武淑文，侯磊，劉云根，范黎明，葉敏*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，昆明 650201；2.西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，昆明 650224）

阿特拉津是世界各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最廣的除草劑，其在土壤上的吸附親和力較低，易隨農(nóng)田灌溉和降雨遷移進(jìn)入水體環(huán)境，而適中的水溶性、較長(zhǎng)的殘留期使其在地表水和地下水中檢出頻率高[1]。阿特拉津通過(guò)在水生植物體內(nèi)累積而干擾光合作用，阻礙碳水化合物合成等代謝過(guò)程，造成水生植物種群的退化和消亡[2]，嚴(yán)重威脅水生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性[3]。因此，阿特拉津的生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)和污染植物修復(fù)受到廣泛關(guān)注。目前，對(duì)阿特拉津植物毒性效應(yīng)及作用機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)，阿特拉津誘導(dǎo)植物體內(nèi)活性氧自由基（ROS）的大量產(chǎn)生，引起水蔥[4]、千屈菜[5]、菖蒲[6]、美人蕉[7]、蘆葦[8]等濕地挺水植物葉片抗氧化防御系統(tǒng)[包括超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、還原型谷胱甘肽（GSH）等]的應(yīng)激響應(yīng)，且隨著脅迫強(qiáng)度的不斷提高，ROS產(chǎn)生量超過(guò)抗氧化系統(tǒng)防御能力，植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化反應(yīng)加劇，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能受損，最終抑制植物的生長(zhǎng)。與地上莖葉相比，植物根系因直接與除草劑接觸[9]，而最先受到脅迫，產(chǎn)生的生理生化應(yīng)激反應(yīng)更劇烈。馬兵兵等[10]關(guān)于阿特拉津長(zhǎng)期脅迫對(duì)狼尾草氧化應(yīng)激指標(biāo)影響的研究發(fā)現(xiàn)，狼尾草根系氧化應(yīng)激系統(tǒng)對(duì)阿特拉津脅迫的響應(yīng)較葉片更為敏感。

根系分泌物是植物根系釋放到周?chē)h(huán)境的有機(jī)物質(zhì)的總稱(chēng)，在植物面臨脅迫時(shí)，根系通過(guò)生物反饋調(diào)節(jié)機(jī)制改變分泌物的組成和含量，改善根際區(qū)域微生態(tài)環(huán)境，緩解養(yǎng)分有效性低、重金屬或有機(jī)污染物脅迫等逆境，保證植物的存活[11]。LI 等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，在殺蟲(chóng)劑呋蟲(chóng)胺脅迫下，大白菜根系呋蟲(chóng)胺含量升高并產(chǎn)生氧化應(yīng)激響應(yīng)，引起體內(nèi)丙二醛（MDA）含量的增加，根系分泌的低分子量有機(jī)代謝物發(fā)生明顯改變，植物對(duì)脅迫環(huán)境的耐受性增強(qiáng)。潘聲旺等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，在芘脅迫下羊茅屬植物根系分泌物中低分子量有機(jī)物釋放量增多，成分變復(fù)雜，從而有利于促進(jìn)根際多環(huán)芳烴的降解，提高植物的適應(yīng)性。此外，面對(duì)同樣的脅迫環(huán)境，不同植物根系分泌物的響應(yīng)差異較大，如FU 等[14]發(fā)現(xiàn)兩種基因型的水稻在鎘脅迫條件下，植物根系分泌的低分子量有機(jī)物差異明顯，有機(jī)酸數(shù)量增加，水稻中鎘含量與有機(jī)酸含量呈顯著正相關(guān)，氨基酸的組成和數(shù)量均發(fā)生了明顯變化。目前，關(guān)于植物對(duì)農(nóng)藥脅迫生理響應(yīng)的研究主要集中于陸生植物根系分泌物對(duì)根際生態(tài)環(huán)境的影響，及分泌物中化感物質(zhì)的分離鑒定和產(chǎn)生機(jī)理，而以水生植物為對(duì)象，探討水生植物在阿特拉津脅迫下根系抗氧化系統(tǒng)及根系分泌物的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。此外，植物在修復(fù)除草劑污染時(shí)均需與污染物持續(xù)接觸，因此開(kāi)展阿特拉津長(zhǎng)期脅迫下水生植物根系的生理響應(yīng)研究有助于更好地理解植物對(duì)污染的修復(fù)機(jī)理。

