降，其原因可能是GA3濃度過高導(dǎo)致菠菜幼苗體內(nèi)的氧化傷害加劇，植物體內(nèi)產(chǎn)生了大量的ROS物質(zhì)，造成細(xì)胞膜透性增加，礦質(zhì)元素外流（Hadi et al.，2014；Ji et al.，2015）。

植物葉片組織和細(xì)胞器結(jié)構(gòu)會(huì)因植物生長環(huán)境和外界刺激而發(fā)生變化（Du et al.，2017），葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的重要細(xì)胞器，其結(jié)構(gòu)的完整性是植物進(jìn)行高效光合的前提（黃曉霞等，2017）。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，與 Cu脅迫相比，噴施濃度低于5 mg·L-1的GA3時(shí)（T1、T2處理），菠菜幼苗葉部細(xì)胞葉綠體腫脹狀態(tài)基本消失，基粒片層堆疊緊密，均勻分布在葉綠體內(nèi)部，液泡面積縮小，線粒體清晰可見，細(xì)胞核逐漸恢復(fù)，表明低濃度的GA3溶液能緩解Cu脅迫對(duì)植物細(xì)胞傷害，促使細(xì)胞結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常，從而使細(xì)胞器較正常地發(fā)揮生理功能。但繼續(xù)增加GA3濃度，菠菜幼苗細(xì)胞中的葉綠體、線粒體、細(xì)胞核數(shù)量出現(xiàn)不同程度的下降，結(jié)構(gòu)模糊不清等，這可能是GA3添加濃度過高逆轉(zhuǎn)了其對(duì)Cu脅迫菠菜幼苗的緩解作用，導(dǎo)致脅迫傷害加重（Muniandi et al.，2018）。

5 結(jié)論

700 mg·kg-1Cu脅迫時(shí)，菠菜幼苗體內(nèi)Cu含量顯著增加、氧化傷害加劇，生長量和Ca、Mg含量均受到抑制，細(xì)胞器結(jié)構(gòu)損傷，但脯氨酸和可溶性蛋白含量增加，N、P、K、Fe、Zn含量升高，植物也處于存活狀態(tài)，能夠表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐Cu性。噴施低于5 mg·L-1的GA3能減少Cu脅迫下菠菜幼苗葉部Cu含量，緩解氧化傷害，增加可溶性蛋白含量，促進(jìn)礦質(zhì)元素吸收，增加植物生物量，同時(shí)，葉綠體腫脹消失、液泡面積縮小，線粒體清晰可見，細(xì)胞核逐漸恢復(fù)。而繼續(xù)增加GA3濃度時(shí)，幼苗葉部Cu含量增加、氧化傷害加劇，可溶性蛋白和礦質(zhì)元素含量減少，植物生長受到抑制，葉綠體、線粒體、細(xì)胞核數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)模糊不清。因此，可以推斷低于5 mg·L-1的GA3能緩解Cu脅迫對(duì)菠菜幼苗的毒害，繼續(xù)增加GA3濃度會(huì)導(dǎo)致Cu脅迫傷害加劇。