香蒲（Typha angustifoliaL.）是一種常見(jiàn)的多年生草本植物，具有易繁殖、生長(zhǎng)旺盛、根系結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、根際生物群落豐富、可以在不同環(huán)境條件下生長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于污水及農(nóng)業(yè)面源污染處理的人工濕地[15]。張翠萍等[16]利用生長(zhǎng)香蒲和蘆葦?shù)娜斯竦靥幚砹缺剑℉CB）發(fā)現(xiàn)，由于香蒲根系比蘆葦根系更發(fā)達(dá)密集，根系環(huán)境穩(wěn)定[17]，而更能適應(yīng)外界環(huán)境變化，其根系分泌物含量和HCB 降解率均高于蘆葦組和對(duì)照組。CEJUDO 等[18]研究了香蒲、澤瀉茨菇、稗等植物根系對(duì)阿特拉津的積累能力，結(jié)果表明由于香蒲根系發(fā)達(dá)且根皮層孔隙多、易吸收污染物而在3 種植物中積累的阿特拉津量最多，有效降低了水體阿特拉津濃度。MOORE 等[19]利用香蒲處理農(nóng)業(yè)暴雨徑流中阿特拉津，結(jié)果表明阿特拉津濃度降低約54%，而未種香蒲的對(duì)照僅降低17%～28%。本研究以香蒲為受試對(duì)象，通過(guò)水培實(shí)驗(yàn)，探究在阿特拉津脅迫條件下根系對(duì)阿特拉津積累、抗氧化酶活性以及分泌物組成與含量的變化特征，以期為深入研究阿特拉津脅迫條件下植物修復(fù)的根際調(diào)控過(guò)程與作用機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

阿特拉津（純度≥97%）購(gòu)于上海源葉生物科技有限公司。實(shí)驗(yàn)所用香蒲購(gòu)于昆明泛亞花卉公司，為一年生幼苗。清洗去除植物根系淤泥后，自來(lái)水中緩苗24 h，再移入5% Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液中預(yù)培養(yǎng)馴化適應(yīng)14 d。待長(zhǎng)出新根后，挑選生長(zhǎng)正常、長(zhǎng)勢(shì)一致的香蒲幼苗[平均鮮質(zhì)量（21.02±4.7）g]移入塑料圓桶（直徑18 cm、高19 cm）上的定植籃內(nèi)，植物根部穿過(guò)籃底浸入營(yíng)養(yǎng)液中，籃內(nèi)用礫石固定植物，定植籃底部高于桶內(nèi)液面。用黑色塑料袋包裹做避光處理（防止阿特拉津光解），每桶放置3株幼苗。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

配制1 g·L?1阿特拉津母液，再用5%Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液稀釋至實(shí)驗(yàn)濃度。阿特拉津濃度設(shè)置參考文獻(xiàn)[5?6]和預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，依次為0（對(duì)照）、0.2、0.4、2 mg·L?1，每組3 個(gè)重復(fù)。脅迫實(shí)驗(yàn)在溫室進(jìn)行，光照/黑暗時(shí)間為14 h/10 h，對(duì)應(yīng)溫度為30 ℃/20 ℃，白天光強(qiáng)約為180μmol·m?2·s?1。每日補(bǔ)充蒸餾水保持溶液體積不變，每周更換含有相應(yīng)阿特拉津濃度的營(yíng)養(yǎng)液，保證實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)阿特拉津脅迫穩(wěn)定。脅迫45 d 后收獲植物測(cè)定生物量，將采集的植物根系分成兩部分，一部分測(cè)定植物根系分泌物，另一部分測(cè)定植物根系抗氧化酶指標(biāo)和阿特拉津含量。

1.3 測(cè)定指標(biāo)和方法

香蒲生物量的測(cè)定：植物樣品采集后放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，105 ℃殺青15 min 后，70～80 ℃烘至恒質(zhì)量，記錄植物干質(zhì)量。

根系分泌物的收集與分離：參考韋雪晶等[20]報(bào)道的方法并加以改進(jìn)。將香蒲根系用去離子水沖洗干凈，浸入500 mL 0.05 mmol·L?1氯化鈣溶液12 h，期間用黑色塑料袋蓋住整個(gè)根系避光處理。含有根系分泌物的水溶液經(jīng)0.45 μm 微孔濾膜過(guò)濾后加入二氯甲烷連續(xù)萃取3 次，合并萃取液有機(jī)相，真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮近干，加入2 mL 色譜純二氯甲烷潤(rùn)洗有機(jī)相并經(jīng)0.45μm微孔濾膜過(guò)濾后待測(cè)。

根系分泌物的GC?MS 分析：采用安捷倫7890A?5975C 型氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法（GC?MS）測(cè)定根系分泌物。色譜條件：毛細(xì)管柱為HP?5ms 柱（30 m×250μm×0.25μm）；載氣為He，流量1 mL·min?1，進(jìn)樣量1μL；不分流進(jìn)樣；柱程序升溫，起始溫度50 ℃，保持2 min，以每分鐘3 ℃升溫至180 ℃，以每分鐘9 ℃升溫至250 ℃，保持20 min。質(zhì)譜條件：采用電子轟擊源（EI），轟擊電壓70 eV，離子源溫度230 ℃；掃描方式為全掃描模式（SCAN），掃描速度0.2 s，掃描范圍M/Z30?600AMU。

抗氧化系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)定：過(guò)氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽（GSH）、丙二醛（MDA）等均采用南京建成生物工程研究所開(kāi)發(fā)的試劑盒進(jìn)行測(cè)定。

根系阿特拉津提取與測(cè)定：提取方法參照BEN?NETT 等[21]報(bào)道的方法并加以改進(jìn)。準(zhǔn)確稱(chēng)取香蒲根1 g，用研缽研磨成糊狀，加入1 mL蒸餾水潤(rùn)濕樣品后加入10 mL 乙酸乙酯并轉(zhuǎn)移至50 mL 離心管于搖床振蕩20 min，收集有機(jī)相提取液。樣品重復(fù)上述提取過(guò)程2 次，合并的提取液經(jīng)裝有5 g 無(wú)水硫酸鈉的漏斗脫水干燥后轉(zhuǎn)移至旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，在小于40 ℃條件下減壓濃縮至近干，用甲醇溶液（V甲醇∶V水=1∶1）定容至1 mL 后于4 ℃保存?zhèn)溆?。阿特拉津的測(cè)定根據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì) 阿特拉津的測(cè)定高效液相色譜法》（HJ 587—2010）并加以改進(jìn)。采用安捷倫（Ag?ilent 1260）高效液相色譜儀，色譜條件：C18 反相柱（100 mm×4.6 mm），填空顆粒粒徑2.6 μm；V甲醇∶V水=50∶50 作為流動(dòng)相，流速為0.5 mL·min?1，檢測(cè)波長(zhǎng)223 nm；柱溫40 ℃，進(jìn)樣量為5μL；采用梯度洗脫，流動(dòng)相0～10 min，55%～65%，10～11 min，60%～95%；洗柱6 min（甲醇95%，水5%）。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

香蒲根系分泌物鑒定采用總離子流圖譜與NIST08 質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)圖譜核對(duì)分析，通過(guò)計(jì)算機(jī)檢索進(jìn)行未知物測(cè)定，確定各組分物質(zhì)名稱(chēng)，選取匹配度在90%以上的檢出物質(zhì)進(jìn)行分析，根據(jù)色譜圖中各檢出成分出峰面積占總峰面積的比例計(jì)算相對(duì)含量。

采用SPSS 20.0 軟件對(duì)阿特拉津脅迫下香蒲生物量、根系阿特拉津含量和抗氧化系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（One?way ANOVA），采用Duncan 比較不同處理間的差異性（P＜0.05）。利用Canoco 5 進(jìn)行冗余分析（Redundancy analysis，RDA），評(píng)價(jià)不同因子間的相互關(guān)系。采用Origin 2018繪制掃描圖譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 阿特拉津脅迫對(duì)香蒲生物量、根系積累和抗氧化系統(tǒng)的影響

阿特拉津脅迫對(duì)香蒲生物量和根系阿特拉津含量的影響如圖1 所示。與對(duì)照相比，阿特拉津濃度≥0.2 mg·L?1顯著降低了香蒲生物量（P＜0.05）。對(duì)照處理香蒲根系未檢測(cè)到阿特拉津累積，阿特拉津在植物根系中的積累量隨其處理濃度的增加而顯著增加（P＜0.05），在高濃度（2.0 mg·L?1）處理下積累量達(dá)最大值0.365 mg·kg?1（以鮮質(zhì)量計(jì)，下同），是最低處理濃度（0.2 mg·L?1）時(shí)的2.52 倍。阿特拉津脅迫可抑制香蒲生長(zhǎng)，香蒲根系對(duì)阿特拉津的積累作用隨脅迫濃度的升高而加強(qiáng)。

阿特拉津脅迫對(duì)香蒲根系抗氧化酶指標(biāo)的影響如圖2 所示。隨著阿特拉津濃度升高，SOD 活性受到顯著抑制（P＜0.05），2.0 mg·L?1處理時(shí)抑制作用最強(qiáng)，SOD 活性較對(duì)照下降89.56%。CAT 活性隨阿特拉津濃度的升高呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，在0.4 mg·L?1處理時(shí)活性最高，較對(duì)照提高123.7%（P＜0.05）。GSH 活性與對(duì)照相比差異不顯著（P＞0.05）。低濃度阿特拉津處理（0.2 mg·L?1）對(duì)根系MDA 含量影響不顯著（P＞0.05），而在高濃度（2.0 mg·L?1）時(shí)含量達(dá)到最大值且顯著高于其他處理和對(duì)照（P＜0.05）。

研究發(fā)現(xiàn)，阿特拉津脅迫導(dǎo)致植物生物量下降和生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，如水蔥[4]、千屈菜[5]和蘆葦[8]等水生植物在阿特拉津脅迫下生物量顯著降低。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著阿特拉津濃度增加，根系阿特拉津累積量明顯升高，而香蒲生物量顯著降低。

阿特拉津脅迫誘發(fā)植物體內(nèi)生成大量的活性氧自由基（ROS），使植物產(chǎn)生氧化應(yīng)激響應(yīng)從而激活內(nèi)源酶促防御系統(tǒng)進(jìn)行自我保護(hù)[22]?？寡趸瘍?nèi)源保護(hù)系統(tǒng)由抗氧化酶類(lèi)和非酶抗氧化劑組成，其中SOD、CAT 是酶類(lèi)抗氧化保護(hù)系統(tǒng)的兩類(lèi)主要活性酶，SOD催化歧化超氧陰離子自由基（）生成H2O2和O2[23]，而CAT 能夠清除高含量的H2O2分子[24]。GSH 為典型的非酶抗氧化劑，其可結(jié)合并清除膜脂過(guò)氧化的中間產(chǎn)物（過(guò)氧化物），避免其對(duì)細(xì)胞的破壞[25]。一般認(rèn)為，低濃度阿特拉津能夠提高植物抗氧化酶活性以清除脅迫產(chǎn)生的ROS，而高濃度則導(dǎo)致其活性下降，可能引起植物的損傷[22]。也有研究發(fā)現(xiàn)，植物面對(duì)逆境脅迫時(shí)，抗氧化酶會(huì)相互調(diào)控作出不同的響應(yīng)，其活性呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)[8]。本研究中，隨著阿特拉津濃度的增加，根系SOD 活性較對(duì)照顯著下降，這是由于根系與阿特拉津溶液直接接觸并吸收積累污染物，SOD活性對(duì)阿特拉津處理尤為敏感，低濃度的阿特拉津積累量可能對(duì)其已造成了氧化脅迫，導(dǎo)致SOD 活性降低，削弱其保護(hù)作用，繼而影響其對(duì)植物體內(nèi)活性氧的正常清除[26]。阿特拉津脅迫下根系CAT活性表現(xiàn)為先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)，在0.4 mg·L?1處理下CAT活性最大，且顯著高于對(duì)照，即在輕度脅迫下（≤0.4 mg·L?1），植物通過(guò)激活CAT 酶活性來(lái)清除有害物質(zhì)，但隨著脅迫強(qiáng)度的增大，活性氧產(chǎn)生量超過(guò)CAT 清除能力，植物細(xì)胞發(fā)生膜脂過(guò)氧化反應(yīng)而受損，造成CAT活性下降。研究發(fā)現(xiàn)，阿特拉津脅迫下皇竹草葉片SOD 與CAT 活性呈現(xiàn)出與本研究類(lèi)似的變化規(guī)律[26]。根系GSH 活性隨著阿特拉津脅迫程度增加呈先升高再下降的趨勢(shì)，但各處理間無(wú)顯著差異，分析認(rèn)為香蒲根系GSH 活性的升高是植物主動(dòng)應(yīng)對(duì)一定水平（≤0.2 mg·L?1）阿特拉津脅迫的反應(yīng)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，香蒲根系SOD、CAT和GSH活性在阿特拉津脅迫下表現(xiàn)出的變化趨勢(shì)各不相同，反映了植物根系是通過(guò)抗氧化活性酶間的相互協(xié)調(diào)來(lái)防御阿特拉津脅迫的[26]。在濃度高于0.4 mg·L?1的阿特拉津長(zhǎng)期脅迫下，香蒲根系抗氧化系統(tǒng)防御能力被明顯削弱，植物生長(zhǎng)受到顯著抑制。

MDA 是細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的重要產(chǎn)物，其含量的高低反映了植物細(xì)胞膜受傷害的程度[6]。研究發(fā)現(xiàn)，黑麥草體內(nèi)高阿特拉津含量能夠引起細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化程度的加重，使MDA 含量升高[27]。本研究中，香蒲根系阿特拉津和MDA 含量在濃度≥0.4 mg·L?1的阿特拉津脅迫下顯著升高，表明該脅迫水平誘發(fā)的活性氧積累超過(guò)了抗氧化酶的防御能力，造成SOD、CAT 和GSH活性均降低，細(xì)胞膜脂過(guò)氧化反應(yīng)加劇而使根系受損，引起MDA 含量的提高；而阿特拉津濃度為0.2 mg·L?1時(shí)，根系阿特拉津積累量低，未引起MDA 含量的顯著增加，這與阿特拉津脅迫下狼尾草根系MDA含量的變化趨勢(shì)相一致[10]，說(shuō)明該水平脅迫并未對(duì)香蒲根系造成明顯的氧化損傷，這是SOD、CAT 和GSH等抗氧化防御系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)阿特拉津脅迫過(guò)程中綜合調(diào)控的結(jié)果。

2.2 阿特拉津脅迫對(duì)香蒲根系分泌物的影響

香蒲在0、0.2、0.4 mg·L?1和2.0 mg·L?1阿特拉津脅迫下根系分泌物全掃描GC?MS 圖譜如圖3 所示。由圖可知，香蒲根系分泌物的特征峰明顯且密集分布，基線漂移較小，所測(cè)結(jié)果可信。不同濃度阿特拉津脅迫下的掃描圖譜特征峰數(shù)量及分布面積差異較明顯。

阿特拉津脅迫對(duì)根系分泌物類(lèi)別數(shù)和化合物種類(lèi)數(shù)的影響如表1 所示。在阿特拉津脅迫下香蒲根系分泌物主要包括烷烴、烯烴、胺、酚、醇、酯、酮和有機(jī)酸類(lèi)化合物，其中阿特拉津處理對(duì)分泌物類(lèi)別總數(shù)無(wú)明顯影響，而化合物種類(lèi)數(shù)均高于對(duì)照，2.0 mg·L?1處理較對(duì)照增加32.14%，即阿特拉津濃度的增大促進(jìn)了根系化合物的分泌。此外，不同濃度阿特拉津脅迫下根系分泌的化合物均以結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的烷烴類(lèi)居多，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的胺、酚、醇、酯和酮類(lèi)等化合物較少。

表1 阿特拉津脅迫下香蒲根系分泌物化合物種類(lèi)數(shù)的變化Table 1 Number of compounds in root exudates of cattail under atrazine stress

阿特拉津脅迫對(duì)根系分泌物相對(duì)含量的影響如表2 所示。由表可知，根系分泌物中烷烴類(lèi)相對(duì)含量最大，胺類(lèi)次之。各阿特拉津處理對(duì)烷烴類(lèi)化合物相對(duì)含量無(wú)明顯影響，而烯烴類(lèi)、胺類(lèi)化合物相對(duì)含量均高于對(duì)照，說(shuō)明阿特拉津促進(jìn)了烯烴類(lèi)、胺類(lèi)的分泌。低濃度（0.2 mg·L?1和0.4 mg·L?1）阿特拉津抑制了酚類(lèi)化合物分泌，而高濃度（2.0 mg·L?1）時(shí)相對(duì)含量大幅度增加（16.22%），是0.2 mg·L?1時(shí)相對(duì)含量（1.5%）的10.81 倍，說(shuō)明高濃度阿特拉津提高了酚類(lèi)的分泌量。

表2 阿特拉津脅迫下香蒲主要根系分泌物相對(duì)含量（%）Table 2 Relative content of main root exudates of cattail under atrazine stress（%）

醇類(lèi)相對(duì)含量在低濃度（0.2 mg·L?1）處理下達(dá)最大值，較對(duì)照增加1.09 個(gè)百分點(diǎn)，最高濃度（2.0 mg·L?1）時(shí)達(dá)最小值，與對(duì)照相比降低3.54 個(gè)百分點(diǎn)，即低濃度阿特拉津促進(jìn)醇類(lèi)的分泌，而高濃度抑制醇類(lèi)的分泌。阿特拉津脅迫下酯類(lèi)化合物相對(duì)含量均低于對(duì)照，高濃度處理降低了酯類(lèi)分泌。對(duì)照組未檢測(cè)到酮類(lèi)，各處理組對(duì)酮類(lèi)相對(duì)含量的影響無(wú)明顯規(guī)律。對(duì)照組未檢測(cè)到有機(jī)酸類(lèi)，而在0.2、0.4 mg·L?1和2.0 mg·L?1阿特拉津脅迫下，有機(jī)酸類(lèi)的相對(duì)含量隨著脅迫濃度的升高而增加。綜上，高濃度阿特拉津抑制醇類(lèi)及酯類(lèi)的分泌，卻刺激了有機(jī)酸類(lèi)的分泌，且相對(duì)分泌量隨脅迫濃度升高而增加。

根系分泌物是植物與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換和信息傳遞的重要媒介[28]，任何影響植物生長(zhǎng)和生理的過(guò)程均會(huì)引起根系分泌物數(shù)量和種類(lèi)的改變[29]。本研究中，在阿特拉津脅迫下香蒲根系分泌的烷烴、烯烴、胺、酚、醇、酯、酮和有機(jī)酸類(lèi)化合物中，烷烴類(lèi)種類(lèi)數(shù)最多，相對(duì)含量最大，這與不同磷濃度下香蒲檢測(cè)到的主要根系分泌物類(lèi)別相類(lèi)似[30]，但具體的化合物種類(lèi)特征有所不同。本實(shí)驗(yàn)阿特拉津處理會(huì)刺激香蒲根系分泌化合物種類(lèi)的增多。研究表明，植物在受到脅迫時(shí)會(huì)通過(guò)增加根系分泌物組分的釋放來(lái)緩解毒害作用[31]。蘆葦在鹽脅迫下根系分泌物中檢測(cè)出的化合物種類(lèi)隨著鹽濃度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)[20]，這與本研究中香蒲根系的表現(xiàn)略有不同，可能與植物種類(lèi)、污染物類(lèi)型等因素有關(guān)[32]。值得一提的是，當(dāng)阿特拉津濃度≥0.4 mg·L?1時(shí)，根系分泌的化合物種類(lèi)數(shù)變化較小，說(shuō)明阿特拉津脅迫雖可刺激分泌物的產(chǎn)生，但當(dāng)脅迫超過(guò)一定程度后，會(huì)引起植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)的代謝途徑的紊亂，使生長(zhǎng)受到抑制，根系分泌物組分?jǐn)?shù)量的增加受到限制。

面對(duì)環(huán)境刺激，植物除了調(diào)整根系分泌物種類(lèi)以外，還能通過(guò)改變含量來(lái)響應(yīng)逆境脅迫[33]。本研究中根系分泌的各類(lèi)化合物相對(duì)含量對(duì)阿特拉津脅迫的響應(yīng)不同，其中，對(duì)醇類(lèi)分泌量表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)高濃度抑制，對(duì)酯類(lèi)顯現(xiàn)出抑制效應(yīng)，這兩類(lèi)物質(zhì)均屬于根系初生或次生代謝產(chǎn)物。王亞男等[34]對(duì)修復(fù)石油烴污染土壤的鳶尾進(jìn)行根系代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，石油烴改變了植物根系代謝物的含量，植物可通過(guò)調(diào)節(jié)自身代謝過(guò)程適應(yīng)環(huán)境污染物的脅迫。研究表明，植物在有機(jī)污染物脅迫下會(huì)增加低分子量有機(jī)物的分泌以提高環(huán)境適應(yīng)性[35]。王嬌龍等[36]研究了紫玉蘭在芘脅迫下根系分泌物的釋放特征，發(fā)現(xiàn)芘脅迫提高了根系分泌物含氮化合物含量。本研究中阿特拉津脅迫刺激根系烯烴類(lèi)、胺類(lèi)化合物分泌，說(shuō)明香蒲在受到阿特拉津脅迫時(shí)，通過(guò)根系自我調(diào)控分泌物的分泌量來(lái)適應(yīng)環(huán)境，其中胺類(lèi)屬于植物次生代謝產(chǎn)物中的含氮有機(jī)物[37]，植物為提高應(yīng)對(duì)脅迫環(huán)境的適應(yīng)性，分泌胺類(lèi)次生代謝物作為適應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)[38]。

本研究中高濃度阿特拉津刺激酚類(lèi)的分泌，主要是因?yàn)橹参锂a(chǎn)生的酚類(lèi)化合物有利于阿特拉津的生物降解，為適應(yīng)環(huán)境，植物根系提高酚類(lèi)分泌進(jìn)而增強(qiáng)阿特拉津的生物降解活性[39]。一些研究表明，植物處于有毒有害物質(zhì)脅迫時(shí)也可通過(guò)增加根系有機(jī)酸的分泌來(lái)適應(yīng)環(huán)境脅迫[40]。如除草劑異丙甲草胺濃度的增大導(dǎo)致了小麥根系分泌物中有機(jī)酸分泌量的升高[41]。本研究也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似現(xiàn)象，可能是香蒲根系通過(guò)增加根系有機(jī)酸的分泌調(diào)節(jié)根際微域環(huán)境以緩解阿特拉津的毒性。

2.3 香蒲根系阿特拉津含量、根系抗氧化系統(tǒng)與根系主要分泌物的關(guān)系

以香蒲根系阿特拉津含量和抗氧化系統(tǒng)活性作為環(huán)境因子，根系主要分泌物相對(duì)含量作為物種變量進(jìn)行RDA 分析，結(jié)果如圖4 所示。由圖可以發(fā)現(xiàn)2 類(lèi)因子與阿特拉津脅迫下香蒲根系阿特拉津含量、抗氧化系統(tǒng)和分泌物響應(yīng)有相關(guān)關(guān)系：香蒲根系阿特拉津含量與MDA含量呈正相關(guān)，與SOD活性呈負(fù)相關(guān)；根系阿特拉津含量、MDA 含量均與酚類(lèi)和有機(jī)酸類(lèi)的相對(duì)含量呈正相關(guān)，與酯類(lèi)、醇類(lèi)表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，而與烯烴類(lèi)、胺類(lèi)、酮類(lèi)和烷烴類(lèi)相關(guān)性不顯著。

阿特拉津脅迫植物產(chǎn)生毒害作用的機(jī)理主要是抑制植物的光合作用[35]。碳水化合物是植物光合作用的主要產(chǎn)物，阿特拉津?qū)夂献饔玫囊种茣?huì)降低根系碳水化合物的代謝。碳水化合物是能量的主要來(lái)源，是植物生長(zhǎng)發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，與蛋白質(zhì)代謝、脂質(zhì)代謝、核酸代謝和生物量積累密切相關(guān)，同時(shí)關(guān)系到根系分泌物的產(chǎn)生[42]。當(dāng)植物根系的碳水化合物代謝受到抑制時(shí)，植物生物量積累的過(guò)程受到影響，進(jìn)而干擾植物根系分泌物的產(chǎn)生。WANG 等[42]利用非靶向代謝組學(xué)分析鄰苯二甲酸二（2?乙基己基）酯（DEHP）脅迫對(duì)紫花苜蓿根系分泌物的影響，發(fā)現(xiàn)由于DEHP 對(duì)光合作用的抑制，使苜蓿根系碳水化合物代謝明顯減弱，植株生物量下降，根系分泌物的組成和含量發(fā)生顯著改變。

RDA 分析結(jié)果表明根系阿特拉津含量的增加會(huì)提高M(jìn)DA 含量，促進(jìn)有機(jī)酸類(lèi)和酚類(lèi)的分泌，從而抑制醇類(lèi)和酯類(lèi)的釋放，該規(guī)律與其他研究結(jié)果一致。如ZHANG 等[33]對(duì)阿特拉津脅迫下狼尾草氧化應(yīng)激及根系分泌物變化的研究發(fā)現(xiàn)，阿特拉津脅迫使植物體內(nèi)活性氧大量積累，MDA 含量升高，且隨著阿特拉津脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，根系碳水化合物代謝受到明顯抑制，醇類(lèi)含量降低，而脂肪酸代謝被激活，脂肪酸含量隨之升高；DEBIANE 等[43]提出阿特拉津通過(guò)調(diào)控根系脂質(zhì)組成和膜脂不飽和脂肪酸水平促進(jìn)脂肪酸代謝以保護(hù)植株免受活性氧侵害的機(jī)理；WANG 等[42]的研究發(fā)現(xiàn)，苜蓿根系分泌物中脂肪酸含量在高濃度DEHP 脅迫下呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。這表明污染物濃度和脅迫持續(xù)時(shí)間能夠影響植物根系脂肪酸代謝，植物通過(guò)分泌更多有機(jī)酸來(lái)抵抗逆境脅迫。酚類(lèi)物質(zhì)是重要的植物次生代謝產(chǎn)物之一，眾多研究發(fā)現(xiàn)，酚類(lèi)化合物具有抗氧化性，可以參與活性氧的清除，預(yù)防氧化損傷，其含量的增加可以提高植物逆境防御能力和環(huán)境的適應(yīng)性[44]。汪文云等[45]研究鎘、芘單一及交互脅迫下紅樹(shù)植物秋茄根系酚類(lèi)化合物的響應(yīng)，結(jié)果表明根系酚類(lèi)含量隨污染物處理濃度增加而增大，從而增強(qiáng)了秋茄對(duì)污染脅迫的耐性。但也有研究表明，根系阿特拉津含量的增加誘發(fā)活性氧的過(guò)量積累和細(xì)胞膜脂過(guò)氧化，引起膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA 的增加，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)被破壞，透性發(fā)生改變，相關(guān)代謝過(guò)程受阻，根溢泌的低分子量有機(jī)化合物數(shù)量和分泌量明顯增加[46]。張福鎖[47]的研究發(fā)現(xiàn)，缺鋅導(dǎo)致小麥體內(nèi)SOD 活性降低，根系細(xì)胞膜透性增加，低分子量有機(jī)化合物分泌量明顯提高。目前，關(guān)于阿特拉津脅迫下根系分泌物酯類(lèi)的變化研究較少。在逆境條件下酯類(lèi)含量會(huì)發(fā)生改變，可作為脅迫響應(yīng)信號(hào)。韋雪晶等[20]研究鹽脅迫下蘆葦根系分泌物的變化，發(fā)現(xiàn)分泌物中酯類(lèi)含量隨著鹽濃度增加而降低。綜上所述，阿特拉津脅迫誘導(dǎo)的氧化壓力激活了植物體內(nèi)抗氧化防御體系，引起植物生理代謝活動(dòng)的變化，進(jìn)而導(dǎo)致根系分泌物組成和含量的改變。這些變化可能是植物為減輕阿特拉津的毒害而進(jìn)行的自我生理調(diào)節(jié)，也可能是植物體內(nèi)某些代謝過(guò)程受阻，破壞了根系正常的生理活動(dòng)，從而造成植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損，引起內(nèi)部有機(jī)物質(zhì)的滲漏，還可能是兩者綜合協(xié)調(diào)的結(jié)果，其具體機(jī)理還有待于進(jìn)一步的研究。

3 結(jié)論

（1）香蒲可以在濃度≤2.0 mg·L?1阿特拉津長(zhǎng)期脅迫下存活和生長(zhǎng)，其根系對(duì)阿特拉津具有明顯的吸收積累能力。

（2）在阿特拉津脅迫下香蒲根系SOD、CAT 和GSH活性表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，反映了植物根系通過(guò)抗氧化活性酶間的相互協(xié)調(diào)來(lái)應(yīng)對(duì)脅迫。在2.0 mg·L?1阿特拉津的長(zhǎng)期脅迫下，香蒲根系抗氧化系統(tǒng)防御能力明顯削弱，GSH 活性下降，SOD 活性顯著低于對(duì)照，根系MDA含量明顯升高。

（3）在阿特拉津脅迫下，香蒲根系的主要分泌物包括烷烴、烯烴、酯、胺、醇、酚、酮和有機(jī)酸類(lèi)化合物，其中烷烴類(lèi)化合物種類(lèi)最多且相對(duì)含量最大。隨著阿特拉津脅迫濃度升高根系分泌的化合物種類(lèi)增多，酚類(lèi)和有機(jī)酸類(lèi)分泌量增大，而酯類(lèi)和醇類(lèi)的分泌量受到抑制。冗余分析結(jié)果顯示，香蒲根系阿特拉津含量與MDA 含量呈正相關(guān)，兩者均與酚類(lèi)和有機(jī)酸類(lèi)的相對(duì)含量呈正相關(guān)。